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Physik Nobelpreis 2012
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Gustav123
Gast





Beitrag Gustav123 Verfasst am: 12. Okt 2012 08:21    Titel: Physik Nobelpreis 2012 Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hallo.
Die diesjährigen Physik-Nobelpreisträger sind Serge Haroche und David Wineland.
Ich weiß, dass David Wineland eine Art Falle für Ionen gebaut hat und die Quanteneigenschaften dieser Photonen mithilfe von Photonen gemessen hat.
Serge Haroche hat stattdessen Photonen eingesperrt und sie mit Rydberg-Atomem gemessen. Ich habe gelesen, dass das Experiment von Haroche irgendetwas mit der Dekohärenz zu tun hat.
Kann mir das jemand erklären?
Was genau hat die Dekohärenz mit seinem Experiment zu tun?

Meine Ideen:
Danke sehr
Uriezzo



Anmeldungsdatum: 15.09.2011
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Beitrag Uriezzo Verfasst am: 12. Okt 2012 11:11    Titel: Antworten mit Zitat

In der Quantenmechanik gilt das Superpositionsprinzip:

Ich kann zwei mögliche Zustände, beispielsweise Spin up und down, überlagern und bekomme wieder einen möglichen Zustand. Das bringt mich auch auf verschränkte Zustände, wenn mehr als ein Teilchen im Spiel ist, oder wenn ich das Teilchen zusammen mit einem "quantenmechanischen Messapparat" betrachte. Die Zustände überlagern sich dabei kohärent, d.h. unter Berückscihtigung von komplexen Phasen. Das führt auf die typischen Interferenzeffekte, die wir in der Quantenmechanik kennen. In der klassischen Physik gibt es so etwas nicht. Zwar kenne ich auch da statistische Gemische - wenn ich beispielsweise den genauen Zustand eines Systems nicht kenne, kann ich mit solchen statistischen Gemische arbeiten - allerdings gibt es da keine feste Phase, keine Interferenzbeziehungen und keine verschränkten Zustände.
Die Dekohärenztheorie beschreibt nun wie durch Wechselwirkung mit der Umgebung typische, "reine", quantenmechanische Zustände in solche klassische statistischen Gemische übergehen.

Haroche hat diese Dekohärenz nachgewiesen, indem er Rydbergatome durch einen Resonator mit einem kohärenten elektromagnetischen Feld schickte. Der Resonator diente als Messaparat. Die Rydberatome waren in einem kohärent überlagerten Zustand präpariert, wobei und Rydbergzustände sind. Das Resonaterfeld wechselwirkt mit dem Rydbergatom und reagiert mit einem Phaseshift, der für die Zustände und in jeweils unterschiedliche Richtung zeigt. Dabei entsteht also ein verschränkter Zustand zwischen Atom und Resonatorfeld, wobei das Resonatorfeld als Messapparat dient. An diesem System hat Haroche Dekohärenzeffekte beobachtet:

http://prl.aps.org/pdf/PRL/v77/i24/p4887_1
TomS
Moderator


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Beitrag TomS Verfasst am: 12. Okt 2012 11:21    Titel: Antworten mit Zitat

Uriezzo hat Folgendes geschrieben:
Die Dekohärenztheorie beschreibt nun wie durch Wechselwirkung mit der Umgebung typische, "reine", quantenmechanische Zustände in solche klassische statistischen Gemische übergehen.

Evtl. noch eine kleine Präzisierung: Man muss für die Dekohärenz immer das Gesamtsystem, also z.B. "Atom + Umgebung" betrachten. Die Umgebung ist dabei z.B. das Vakuum im Experiment, das aber eben doch kein absoilutes Vakuum ist; es gibt vielmehr immer noch Restgas sowie einige wenige thermische Photonen, die mit dem Atom (extrem schwach und selten!) wechselwirken.

Für das "Gesamtsystem" kann nun gemäß der Quantenmechanik unter keinen Umständen ein Übergang von einem reinen in einen gemischten Zustand stattfinden. Aber man misst ja gar nicht das Gesamtsystem sondern nur das Atom. Dafür kann man nun zeigen, dass dieses "Weglassen der Beobachtung der Umgebung" mathematisch exakt formuliert dazu führt, dass das Atom als "Subsystem" effektiv durch einen derartigen gemischten Zustand beschrieben werden kann, der bei stärkerer Kopplung an die thermischen Freiheitsgrade der "Umgebung" auch schneller in einen derartigen gemischten und damit "quasi-klassischen" Zustand übergeht.

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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
Gustav123
Gast





Beitrag Gustav123 Verfasst am: 12. Okt 2012 14:26    Titel: Antworten mit Zitat

Vielen Dank an Uriezzo und TomS für eure Antworten.

In dem Artikel über Serge Haroche stand noch, dass er deshalb den Nobelpreis erhalten hat, weil er die Photonen mithilfe des Rydberg-Atoms messen konnte, ohne den kohärenten (reinen quantenmechanischen) Zustand zu zerstören.
Stimmt das?
Wie ist im das gelungen?
Gustav123
Gast





Beitrag Gustav123 Verfasst am: 12. Okt 2012 14:31    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo TomS.

Du schreibst:" Für das "Gesamtsystem" kann nun gemäß der Quantenmechanik unter keinen Umständen ein Übergang von einem reinen in einen gemischten Zustand stattfinden."

Darf ich fragen, was genau du damit meinst? Heißt es, dass das Gesamtsystem nicht klassich erscheinen kann?
TomS
Moderator


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Beitrag TomS Verfasst am: 12. Okt 2012 15:25    Titel: Antworten mit Zitat

Das ist zunächst mal eine sehr technsiche Aussage, die besagt, dass ein reiner Hilbertraumzustand nicht in einen gemischten Zustand übergehen kann. Ein reiner Zustand wird beschrieben durch einen Projektor auf einen eindimensionalen Unterraum (einen Einheitsvektor) des Hilbertraumes. Die Zeitentwicklung "dreht" diesen Einheitsvektor. Ein gemischter Zustand wird beschrieben durch eine Summe derartiger Projektoren. Konkret bedeutet das





Die Zeitentwicklung des Gesamtsystems wird nie aus dem ersten Zustand einen der Form des zweiten produzieren.

Aber für ein Subsystem (hier: das Atom) wird die Dekohärenz dazu führen, dass dieses Subsystem tatsächlich praktisch so aussieht wie der zweite gemischte Zustand.

Es ist aber korrekt, dass ein Gesanmtsystem (letztlich das Universum) sich nie klassisch verhält und dass uns das nur deswegen so vorkommt, weil wir immer nur (genügend kleine) Subsysteme anschauen, also messen, die eben effektisch klassisch erscheinen.

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Gustav123
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Beitrag Gustav123 Verfasst am: 12. Okt 2012 15:35    Titel: Antworten mit Zitat

Vielen Dank an Uriezzo und TomS für eure Antworten.

In dem Artikel über Serge Haroche stand noch, dass er deshalb den Nobelpreis erhalten hat, weil er die Photonen mithilfe des Rydberg-Atoms messen konnte, ohne den kohärenten (reinen quantenmechanischen) Zustand zu zerstören.
Stimmt das?
Wie ist im das gelungen?
Gustav123
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Beitrag Gustav123 Verfasst am: 12. Okt 2012 19:33    Titel: Antworten mit Zitat

Hat Serge Haroche jetzt den Nobelpreis für Physik deshalb erhalten, weil er die Dekohärenz beobachtete, oder weil er die Kohärenz mit seiner Messung nicht zerstörte?

Vielen Dank für alle Antworten
TomS
Moderator


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Beitrag TomS Verfasst am: 12. Okt 2012 19:40    Titel: Antworten mit Zitat

In dem offiziellen Artikel der Nobelpreikommission

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2012/advanced-physicsprize2012_02.pdf

steht u.a. folgendes

Recently, Haroche and coworkers created cat states, measured them and made a movie of how they evolve from a superposition of states to a classical mixture (Deléglise et al., 2008). This extraordinary control has also led them to implement quantum feedback schemes in which the effects of decoherence are measured and corrected for, thus “stabilizing” a quantum state, e.g., a given Fock state (Sayrin et al., 2011).

...

David Wineland and Serge Haroche have invented and implemented new technologies and methods allowing the measurement and control of individual quantum systems with high accuracy. Their work has enabled the investigation of decoherence through measurements of the evolution of Schrödinger’s cat-like states, the first steps towards the quantum computer, and the development of extremely accurate optical clocks.

Somit ist es die Kombination dieser Technologien und Entdeckungen.

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Beitrag Uriezzo Verfasst am: 12. Okt 2012 20:08    Titel: Antworten mit Zitat

Vielleicht hilft Dir dieses Beispiel für ein Quantum Nondemolition Measurement, also eine Messung bei der der gemessene Zustand - in diesem Fall ein Photon - nicht zerstört wird (entnommen aus "Exploring the Quantum" von Serge Haroche und Jean-Michel Raimond):

Nehmen wir an, Du hast ein Resonator. In diesem ist entweder ein oder kein Photon. Das willst Du messen, ohne das Photon zu zerstören.

Dazu verwendest Du ein Rydbergatom, das Du durch den Resonator schickst. Das Rydbergatom habe drei Energielevels, die in dem Experiment eine Rolle spielen: , und .
Das Photon rege dabei Übergänge zwischen den Levels und an. Das Atom sei zu Beginn im Zustand . Es wird durch den Resonator geschickt und zwar so, dass die Aufenthaltszeit des Atoms im Reonator genau so berechnet ist, dass das Atom das Photon einmal absorbiert und wieder emittiert - falls in dem Resonator ein Photon ist. Das Photon wird also in jedem Fall nicht zerstört. Allerdings ist das Rydbergatom am Ende auch in jedem Fall wieder im Zustand .
Falls es in dem Resonator allerdings zu einen Absorptions-Emissions-Zyklus mit dem Photon gekommen ist, hat sich die Phase des Zustandes verändert: Es ist zu einem Phase shift gekommen. Wie will ich das aber messen?

Jetzt kommt der Trick und dazu braucht man den dritten Zustand : Ich präpariere mein Atom, bevor ich es in den Resonator schicke so, dass es sich in einer quantenmechanischen Überlagerung aus den Zuständen und befindet.

Jetzt kann ich, nachdem ich das Atom durch den Resonator geschickt habe, den Phaseshift messen, da er nur den Teil des überlagerten Zustandes betrifft!
TomS
Moderator


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Beitrag TomS Verfasst am: 12. Okt 2012 20:25    Titel: Antworten mit Zitat

D.h. es gibt folgende Übergänge?




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Beitrag Uriezzo Verfasst am: 12. Okt 2012 22:10    Titel: Antworten mit Zitat

Ja
Gustav123
Gast





Beitrag Gustav123 Verfasst am: 13. Okt 2012 09:30    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo.
Ich hätte noch eine Frage.
Der Kopenhagener Deutung nach muss eine Messung statt finden, um einen Kollaps der Wellenfunktion zu verursachen.
Ist das bei der Dekohärenz genau so? Oder genügt da lediglich die Wechselwirkung mit der Umgebung?

Vielen Dank.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
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Beitrag TomS Verfasst am: 13. Okt 2012 11:46    Titel: Antworten mit Zitat

Das ist eine spannende Frage – und bedarf wohl einer etwas längeren Antwort.

Zunächst mal als Einstieg: Der Mechanismus der Dekohärenz sowie die Kopenhagener Interpretation (sowie weieter Interpretationen wie Viele-Welten ...) haben einen unterschieldichen Status und Anspruch. Dekohärenz ist ein in Prinzip im Rahmen des Formalismus der Quantenmechanik mathematisch exakt herleitbarer Mechanismus. Eine Interpretation ist eine Interpretation eines Formalismus - der Unterschied sollte klar sein.

Nun zur eigentlichen Frage: Der Mechanismus der Dekohärenz ersetzt keine Interpretation mit Kollaps o.ä. (weil er eben nichts anderes ist als ganz gewöhnliche QM und von daher nicht mehr leisten kann als diese). Kurz gesagt erklärt Dekohärenz das Auftreten einer klassischen Welt, nicht jedoch das Auftreten einer bestimmten klassischen Welt. Schauen wir uns mal an, wie das funktioniert.

Wir gehen aus von einem Quantenobjekt mit zwei möglichen Spinzuständen und einem Quantensystem als verschränktem Zustand zweier derartiger Quantenobjekte. Wir betrachten dabei den Gesamtspin Null. Der zugehörige Quantenzustand lautet (symbolisch)



wobei der erste (zweite) Pfeil für die Spinorientierung des ersten zweiten Teilchens steht.

Der zugehörige Projektor (im Sinne der linearen Algebra) und damit der Dichteoperator dieses sogenannten reinen Zustandes lautet (ich lasse das ‚S=’ weg)



Interessant ist zunächst, dass diese Darstellung nicht eindeutig ist. Man kann auch eine andere Spinbasis wählen, z.B. rechts-links, aber auch jede andere, und den o.g. Zustand schreiben als



Der Zustand ist tatsächlich der selbe! Und damit ist auch der Dichteoperator der selbe.

So, nun betrachten wir einen ‚klassischen Zustand’, also einen gemischten Zustand, in dem keine Kohärenz mehr vorliegt. Wie in einem früheren Post diskutiert wäre das ein Subsystem des Gesamtsystems ‚zwei Teilchen Spinzustand + Umgebung’. Dabei liegt nun näherungsweise ein diagonaler, partieller Dichteoperator vor. Diagonal bedeutet, dass verschiedene Spinorientierungen nicht mehr mischen, partielle bedeutet, dass die Umgebungsfreiheitsgrade ausgemittelt wurden, da man sie ja nicht beobachtet.

Ein derartiger Dichteoperator lautet z.B.



p steht dabei für die klassische Wahrscheinlichkeit, das System in dem jeweiligen Zustand zu finden. Im einfachsten Fall ist p = ½ und damit auch 1-p = ½.

Du kannst übrigens mal versuchen, den reinen Zustand explizit auszumultiplizieren. Dabei stellst du fest, dass du daraus nicht den u.g. gemischten Zustand erhältst. Das geht auch algebraisch nicht, da für einen reinen Zustand immer gilt



während dies für den gemischten Zustand nicht gilt (letztlich wegen der Wahrscheinlichkeit p<1). Ein reiner Zustand entsteht ja durch die spezielle Wahl p=1 oder p=0.

Nun ist folgendes interessant

1) Für die Wahl p=1 oder p=0 eliminiert man die klassische Wahrscheinlichkeit. Man weiß dann sicher, in welchem der beiden Zustände im Dichteoperator sich das qm System befindet. Man eliminiert aber nicht die qm Wahrscheinlichkeit, welche Spinorientierung man konkret messen würde. D.h. in einem gemischten Zustand hat man es mit zwei verschiedenen Wahrscheinlichkeitsbegriffen zu tun, einer wie üblichen qm Wahrscheinlichkeit versteckt in den Quantenzuständen, und einer klassischen Wahrscheinlichkeit ausgedrückt durch das p<1. Die Dekohärenz führt nun genau diese klassische Wahrscheinlichkeit in das Subsystem ein.

2) Im Falle des o.g. reinen Zustandes sind andere Spinorientierungen wie angedeutet absolut äquivalent, es handelt sich lediglich um die Wahl einer Basis in einem zweidimensionalen Vektorraum. Berechnet man jedoch physikalische Größen für diesen Zustand, so stellt man fest, dass diese unabhängig von der Wahl der Basisvektoren sind (wie es sein muss). Im Fall des gemischten Zustandes habe ich explizit ‚up-down’ an den Dichteoperator geschrieben, um anzuzeigen, dass dies hier nicht mehr der Fall ist. Ein entsprechender Dichteoperator für ‚left-right’ wäre ein anderer gemischter Zustand!! Dies ist das Problem der sogenannten preferred-pointer-basis. Es geht um die Frage, welche Basis denn nun konkret im Dichteoperator verwendet werden muss, up-down, left-right, oder irgendeine andere.. Das ist eine nicht vollständig verstandene Fragestellung, aber es deutet sich an, dass dies mit den sogenannten Zeigerzuständen (engl.: pointer states) des verwendeten Messgerätes zu tun hat. Konkret: misst man den Spin bzgl. up-down, so führt die Dekohärenz für das (noch mal weiter zu unterteilende System) ‚Quantenobjekt – Zeiger – Umgebung’ zu einer Auszeichnung einer bestimmten Basis, der pointer-basis, entsprechend der Messvorrichtung. Und bzgl. dieser wird der Dichteoperator diagonal, nicht bzgl. einer anderen. In der QM gibt es ja verschiedene Darstellungen (Ortsdarstellung, Impulsdarstellung usw.) Wir beobachten in der klassischen Welt eine Lokalisierung von Objekten im Ortsraum. Der Grund liegt dabei wohl in der Art der Wechselwirkung, die eben eine pointer-basis im Ortsraum auszeichnet, so dass der Dichteoperator im Ortsraum diagonal wird, nicht im Impulsraum (wir nehmen Objekte als Objekte mit definiertem Ort wahr, nicht mit definiertem Impuls, also nicht als ebene Wellen mit fester deBroglie-Wellenlänge)

3) Wie man sieht führt die Dekohärenz für das Subsystem die klassische Wahrscheinlichkeit p ein und eliminiert die quantenmechanische Wahrscheinlichkeit. Konkret bedeutet dies, dass man klassisch mit einer Wahrscheinlichkeit p den ersten Zustand im Dichteoperator findet, mit einer Wahrscheinlichkeit (1-p) den zweiten. Aber die qm Wahrscheinlichkeit ist verschwunden, denn wenn man den ersten Zustand erst mal hat, dann kennt man die beiden Spinorientierungen mit absoluter Gewissheit! Die Dekohärenz induziert also für ein Subsystem einen klassischen Wahrscheinlichkeitsbegriff und eliminiert die unterlagerte quantenmechanische Wahrscheinlichkeit. Das ist letztlich der Kern der Dekohärenz.

4) gibt es nicht! Hier endet das ganze Spiel der Dekohärenz. Es gibt keinen weiteren Mechanismus, der uns sagt, in welchem der beiden Zustände mit Wahrscheinlichkeit p bzw. 1-p wir das System finden werden. Diese Wahrscheinlichkeiten verbleiben im Formalismus und im System. Daher sagt die Dekohärenz nur, dass eine klassische Welt entsteht, nicht jedoch welche. Und damit schafft sie eben gerade keine Interpretation wie z.B. eine Kollapsinterpretation ab. Denn der Formalismus besagt ja immer noch, dass eine Wahrscheinlichkeit p bzw. 1-p für das Auftreten der beiden Zustände existiert, während wir jedoch immer nur exakt einen beobachten. Dieser ‚klassische Kollaps’ von p<1 und 1-p<1 zu p=1 und 1-p=0 wird durch die Dekohärenz nicht beschrieben und verbleibt auf der Ebene der Interpretation.

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Gustav123
Gast





Beitrag Gustav123 Verfasst am: 13. Okt 2012 11:58    Titel: Antworten mit Zitat

Vielen Dank TomS für deine sehr ausführliche Antwort. Thumbs up!

Ich wünsche dir noch einen schönen Tag!
Gustav123
Gast





Beitrag Gustav123 Verfasst am: 13. Okt 2012 16:13    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo TomS.
Eine Frage hätte ich noch (für heute) ;-)

Kommt es bei der Dekohärenz auch zu einem Kollaps der Wellenfunktion?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 12152

Beitrag TomS Verfasst am: 13. Okt 2012 16:21    Titel: Antworten mit Zitat

Gustav123 hat Folgendes geschrieben:
Kommt es bei der Dekohärenz auch zu einem Kollaps der Wellenfunktion?


Oh weh! Bitte genau lesen ...

TomS hat Folgendes geschrieben:
3) … Die Dekohärenz induziert also für ein Subsystem einen klassischen Wahrscheinlichkeitsbegriff und eliminiert die unterlagerte quantenmechanische Wahrscheinlichkeit.

4) … Daher sagt die Dekohärenz nur, dass eine klassische Welt entsteht, nicht jedoch welche. Und damit schafft sie eben gerade keine Interpretation wie z.B. eine Kollapsinterpretation ab. … Dieser ‚klassische Kollaps’ von p<1 und 1-p<1 zu p=1 und 1-p=0 wird durch die Dekohärenz nicht beschrieben …


Konkret verbleiben in dem von mir beschriebenen System auch nach Eintreten von Dekohärenz beide "klassischen" Zustände. Da wir aber nur einen beobachten, fehlt ein Kollaps o.ä. noch. Dieses Elemenet der Reduktion auf genau eine klassische Welt (von den beiden möglichen klassischen Welten) liefert die Dekohärenz nicht. Beide klassischen Welten sind immer noch vertreten, z.B. im einfachsten Fall mit Wsk. p=½ und 1-p=½

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Zuletzt bearbeitet von TomS am 13. Okt 2012 16:27, insgesamt einmal bearbeitet
Gustav123
Gast





Beitrag Gustav123 Verfasst am: 13. Okt 2012 16:26    Titel: Antworten mit Zitat

Jetzt habe ich es verstanden.

Danke nochmals.
D2



Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723

Beitrag D2 Verfasst am: 14. Okt 2012 13:32    Titel: Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:

4) … Daher sagt die Dekohärenz nur, dass eine klassische Welt entsteht, nicht jedoch welche. Und damit schafft sie eben gerade keine Interpretation wie z.B. eine Kollapsinterpretation ab. … Dieser ‚klassische Kollaps’ von p<1 und 1-p<1 zu p=1 und 1-p=0 wird durch die Dekohärenz nicht beschrieben …


TomS hat Folgendes geschrieben:
Konkret verbleiben in dem von mir beschriebenen System auch nach Eintreten von Dekohärenz beide "klassischen" Zustände. Da wir aber nur einen beobachten, fehlt ein Kollaps o.ä. noch. Dieses Elemenet der Reduktion auf genau eine klassische Welt (von den beiden möglichen klassischen Welten) liefert die Dekohärenz nicht. Beide klassischen Welten sind immer noch vertreten, z.B. im einfachsten Fall mit Wsk. p=½ und 1-p=½



Darf man umgekehrt, Anologien zu den Quanteneffekten in der klassischer Physik suchen?
Verschränkung
http://de.academic.ru/dic.nsf/pierer/193256/Kettenkugel
Fallende rotierende Münze?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 12152

Beitrag TomS Verfasst am: 14. Okt 2012 14:01    Titel: Antworten mit Zitat

Die Analogien in der klassichen Physik sind exakt die Wahrscheinlichkeiten p und (1-p), die nach dem Ausspuren der Umgebungsfreiheitsgrade = nach dem "Wirken" der Dekohärenz übrig bleiben. Das ist letztlich klassische Physik.
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D2



Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723

Beitrag D2 Verfasst am: 14. Okt 2012 14:39    Titel: Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:
Die Analogien in der klassichen Physik sind exakt die Wahrscheinlichkeiten p und (1-p), die nach dem Ausspuren der Umgebungsfreiheitsgrade = nach dem "Wirken" der Dekohärenz übrig bleiben. Das ist letztlich klassische Physik.

Was mit dem Davor?
Betrachten wir nicht ein Überlagerungsszustand vom" Kopf" und "Zahl" so lange die Münze fällt?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 12152

Beitrag TomS Verfasst am: 14. Okt 2012 14:50    Titel: Antworten mit Zitat

Nein, tun wir nicht, denn beide Zustände "Kopf" und "Zahl" können im Gegensatz zu quantenmechanischen Zuständen nicht interferieren; diese Interferenzfähigkeit ist der Kern der Quantenmechanik: Doppelspalt, Verschräönkung / Aspect-Experimente, diesjähriger Nobelpreis, quantum-non-demolition measurement, Quantenradierer, delayed choice, ...; all diese Expüerimente sind klassisch (mit klassischen Wahrscheinlichkeiten) nicht erklärbar
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Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723

Beitrag D2 Verfasst am: 14. Okt 2012 21:45    Titel: Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:
Nein, tun wir nicht, denn beide Zustände "Kopf" und "Zahl" können im Gegensatz zu quantenmechanischen Zuständen nicht interferieren; diese Interferenzfähigkeit ist der Kern der Quantenmechanik..
Bitte korrigieren, sollte ich falsch liegen, aber die Interferenz
„beschreibt die Überlagerung von zwei oder mehr Wellen(1) nach dem Superpositionsprinzip(2)“ http://de.wikipedia.org/wiki/Interferenz_(Physik)
1.„Eine Welle ist ein räumlich und zeitlich veränderliches Feld, das Energie, jedoch keine Materie, durch den Raum transportiert. Unterschieden werden mechanische Wellen, die stets an ein Medium gebunden sind .. „ http://de.wikipedia.org/wiki/Welle
Das Medium oder Ausbreitungsmedium bezeichnet in der Wellenlehre die Substanz, die die Wellen durchquert. http://de.wikipedia.org/wiki/Medium_(Physik)
Substanz ist nach dem lateinischen Wort substantia „das, woraus etwas besteht“. http://de.wikipedia.org/wiki/Substanz#Naturwissenschaften
Die Substanz kann aus klassischen Teilchen bestehen.
Wenn klassischen Teilchen die Fähigkeit zu interferieren aberkannt wird, dann dürfen Wellen einer Flüssigkeit(die aus solchen klassischen Teilchen besteht) auch nicht miteinander interferieren(Impuls und Energie unter einander austauschen).

2.„Unter Superposition, auch Superpositionsprinzip (von lateinisch super = über; positio = Lage, Setzung, Stellung) versteht man in der Physik eine Überlagerung gleicher physikalischer Größen“
Wichtige Anwendungsbereiche des Superpositionsprinzips sind elektromagnetische Wellen in der Optik und in der Funktechnik, Kräfte in der klassischen Mechanik und Zustände in der Quantenmechanik.
„In der Wellenlehre bedeutet Superposition die ungestörte Überlagerung (Interferenz) mehrerer Wellen des gleichen Typs“
„Mechanische Kräfte lassen sich ebenfalls überlagern. Man spricht in diesem Zusammenhang auch vom Prinzip der ungestörten Überlagerung der Kräfte, Prinzip der resultierenden Kraft oder vom Vierten newtonschen Gesetz.“ http://de.wikipedia.org/wiki/Superposition_(Physik)

Ich kann nicht nachvollziehen, warum bei einer Münze die noch nicht einen definierten Zustand angenommen hat 4. Newtonisches Gesetzt versagen soll. Zw. Kopf und Zahl gibt es weitere Möglichkeiten
„Der Münzwurf ist das einfachste echte Zufallsexperiment. Im idealisierten Fall hat es zwei Ausgänge, Kopf oder Zahl, deren Wahrscheinlichkeiten mit jeweils 50 % gleich groß sind. Tatsächlich ist es auch möglich, dass die Münze auf der Kante landet. Dies ist jedoch sehr selten..“ http://de.wikipedia.org/wiki/M%C3%BCnzwurf
So lange die Münze in Bewegung ist, sind alle Zustände möglich, mehr noch, lasse ich die Münze rollen, ist diese in einem stabilen Überlagerungszustand zwischen Kopf und Zahl.
TomS
Moderator


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Beitrag TomS Verfasst am: 14. Okt 2012 23:41    Titel: Antworten mit Zitat

Die Superposition von Kräften und von Wellenfunktionen hat nichts miteinander zu tun - außer dem Namen.

Die Begriffe "Medium" und "Substanz" sowie "Die Substanz kann aus klassischen Teilchen bestehen" sind hier eher verwirrend als hilfreich und gehen in dem hier relevanten Kontext völlig in die falsche Richtung.

Anhand von "Wenn klassischen Teilchen die Fähigkeit zu interferieren aberkannt wird, dann dürfen Wellen einer Flüssigkeit(die aus solchen klassischen Teilchen besteht) auch nicht miteinander interferieren" zeigt sich ein grundsätzliches Missverständnis: Im Falle von Wasserwellen interferieren nicht die Teilchen selbst, sondern ein Ensemble von Teilchen. Im Falle einer quantenmechanischen Wellenfunktion - die ein einzelnes Teilchen und kein Ensemble repräsentiert - interferiert eben kein Ensemble, sondern ein einzelnes Quantenobjekt mit sich selbst, z.B. ein Elektron. Dies ist für ein klassisches Teilchen unmöglich.

Lies' dir doch mal bitte einschlägige Literatur zur Interferenz von Quantenobjekten (Elektronen, ...) am Doppelspalt durch, um zu verstehen, inwiefern dies etwas grundsätzlich anderes ist als ein klassisches Zufallsexperiment; ein Startpunkt:

http://www.weltderphysik.de/gebiete/theorie/quanteneffekte/grundlagen/
http://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2011/10/13/qft-fur-alle-quantenmechanik-und-das-pfadintegral/

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Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723

Beitrag D2 Verfasst am: 15. Okt 2012 20:42    Titel: Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:
Die Superposition von Kräften und von Wellenfunktionen hat nichts miteinander zu tun - außer dem Namen.

Im Falle einer quantenmechanischen Wellenfunktion - die ein einzelnes Teilchen und kein Ensemble repräsentiert - interferiert eben kein Ensemble, sondern ein einzelnes Quantenobjekt mit sich selbst, z.B. ein Elektron. Dies ist für ein klassisches Teilchen unmöglich.
Danke für die interessante Links.
Ich habe meine Probleme mit der Dualität der Elektronen prinzipieler Natur.
Die Suche nach einem Experiment führte mich zum folgendem: Den Elektronen ist absolut egal ob sie durch ein Doppelspalt passen(A) oder nicht(B), das Interferenzbild wird auch dann entstehen wenn die Elektronen keine freie Sicht zum Bildschirm (auf der Re. Seite) haben werden. Der Sinn und Zweck von Spalten ist allein die Enkoppelung des Steges. Ich bin mir sicher, so ein Experiment kann man relativ leicht überprüfen.
Gegenargumente?



Doppelspalt.gif
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Doppelspalt.gif



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Lösungen gibt es immer, man muss nur darauf kommen.
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Beitrag Gustav123 Verfasst am: 28. Nov 2012 15:14    Titel: Antworten mit Zitat

In Wikipedia steht, dass Serge Haroche und David Wineland den Nobelpreis für die Manipulation von Quantensystemen bekommen haben.

Nun hat ja vor allem Serge Haroche die Dekohärenz experimentell nachgewiesen.

1. Wäre das nicht eher ein Grund für den Nobelpreis gewesen?

2. War Serge Haroche der erste Mensch, der die Dekohärenz nachwies?

3. War die Dekohärenz bis dahin nur reine Theorie?
Gustav123
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Beitrag Gustav123 Verfasst am: 28. Nov 2012 19:21    Titel: Antworten mit Zitat

Hätte jemand eine Antwort auf diese zwei Fragen?

War Serge Haroche der erste Mensch, der die Dekohärenz nachwies?

War die Dekohärenz bis dahin nur reine Theorie?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 12152

Beitrag TomS Verfasst am: 28. Nov 2012 23:45    Titel: Antworten mit Zitat

Ich müsste das auch erst googeln; ich denke, in den ausführlichen Darstellungen der Nobel-Kommission müsstest du das eigtl. nachlesen können.
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Beitrag Gustav123 Verfasst am: 29. Nov 2012 07:42    Titel: Antworten mit Zitat

Es gibt ja verschiedene Theorien, warum makroskopische Symste klassisch erscheinen.

1. Kopenhagener Deutung (Messung, Beobachter)
2. Dekohärenz
3. Viele Welten Theorie

Mich würde interessieren, welche dieser Theorien wissenschaftlich gesehen die plausibelste ist?
TomS
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Beitrag TomS Verfasst am: 29. Nov 2012 08:21    Titel: Antworten mit Zitat

Da vermischt du etwas.

Die Dekohärenz alleine erklärt, warum Systeme "effektiv klassisch" werden, d.h. warum wir keine quantenmechanische Überlagerung aus lebendigen und toten Katzen sehen, sondern warum wir mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit entweder eine lebende oder eine tote Katze beobachten. Das ist eine (theoretisch und experimentell) gesicherte physikalische Erkenntnis auf Basis eines exakten Formalismus.

Kollaps, Viele-Weleten etc. sind dagegen verschiedene Interpretationen desselben Formalismus; sie "erklären", dass man in einem bestimmten Experiment eine Katze beobachtet und was mit der jeweils anderen Katze "passiert". Gemäß der Kollapsinterpretation "verschwindet" eine Katze, gemäß der Viele-Welten-Interpretation existieren beide Katzen in jeweils eigenen und wechselweise unzugänglichen / unbeobachtbaren Zweigen der Realität weiter. Beide Interpretationen sind mit dem mathematischen Formalismus verträglich, sind jedoch strikt gesprochen bereits Metaphysik, keine Physik. Du darfst dir gerne eine (der vielen) Interpretation aussuchen.

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Beitrag Gustav123 Verfasst am: 29. Nov 2012 08:30    Titel: Antworten mit Zitat

Danke für deine Antwort.

Das heißt also, dass die Dekohärenz nicht erklären kann, warum das System klassisch erscheint. Sondern nur, dass es so erscheint (mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit.
TomS
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Beitrag TomS Verfasst am: 29. Nov 2012 08:42    Titel: Antworten mit Zitat

Doch die Dekohärenz erklärt, dass das System klassisch erscheint, sie erklärt jedoch nicht, welches klassisch mögliche System du sehen wirst (stell dir einen klassischen Münzwurf vor; die Dekohärenz erklärt, warum derartige Regeln anwendbar werden, d.h. sie ersetzt quantenmechanische Superpositionen in einem gewissen Sinn durch klassische Wahrscheinlichkeiten)
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Beitrag Gustav123 Verfasst am: 29. Nov 2012 14:25    Titel: Antworten mit Zitat

Wenn aber die Dekohärenz nur erklärt, dass das System klassisch erscheint, aber nicht warum es so ist, dann ist die Dekohärenz keine vollständig erklärende Theorie, oder?

Man müsste doch annehmen, dass es eine Theorie gibt, die das im Rahmen der quantenmechanischen Gesetzmäßigkeiten tut, ohne auf Interpretationen auszuweichen.
TomS
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Beitrag TomS Verfasst am: 29. Nov 2012 14:35    Titel: Antworten mit Zitat

Gustav123 hat Folgendes geschrieben:
Wenn aber die Dekohärenz nur erklärt, dass das System klassisch erscheint, aber nicht warum es so ist, dann ist die Dekohärenz keine vollständig erklärende Theorie, oder?

Doch, sie erklärt auch warum!

Die Dekohärenz erklärt, warum klassische Wahrscheinlichkeiten (wie beim Münzwurf oder beim Würfeln) auftreten. Die Dekohärenz erklärt nicht, welches Ereignis (Kopf oder Zahl; 1..6) realisiert wird.

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Gustav123
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Beitrag Gustav123 Verfasst am: 29. Nov 2012 17:07    Titel: Antworten mit Zitat

Nochmals danke für die Antwort.

Sind denn die Kopenhagener Deutung und die Viele-Welten-Interpretation in der Lage genau zu sagen, welches Ereignis genau realisiert wird?

Welche der zwei Interpretationen würdest du denn bevorzugen?
TomS
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Beitrag TomS Verfasst am: 29. Nov 2012 22:24    Titel: Antworten mit Zitat

Gustav123 hat Folgendes geschrieben:
Sind denn die Kopenhagener Deutung und die Viele-Welten-Interpretation in der Lage genau zu sagen, welches Ereignis genau realisiert wird?

Nein. Das können sie auch nicht, denn dann wären sie keine Interpretation sondern eine Erweiterung der QM.

Gustav123 hat Folgendes geschrieben:
Welche der zwei Interpretationen würdest du denn bevorzugen?

Keine so richtig. Den Kollaps insbs. im physikalischen Sinn lehne ich ab. Die vielen Welten sind mir zu viel. Ich halte es eher mit letzteren, allerdings nehme ich einen eher agnostischen Standpunkt ein und sagen, dass ich nicht weiß, in welcher Form diese Welten existieren.

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Beitrag Gustav123 Verfasst am: 30. Nov 2012 10:11    Titel: Antworten mit Zitat

Aber eigentlich könnte man ja auch diese Interpretationen gut verzichten, oder?
Denn (wie du gesagt hast) ist die Dekohärenz ja experimentell nachgewiesen und eine gesicherte physikalische Erkenntnis.
TomS
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Beitrag TomS Verfasst am: 30. Nov 2012 11:04    Titel: Antworten mit Zitat

Nein, du hast immer eine irgendwie geartete Interpretation, denn das Ergebnis der Dekohärenz ist z.B. eine Dichtematrix mit zwei klassischen Wahrscheinlichkeiten von 50% für eine tote und eine lebende Katze. In der Praxis hast du aber nur eine Katze die mit SICHERHEIT (= Wahrscheinlichkeit 100%) einen der beiden Zustände hat.

Und das bedeutet, dass die Dichtematrix nicht die Realität repräsentiert, sondern nur die Wahrscheinlichkeit einer Realität. Der Formalismus der QM bescvhreibt also das Potentielle, nicht das Faktische, und er beschreibt auch nicht den Übergang vom Potentiellen zum Faktischen.

Und dafür brauchst du in deinem Kopf eine irgendwie geartete Interpretation - und sei es nur "don't care" opder "shut up and calculate".

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Beitrag Gustav123 Verfasst am: 30. Nov 2012 13:20    Titel: Antworten mit Zitat

Ich würde gerne noch mal auf die Viele-Welten-Interpretation zu sprechen kommen.

Wenn ich eine Entscheidung treffe, dann zweigt sich eine Welt bzw. Realität ab und in der befinde ich mich dann.
Das heißt doch, dass meine Bewusstsein (mit seinen Entscheidungen) indirekten Einfluss auf das Entstehen anderer Universen hat, oder muss ich mir das anders vorstellen?
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Beitrag TomS Verfasst am: 30. Nov 2012 13:33    Titel: Antworten mit Zitat

Gustav123 hat Folgendes geschrieben:
Ich würde gerne noch mal auf die Viele-Welten-Interpretation zu sprechen kommen.

Wenn ich eine Entscheidung treffe, dann zweigt sich eine Welt bzw. Realität ab und in der befinde ich mich dann.
Das heißt doch, dass meine Bewusstsein (mit seinen Entscheidungen) indirekten Einfluss auf das Entstehen anderer Universen hat, oder muss ich mir das anders vorstellen?

Die MWI sagt nichts zu Willens- und Entscheidungsfreiheit oder Bewusstsein, sondern zu Quantenereignissen und Messungen. Wann immer in einer Wellenfunktion mehrere (ggf. unendlich viele) Möglichkeiten enthalten sind und man das System durch Messung in eine davon "zwingt" (Katze könnte leben oder tot sein => Messung => eindeutiges Ergebnis) ist es nicht so, dass alle Möglichkeiten bis auf eine verschwinden, sondern es findet eine Aufspaltung statt, so dass in jedem Zweig genau eine Möglichkeit realisiert wird. Und diese Aufspaltung betgrifft letztlich alle betroffenen Subsysteme, Beobachter usw.

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