Quantenmechanische Gedanken zum Urknall

[Halman]

So verschwindet beim Doppelspaltexperiment das Interferenzmuster, sobald man durch die Messung die Positionen der Quantenobjekte bestimmt. Dass lässt sich dadurch erklären, dass durch die Messung die Wellenfunktion des Quantenobjektes kollabiert.

Nein. Bei einer Positionsmessung findet eine Streuung statt, dadurch wird die Phase gestört.

Bei der Messung (z. B. auf dem Detektorschirm) kollabiert nach der Kopenhagener Deutung diese Wellenfunktion

Nochmal: Die Kopenhagener Deutung lautet:
W(x) = |psi(x)|²
Die Wahrscheinlichkeitsdichte = Betragsquadrat der Wellenfunktion.

Nochmal:
W(x) = |psi(x)|²
Die Wahrscheinlichkeitsdichte = Betragsquadrat der Wellenfunktion.

Nochmal: Eine Wahrscheinlichkeit ist eine statistische Aussage. Es ist schwachsinnig, eine statistische Aussage auf Einzelfälle anzuwenden.

Nochmal: Es ist schwachsinnig, eine statistische Aussage auf Einzelfälle anzuwenden.

Vielen Dank für Deine Kritik. Ich verweise auf den letzten Absatz auf Seite 83: Wodurch wird der Kollaps der Wellenfunktion ausgelöst?

[Pluto]

Wegen der Nicht-Lokalität von Zustände, kommen wir aber in der Quantenphysik NUR mit der Statistik weiter. Die Betrachtung einzelner Teilchen, so verführerisch sie auch erscheinen mag, bringt uns im Verständnis der Phänomene nicht weiter.

[Janina]

Ich verweise auf den letzten Absatz auf Seite 83

Kenne ich, wird damit aber auch nicht sinnvoller. Der "Kollaps" bleibt immer noch eine überinterpretierte Deutungsleiche, um eine Anschauung zu retten, die nicht zu retten ist. Der Kollaps existiert nicht mehr, seit die Wellenfunktion als die Wahrscheinlichkeit beschreibend (dies ist die Kopenhagener Deutung!) interpretiert wird.

Auslöser dafür war die Beschreibung eines ruhenden freien Elektrons im Vakuum.
Nach der Schrödingergleichung entwickelt sich eine Wellenfunktion, die anfänglich die Lage "Elektron ruht in Punkt x" beschreibt, so, als ob das Elektron sich wie irre aufbläht und dabei immer dünner wird. Wie ein Urknall. Da Elektronen sich so nicht verhalten, musste diese Interpretation verworfen werden, und damit auch die Meinung, dass es kollabiert, wenn man es wiederfindet.

Lösung ist die Interpretation als Statistik.
Das Elektron hat demnach anfänglich eine Aufenthaltswahrscheinlichkeit von 1 im Anfangspunkt und 0 überall sonst. Was sich aufbläht ist der Ort, wo es demnächst sein könnte, und was sich verdünnt, ist die Wahrscheinlichkeit, dort angetroffen zu werden. Das bedeutet nichts anders als "Wir wissen nicht wo es ist, aber eben war es noch da". Ein Wiederfinden des Elektrons macht die Statistik zu einem Einzelfall. Und das ist kein Kollaps, denn Statistik kollabiert nicht.

[Agent Scullie]

Hier gibt es übrigens den Originalartikel von Stephen Hawking zur Hawking-Strahlung, aus dem Jahr 1975:

http://www.brainmaster.com/software/pub ... eation.pdf

Wie man im 2. Abschnitt "Gravitational Collapse" nachlesen kann, schreibt Hawking da rein gar nichts von Teilchenpaaren, die ständig im Vakuumzustand entstünden und durch das Gravitationsfeld eines schwarezen Loches voneinander getrennt würden, sondern betrachtet genauso wie im Artikel von Markus Pössel beschrieben den Kollaps eines Vorgängerobjekts zum schwarzen Loch und untersucht des Einfluss des Gravitationsfeldes des kollabierenden Objekts auf den Zustand eines Quantenfeldes, von dem angenommen wird, dass er in der Region J- einem Vakuumzustand (also einem Zustand, in dem keine Teilchen vorhanden sind) entspricht, siehe Fig. 3 auf Seite 205. Hawking gelangt zu dem Resultat, dass ein Beobachter in der Region J+ dann Teilchen registriert. Man kann erkennen, dass - ebenso wie im Artikel von Pössel betont - die Dynamik der Entstehung des schwarzen Loches, also der Kollaps des Vorgängerobjekts, von entscheidender Bedeutung für die Erzeugung der Hawking-Strahlung ist.

Von den Teilchenpaaren, von denen er in seinen populärwissenschaftlichen Büchern "Eine kurze Geschichte der Zeit" und "Das Universum in der Nussschale" spricht, findet sich in dem Artikel nichts. Auch nichts davon, dass solche Teilchenpaare eine alternative Sichtweise auf die Hawking-Strahlung sein könnten. Man könnte versucht sein, Hawkings Argument aus "Das Universum in der Nussschale", dass es für ihn als Positivisten gar keinen so großen Unterschied machen wrürde, ob man die Hawking-Strahlung durch Teilchenpaare oder anders erklärt, als faule Ausrede anzusehen...

[Pluto]

Von den Teilchenpaaren, von denen er in seinen populärwissenschaftlichen Büchern "Eine kurze Geschichte der Zeit" und "Das Universum in der Nussschale" spricht, findet sich in dem Artikel nichts. Auch nichts davon, dass solche Teilchenpaare eine alternative Sichtweise auf die Hawking-Strahlung sein könnten. Man könnte versucht sein, Hawkings Argument aus "Das Universum in der Nussschale", dass es für ihn als Positivisten gar keinen so großen Unterschied machen wrürde, ob man die Hawking-Strahlung durch Teilchenpaare oder anders erklärt, als faule Ausrede anzusehen...

Es liegen mehr als 20 Jahre zwischen der Veröffentlichung seiner Studien und seinem neusten "populärwischenschaftlichen" Buch.

Lügen möchte ich Stephen Hawking auf gar keinen Fall unterstellen, aber könnte es sein, dass er in dieser doch ziemlich langen Zeit, seine Meinung geändert hat, und heute die Teilchen-Erklärung als eine Alternative betrachtet?

[Agent Scullie]

Ich bin der Meinung, Physik MUSS eine empirische Wissenschaft bleiben.

Das bleibt sie auch. Jedoch funktioniert eine empirische Wissenschaft so, dass man auf der Grundlage von empirischen Daten Theorien aufstellt, und diese Theorien dann durch die Gewinnung weiterer empirischer Daten überprüft, d.h. untersucht, ob neue empirische Daten mit der jeweiligen Theorie verträglich sind oder ihr widersprechen. Beispiele für solche Theorien sind die Newtonsche Mechanik, die Maxwellsche Elektrodynamik, die spezielle Relativitätstheorie oder eben die QFT.

Es kann nun natürlich auch mal der Fall eintreten, dass die aktuelle empirische Faktenlage nicht nur durch die Theorie, die sich als Lehrmeinung durchgesetzt hat, beschrieben werden kann, sondern auch Alternativtheorien denkbar wären, die diese Faktenlage ebensogut beschreiben könnten. Z.B. wäre eine Alternativtheorie zur QFT denkbar. Wenn man das jedoch als Anlass nimmt, die QFT nicht zu akzeptieren, und das obwohl derzeit keine Alternativtheorie bekannt ist, die man statt der QFT vertreten könnte, dann manövriert man sich damit in eine Situation, die unter Wissenschaftlern eher verpönt ist: man akzeptiert die empirische Faktenlage, versperrt sich aber gegen die nach wissenschaftlichen Gesichtspunkten naheliegendste theoretische Beschreibung dieser Faktenlage.

So etwas kann man natürlich tun, z.B. hat Einstein das in Bezug auf die Quantentheorie gemacht. Allerdings hat er das als Anlass genommen, selbst eine Alternativtheorie zur Quantentheorie zu erarbeiten, nämlich die Theorie der verborgenen Parameter.

Und über eines musst du dir im klaren sein, wenn du so einen Standpunkt vertreten willst: du kannst dich dann nicht mehr darauf berufen, dass namhafte Physiker deinen Standpunkt teilen würden. All jene, die in populärwissenschaftlichen Darstellungen von virtuellen Teilchen im Vakuumzustand erzählen, tun das nicht deswegen, weil sie die QFT nicht akzeptieren würden, sondern deswegen, weil sie denken, solche Darstellungen seien als an den durchschnittlichen Laien gerichtete Darstellungen akzeptabel.

Deshalb finde ich, wir haben keinerlei Belege

Du musst aber bedenken, dass wir die für eine eventuelle Alternativtheorie zur QFT ebenfalls nicht haben. Und von der QFT wissen wir zumindest, dass sie eine gewisse logische Konsistenz aufweist. Und zu den Zielen der Physik gehört es, eine logisch konsistente Beschreibung der Welt zu finden. Das sagt sogar Hawking, und sogar in seinem populärwissenschaftlichen Büchern. Darüber, wie es um die logische Konsistenz einer eventuellen Alternativtheorie zur QFT stünde, wissen wir dagegen noch gar nichts.

[Agent Scullie]

Nun, das nöntige Fachwissen wurde Dir hier ja vermittelt.

Dieses "fachwissen" ist mir zu einseitig.
Andere Physiker scheinen sich darum nicht zu kümmern.

In zahlreichen populärwissenschaftlichen Quellen interessieren sich die diese Quellen verfassenden Physiker in der Tat nicht allzu sehr darum. Aber nur deswegen, weil sie davon überzeugt, sind, dass der typische Laie, an den solche Quellen gerichtet sind, sich gar nicht groß Gedanken darüber machen wird, ob die in diesen Quellen präsentierten Darstellungen fachlich korrekt sind oder nicht, sondern damit zufrieden ist, eine Darstellung präsentiert zu bekommen, die ihm einleuchtend erscheint.

Du jedoch hast bereits mehrfach deutlich gemacht, dass du kein solcher typischer Laie bist. Du machst etwas, das populärwissenschaftliche Autoren nicht berücksichtigen: du machst dir ernsthafte Gedanken. Und gehörst deswegen gar nicht zur Zielgruppe solcher Darstellungen.

[Pluto]

Und über eines musst du dir im klaren sein, wenn du so einen Standpunkt vertreten willst: du kannst dich dann nicht mehr darauf berufen, dass namhafte Physiker deinen Standpunkt teilen würden. All jene, die in populärwissenschaftlichen Darstellungen von virtuellen Teilchen im Vakuumzustand erzählen, tun das nicht deswegen, weil sie die QFT nicht akzeptieren würden, sondern deswegen, weil sie denken, solche Darstellungen seien als an den durchschnittlichen Laien gerichtete Darstellungen akzeptabel.

Ich vermute, der Fall liegt etwas anders:
Hier in Deutschland sind die Physiker mehrheitlich deiner Meinung, dass die QFT keine alternative Erklärung zulässt. In der anglo-amerikanischen "Welt" wird das nicht so eng gesehen, sodass die alternative Erklärung mit ständig entstehenden Teilchen durchaus akzeptiert wird.
Liegt es vielleicht an den unterschiedlichen Gesinnungen der Forscher?

Deshalb finde ich, wir haben keinerlei Belege

Du musst aber bedenken, dass wir die für eine eventuelle Alternativtheorie zur QFT ebenfalls nicht haben. Und von der QFT wissen wir zumindest, dass sie eine gewisse logische Konsistenz aufweist. Und zu den Zielen der Physik gehört es, eine logisch konsistente Beschreibung der Welt zu finden. Das sagt sogar Hawking, und sogar in seinem populärwissenschaftlichen Büchern. Darüber, wie es um die logische Konsistenz einer eventuellen Alternativtheorie zur QFT stünde, wissen wir dagegen noch gar nichts.

Was du schreibst ist einleuchtend, ja sogar logisch, aber es ist nun mal kein Beweis, dass die QFT die einzig zulässige Erklärung ist.
Ich kann nicht glauben, dass die Welt der Physiker uns "Amateure" mit ihrer Teilchen-Erklärung absichtlich hinters Licht führen wollen. Mir scheint, es gibt dahingehend einfach zu viele namhafte Experten, die die alternative Teilchen-Erklärung verwenden, als dass sie so völlig abwegig und falsch sein könnte, wie du es darstellst.

Wie heißt es bei den Indianern? — "Kein Rauch ohne Feuer".

[Agent Scullie]

Der Welle-Teilchen-Dualismus stammt aus der frühen Quantenphysik....

Deine Meinung sei dir gegönnt.
Und wie ist es mit dem Doppelspalt Experiment?
Ist das auch ein Relikt aus der frühen Quantenphysik, welchem man heute keine Beachtung mehr schenken braucht?

Was Halman wahrscheinlich sagen will, ist folgendes:

In der Frühphase der Quantenphysik, bis 1925, ging man von der Vorstellung aus, dass Quantenobjekte manchmal als Teilchen und manchmal als Wellen auftreten, aber nie als beides gleichzeitig. Seit Schrödinger 1925/26 die nach ihm benannte Schrödinger-Gleichung aufstellte, ist diese Vorstellung jedoch überholt. Die Wellenfunktion, die Lösung der Schrödinger-Gleichung ist, bietet eine einheitliche Beschreibung aller Eigenschaften eines Quantenobjekts, sowohl der teilchenhaften Eigenschaften als auch der wellenhaften. Z.B. kann die Wellenfunktion einer ebenen Welle ähnlich sein, dann beschreibt sie wellenhafte Eigenschaften, oder sie kann ein scharf lokalisiertes Wellenpaket sein, dann verhält sie sich eher teilchenhaft.

Die QFT ist nun eine Weiterentwicklung der durch Schrödinger und Heisenberg begründeten Quantenmechanik, setzt also das Prinzip einer einheitlichen Beschreibung fort. Gegenüber der Quantenmechanik Schrödingers und Heisenbergs, die zuweilen auch "Erste Quantisierung" genannt wird, erlaubt die QFT als "Zweite Quantisierung" die Betrachtung von Prozessen, bei denen Teilchen erzeugt und vernichtet werden, indem sie Zustände mit unterschiedlicher Teilchenzahl als unterschiedliche Zustände eines übergeordnerten Objekts, des Feldes, behandelt. Dies impliziert, dass es auch einen Zustand ganz ohne Teilchen gibt, den Vakuumzustand.

Zum Doppelspalt-Experiment: dieses ist ein Beispiel dafür, dass die Wellenfunktion eher wellenhaftig ist, d.h. über den gesamten Versuchsaufbau delokalisiert ist. Das Doppelspalt-Experiment passt also hervorragend zur einheitlichen Beschreibung, die Schrödinger 1925/26 begründet hat.

[Agent Scullie]

Für den direkten Nachweis der "stringy nature" muss man aber zu so hohen Energien greifen, die heutige Teilchenbeschleuniger nicht erreichen.

Welche Energien werden denn dazu benötigt?

String haben nach der Stringtheorie eine Länge im Bereich der Planck-Länge von 10^-33 cm. Wollte man so kleine Abstände dadurch untersuchen, dass man in einem Teilchenbeschleuniger Teilchen aufeinander schießt, so bräuchten die aufeinandergeschossenen Teilchen eine Energie im Bereich der Planck-Energie von etwa 10^19 GeV. Heutige Teilchenbeschleuniger erreichen im Vergleich dazu gerade einmal 10^4 GeV.

Allerdings ist das kein Problem der Stringtheorie im speziellen, sondern von Quantengravitationstheorien im allgemeinen. Quantengravitationseffekte erwartet man eben erst im Planck-Sektor:

https://de.wikipedia.org/wiki/Planck-Ei ... finitionen