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Weizsäcker



Anmeldungsdatum: 25.04.2020
Beiträge: 6

Beitrag Weizsäcker Verfasst am: 28. Apr 2020 08:54    Titel: Entanglement Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hallo zusammen,

ich bin 100%-iger Laie auf dem Gebiet der Quantenmechanik, nein, der Physik! Meine (nicht ganz) einzige Quelle ist Brian Greene. Ich hab versucht, zu diesem Thema auch diesen Thread
https://www.physikerboard.de/topic,27450,-ueberlagerung-undamp;-verschraenkung-von-zustaenden.html
zu lesen, aber da ich die Bra-ket Notation nicht beherrsche, war das wenig erhellend für mich. Außerdem weiß ich, dass man sich in der QM nicht versuchen sollte, irgendwas anschauliches zu erwarten. So weit das Vorspiel, jetzt zu meiner Frage:

1. Eigenschaften von Elementarteilchen werden instantan von einem verschränkten Partner zum anderen übertragen
2. Wir leben in einer 11(?)-dimensionalen Raumzeit, von denen die meisten Dimensionen "aufgerollt" sind
3. Warum ist dann diese unmittelbare Übertragung von Eigenschaften (genauer ist glaube ich komplementärer Ausprägungen von Eigenschaften?) so außergewöhnlich?

Sorry, wegen meines fundierten Halbwissens, vielleicht bekommt einer von Euch da ja Ordnung rein und sagt mir, wo ich irre.

Viele Grüße und bleibt gesund,

Weizi

Meine Ideen:
Ich stelle mir das so vor, dass sich zwei Elementarteilchen begegnen und dann fliegen sie in unterschiedliche Richtungen im 3D-Raum davon (Ich glaube, dass man sowas mit nem Feynman-Diagramm darstellt?). Aber woher weiß die Physik, dass sie nicht doch in einer der aufgerollten Dimensionen weiterhin aneinander kleben und so die Informationen unmittelbar austauschen?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 12423

Beitrag TomS Verfasst am: 28. Apr 2020 12:50    Titel: Re: Entanglement Antworten mit Zitat

Weizsäcker hat Folgendes geschrieben:
1. Eigenschaften von Elementarteilchen werden instantan von einem verschränkten Partner zum anderen übertragen

Nein, werden sie nicht. Das hast du missverstanden.

Weizsäcker hat Folgendes geschrieben:
2. Wir leben in einer 11(?)-dimensionalen Raumzeit, von denen die meisten Dimensionen "aufgerollt" sind

Das ist die Hypothesen der M-Theorie, die auch Greene propagiert, jedoch alles andere als eine etablierte Tatsache; auch weitergehende Hypothesen, die Entanglement in diesem Kontext verstehen wollen a la ER = EPR nach Susskind etc. sind genau das: Hypothesen.

Weizsäcker hat Folgendes geschrieben:
3. Warum ist dann diese unmittelbare Übertragung von Eigenschaften so außergewöhnlich?

Weil dies - wenn es sich so verhalten würden - der Relativitätstheorie widerspräche.

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



Anmeldungsdatum: 17.10.2019
Beiträge: 190

Beitrag Qubit Verfasst am: 29. Apr 2020 17:42    Titel: Re: Entanglement Antworten mit Zitat

Weizsäcker hat Folgendes geschrieben:
Meine Frage:
1. Eigenschaften von Elementarteilchen werden instantan von einem verschränkten Partner zum anderen übertragen


Ich denke, Vorstellungen vom lokalen Realismus können wir getrost ad acta legen. Augenzwinkern

Verschränkung bedeutet gerade nicht, dass man zwei Quantensysteme hat, für die an verschiedenen Orten lokale Eigenschaften durch den Gesamtzustand festliegen. Sie bedeutet vielmehr ein Quantensystem, dessen (nichtlokaler) Zustand sich auf (lokale) Teilsysteme projizieren lässt.
So kann man mit einem verschränktem 2-Photonen-Zustand bspw. Messungen an zwei Doppelspaltexperimenten durchführen. Es zeigt sich dann in Summe ein Interferenzmuster an 4 Spalten. Vermesse ich hierbei ein Photon an einem Doppelspalt so, dass man eine "Weginformation" für das andere Photon erhält, dann zeigt das andere Photon zwar auch ein Interferenzmuster. Dies ist jedoch nicht mehr mit dem anderen korreliert.
Hierbei wird jedoch der Zustand des anderen Photon nicht geändert, sondern der Gesamtzustand. Wenn man zwei verschränkte reine Zustände hat, dann bekommt man nach Messung immer gemischte Zustände der spezifischen Dichteoperatoren. Ob man hierbei das Gesamtsystem oder ein Teilsystem vermisst, kommt auf die Art der Messung an.
Hier ein interessanter allgemein verständlicher Artikel von Zeilinger
https://www.univie.ac.at/qfp/publications/pdffiles/2008-22.pdf
Weizsäcker



Anmeldungsdatum: 25.04.2020
Beiträge: 6

Beitrag Weizsäcker Verfasst am: 01. Mai 2020 00:44    Titel: Antworten mit Zitat

Danke TomS und Qubit für Eure Antworten. Da habe ich ja erstmal was zum weiterlesen.

@TomS: Bei deinem Einspruch gegen meinen Punkt 1., geht es da um die Formulierung? Ich hatte Entanglement so verstanden, dass das Bemerkenswerte an der Verschränkung ist, dass ein verschränktes Teilchen ohne Zeitverzögerung den gleichen Zustand annimmt, wie der Verschränkungspartner?

Viele Grüße und bleibt gesund

Weizi
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 12423

Beitrag TomS Verfasst am: 01. Mai 2020 13:07    Titel: Antworten mit Zitat

Ich denke, es ist irreführend, zu sagen, dass ein Quantenobjekt “instantan einen Zustand einnimmt“.

Der verschränkte Zweiteilchenzustand ist zunächst so konstruiert, dass ein Teilchen z.B. immer den entgegengesetzten Zustand des jeweils anderen Teilchens hat.

Misst man nun die Zustände der beiden Teilchen separat und unabhängig voneinander, so findet man genau das bestätigt: der Zustand eines Teilchens ist immer gerade der entgegengesetzten Zustand des jeweils anderen Teilchens.

D.h. aber doch nicht, dass ein Teilchen diesen Zustand “einnimmt“; man findet in der Messung lediglich das, was man bei der Präparation hineingesteckt hat.

Das Beispiel mit einem Paar Schuhe ist zwar streng genommen nicht auf die Quantenmechanik übertragbar, liefert aber eine recht anschauliche Erklärung: ein rechter (linker) Schuh aus einem Paar Schuhe - einer in einem Karton bei Alice, einer bei Bob - “wird“ nicht zu einem rechten (linken) Schuh, wenn der Karton geöffnet wird.

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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.
Weizsäcker



Anmeldungsdatum: 25.04.2020
Beiträge: 6

Beitrag Weizsäcker Verfasst am: 01. Mai 2020 23:29    Titel: Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:
Der verschränkte Zweiteilchenzustand ist zunächst so konstruiert, dass ein Teilchen z.B. immer den entgegengesetzten Zustand des jeweils anderen Teilchens hat.

Das, behaupte ich mal ganz keck, habe ich verstanden.

TomS hat Folgendes geschrieben:
D.h. aber doch nicht, dass ein Teilchen diesen Zustand “einnimmt“; man findet in der Messung lediglich das, was man bei der Präparation hineingesteckt hat.

Heißt das, dass beide Teilchen bereits vorher bzgl. der gemessenen Eigenschaft diese Zusände hatten?

Liebe Grüße und bleibt gesund,

Weizi
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 12423

Beitrag TomS Verfasst am: 02. Mai 2020 08:49    Titel: Antworten mit Zitat

Weizsäcker hat Folgendes geschrieben:
TomS hat Folgendes geschrieben:
D.h. aber doch nicht, dass ein Teilchen diesen Zustand “einnimmt“; man findet in der Messung lediglich das, was man bei der Präparation hineingesteckt hat.

Heißt das, dass beide Teilchen bereits vorher bzgl. der gemessenen Eigenschaft diese Zustände hatten?

Nein, das heißt es nicht.

Das ist übrigens der Punkt, wieso die Analogie mit dem Paar Schuhe nicht wirklich zulässig ist; wir wissen sicher, dass die Annahme, die Messergebnisse wären über verborgene Eigenschaften je einzelnem Teilchen bereits vorher festgelegt, unzutreffend ist:

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Bell%27s_theorem
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Aspect%27s_experiment

Man kann mittels der Bellschen Ungleichung und dem Aspect Experiment - das seither zig-fach wiederholt und verbessert wurde, schlüssig zeigen, dass die Annahme derartiger lokaler, verborgenen Parameter im Widerspruch zur Quantenmechanik und zum Experiment steht.

Die Quantenmechanik trifft, zumindest in der orthodoxen Interpretation *), keine Aussage über das, was im Zuge einer Messung tatsächlich geschieht. Die enthält lediglich Axiome, welcher mathematische Formalismus anzuwenden ist, um die Wahrscheinlichkeiten der möglichen Messergebnisse zu berechnen.

Vergleiche ein einzelnes Photon im Zustand



und die Wahrscheinlichkeit, „+1“ zu messen



mit dem verschränkten Zustand



und der Wahrscheinlichkeit, „+1,-1“ zu messen



Die erhältst in beiden Fällen das - mögliche Messergebnisse und deren Wahrscheinlichkeiten - was du hineingesteckt hast. Das Gesamtsystem wird in einem möglichen Zustand gemessen werden.

Wenn du im Falle des verschränkten Systems mit zwei Teilchen die Messung an einem einzelnen Subsystem bzw. Teilchen A ausführst und die Existenz des anderen Subsystems bzw. Teilchens B bzw. dessen Messung ignorierst, dann musst du die sogenannte partielle Dichtematrix für A verwenden; sie liefert dir wiederum





https://en.m.wikipedia.org/wiki/Density_matrix
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Partial_trace

Dass und wie ein Teilchen im Zuge der Messung einen Zustand in der Realität tatsächlich einnimmt, ist eine Frage der Interpretation und nicht Bestandteil des Kerns der Quantenmechanik. Die Quantenmechanik liefert auch für verschränkte Teilchen nicht mehr oder weniger Informationen über die Realität als für ein einzelnes Teilchen.

Wenn du den quantenmechanischen Formalismus lediglich anwendest, um Beobachtungen d.h. Messergebnisse und deren Wahrscheinlichkeiten zu berechnen, dann stellt dich die Verschränkung nicht vor grundsätzlich neue Rätsel. Wenn du verstehen möchtest, was im Zuge der Messung tatsächlich real geschieht, dann sind diese Rätsel bereits in der einfachsten Fragestellung für den Messprozess eines einzelnen Teilchens enthalten.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Measurement_problem


*) Generell wird die Problematik unter dem Begriff Messproblem zusammengefasst; dazu existiert heute keine allgemein akzeptierte Lösung. Ein wesentliche Erkenntnis ist das sogenannte Maudlin-Trilemma. Maudlin zeigt, dass die folgenden drei Aussagen zusammengenommen inkonsistent sind:

1) Der Zustandsvektor beschreibt das System vollständig (insbs. keine verborgenen Variablen)
2) Der Zustandsvektor folgt immer einer linearen Zeitentwicklung (Schrödingergleichung).
3) Messungen haben immer ein definiertes Ergebnis (im Sinne einer definierten Eigenschaft bzgl. einer Observablen)

Unterschiedliche Interpretationen verzichten nun auf einen der drei genannten Punkte, um das Messproblem zu lösen:

De Broglie und Bohm verzichten auf (1), müssen dazu jedoch die Nicht-Lokalität in Kauf nehmen. Von Neumann et al. verzichten im Kontext der orthodoxen Interpretation auf (2) und führen einen „Kollaps“ ein, der letztlich im Widerspruch zur Schrödingergleichung steht und deren Gültigkeit dahingehend limitiert, dass sie den Prozess der Messung nicht beschreiben kann. Everett et al. verzichten im Rahmen der sogenannten „Viele-Welten-Interpretation“ auf (3), d.h. eine Messung führt nur scheinbar auf einen eindeutigen Messwert; tatsächlich bleiben alle quantenmechanisch angelegten Möglichkeiten weiterhin realisiert; (3) liefert tatsächlich eine Beschreibung des Messprozesses, jedoch mit bizarren wenn auch unbeobachtbaren Konsequenz.

Wie gesagt, heute existiert keine allgemein akzeptierte Lösung.

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