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Elektronen in instrumentalischer Sichtweise
 
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Jakito



Anmeldungsdatum: 30.05.2024
Beiträge: 54

Beitrag Jakito Verfasst am: 30. Mai 2024 16:08    Titel: Elektronen in instrumentalischer Sichtweise Antworten mit Zitat

https://www.physikerboard.de/ptopic,398792.html#398792
TomS hat Folgendes geschrieben:
Zunächst mal ist das "beobachtete Teilchen" sicher kein klassisches Punktteilchen sondern selbst ein kompliziertes, kollektives Phänomen (Absorption eines Photons durch ein Atom oder Molekül z.B. im Auge, oder der Nachweis eines anderen Elementarteilchen in einem Detektor). Schon der Begriff "Teilchen" ist im Kontext der Messung eine (zu) grobe Vereinfachung. Auch in anderen Beispielen, die immer wieder für das Teilchenbild angeführt werden – Photo- und Comptoneffekt – funktioniert der Teilchenbegriff nicht; man kriegt die Kinematik grob hin, und das war's dann schon.

Der Bruch im Verständnis ist dann letztlich die Frage, wie man von einer Beschreibung mittels delokalisierter mathematischer Entitäten zu einem einzigen gut lokalisierten Detektorereignis gelangt. Dies ist ein wesentlicher Teil des sogenannten Messproblems.

Aus instrumentalischer Sicht verhalten sich "nicht thermalisierte" Elektronen schon sehr stark wie "echte"Teilchen. Das fängt bei Interaktionen kollektiven Anregungen wie Phononen und Plasmonen an, wo aufgrund von Energie und Impulserhaltung die individuellen Energieänderungen und Impulse sich mit den Formeln für klassische Teilchen berechnen lassen. Auch die räumlichen Ausbreitungen der beteiligen Teilchen, Anregungen und Quasiteilchen folgt brav klassischen Formeln. Und weil die elektrische Ladung sowohl erhalten bleibt, quantisiert ist, und zwar aus mikroskopischer Sicht ordentlich grob, bekommt man sogar eher das gegenteilige Problem: wie schaffen es Elektronen, beim Thermalisieren ihren Punktteilchen Charakter zu verlieren, ohne dabei die Quantisierung der Ladung zu verletzen?

Eine "intuitive" Erklärung ist, dass die Quantisierung des elektromagnetischen Feldes dazu führt, dass die "Punktposition" der Ladung unscharf wird, weil gar nicht mehr genug Energie vorhanden ist, als dass die exakte Punktposition Auswirkungen auf irgendwelche Interaktionen haben könnte.

(Die quantenmechanische Ununterscheidbarkeit behalten jedoch auch "nicht thermalisierte" Elektronen, und dies äußert sich auch in den Formeln. In diesem Sinne werden sie also nie zu "echten" Teilchen, auch nicht aus phänomenologischer oder instrumentalistischer Sicht.)


Zuletzt bearbeitet von Jakito am 11. Jun 2024 10:59, insgesamt einmal bearbeitet
Jakito



Anmeldungsdatum: 30.05.2024
Beiträge: 54

Beitrag Jakito Verfasst am: 30. Mai 2024 16:33    Titel: Antworten mit Zitat

https://www.physikerboard.de/ptopic,398819.html#398819
A.Neumaier hat Folgendes geschrieben:
Jakito hat Folgendes geschrieben:

Diskutiert doch bitte die BM in einem separaten Thread.

Dann sollten Sie diesen neuen Thread aufmachen, statt noch mehr über BM in diesem Thread zu posten!

Das sollen doch die machen, die unbedingt die BM diskutieren wollen. Deshalb habe ich jetzt diesen Thread aufgemacht, für ein Thema, was ich selbst gerne diskutieren würde. Und siehe da, um dies in der von mir gewüschten Art tun zu können, musste ich mich registrieren. Da hätte ich ja erst recht keine Lust drauf gehabt, für diese rechthaberischen BM Diskussionen.
A.Neumaier
Gast





Beitrag A.Neumaier Verfasst am: 30. Mai 2024 19:34    Titel: Re: Meine instrumentalische Sichtweise der Elektronen Antworten mit Zitat

Jakito hat Folgendes geschrieben:

Aus instrumentalischer Sicht verhalten sich "nicht thermalisierte" Elektronen schon sehr stark wie "echte"Teilchen.

Elektronen in einem reinen Fockzustand verhalten sich aber immer sehr nichtklassisch!
Jakito



Anmeldungsdatum: 30.05.2024
Beiträge: 54

Beitrag Jakito Verfasst am: 02. Jun 2024 21:29    Titel: Antworten mit Zitat

Ich dachte hier vor allen an Elektronen, die von außen in einen Festkörper hineingeschossen worden sind. Fockzustand oder nicht ist da gar nicht so wichtig, als Grund für deren doch recht klassisches Verhalten. Und es sind nicht unbedingt die reinen nackten Elektronen, die hier recht klassischen Formeln genügen, sondern oft kollektive Anregungen, wie z.B. Plasmonen. D.h. insbesondere, dass hier effektive Massen relevant sein können, statt der Elektronenmasse im Vakuum.

Im Vakuum verhält sich so ein Elektronenstrahl vermutlich noch wie ein kontinuierlicher Strahl (solange er nicht von einem anderen Strahl gekreuzt wird), erst im Festkörper selbst erzwingen hochenergetische Interaktionen dann "Impulspakete mit diskreter Ladung", die messbare Spuren hinterlassen.
A.Neumaier
Gast





Beitrag A.Neumaier Verfasst am: 03. Jun 2024 10:46    Titel: Antworten mit Zitat

Jakito hat Folgendes geschrieben:
Ich dachte hier vor allen an Elektronen, die von außen in einen Festkörper hineingeschossen worden sind. Fockzustand oder nicht ist da gar nicht so wichtig, als Grund für deren doch recht klassisches Verhalten. Und es sind nicht unbedingt die reinen nackten Elektronen, die hier recht klassischen Formeln genügen, sondern oft kollektive Anregungen, wie z.B. Plasmonen. D.h. insbesondere, dass hier effektive Massen relevant sein können, statt der Elektronenmasse im Vakuum.

Aber die Verwasndlung des externen Elektrons in ein Quasiteilchen kann man nur quantenmechnaisch erklären, ebenso den Austritt eines Elektrons aus einer Kathode.
Jakito



Anmeldungsdatum: 30.05.2024
Beiträge: 54

Beitrag Jakito Verfasst am: 03. Jun 2024 12:33    Titel: Antworten mit Zitat

Mir geht es darum, dass im Gegensatz zum Photon, wo es eine Vergewaltigung der Sprache ist von einem Teilchen zu sprechen, dies beim Elektron nicht immer der Fall ist. Und dass es durchaus quantenmechanische Gründe gibt, wieso dem so ist. Vielleicht läßt dies sich so interpretieren, dass in gewissen Situationen ein "sehr lokales Gleichgewicht" entsteht, wo selbst eine einzelne (quantisierte) Ladung schon teilchenartiges Verhalten zeigt, und zwar mit messbaren Konsequenzen.
Telefonmann



Anmeldungsdatum: 05.10.2011
Beiträge: 237

Beitrag Telefonmann Verfasst am: 03. Jun 2024 12:49    Titel: Antworten mit Zitat

Jakito hat Folgendes geschrieben:
Mir geht es darum, dass im Gegensatz zum Photon, wo es eine Vergewaltigung der Sprache ist von einem Teilchen zu sprechen, dies beim Elektron nicht immer der Fall ist.

Einziger Kritikpunkt an dieser Sichtweise meinerseits ist das hier: https://en.wikipedia.org/wiki/Mott_problem . Möglichweise gaukelt der Messprozess dementsprechend mehr Teilcheneigenschaften vor, als tatsächlich lokal vorhanden sind.
A.Neumaier
Gast





Beitrag A.Neumaier Verfasst am: 03. Jun 2024 12:55    Titel: Antworten mit Zitat

Jakito hat Folgendes geschrieben:
wo selbst eine einzelne (quantisierte) Ladung schon teilchenartiges Verhalten zeigt, und zwar mit messbaren Konsequenzen.

Beispiel für die messbaren Kosequenzen einer einzelnen Ladung? Das geht m.E. nur mit einem quantenmechanischen Verstärkungsprozess!
Jakito



Anmeldungsdatum: 30.05.2024
Beiträge: 54

Beitrag Jakito Verfasst am: 03. Jun 2024 16:11    Titel: Antworten mit Zitat

A.Neumaier hat Folgendes geschrieben:
Jakito hat Folgendes geschrieben:
wo selbst eine einzelne (quantisierte) Ladung schon teilchenartiges Verhalten zeigt, und zwar mit messbaren Konsequenzen.

Beispiel für die messbaren Kosequenzen einer einzelnen Ladung? Das geht m.E. nur mit einem quantenmechanischen Verstärkungsprozess!

Einfach die Spuren der Verwüstung, die das primäre Elektron und die von ihm angeregten sekundären Elektronen hinterlassen. Da werden Elektronen aus inneren Schalen rausgeschlagen, und wenn diese Löcher wieder gefüllt werden entstehen messbare Röntgenstrahlen, und messbare Auger-Elektronen. Und wenn dabei ein längeres Polymer zu Bruch geht, dann wird ganz lokal die messbare Konsequenz dauerhaft gespeichert. (PMMA als E-Beam Lack funktioniert z.B. nach diesem Prinzip.)
A.Neumaier
Gast





Beitrag A.Neumaier Verfasst am: 03. Jun 2024 16:20    Titel: Antworten mit Zitat

Jakito hat Folgendes geschrieben:
A.Neumaier hat Folgendes geschrieben:
Jakito hat Folgendes geschrieben:
wo selbst eine einzelne (quantisierte) Ladung schon teilchenartiges Verhalten zeigt, und zwar mit messbaren Konsequenzen.

Beispiel für die messbaren Kosequenzen einer einzelnen Ladung? Das geht m.E. nur mit einem quantenmechanischen Verstärkungsprozess!

Einfach die Spuren der Verwüstung, die das primäre Elektron und die von ihm angeregten sekundären Elektronen hinterlassen. Da werden Elektronen aus inneren Schalen rausgeschlagen, und wenn diese Löcher wieder gefüllt werden entstehen messbare Röntgenstrahlen, und messbare Auger-Elektronen. Und wenn dabei ein längeres Polymer zu Bruch geht, dann wird ganz lokal die messbare Konsequenz dauerhaft gespeichert. (PMMA als E-Beam Lack funktioniert z.B. nach diesem Prinzip.)

Ja, aber all dies muss quantenmechanisch modelliert werden, nicht klassisch!
Jakito



Anmeldungsdatum: 30.05.2024
Beiträge: 54

Beitrag Jakito Verfasst am: 03. Jun 2024 16:30    Titel: Antworten mit Zitat

A.Neumaier hat Folgendes geschrieben:
Ja, aber all dies muss quantenmechanisch modelliert werden, nicht klassisch!

Es geht mir hier nicht um eine MWI (a la Mott) oder TI Modelierung, sondern um das phänomenologisch zu beobachtende Verhalten. Wenn man die Elektronen simuliert, darf man bei der Erzeugung der Röntenstrahlen, oder beim zerbrochenem Polymer aufhören mit der Simulation.
Jakito



Anmeldungsdatum: 30.05.2024
Beiträge: 54

Beitrag Jakito Verfasst am: 11. Jun 2024 10:58    Titel: Antworten mit Zitat

A.Neumaier hat Folgendes geschrieben:
Beispiel für die messbaren Konsequenzen einer einzelnen Ladung? Das geht m.E. nur mit einem quantenmechanischen Verstärkungsprozess!
Sie stören sich eventuell daran, dass im "Detektor" die Verstärkung irgendwie zu fehlen scheint, bzw. gar kein sauberer Detektor vorhanden zu sein scheint. Dies täuscht aber, denn:
  1. Es müssen ja nur die unkontrollierbaren Schwankungen im "Zustand" (wenn man einen einfallenden Strahl als Zustand bezeichnen will) verstärkt werden, nicht irgendwelche makroskopisch messbaren Energien.
  2. Ein Threshold Verhalten bewirkt eine solche Verstärkung: Wenn die Störung groß genug war, um einen Wechsel des Gleichgewichtszustandes zu bewirken, dann liegen messbare Konsequenzen vor.
Jakito hat Folgendes geschrieben:
Wenn man die Elektronen simuliert, darf man bei der Erzeugung der Röntenstrahlen, oder beim zerbrochenem Polymer aufhören mit der Simulation.
In beiden beschriebenen Fällen hat sich der Gleichgewichtszustand verändert, bei der Erzeugung von Röntengenstrahlen durch den Abtransport von Energie, beim zerbrochenen Polymer durch eine Erhöhung der Entropie (also einer quasi irreversiblen lokalen Änderung).

Man sollte sich jedoch klar machen, dass daraus nicht folgt, dass im Elektronenstrahl im Vacuum bereits Teilchen (mit halbwegs klassischen Eigenschaften) vorlagen. Der Elektronenstrahl könnte komplizierte Stern-Gerlach und andere Verschränkungsprozeduren durchlaufen haben (z.B. von einem Kristall gebeugt worden sein), und würde schön Quantenverhalten in allen seinen Schattierungen zeigen. Erst nach dem Eintritt in den Festkörper manifestiert sich das teilchenartige Verhalten.
A.Neumaier
Gast





Beitrag A.Neumaier Verfasst am: 21. Jun 2024 15:23    Titel: Antworten mit Zitat

Jakito hat Folgendes geschrieben:
dass daraus nicht folgt, dass im Elektronenstrahl im Vacuum bereits Teilchen (mit halbwegs klassischen Eigenschaften) vorlagen. Der Elektronenstrahl könnte komplizierte Stern-Gerlach und andere Verschränkungsprozeduren durchlaufen haben (z.B. von einem Kristall gebeugt worden sein), und würde schön Quantenverhalten in allen seinen Schattierungen zeigen. Erst nach dem Eintritt in den Festkörper manifestiert sich das teilchenartige Verhalten.

Erst wenn etwas makroskopisch sichtbar ist, als Spur oder als Stromimpuls. Vorher ist alles Quantenmechanik, auch das Produzieren der Quasiteilchen, die man dann in der Approximation der geometrschen Optik behandeln und ihnen so quasiklassische Eigenschaften zuschreiben kann.
Jakito



Anmeldungsdatum: 30.05.2024
Beiträge: 54

Beitrag Jakito Verfasst am: 24. Jun 2024 00:57    Titel: Antworten mit Zitat

A.Neumaier hat Folgendes geschrieben:
Erst wenn etwas makroskopisch sichtbar ist, als Spur oder als Stromimpuls. Vorher ist alles Quantenmechanik, auch das Produzieren der Quasiteilchen, die man dann in der Approximation der geometrschen Optik behandeln und ihnen so quasiklassische Eigenschaften zuschreiben kann.
Es ist immer alles Quantenmechanik. Die "makroskopischen" Spuren entstehen aufgrund der "makroskopischen" Energie (> 10 keV) der einfallenden Elektronen im Vergleich zu den mikroskopisch relevanten Energien (im Festkörper) wie Plasmonresonanz oder Bandlücke (< 20 eV). In einem Isolator entstehen so z.B. viele Elektron-Loch Paare, die für kurze Zeit Leitfähigkeit erzeugen, und damit Stromfluss ermöglichen (ebeam induced conductivity).
Allerdings vermute ich, dass ich gerade die geometrische Optik explizit nicht meine. Die Optiken moderner Lithographie-Maschinen werden z.B. größtenteils mittels geometrischer Optik optimiert. Aber letztendlich bestimmt die Wellenoptik die Abbildung der Photomaske in den Photolack auf dem Siliziumwafer. Die Approximation der geometrischen Optik wird hier also dazu verwendet, um den kohärenten Teil der Abbildung zu optimieren.
Mir geht es aber bei den Interaktionen mit Quasiteilchen um recht inkohärente Prozessse. Dies ist meist eine Frage des Energie- oder Impulsübertrags. Wenn das schnelle Elektron bei einer Interaktion seine Richtung um einen großen Winkel ändert, z.B. um 30 Grad, dann ist das meist eine sehr inkohärente Interaktion (Ausnahme: Beugung am Kristallgitter). Gleiches gilt, wenn es eine große Energiemenge überträgt, z.B. wenn es ein Elektron aus einer inneren Schale herausschlägt.
A.Neumaier
Gast





Beitrag A.Neumaier Verfasst am: 24. Jun 2024 06:21    Titel: Antworten mit Zitat

Jakito hat Folgendes geschrieben:
A.Neumaier hat Folgendes geschrieben:
Erst wenn etwas makroskopisch sichtbar ist, als Spur oder als Stromimpuls. Vorher ist alles Quantenmechanik, auch das Produzieren der Quasiteilchen, die man dann in der Approximation der geometrschen Optik behandeln und ihnen so quasiklassische Eigenschaften zuschreiben kann.
Es ist immer alles Quantenmechanik. Die "makroskopischen" Spuren entstehen aufgrund der "makroskopischen" Energie (> 10 keV) der einfallenden Elektronen im Vergleich zu den mikroskopisch relevanten Energien (im Festkörper) wie Plasmonresonanz oder Bandlücke (< 20 eV). In einem Isolator entstehen so z.B. viele Elektron-Loch Paare, die für kurze Zeit Leitfähigkeit erzeugen, und damit Stromfluss ermöglichen (ebeam induced conductivity).
Allerdings vermute ich, dass ich gerade die geometrische Optik explizit nicht meine.

Dann verstehe ich den Sinn des Threads nicht. Denn quasiklassisch = geometrische Optik in einem Quasiteilchenbild.
Jakito



Anmeldungsdatum: 30.05.2024
Beiträge: 54

Beitrag Jakito Verfasst am: 24. Jun 2024 11:04    Titel: Antworten mit Zitat

A.Neumaier hat Folgendes geschrieben:
Dann verstehe ich den Sinn des Threads nicht. Denn quasiklassisch = geometrische Optik in einem Quasiteilchenbild.
Vielleicht, da bin ich nicht so sattelfest mit Quasiteilchen. Ich weiß, dass man die Elektronenoptik eines Elektronenmikroskops gut durch die Optik klassisch gerechneter Elektronen berechnen und optimieren kann. Aber da ist man im kohärenten Fall, wie bei den oben beschriebenen Optiken moderner Lithographie-Maschinen.

Worum es mir bei diesen Thread geht, habe ich weiter oben erklärt:
https://www.physikerboard.de/ptopic,398992.html#398992
Jakito hat Folgendes geschrieben:
Mir geht es darum, dass im Gegensatz zum Photon, wo es eine Vergewaltigung der Sprache ist von einem Teilchen zu sprechen, dies beim Elektron nicht immer der Fall ist. Und dass es durchaus quantenmechanische Gründe gibt, wieso dem so ist. Vielleicht läßt dies sich so interpretieren, dass in gewissen Situationen ein "sehr lokales Gleichgewicht" entsteht, wo selbst eine einzelne (quantisierte) Ladung schon teilchenartiges Verhalten zeigt, und zwar mit messbaren Konsequenzen.


Dies war motiviert von Aussagen wie
https://www.physikerboard.de/ptopic,398750.html#398750
A.Neumaier hat Folgendes geschrieben:
Sonnenwind hat Folgendes geschrieben:

Wie sieht es aber mit Fermionen aus? Man kann doch ein einzelnes Elektron auf die Reise schicken?

Für die Mathematik der Absorption eines Elektrons habe ich (trotz Suche vor einiger Zeit) nicht genug in der Literatur gefunden, um hier etwas Definitives dazu zu sagen. Ich will ja auch nicht alle potentiellen Probleme der Interpretation der Quantenphysik beantworten....

Wobei es noch eine andere Aussage gab, die ich jetzt nicht mehr gefunden habe, die Vermutungen angestellt hatte, wie es gehen könnte. Deshalb wollte ich zunächst mal das phänomenologische Verhalten nicht-thermischer Elektronen diskutieren, um zu verhindern, dass stark von Photonen und Optik motivierte Bilder uns zu sehr in die falsche Richtung lenken.
A.Neumaier
Gast





Beitrag A.Neumaier Verfasst am: 24. Jun 2024 16:33    Titel: Antworten mit Zitat

Jakito hat Folgendes geschrieben:
Jakito hat Folgendes geschrieben:
Mir geht es darum, dass im Gegensatz zum Photon, wo es eine Vergewaltigung der Sprache ist von einem Teilchen zu sprechen, dies beim Elektron nicht immer der Fall ist. Und dass es durchaus quantenmechanische Gründe gibt, wieso dem so ist. Vielleicht läßt dies sich so interpretieren, dass in gewissen Situationen ein "sehr lokales Gleichgewicht" entsteht, wo selbst eine einzelne (quantisierte) Ladung schon teilchenartiges Verhalten zeigt, und zwar mit messbaren Konsequenzen.

Photonen als Teilchen sind nicht immer eine Vergewaltigung der Sprache, sondern nur dann, wenn die geometrische Optik nicht hinreichend genau ist.
Jakito hat Folgendes geschrieben:

Dies war motiviert von Aussagen wie
A.Neumaier hat Folgendes geschrieben:
Sonnenwind hat Folgendes geschrieben:

Wie sieht es aber mit Fermionen aus? Man kann doch ein einzelnes Elektron auf die Reise schicken?

Für die Mathematik der Absorption eines Elektrons habe ich (trotz Suche vor einiger Zeit) nicht genug in der Literatur gefunden, um hier etwas Definitives dazu zu sagen. Ich will ja auch nicht alle potentiellen Probleme der Interpretation der Quantenphysik beantworten....

Wobei es noch eine andere Aussage gab, die ich jetzt nicht mehr gefunden habe, die Vermutungen angestellt hatte, wie es gehen könnte. Deshalb wollte ich zunächst mal das phänomenologische Verhalten nicht-thermischer Elektronen diskutieren, um zu verhindern, dass stark von Photonen und Optik motivierte Bilder uns zu sehr in die falsche Richtung lenken.

Man kann quantenmechanische Objekte genau dann quasiklassisch behandeln, wenn sie in einem approximativ kohärenten Zustand hinsichtlich der Grössen von Intersse sind. Für eine quasiklassische Teilchenbeschreibung braucht man also einen kohärenten Zustand für Ort und impuls. Das gilt so jedenfalls für Bosonen.

Für Fermionen gilt etwas analoges, aber was genau habe ich noch keine Zeit gehabt im Detail zu ergründen. Für ein einzelnes Elektron in einem reinen quasiklassischen Zustand muss man wohl ein Tensorprodukt aus einem kohärenten Zustand in (q,p) und einem 2D Spin-Vektor ansetzen. Aber das habe ich nicht an Beispielen durchgerechnet (das kostet immer recht viel Zeit), weiss also nicht, ob das wirklich so geht.

Jedenfalls braucht man Zustände, wo q und p gleichzeitig so gut bestimmt sind, wie die Messgenauigkeit erlaubt, ohne die Unschärferelation zu verletzen. Das erreicht man oft dadurch, dass man die Quantenfelder mit einer Bogoliubov-Transformation reparameterisiert, so dass nach der Transformation die effektiven Felder im interessierenden Raum-Zeitbereich bis auf äussere Felder in einer guten Näherung frei sind. Die Einteilchenzustände dieser effektiven Felder sind die Quasiteilchen, (z.B. Valenzelektronen in einem Metall oder Photonen in Glas). Weil die Selbstwechselwirkungen approximativ wegtransforimert wurden, ist ein approximatives Teilchenbild möglich. Auf diese Weise wird die Mehrzahl der Probleme der Festkörperphysik der Analyse zugänglich. Korrekturen zum klassischen verhalten kann man dann störungstheoretisch beschreiben, z.B. mit WKB-Methoden.
Jakito



Anmeldungsdatum: 30.05.2024
Beiträge: 54

Beitrag Jakito Verfasst am: 24. Jun 2024 19:59    Titel: Antworten mit Zitat

A.Neumaier hat Folgendes geschrieben:
Photonen als Teilchen sind nicht immer eine Vergewaltigung der Sprache, sondern nur dann, wenn die geometrische Optik nicht hinreichend genau ist.
Aber oft wird die geometrischen Optik doch zu Berechnungen eines Ausbreitungsmediums eingesetzt, also Sachen wie die Elektronenoptik. Das wäre also der Quantenkanal in der Sprache der Quanteninformation. Aber daraus kann ich doch keine Rückschlüsse darauf ziehen, wie angemessen es ist, von Teilchen oder Wellen zu sprechen. Warum sollte ich ebene Wellen in einem homogenen Medium nicht mit der geometrischen Optik berechnen können?

Es geht doch eher darum, ob Interferenz auftritt, bzw. ob die Interferenzeffekte klein genug sind, dass ein Instrumentalist wie ich sie sorglos ignorieren kann:
https://www.physicsforums.com/threads/are-there-signs-that-any-quantum-interpretation-can-be-proved-or-disproved.1004469/post-6511946
A.Neumaier
Gast





Beitrag A.Neumaier Verfasst am: 24. Jun 2024 21:27    Titel: Antworten mit Zitat

Jakito hat Folgendes geschrieben:
A.Neumaier hat Folgendes geschrieben:
Photonen als Teilchen sind nicht immer eine Vergewaltigung der Sprache, sondern nur dann, wenn die geometrische Optik nicht hinreichend genau ist.
Aber oft wird die geometrischen Optik doch zu Berechnungen eines Ausbreitungsmediums eingesetzt, also Sachen wie die Elektronenoptik. Das wäre also der Quantenkanal in der Sprache der Quanteninformation. Aber daraus kann ich doch keine Rückschlüsse darauf ziehen, wie angemessen es ist, von Teilchen oder Wellen zu sprechen. Warum sollte ich ebene Wellen in einem homogenen Medium nicht mit der geometrischen Optik berechnen können?

Von Quantenfeldern kann man immer konsistent reden, von Teilchen nur, wenn die bedingungen der geometrischen Optik erfüllt sind.
Jakito



Anmeldungsdatum: 30.05.2024
Beiträge: 54

Beitrag Jakito Verfasst am: 24. Jun 2024 22:07    Titel: Antworten mit Zitat

A.Neumaier hat Folgendes geschrieben:
Von Quantenfeldern kann man immer konsistent reden, von Teilchen nur, wenn die bedingungen der geometrischen Optik erfüllt sind.
Mag sein. Ich bin mir nicht mehr sicher, ob wir das Gleiche unter einem Teilchen verstehen. Und auch nicht, ob wir das Gleiche unter den Bedingungen der geometrischen Optik verstehen.

Unter einem Teilchen verstehe ich etwas, was fast interferenzfreies Verhalten zeigt, sowie nach Möglichkeit noch weitere klassische Teilcheneigenschaften.
Unter den Bedingungen der geometrische Optik verstehe ich in unserem Kontext die Zulässigkeit einer Approximation, die eine enorme Rechenerleichterung bringt, indem eine indefinite elliptische partielle Differentialgleichung in Berechnungen durch eine gewöhnliche Differentialgleichung (mit vielen unabhängigen Startwerten) ersetzt werden kann.

Nach meinem Verständnis dieser Begriffe kann es durchaus unangemessen sein, von einem Teilchen zu sprechen, selbst wenn die Bedingungen der geometrischen Optik erfüllt sind.
A.Neumaier
Gast





Beitrag A.Neumaier Verfasst am: 25. Jun 2024 06:46    Titel: Antworten mit Zitat

Jakito hat Folgendes geschrieben:
A.Neumaier hat Folgendes geschrieben:
Von Quantenfeldern kann man immer konsistent reden, von Teilchen nur, wenn die bedingungen der geometrischen Optik erfüllt sind.
Mag sein. Ich bin mir nicht mehr sicher, ob wir das Gleiche unter einem Teilchen verstehen. Und auch nicht, ob wir das Gleiche unter den Bedingungen der geometrischen Optik verstehen.

Unter einem Teilchen verstehe ich etwas, was fast interferenzfreies Verhalten zeigt, sowie nach Möglichkeit noch weitere klassische Teilcheneigenschaften.

In der QFT ist ein (Quanten-)Teilchen ein 1-Teilchen-Zustand eines Fockraums. Die Hilberträume der rel. QFT sind nur dann Fockräume, wenn sie quasifrei sind, also frei bis auf äussere Wechselwirkungen und Bogoliubov-Transformationen frei. Dann gibt es in jedem Lorentz-Koordinatensystem kohärente Zustände, die quasiklassische Teilchen beschreiben. Der asymptotische Zustandsraum (t=+-infty) einer rel. QFT ist in jedem Superselektionssector quasifrei. Wenn die Wechselwirkungen auf kurze Zeiten beschränkt sind, kann man für längere Zeiten den asymptotischen Zustandsraum zugrundelegen, und deshalb semiklassisch = gemäss geometrischer Optik approximieren.
Jakito hat Folgendes geschrieben:

Unter den Bedingungen der geometrische Optik verstehe ich in unserem Kontext die Zulässigkeit einer Approximation, die eine enorme Rechenerleichterung bringt, indem eine indefinite elliptische partielle Differentialgleichung in Berechnungen durch eine gewöhnliche Differentialgleichung (mit vielen unabhängigen Startwerten) ersetzt werden kann.

Da stimmen wir überein.
Jakito hat Folgendes geschrieben:

Nach meinem Verständnis dieser Begriffe kann es durchaus unangemessen sein, von einem Teilchen zu sprechen, selbst wenn die Bedingungen der geometrischen Optik erfüllt sind.

Auf der rein sprachlichen Ebene, wo wir unsere Diskussion führen, sind die Begriffe bei weitem nicht so scharf, dass man das konsistent auseinanderhalten könnte.
Jakito



Anmeldungsdatum: 30.05.2024
Beiträge: 54

Beitrag Jakito Verfasst am: 25. Jun 2024 15:14    Titel: Antworten mit Zitat

A.Neumaier hat Folgendes geschrieben:
In der QFT ist ein (Quanten-)Teilchen ein 1-Teilchen-Zustand eines Fockraums. Die Hilberträume der rel. QFT sind nur dann Fockräume, wenn sie quasifrei sind, also frei bis auf äussere Wechselwirkungen und Bogoliubov-Transformationen frei. Dann gibt es in jedem Lorentz-Koordinatensystem kohärente Zustände, die quasiklassische Teilchen beschreiben. Der asymptotische Zustandsraum (t=+-infty) einer rel. QFT ist in jedem Superselektionssector quasifrei. Wenn die Wechselwirkungen auf kurze Zeiten beschränkt sind, kann man für längere Zeiten den asymptotischen Zustandsraum zugrundelegen, und deshalb semiklassisch = gemäss geometrischer Optik approximieren.

Danke. Wir verstehen/benutzen also schlicht das Wort "Teilchen" verschieden. Sie verwenden es so, wie es in der QFT halt verwendet wird, und stören sich nicht daran, dass ein 1-Teilchen Zustand im Sinne der QFT oft fast nichts mit einem klassichen Teilchen zu tun hat.

Ich hatte jetzt zwar die Ununterscheidbarkeit als unvermeidbare nicht-klassiche Eigenschaft akzeptiert, wollte ansonsten aber nicht zu viele der klassischen Teilcheneigenschaften aufgeben, wenn ich das Wort "Teilchen" verwende.

A.Neumaier hat Folgendes geschrieben:
Auf der rein sprachlichen Ebene, wo wir unsere Diskussion führen, sind die Begriffe bei weitem nicht so scharf, dass man das konsistent auseinanderhalten könnte.
Da ist schon was dran. Nur muss man irgendwie trotzdem versuchen, sich gegenseitig auf rein sprachlicher Ebene irgendwie zu verstehen, bzw. sich verständlich zu machen.
A.Neumaier
Gast





Beitrag A.Neumaier Verfasst am: 25. Jun 2024 17:50    Titel: Antworten mit Zitat

Jakito hat Folgendes geschrieben:
A.Neumaier hat Folgendes geschrieben:
In der QFT ist ein (Quanten-)Teilchen ein 1-Teilchen-Zustand eines Fockraums. Die Hilberträume der rel. QFT sind nur dann Fockräume, wenn sie quasifrei sind, also frei bis auf äussere Wechselwirkungen und Bogoliubov-Transformationen frei. Dann gibt es in jedem Lorentz-Koordinatensystem kohärente Zustände, die quasiklassische Teilchen beschreiben. Der asymptotische Zustandsraum (t=+-infty) einer rel. QFT ist in jedem Superselektionssector quasifrei. Wenn die Wechselwirkungen auf kurze Zeiten beschränkt sind, kann man für längere Zeiten den asymptotischen Zustandsraum zugrundelegen, und deshalb semiklassisch = gemäss geometrischer Optik approximieren.

Danke. Wir verstehen/benutzen also schlicht das Wort "Teilchen" verschieden. Sie verwenden es so, wie es in der QFT halt verwendet wird, und stören sich nicht daran, dass ein 1-Teilchen Zustand im Sinne der QFT oft fast nichts mit einem klassichen Teilchen zu tun hat.

Deshalb habe ich zwischen einem allgemeinen Quantenteilchen und einem semiklassischen Teilchen unterschieden. Letzters ist ein Quantenteilchen, für das die Approximation der geometrischen Optik angemessen ist.
Jakito



Anmeldungsdatum: 30.05.2024
Beiträge: 54

Beitrag Jakito Verfasst am: 25. Jun 2024 20:54    Titel: Antworten mit Zitat

A.Neumaier hat Folgendes geschrieben:
Dann gibt es in jedem Lorentz-Koordinatensystem kohärente Zustände, die quasiklassische Teilchen beschreiben. Der asymptotische Zustandsraum (t=+-infty) einer rel. QFT ist in jedem Superselektionssector quasifrei. Wenn die Wechselwirkungen auf kurze Zeiten beschränkt sind, kann man für längere Zeiten den asymptotischen Zustandsraum zugrundelegen, und deshalb semiklassisch = gemäss geometrischer Optik approximieren.
A.Neumaier hat Folgendes geschrieben:
Deshalb habe ich zwischen einem allgemeinen Quantenteilchen und einem semiklassischen Teilchen unterschieden. Letzters ist ein Quantenteilchen, für das die Approximation der geometrischen Optik angemessen ist.

Jetzt gibt es also quasiklassische Teilchen, die durch kohärente Zustände beschrieben werden, und semiklassische Teilchen, welches Quantenteilchen sind, für die die Approximation der geometrischen Optik angemessen ist.

Ein nicht-thermisches Elektron beim Durchqueren eines Festkörpers wird wohl keins von beiden sein. Aber es kann sich trotzdem bei manchen Interaktionen fast wie ein klassisches Teilchen verhalten. Gleichzeitig verhält es sich aber bei anderen Interaktionen (wie z.B. der Beugung am Kristallgitter) sehr nicht-klassisch. Und doch hinterlassen die Interaktionen, bei denen es sich sehr klassische verhält oft Spuren, die auch "kurze Zeit" später noch vorhanden, also quasi-messbar sind.
A.Neumaier
Gast





Beitrag A.Neumaier Verfasst am: 25. Jun 2024 22:15    Titel: Antworten mit Zitat

Jakito hat Folgendes geschrieben:
A.Neumaier hat Folgendes geschrieben:
Dann gibt es in jedem Lorentz-Koordinatensystem kohärente Zustände, die quasiklassische Teilchen beschreiben. Der asymptotische Zustandsraum (t=+-infty) einer rel. QFT ist in jedem Superselektionssector quasifrei. Wenn die Wechselwirkungen auf kurze Zeiten beschränkt sind, kann man für längere Zeiten den asymptotischen Zustandsraum zugrundelegen, und deshalb semiklassisch = gemäss geometrischer Optik approximieren.
A.Neumaier hat Folgendes geschrieben:
Deshalb habe ich zwischen einem allgemeinen Quantenteilchen und einem semiklassischen Teilchen unterschieden. Letzters ist ein Quantenteilchen, für das die Approximation der geometrischen Optik angemessen ist.

Jetzt gibt es also quasiklassische Teilchen, die durch kohärente Zustände beschrieben werden, und semiklassische Teilchen, welches Quantenteilchen sind, für die die Approximation der geometrischen Optik angemessen ist.

Ein nicht-thermisches Elektron beim Durchqueren eines Festkörpers wird wohl keins von beiden sein. Aber es kann sich trotzdem bei manchen Interaktionen fast wie ein klassisches Teilchen verhalten. Gleichzeitig verhält es sich aber bei anderen Interaktionen (wie z.B. der Beugung am Kristallgitter) sehr nicht-klassisch. Und doch hinterlassen die Interaktionen, bei denen es sich sehr klassische verhält oft Spuren, die auch "kurze Zeit" später noch vorhanden, also quasi-messbar sind.

Na ja, die Sprache ist gefügig, wenn man etwas ausdrücken will. Worauf es ankommt, ist, dass die physikalischen Phänomene erklärt werden. Newton hat Beugung von Licht mit klassischen Teilchen erklärt. Wenn Sie das für sehr nichtklassisch halten, sei es Ihnen freigestellt. Jedem seine Sprache.
Jakito



Anmeldungsdatum: 30.05.2024
Beiträge: 54

Beitrag Jakito Verfasst am: 26. Jun 2024 09:03    Titel: Antworten mit Zitat

A.Neumaier hat Folgendes geschrieben:
Na ja, die Sprache ist gefügig, wenn man etwas ausdrücken will. Worauf es ankommt, ist, dass die physikalischen Phänomene erklärt werden. Newton hat Beugung von Licht mit klassischen Teilchen erklärt. Wenn Sie das für sehr nichtklassisch halten, sei es Ihnen freigestellt. Jedem seine Sprache.
Wie gut Newtons Erklärung funktioniert, hängt aber auch von der Kohärenzlänge seiner Lichtquelle ab. Aber ob geometrische Optik benutzt werden kann, ist unabhängig von der Kohärenz der Lichtquelle. Dafür ist vor allem die Wellenlänge entscheidend, bzw. das Verhältnis von Wellenlänge zu den Strukturengrößen, an denen es "gestreut" und/oder "gebeugt" wird.

https://www.physikerboard.de/ptopic,399645.html#399645
Jakito hat Folgendes geschrieben:
Dies war motiviert von Aussagen wie ...
Wobei es noch eine andere Aussage gab, die ich jetzt nicht mehr gefunden habe, die Vermutungen angestellt hatte, wie es gehen könnte.
Ich glaube, jetzt habe ich die andere Aussage wieder gefunden:
https://www.physikerboard.de/ptopic,398693.html#398693
A.Neumaier hat Folgendes geschrieben:
Telefonmann hat Folgendes geschrieben:
A.Neumaier hat Folgendes geschrieben:
In Wirklichkeit misst man die Intensität des einfallenden Lichts, auf das der Detektor gemäss einem Poissonprozess reagiert.

Bei einem einfallenden Elektronenfeld bräuchte man eine andere Erklärung: Ich erkläre mir die einzelnen Punkte auf der Fotoplatte in diesem Fall mit einer lokalisierten Entstehung von Bremsstrahlung.

Ja, das ist eine Möglichkeit. Aber die Absorption von massiven Teilchen ist ein quantenmechanisch schlecht verstandener Prozess (im Vergleich zu der von Photonen). Vielleicht zerfällt das AGI ja auch unter der Katalyse von Elektronen. Jedenfalls ist wieder nur die Elektronendichte am Schirm ausschlaggebend für die Rate des Prozesses.
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