Superposition? Oder nur Wahrscheinlichkeiten?

Lardos · Anmeldungsdatum: 09.11.2015 Beiträge: 13

Hallo alle zusammen!
Derzeit studiere ich Physik im 3. Semester und wir haben in diesem zum ersten mal die Quantentheorie Vorlesung gehört.
Da ich mich schon vorher sehr für QM interessierte war ich sehr gespannt wie das, was ich mir vorher an Informationen angelesen hatte nun auch mathematisch beschrieben werden würde.
Meine Frage bezieht sich hier auf die öfter erwähnte Superposition.
So wie ich die Superposition verstanden habe, ist es eine Überlagerung von Zuständen. Also kein "entweder oder", sondern ein "sowohl als auch".
Nun wurde uns aber bereits mehrmals von 2 verschiedenen Professoren erklärt, dass man nur statistische Aussagen über Teilchen (Ensembles) machen kann, also eben doch nur ein "entweder oder".
Aber das verstehe ich nicht ganz. Das Doppelspaltexperiment mit einzelnen Teilchen zeigt doch, dass diese mit sich selber interferieren, also sich in einer Superposition befinden (solange wir es nicht beobachten). Betrachtet man das Teilchen als Welle wird das ja deutlich, da die Welle beide Spalte passiert, mit sich selbst interferiert und schließlich am Schirm "kollabiert" (ich bevorzuge eigentlich hier die Viele Welten Interpretation).
Also MUSS doch eine Überlagerung zweier Zustände beim passieren der Spalten existiert haben, da man sonst kein Interferenzbild erhalten würde.
Ich weiß nicht ob ich da etwas falsch verstanden habe, oder ob unsere Professoren es einfach nicht anschaulich genug erklärt haben, denn nach ihrer Ausführung klang es ganz klar so, als sei die Wellenfunktion etwas rein mathematisches, was nichts mit der Realität zu tun habe und lediglich Wahrscheinlichkeiten für die entsprechenden Teilchen angebe.
Als ich zum Beispiel meiner QM Professorin die Frage mit dem Doppelspalt stellte, meinte sie, schon allein die Annahme das Sie nur ein einzelnes Teilchen durch die Apparatur schicken sei "falsch" bzw. nicht realistisch, weil ich ja an dieser Stelle schon in das Experiment eingegriffen hätte und damit keine Interferenz erhielte.
Trotzdem habe ich schon unzählige Male gelesen, dass man Interferenz sogar schon bei Molekülen feststellen kann!
Also wo liegt hier mein Denkfehler?

Ich hoffe meine Frage ist halbwegs deutlich geworden. Es ist mir wirklich wichtig den physikalischen Hintergrund zu verstehen und nicht einfach nur irgendwelche Zahlen in Formeln einzusetzen. ^^

Liebe Grüße
Luca

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18018

Wenn deine Profesoren eine instrumentalistische (oder gar statistische Deutung) der QM bevorzugen, dann hat für sie die Superposition zweier Quantenzustände für ein einzelnes Teilchen keine Bedeutung; es handelt sich nicht um die Beschreibung des real existierenden Zustandes eines einzelnen Teilchens sondern lediglich um ein mathematisches Instrument zur Berechnung von Messergebnissen (von Ensembles).

Man kann jedoch auch andere Interpretationen ansetzen, denenzufolge ein einzelnes Quantenobjekt in einem Überlagerungszustand existiert.

Welche Interpretation man bevorzugt ist eine philosophische Frage ohne Auswirkung auf die experimentelle oder phänomenologische Ebene; die Interpretationen beziehen sich sozusagen immer nur auf das, was man gerade nicht beobachtet.

Frag sie dich mal, welcher Position sie zuneigen, und welche anderen Interpretationen sie warum ablehnen.

Lardos · Anmeldungsdatum: 09.11.2015 Beiträge: 13

Vielen Dank für die Antwort.
Ich verstehe nur leider immer noch nicht, wie man annehmen kann, dass die Superposition zweier Quantenzustände keine reale Bedeutung hat. Denn nur durch diese Verschränkung von Zuständen lassen sich doch bestimmte Beobachtungen in der QM erklären oder nicht?
Z.B. lässt sich doch das Interferenzbild beim Doppelspalt mit Teilchen / oder sogar Molekülen nur dadurch erklären, dass diese Teilchen in einer echten Zustandsüberlagerung (nämlich dem Durchgang durch Spalt A und Spalt B) vorliegen, beide Zustände also gleichermaßen real sein müssen. Natürlich nur bis zum Zeitpunkt der Beobachtung wenn der magische Kollaps eintritt.
Zu sagen dass diese Überlagerung keine reale Bedeutung hat, obwohl sie benötigt wird um das Ergebnis erklären zu können erschließt sich mir nicht so ganz? Oder habe ich da immer noch etwas falsch verstanden?

LG
Luca

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18018

Es geht letztlich nur um die Verwendung oder Bedeutung des Begriffs "real".

Ich persönlich verwende den Begriff so, dass er sich auf etwas oder auf eine Beschreibung von etwas bezieht, das "tatsächlich existiert" und das in gewisser Weise "korrekt", "adäquat", "strukturell zutreffend" beschrieben wird. Demzufolge wäre der Superpositionszustand eine mathematische Beschreibung eines Elektrons, das "dort draußen" in der "wirklichen Welt" tatsächlich existiert und in gewisser Weise wirklich verschränkt ist.

Ich verstehe die Physik übrigens auch in diesem Sinne.

Man kann die Physik jedoch auch rein positivistisch verstehen. Dieser Ansicht zufolge wäre der Superpositionszustand lediglich ein mathematisches Objekt, das es uns erlaubt, experimentell überprüfbar Vorhersagen zu machen - mehr nicht. Insbs. sagt uns der Superpositionszustand nicht, was "da draußen wirklich ist", oder ob da überhaupt etwas ist - wenn man nicht gerade hinschaut oder misst.

Diese Position halte ich persönlich für widersinnig, aber sie ist logisch konsistent.

Wirklich irreführend wird es, wenn man die letztgenannte Haltung mit dem Begriff "real" durchsetzt. Das sollte man bleiben lassen.

Lardos · Anmeldungsdatum: 09.11.2015 Beiträge: 13

Vielen Dank für deine Ausführungen.

Inwiefern genau wird es widersinnig, wenn man die positivistische Sicht mit dem Begriff "real" durchsetzt?

Meinst du damit so etwas wie: "woher weiß man das der Mond existiert, wenn man nicht hinsieht?"
Also eine beobachterabhängige Realität?

Titus III · Gast

Na ja, Positivsmus in der Physik heißt lediglich, dass keine "Interpretationen zweiten Grades" (wie B. Russell es so schön sagt^^) verwendet werden, also dass Theorien 100%ig auf mathematischen bzw. experimentell bewiesenen Grundlagen basieren sollten und nur in Sinne von 1+1=2 vorgegangen wird. Heißt hier einfach, dass die Superposition nur den Vorgang an sich beschreibt und keine Aussage über die tatsächlichen Zustände der Teilchen gibt. Die Kopenhagener Deutung des Doppel-Spalt-Experimentes ist auch eher postivistisch, da der Welle-Teilchen-Dualismus keine Aussage bezüglich des Zustandes des Elektron trifft, welche andere Zustände ausschließen würde.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18018

Der Einfachheit zitiere ich mal Wikipedia.

"Realität" bzw. "Realismus" wird oft gleichgesetzt mit ...

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18018