Quantentheorie/mechanik - check was nicht

    • pKay
      pKay
      Black
      Dabei seit: 21.01.2005 Beiträge: 7.163
      Hallo,

      ich bin ein Physik noob (also nicht zu kompliziert antworten) aber interessiere mich aktuell für die Quantentheorie/physik/mechanik - whatever.


      Allerdings hakt mein Verständnis bei folgendem:


      Also wir haben das Doppelspaltexperiment und wenn das Teilchen das wir schießen den Weg durch beide Spälte nimmt bildet sich aufgrund der Welleneigenschaft des Geschosses das Interferenzmuster auf der Anzeigewand wo wir die 'Einschläge' messen.

      So:
      Beobachten/beleuchten wir jetzt einen Spalt um herauszufinden ob das Teilchen das wir gerade abschießen durch Spalt 1 oder 2 geht um auf die Wand zu treffen wird es ja nicht mehr durch beide gehen, weswegen das Interferenzmuster ausbleibt.

      In dem Buch wird das jetzt relativ banal darauf zurückgeführt, dass wir ja das Licht einschalten, also auch das Teilchen mit Photonen 'bestrahlen', es also immens beeinflussen und deswegen - naja,... deswegen bleibt das Interferenzmuster halt aus - einfach durch die direkte Beeinflussung des abgeschossenen Teilchens durch die Lichtphotonen die wir brauchen um zu beobachten.

      Soweit komme ich mit.

      Jetzt hebt sich das Interferenzmuster wenn ichs richtig verstanden habe aber AUCH AUF, wenn wir erst kurz vor dem Eintreffen des Teilches an der Wand, also nachdem es bereits einen Spalt durchquert hat, 'beobachtet' wird.

      Damit wird ja quasi eingeführt, dass wir die Vergangenheit des Teilchens durch in der Zukunft liegendes Beobachten beeinflussen.

      --> Bin ich soweit richtig?

      Und wird das ganze damit nicht ein bisschen, sagen wir... quacksalberisch? Oder verstehe ich nur was falsch?

      Denn beobachten wir erst kurz vor dem "Einschlagen" des Teilches welchen Weg es genommen hat, so wird es während seines Fluges doch überhaupt nicht durch z.B. die Lichtphotonen die wir zum Boebachten brauchen beeinflusst.
      Somit wird rückwirkend die Erklärung für den Effekt, dass sich das System des Quantenteilchens durch Beobachtung für mich total schwammig.

      Ist das so, weil die Wissenschaft da selbst noch auf dem Schlauch steht und keine bessere Erklärung hat oder habe ich nur etwas nicht ganz verstanden?


      (Buch ist "Der große Entwurf")

      Thx
  • 14 Antworten
    • Drumb
      Drumb
      Bronze
      Dabei seit: 14.09.2008 Beiträge: 257
      ok also bin jetzt auch nicht der Physik-Crack, aber versuch ma das zu reproduzieren, was ich in der Vorlesung verstanden habe.

      In der klassischen Physik gehen wir davon aus, dass eine Messung das zu messende System nicht verändert. Da unser System immer einen bestimmten Zustand hat, messen wir diesen ohne Einfluss auf das Ergebnis.
      In der Quantenmechanik ist durch die Schrödingergleichung diese Annahme der klassischen Physik nicht mehr gegeben. Ich nehme an, Schrödingers Katze ist dir ein Begriff. Grundsätzlich bedeuted die Gleichung jedoch, dass wir nur noch Aufenthaltswarscheinlichkeiten wärend eines Versuches haben, wenn wir keine Messung zur Orts-Zeit-Abhängigkeit des Messsystems vornehmen. Eine Messung führt somit unweigerlich zum Kollaps der Superposition des zu messenden Systems, so wie auch die Katze, sobald wir in die Kiste schauen, entweder Tot oder Lebendig ist, aber nicht mehr beides zur selben Zeit, da wir die Superposition des radioaktiven Atomkernes, der sowohl zerfallen als auch nicht zerfallen ist, aufheben. So verhällt es sich auch beim Doppelspalt, wir nehmen an, unser Teilchen benutzt beide Spalte zur selben Zeit (Superposition), wenn wir nun zu einer beliebeigen Zeit der Messung, also am Spalt oder nach dem Spalt vor Auftreffen auf der Platte, eine Messung des exakten Weges vornehmen, kollabiert unsere Superposition und die Interferenz (Nutzung von Spalt A und B-> Superposition) wird zerstört, da wir einen direkten Eingriff auf das System vorgenommen haben.
    • MrMarv89
      MrMarv89
      Bronze
      Dabei seit: 03.01.2009 Beiträge: 2.657
      Original von Drumb
      ok also bin jetzt auch nicht der Physik-Crack, aber versuch ma das zu reproduzieren, was ich in der Vorlesung verstanden habe.

      In der klassischen Physik gehen wir davon aus, dass eine Messung das zu messende System nicht verändert. Da unser System immer einen bestimmten Zustand hat, messen wir diesen ohne Einfluss auf das Ergebnis.
      In der Quantenmechanik ist durch die Schrödingergleichung diese Annahme der klassischen Physik nicht mehr gegeben. Ich nehme an, Schrödingers Katze ist dir ein Begriff. Grundsätzlich bedeuted die Gleichung jedoch, dass wir nur noch Aufenthaltswarscheinlichkeiten wärend eines Versuches haben, wenn wir keine Messung zur Orts-Zeit-Abhängigkeit des Messsystems vornehmen. Eine Messung führt somit unweigerlich zum Kollaps der Superposition des zu messenden Systems, so wie auch die Katze, sobald wir in die Kiste schauen, entweder Tot oder Lebendig ist, aber nicht mehr beides zur selben Zeit, da wir die Superposition des radioaktiven Atomkernes, der sowohl zerfallen als auch nicht zerfallen ist, aufheben. So verhällt es sich auch beim Doppelspalt, wir nehmen an, unser Teilchen benutzt beide Spalte zur selben Zeit (Superposition), wenn wir nun zu einer beliebeigen Zeit der Messung, also am Spalt oder nach dem Spalt vor Auftreffen auf der Platte, eine Messung des exakten Weges vornehmen, kollabiert unsere Superposition und die Interferenz (Nutzung von Spalt A und B-> Superposition) wird zerstört, da wir einen direkten Eingriff auf das System vorgenommen haben.
      in der schule wurde uns gesagt, dass jede messung das ergebniss (minimalst) verfälscht
    • Drumb
      Drumb
      Bronze
      Dabei seit: 14.09.2008 Beiträge: 257
      bedingt durch systematische u statistische Fehler bei der Messung oder alleine durch den Vorgang, dass wir etwas messen? Ersteres ist mir klar, zweiteres wurde mir im Bezug zur klassischen Physik glaub noch nicht gesagt^^
    • pKay
      pKay
      Black
      Dabei seit: 21.01.2005 Beiträge: 7.163
      Okay,...

      wäre es denn ein legitimer Einwand zu sagen, dass wir die Interferenz nur zerstören, weil wir noch kein besseres/feineres/"unauffäligeres" Messsystem gefunden haben?

      Sprich könnte theoretisch eines entwickeln, dass misst aber so unstörend ist, dass es keinen Einfluss auf das abgeschossene Teilchen nimmt?
    • pKay
      pKay
      Black
      Dabei seit: 21.01.2005 Beiträge: 7.163
      Bzw. nochmal klarer formuliert:


      Es wird postuliert:

      Ort und Impuls hängen zusammen. Desto schärfer die eine Größe, desto unschärfer die andere.

      Bestimmen wir also beim Durchtreten der Teilchen durch einen Spalt den Aufenthaltsort des Teilchens in genau diesem Moment machen wir den Ort scharf - somit wird der Impuls unscharf und das Interferenzmuster hebt sich auf.


      Das klingt für mich ganz so, als "bemerkte" das Teilchen mit einer Art Bewusstsein ob es beobachtet werden würde und denkt sich "oh mist, jetzt wurde ich entdeckt und die haben rausgefunden durch welchen Spalt ich gegangen bin - naja, um sie nicht zu verwirren verhalte ich mich jetzt mal lieber schnell so wie sie bisher dachten, dass sich Materie nach Newtons Gesetzen verhält"

      Sprich: Welcher physikalische Vorgang, bzw. Eingriff von Außen gilt denn als "Messung"?
      Wenn wir unsere Augen drauf richten? Wenn wir einen Messapparat hinstellen? Wenn wir das Licht einschalten? Wenn wir ein Glas O-Saft über den einen Spalt stellen?
      Woher weiß das Teilchen wann gemessen wird bzw. welche Eigenschaft hat der Vorgang einer Messung damit das Verhalten des Teilchens derart verändert wird?
    • Sleyde
      Sleyde
      Black
      Dabei seit: 15.01.2005 Beiträge: 17.714
      hilft dir das hier weiter? bzw hast du schonmal was von der unschärferelation gehört (scheint ja genua das zu sein, was in dem buch drin steht). kann man evlt auch googlen, sodass es anschaulich erklärt wird.

      http://de.wikipedia.org/wiki/Heisenbergsche_Unsch%C3%A4rferelation

      http://de.wikipedia.org/wiki/Welle-Teilchen-Dualismus



      u.a.:
      Die Unschärferelation ist nicht die Folge von Unzulänglichkeiten eines entsprechenden Messvorgangs, sondern prinzipieller Natur.

      http://de.wikipedia.org/wiki/Quantenmechanische_Messung

      das könnte auch helfen.
    • Thurisaz
      Thurisaz
      Bronze
      Dabei seit: 15.07.2006 Beiträge: 16.587
      Hab auch letztens darüber gelesen und bin auch verwirrt.

      Also, wenn man Photonen auf einen Strahlteiler schießt, der das Photon entweder auf den linken oder den rechten Weg schickt und beide Wege durch 'nen Spiegel auf die Anzeigewand geleitet werden, dann sehen wir ein Interferenzmuster.
      Bringt man nun auf dem Weg einen Detektor an mit dem man herausfinden kann, durch welchen Spalt ein Photon tatsächlich gewandert ist, dann verschwindet das Muster. Selbst wenn man die Messung erst kurz vor Eintreffen auf der Wand durchführt.

      Das kann ich mir im Prinzip noch "vorstellen". Vollkommen verwirrt bin ich aber, wenn man das Experiment etwas abändert. Womöglich hab ich auch einfach nur etwas falsch verstanden.

      Man nimmt nun noch zwei weitere Geräte dazu, und zwar sog. "Down-Converter". Das Gerät nimmt ein Photon als Input und gibt zwei Photonen als Output aus. Trifft ein Photon also auf so einen Down-Converter, kann man ein Output-Photon auf den Weg schicken, den das ursprüngliche Photon eigentlich eingeschlagen hätte, und ein anderes leitet man in Richtung eines Detektors.
      Stellt man nun auf beiden Bahnen solche Down-Converter auf, lässt sich herausfinden welchen Weg unser Photon eingeschlagen hat, ohne direkt auf dieses einzuwirken. Nimmt es bspw. den linken Weg, dann wird ein Photon in Richtung Anzeigewand geleitet und eins auf den linken Detektor. Rechts analog.
      Schaltet man die Detektoren nicht ein, hat man keine Information darüber welchen Weg die Photonen genommen haben und kann wie gewohnt das Interferenzmuster beobachten. Sind sie jedoch eingeschaltet, verschwindet es, seh ich das richtig? Wtf. ?(
      Dann könnte die Detektoren doch auch ultra weit weg stellen, so dass die einen Output-Photonen schon längst auf der Anzeigewand eingeschlagen wären, wenn die anderen beim Detektor ankommen.

      Oder was versteh ich falsch?

      Thurisaz
    • SoWe
      SoWe
      Global
      Dabei seit: 10.01.2008 Beiträge: 2.397
      der down-converter wird das ursprüngliche photon höchstwahrscheinlich verschlucken und es somit beeinflussen, falls es denn den weg nimmt auf dem er liegt
    • hornyy
      hornyy
      Bronze
      Dabei seit: 01.09.2006 Beiträge: 19.868
      Das Phänomen lässt sich wie bereits gesagt nur durch die Wellennatur des Lichts beschreiben. Photonen bringen dir hier garnichts. Genauso gibts eben auch Phänomene, die nur durch den Photonencharakter beschrieben werden können (Photoeffekt).
      Eine Welle ist nicht konkret lokalisiert und passiert somit nicht einfach nur einen der Schlitze. Um ein Interferenzmuster zu erzeugen reicht es auch zeitlich versetzt jeweils nur ein einzelnes Photon auf die Spalte zu schicken.
      Wenn man mit einem Detektor ein Teilchen lokalisiert ist es keine Welle mehr, der Interferenzeffekt ist nichtmehr gegeben.

      Diese Dinge muss man akzeptieren, wenn du sie verstündest wäre dir der Nobelpreis wohl sicher ;)
    • Thurisaz
      Thurisaz
      Bronze
      Dabei seit: 15.07.2006 Beiträge: 16.587
      der down-converter wird das ursprüngliche photon höchstwahrscheinlich verschlucken und es somit beeinflussen, falls es denn den weg nimmt auf dem er liegt
      Jo richtig, das hab ich blöd beschrieben.

      Aber das spielt ja keine Rolle. Das wichtige ist ja, dass wir wohl ein Interferenzmuster sehen sollen, wenn die Detektoren in dem Experiment ausgeschaltet sind, und wenn sie eingeschaltet sind, dann eben nicht. Oder?

      Wie soll das denn funktionieren, wenn ich das so richtig verstanden hab? Was ist denn, wenn wir das Photon das sich in Richtung Detektor (ob der nun an ist oder nicht) bewegt, erstmal ein halbes Lichtjahr weit weg schicken und dann durch 'nen Spiegel wieder zurück zum Detektor werfen lassen? Was sehen wir dann auf der Wand? Ein Interferenzmuster? Wenn ja, was hält uns davon ab, die Detektoren in einem Jahr einfach gar nicht anzuschalten? Oder umgedreht?

      Thurisaz
    • SoWe
      SoWe
      Global
      Dabei seit: 10.01.2008 Beiträge: 2.397
      ich denk, dass der down-converter allein ausreicht, um den interferenz-effekt zu zerstören? also egal ob detektor an oder aus? wenn nicht link plx
    • Thurisaz
      Thurisaz
      Bronze
      Dabei seit: 15.07.2006 Beiträge: 16.587
      Okay, ich hab nochmal nachgelesen das ganze wie vermutet falsch im Kopf gehabt. Bei dem genannten Experiment tritt nie ein Interferenzmuster auf, jetzt ergibt das auch Sinn. =)

      Es gibt nun noch ein weiteres Experiment, das etwas komplizierter ist. Ich habs mal aufgemalt:



      P: Photonenschießteil
      S, a, b, c: Strahlteiler
      L, R: Down-Converter
      1, 2, 3, 4: Detektoren
      A, B, C, D, E, F: Mögliche Wege
      Rote Striche: Spiegel
      Blauer Strich: Wand

      Schießt man nun Photonen los, können sie entweder zu L oder R gelangen. Nehmen wir mal an, ein Photon würde nach rechts fliegen.

      Ein Photon fliegt von R aus also normal weiter, wie das ursprünglich losgeschossene. Ein anderes fliegt zum Strahlteiler a, kann also entweder direkt zum Detektor 1 fliegen, oder zum Strahlteiler c. Von da aus, kann es entweder zu Detektor 2 oder 3.
      Für die linke Seite gilt das gleiche analog.

      Entdeckt Detektor 1 oder 4 ein Photon (es hat also Weg A oder D genommen), ist eindeutig klar, ob das ursprüngliche Photon nach links oder nach rechts geflogen ist.

      Bei Detektor 2 oder 3 (Weg E und F) haben wir keine Ahnung, ob das Photon vorher den B oder C Weg gegangen ist.

      Jetzt schreibt man sich auf "Beim ersten losgeschossenen Photon wurde Detektor 4 ausgelöst, beim zweiten Detektor 2, beim dritten...".

      Die Photonen, die Detektor 2 oder 3 ausgelöst haben, verursachen nun ein Interferenzmuster - die, die 1 und 4 ausgelöst haben, nicht.

      €dit: Achja, das ganze stammt aus dem Buch "The Fabric of the Cosmos: Space, Time, and the Texture of Reality" (Der Stoff, aus dem der Kosmos ist: Raum, Zeit und die Beschaffenheit der Wirklichkeit) von Brian Greene. Imo sehr empfehlenswert für interessierte Physiklaien, gefällt mir viel besser als bspw. das "Universe in a Nutshell" von Hawking.

      Thurisaz
    • cherubium
      cherubium
      Bronze
      Dabei seit: 09.06.2009 Beiträge: 3.936
      ich könnte jetzt als Hobby Astronom und Hobby Physikfan bissl was erzählen.

      Ich empfehle für genau dieses Problem dieses hochinteressante und extrem faszinierende Video auf YouTube. Gibt kein besseres.

      Video
    • pKay
      pKay
      Black
      Dabei seit: 21.01.2005 Beiträge: 7.163
      Original von cherubium
      ich könnte jetzt als Hobby Astronom und Hobby Physikfan bissl was erzählen.

      Ich empfehle für genau dieses Problem dieses hochinteressante und extrem faszinierende Video auf YouTube. Gibt kein besseres.

      Video
      Ja!
      Die sind gut... jetzt ist mir nämlich auch klar geworden, was mich so gestört hat und was in "Der große Entwurf" (Hawkings) nämlich NICHT erwähnt wird.

      Macht man das Experiment mit Fullerenen (also fußballgroßen C-Atom-Verschränkungen) tritt das Interferenzmuster auch auf.

      Was ich aber extrem wichtig finde und meinen mindfuck aufgehoben hat ist, DASS DIE FULLERENEN NUR IN LUFTLEEREM RAUM ein Interferenzmuster erzeugen.

      In Luft gilt nämlich schon die Wechselwirkung mit den in der Luft enthaltenen Teilchen als "Messung"...

      Dadurch ist mir einiges viel klarer geworden.