Anhang: Philosophische BemerkungenLiteratur:1. George Greenstein, Arthur G. Zajonc; “The Quantum Challenge”,

Jones and Bartlett Publishers, London (1997). Exzellente spekulationsfreie Diskussion, ausgehend von modernen Experimenten; Versachlichung und Demystifizierung der theoretisch-philosophischen Debatte.

2. Ilya Prigogine; “Vom Sein zum Werden – Zeit und Komplexität in den Naturwissenschaften”, Piper Verlag, München/Zürich (1992). Physikalische Realität in der Mikro- und Makrowelt.

3. Alistair Rae; “Quantenphysik: Illusion oder Realität?”, Reclam, Ditzingen (1996).

4. Jürgen Audretsch, Klaus Mainzer ( Hrsg. ); “Wieviele Leben hat Schrödingers Katze?”, Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford (1996).

Warnung: Philosophische Spekulationen helfen nicht. Die Quanten-theorie ist und bleibt die erfolgreichste Theorie in der Physik!

Die Kopenhagener Deutung:

• Quantenmechanische Messgrößen erhalten erst durch den Messprozess ihre Realität. Vor der Messung ist das Quantensystem fundamental verschmiert (,,nicht-lokal“), d.h. alle möglichen Werte für die Messgrößen sind simultan im System enthalten.

• Durch die Messung wird das System verändert. Bezeichnung: Kollaps der Wellenfunktion.

Die EPR Deutung:

• Quantenmechanische Messgrößen sind vor dem Messprozess real. Die quantenmechanische Unbestimmtheit ist eine Illusion aufgrund von verborgenen, prinzipiell unmessbaren Parametern.

• Der Quantenzustand ist ein spezielles (scharf bestimmtes) Mitglied eines Ensembles der verborgenen Parameter.

Experimentelle Tests der Bellschen Ungleichung Die EPR-Deutung ist unhaltbar!

Kopenhagener Deutung und das Messproblema) Keine ,,Messung” (ungestörtes System) kohärenter Zustand

H

V

Verschrän-kung der

Wege

Einzelnes Photon

unpolarisiert (H/V)

Nicol-Prisma

Photon

im Ausgangszustand

Inverses Nicol-Prisma

b) ,,Messung” (gestörtes System) 1 Weg wird gewählt/bevorzugt

PM

PM

H

VMessgerät

Anzeige des

Weges

Im „Moment“ der Messung Kollaps der Wellenfunktion

H

V

Verschrän-kung der

Wege

Einzelnes Photon

unpolarisiert (H/V)

Nicol-Prisma

Messvorgang: Verschränkter H/V-Quantenzustand Photomultiplier Zeigerausschlag Licht Netzhaut Nervensignal Gehirnanregung Bewusstsein

Frage: Wo endet das Quantensystem und wo beginnt die Messung?

Antwort (T.L.): Die Frage ist Unsinn. Es gibt nur ein einziges Quantensystem, nämlich unser (?) Universum. Ideal isolierte Quantensysteme kann man nur näherungsweise experimentell präparieren (aber exakt theoretisch berechnen).

... aber das wird oft (von „wichtigen“ Leuten) anders gesehen ...

PM

PM

H

VMessgerät

Anzeige des

Weges

H

V

Verschrän-kung der

Wege

Einzelnes Photon

unpolarisiert (H/V)

Nicol-Prisma

I. Bewusstseins-Messtheorie:

• Die Realität einer Messung setzt erst beim Übergang zum Bewusstsein ein.

• Bewusstsein Geist Seele: Objekt jenseits physikalischer Gesetze.

Frage: Wer oder was hat ein Bewusstsein? Gott? Menschen? Katzen?

Philosophische Spekulationen: Sir Karl Popper, John Eccles; „Das Ich und sein Gehirn“, Piper, München ( 1997 )

Kritik (T.L.): Verzweiflungsakt Eliminiere ein physikalisches Problem durch Postulierung eines Objekts, das per Definition der Physik nicht zugänglich ist. Das ist nach aller Erfahrung Unsinn (Beispiel: verborgene Parameter). Solche Postulate komplizieren die Theorie künstlich und unnötig.

H

V

Welt 1

Photon (H/V)

II. Viele-Welten-Theorie: (bzw. Theorie der Parallel-Universen)

Kritik (Paul Davies): Verzweiflungsakt Billig in den Annahmen, aber extrem teuer, was die Universen angeht!

Welt 1.1

Welt 1.2

45º

45º

45º

45º

Nicol-Prisma: 0º45º

Welt 1.1.1

Welt 1.1.2

Welt 1.2.1

Welt 1.2.2

4 Parallel-Universen

Hypothese: Alle möglichen Wege durch den Verzweigungsbaum der Universen werden beschritten. Die Dichteverteilung der Wege entspricht der quantenmechanischen Wahrscheinlichkeitsdichte. Zwischen zwei Universen gibt es keinen Informationsaustausch. Eine Verzweigung führt zur Verdopplung von Energie, Teilchenzahl etc..

Bemerkung: Kohärente Quantenzustände (ohne Störung) werden durch „Fluktuationen“ in virtuelle Universen dargestellt:

H

V (H/V) (H/V)

Welt 1 Welt 1

Welt 1.1

Welt 1.2

„virtuell“

Bemerkung: Quantenzustände zwar real, aber weiterhin nicht-lokal.

Bemerkung: Das quantenmechanische Zufallselement findet sich in „unserem“ Weg durch den Welten-Baum wieder.

Bemerkung: Die Nummerierung der Universenaufspaltung entspricht nicht verborgenen Parametern. Die Frage „Was hätte ich erhalten, wenn ich nicht Sz sondern Sy gemessen hätte“ kann nur mit Information aus einem anderen Universum beantwortet werden ... und die ist prinzipiell unzugänglich.

III. Mikrokosmos-Theorie:Hypothese: „Makroskopische“ (thermodynamische) Systeme unterlie-gen nicht den Gesetzen der Quantenmechanik.

Beispiel: Schrödingers Katze

Wenn ein Photon aus dem horizontalen Kanal des Polarisators kommt, dann ist die Katze nicht getroffen und bleibt am Leben (a), aber wenn das Photon vertikal polarisiert ist, dann wird eine tödliche Vorrichtung ausgelöst und bringt die Katze um (b). Schlägt die Quantenmechanik vor, dass die Katze weder tot noch lebendig ist, bis die Schachtel geöffnet wird und ihr Zustand gemessen wird?

Wenn ein Photon aus dem horizontalen Kanal des Polarisators kommt, dann ist die Katze nicht getroffen und bleibt am Leben (a), aber wenn das Photon vertikal polarisiert ist, dann wird eine tödliche Vorrichtung ausgelöst und bringt die Katze um (b). Schlägt die Quantenmechanik vor, dass die Katze weder tot noch lebendig ist, bis die Schachtel geöffnet wird und ihr Zustand gemessen wird?

(a)

(b)

(QM)

Ja!

Hypothese: „Makroskopische“ ( thermodynamische ) Systeme unterlie-gen nicht den Gesetzen der Quantenmechanik.

Beispiel: Schrödingers Katze

Frage (T.L.): Wann exakt ist eine Katze tot/lebendig?

(a)

(b)

(QM)

Kritik (T.L.): Eine abgeschlossene Kiste gibt es nicht. Das Experiment nimmt an, dass außer der Katze und der Höllen-maschine nichts im Universum existiert. Dann aber ist die Wellenfunktion des Gesamtsystems tatsächlich eine Überlage-rung der beiden Möglichkeiten, aber das kann niemand mehr von „außen“ beobachten.

nicht ohne externe

Messung möglich

nicht ohne externe

Messung möglich

Völlig

korrekt!

Exp. Evidenz: Squids (Superconducting Quantum Interference Devices), Interferenz mit Atomen, Molekülen, Makromolekülen, Viren, ...

Die Quantenmechanik funktioniert auch für „große“ Systeme und scheint vor dem Makro-Kosmos nicht halt zu machen (wozu auch?).

Schrödingers Katze ist mausetot!Schrödingers Katze ist mausetot!

Historisches Beispiel: Einsteins erster Angriff

Messe Spaltrückstoß

Photon-richtung

2-Spalt-Interferenzmuster

kein Interferenzmuster

Bohrs Antwort: Der Spalt ist makroskopisch, aber unterliegt der QM.Rückstoßmessung Impulsmessung Ortsverschmierung des Spalts völlige Ausschmierung des Interferenzbilds (auch quantitativ!)

IV. Vom Sein zum Werden:• Das Universum ist ein Quantensystem

• Betrachte kohärenten Quantenzustand (in WW mit Universum)

Weg 1

Weg 2

Zeitpfeil

Rest des Universums

A B AB T̂

T̂ Zeitumkehr-Operator

Folgerung: Für die Gesamt-Entropie des Universums gilt:

SΔSΔ AB SΔSΔ AB Problem für den 2. Hauptsatz ?

Poincarésche Wiederkehr: Mikroskopische Dynamik ( Schrödingergleichung ...) invariant

unter Zeitumkehr (Ausnahme: Verletzung der Zeitumkehr- und Materie-Antimaterie-Symmetrie in der schwachen Wechselwirkung).

Beliebig genaue Wiederkehr geordneter Zustände eines einzelenen Systems ist sehr unwahrscheinlich, stellt sich aber von Zeit zu Zeit ein.

Frage (Prigogine): Ist das wirklich wahr (praktisch experimentell untestbar!)? Oder unterliegen makroskopische Systeme grundsätzlich einer nicht Zeitumkehr-invarianten Dynamik ?

Folgerung: Für die Gesamt-Entropie des Universums gilt:

SΔSΔ AB SΔSΔ AB Problem für den 2. Hauptsatz ?

Ilya Prigogine: ,,Vom Sein zum Werden”

Sein: Zustand zeitlicher Prozessablauf

Werden: Zeitliche Änderung makroskopischer Größen (z. B. Entropie)

Postulat: Das Werden ist das makroskopische Naturgesetz (Realität).Es gibt eine ausgezeichnete makroskopische Zeitrichtung.Zustände und deren Dynamik sind abgeleitete Objekte. Die

Dynamik ist nicht mehr streng deterministisch ( Chaos, spontane Strukturbildung)

Folgerungen:Die Quantenkohärenz kollabiert bei WW mit thermodynamischen

Vielteilchensystemen (Photomultiplier, Zeiger, Katzen, ...)Sie ist ein idealisierter Grenzfall für mikroskopische SystemeEs gibt einen (welchen ??) fließenden Übergang zwischen

mikroskopischer Quantenrealität und makroskopischer klassischer Realität.

mikroskopische Dynamik

Fazit:Wer weiß Fazit:Wer weiß