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Quantenphysik für Anfänger - 36 slides
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zelig
Kultürlich



Anmeldungsdatum: 31.03.2004
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Beitrag(#2133217) Verfasst am: 03.05.2018, 07:38    Titel: Antworten mit Zitat

step hat folgendes geschrieben:
Alchemist hat folgendes geschrieben:
Lebensnebel hat folgendes geschrieben:
https://www.spektrum.de/news/gottes-letztes-schlupfloch/1561590
Wäre ich Abonnent dieser Zeitschrift, hätte ich es nach diesem Artikel gekündigt. :evil:

Diese völlig unnötige metaphysische Aufladung ... Mir scheint zudem, als Anhänger der Kopenhagener Deutung muß man sich einfach von verborgenen Variablen verfolgt fühlen.


Echt jetzt? Ist doch kein religiöses Statement, sondern eine Anlehnung an Einsteins berühmtes "Gott würfelt nicht". Locker bleiben. : )
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step
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Beitrag(#2133260) Verfasst am: 03.05.2018, 17:33    Titel: Antworten mit Zitat

zelig hat folgendes geschrieben:
step hat folgendes geschrieben:
Diese völlig unnötige metaphysische Aufladung ... Mir scheint zudem, als Anhänger der Kopenhagener Deutung muß man sich einfach von verborgenen Variablen verfolgt fühlen.
Echt jetzt? Ist doch kein religiöses Statement, sondern eine Anlehnung an Einsteins berühmtes "Gott würfelt nicht". Locker bleiben. : )

Schon klar und keine Sorge. Und doch ärgert mich sowas ein bißchen, auch weil es ein sehr flacher Artikel ist. Zum Beispiel wäre interessant gewesen, ob und wie solche hypothetischen verborgenen Urknall-Variablen denn überhaupt sämtliche späteren, scheinbar zufälligen Quantenevents steuern könnten. Oder anders gefragt, was für einen Quantencomputer bräuchte man, um all dies zuvor zu berechnen? Einen solchen Supersimulator anzunehmen, wäre ontologisch bei weitem gefräßiger als das Multiversum.
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Was ist der Sinn des Lebens? - Keiner, aber Leere ist Fülle für den, der sie sieht.
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Tarvoc
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Beitrag(#2133266) Verfasst am: 03.05.2018, 18:43    Titel: Antworten mit Zitat

step hat folgendes geschrieben:
Oder anders gefragt, was für einen Quantencomputer bräuchte man, um all dies zuvor zu berechnen? Einen solchen Supersimulator anzunehmen, wäre ontologisch bei weitem gefräßiger als das Multiversum.

Mich erinnert die Idee etwas an Leibniz' Schöpfergott, der aus allen möglichen Welten die "beste" (d.h. die am wenigsten inkonsistente) zur Realisierung auswählt.
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step
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Beitrag(#2133283) Verfasst am: 03.05.2018, 21:05    Titel: Antworten mit Zitat

Tarvoc hat folgendes geschrieben:
Mich erinnert die Idee etwas an Leibniz' Schöpfergott, der aus allen möglichen Welten die "beste" (d.h. die am wenigsten inkonsistente) zur Realisierung auswählt.

Ja, wie bei diesem wäre als Erklärung nicht wirklich etwas gewonnen, sondern man hätte nur noch mehr Erklärungsprobleme. Niemand von diesen Physikern würde eine verborgene Variable für einen Hinweis auf Gott halten, denen geht es um Grundfragen des lokalen Realismus u.ä. und sie würden in dem (aus meiner Sicht sehr unwahrscheinlichen) Fall einer Entdeckung eben eine noch größere grundlegende Symmetriegruppe annehmen müssen - oder sowas in der Art. Insofern hat zelig natürlich recht mit seinem Hinweis auf Einstein.
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Tarvoc
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Beitrag(#2133288) Verfasst am: 03.05.2018, 23:13    Titel: Antworten mit Zitat

step hat folgendes geschrieben:
Tarvoc hat folgendes geschrieben:
Mich erinnert die Idee etwas an Leibniz' Schöpfergott, der aus allen möglichen Welten die "beste" (d.h. die am wenigsten inkonsistente) zur Realisierung auswählt.

Ja, wie bei diesem wäre als Erklärung nicht wirklich etwas gewonnen, sondern man hätte nur noch mehr Erklärungsprobleme. Niemand von diesen Physikern würde eine verborgene Variable für einen Hinweis auf Gott halten, denen geht es um Grundfragen des lokalen Realismus u.ä. und sie würden in dem (aus meiner Sicht sehr unwahrscheinlichen) Fall einer Entdeckung eben eine noch größere grundlegende Symmetriegruppe annehmen müssen - oder sowas in der Art. Insofern hat zelig natürlich recht mit seinem Hinweis auf Einstein.

Solche Sachen wie "Gott" werden in solchen Kontexten eben nicht aus wissenschaftlichem Erkenntnisinteresse heraus postuliert, sondern aus zumindest im weiteren Sinne des Wortes politischen Interessen.
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step
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Beitrag(#2133306) Verfasst am: 04.05.2018, 10:56    Titel: Antworten mit Zitat

Tarvoc hat folgendes geschrieben:
... sondern aus zumindest im weiteren Sinne des Wortes politischen Interessen.

Ja - je nachdem wie weit man "weiterer Sinn" faßt. Nach meiner Erfahrung gibt es bei populärwissenschaftlichen Veröffentlichungen häufig den Drang, bestimmte Reizbegriffe zu verwenden, die eine eher abstrakte, langweilige, bereits bekannte oder inhaltsarme Meldung attraktiver zu machen: Sex, Gott, Kinder, Hitler, Urknall ...
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VanHanegem
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Beitrag(#2133311) Verfasst am: 04.05.2018, 12:12    Titel: Antworten mit Zitat

Leider bleiben ausgerechnet die grundlegendsten Prämissen der QM bei den Slides im Dunklen. Wird die Schrödingergleichung nicht hergeleitet über einen Ansatz als Schwingungsgleichung mit Lösungsansatz exp(i omega t)? Woher kommt dieser Ansatz?
Hier schweigen sich die meisten Quellen aus.
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sponor
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Beitrag(#2133314) Verfasst am: 04.05.2018, 13:02    Titel: Antworten mit Zitat

VanHanegem hat folgendes geschrieben:
Leider bleiben ausgerechnet die grundlegendsten Prämissen der QM bei den Slides im Dunklen. Wird die Schrödingergleichung nicht hergeleitet über einen Ansatz als Schwingungsgleichung mit Lösungsansatz exp(i omega t)? Woher kommt dieser Ansatz?
Hier schweigen sich die meisten Quellen aus.

Weiß nicht, ob das die Antwort ist, die du suchst, aber Wikipedia fasst das ganz konzis zusammen.
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step
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Beitrag(#2133354) Verfasst am: 04.05.2018, 18:13    Titel: Antworten mit Zitat

Die SG ist eigentlich ein Postulat und nicht herleitbar.

Aber es gibt verschiedene Wege, sie "plausibel zu erraten", der bekannteste geht über die klassische Wellengleichung s(x,t) = sin (...), in der man die "Auslenkung" s ersetzt durch die Wellenfunktion ψ, die ja ebenfalls eine Art Amplitude darstellt (inspieriert z.B. durch de-Broglie's Materiewellen).
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VanHanegem
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Beitrag(#2133381) Verfasst am: 05.05.2018, 10:35    Titel: Antworten mit Zitat

sponor hat folgendes geschrieben:

Weiß nicht, ob das die Antwort ist, die du suchst, aber Wikipedia fasst das ganz konzis zusammen.

Da entnehme ich, was Step danach auch schreibt, nämlich, dass die SG eine Art Postulat ist und wie man drauf kommt. Das hätte m.E. in slides für Anfänger zwingend mit hineingehört. Ansonsten finde ich die aber recht gut.


step hat folgendes geschrieben:
Die SG ist eigentlich ein Postulat und nicht herleitbar.
Aber es gibt verschiedene Wege, sie "plausibel zu erraten", der bekannteste geht über die klassische Wellengleichung s(x,t) = sin (...), in der man die "Auslenkung" s ersetzt durch die Wellenfunktion ψ, die ja ebenfalls eine Art Amplitude darstellt (inspieriert z.B. durch de-Broglie's Materiewellen).

Du meintest sicher nicht "die klassische Wellengleichung s(x,t) = sin (...)", sondern eher "LÖSUNG DER klassischen Wellengleichung s(x,t) = sin (...)"

So hatte ich mir das bisher auch immer zurechtgelegt. Nun irritiert da der Wikipedia Artikel (link von sponor oben), wo die DGl hinter der Floskel "Anschließendes Anwenden ..." aussieht wie eine Diffusions/Wärmeleitungsgleichung. Wegen 1. Zeitableitung d_psi/dt. Für die Wellengleichung müsste da m.E. eine zweite Zeitableitung stehen. Komme ich da mit der Notation nicht klar?
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step
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Beitrag(#2133386) Verfasst am: 05.05.2018, 11:52    Titel: Antworten mit Zitat

VanHanegem hat folgendes geschrieben:
Nun irritiert da der Wikipedia Artikel (link von sponor oben), wo die DGl hinter der Floskel "Anschließendes Anwenden ..." aussieht wie eine Diffusions/Wärmeleitungsgleichung. Wegen 1. Zeitableitung d_psi/dt. Für die Wellengleichung müsste da m.E. eine zweite Zeitableitung stehen. Komme ich da mit der Notation nicht klar?

Das Δ, also die 2. Ableitung nach dem Ort ∂x, ist das, was Du aus der Wellengleichung erwartest. Wegen p = h/λ bzw. p = ℏk entspricht das im Teilchenbild dem Impulsquadrat bzw. der kinetischen (!) Energie.

Das iℏ∂/∂t dagegen, also die erste Ableitung nach der Zeit, sieht man so: Wegen ω=E/ℏ erhält man beim Ableiten d/dt ψ ~ d/dt e^iωt ~ E ψ.

Jetzt verwendet man klassisch E = Ekin + V und erhält die SG.
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zelig
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Beitrag(#2133484) Verfasst am: 06.05.2018, 10:22    Titel: Antworten mit Zitat

Ich brauche eine Verständnishilfe. In der Quantenphysik spricht man von isolierten Systemen.

Zitat:
Die Quantenphysik macht diese Sache nun zumindest etwas komplizierter. Quantenphysikalische Ereignisse wie der Zerfall eines radioaktiven Atoms können spontan eintreten, ohne wirkliche Ursache. Allerdings: Das Problem des Quantenzufalls taucht nur auf, wenn gemessen wird. Ein Quanten-System, das von der Umwelt isoliert ist und durch keine Messung beeinflusst werden kann, verhält sich streng vorhersagbar.

https://www.naklar.at/content/features/quantenzufall/

Worüber ich immer gedanklich stolpere, ist die Frage, inwiefern isolierte Systeme überhaupt existieren können, sofern man von einer Singularität als Beginn des Universums ausgeht. Ist es nicht zwangsläufig, daß alles eine Wechselwirkung mit irgendwas hatte? Und die zweite Frage wäre, wie man das Verhalten isolierter Systeme überhaupt beschreiben kann. Prinzipiell nur theoretisch, oder?
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step
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Beitrag(#2133509) Verfasst am: 06.05.2018, 13:39    Titel: Antworten mit Zitat

zelig hat folgendes geschrieben:
Worüber ich immer gedanklich stolpere, ist die Frage, inwiefern isolierte Systeme überhaupt existieren können, sofern man von einer Singularität als Beginn des Universums ausgeht. Ist es nicht zwangsläufig, daß alles eine Wechselwirkung mit irgendwas hatte?

Kein Physiker geht von einer echten Singularität aus, eher von einer Art Quantenfeld, das in bezug auf Raumzeitmetrik und Energiedichte recht extrem war. Isolierte Systeme können auch später noch entstehen, selbst wenn es "am Anfang" keine gegeben hätte. Zudem muß ja nicht mal das ganze System isoliert sein, sondern z.B. nur eine ganz bestimmte Wechselwirkung.

zelig hat folgendes geschrieben:
Und die zweite Frage wäre, wie man das Verhalten isolierter Systeme überhaupt beschreiben kann. Prinzipiell nur theoretisch, oder?

Jain. Man kann ein System eine Zeitlang isoliert evolvieren lassen und erst dann die Isolation mit einer Messung zerstören. Anhand der gemessenen Wahrscheinlichkeiten kann man dann überprüfen, ob es sich in der isolierten Phase tatsächlih mit der reinen SG entwickelt hat. Wenn Du das gelten läßt ...

Jetzt aber noch zu

https://www.naklar.at/content/features/quantenzufall/ hat folgendes geschrieben:
(1) Das Problem des Quantenzufalls taucht nur auf, wenn gemessen wird. (2) Ein Quanten-System, das von der Umwelt isoliert ist und durch keine Messung beeinflusst werden kann, verhält sich streng vorhersagbar.

Das gefällt mir nicht. Zum einen ist (1) nur aus Sicht der Kopenhagener Deutung ein "Problem". Und (2) gilt auch für Messungen, wenn man das Gesamtsystem aus Quantenobjekt, Meßgerät und Umgebung betrachtet - diese Betrachtung ist natürlich multiversal (gesamte Wellenfunktion) und der "Zufall" bei einer Messung aus Sicht eines Teils der Wellenfunktion ist in Wirklichkeit kein WIderspruch mehr zu einer unitären / deterministischen Zeitentwicklung.
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smallie
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Anmeldungsdatum: 02.04.2010
Beiträge: 2525

Beitrag(#2133560) Verfasst am: 06.05.2018, 20:52    Titel: Antworten mit Zitat

step hat folgendes geschrieben:
zelig hat folgendes geschrieben:
Worüber ich immer gedanklich stolpere, ist die Frage, inwiefern isolierte Systeme überhaupt existieren können, sofern man von einer Singularität als Beginn des Universums ausgeht. Ist es nicht zwangsläufig, daß alles eine Wechselwirkung mit irgendwas hatte?

Kein Physiker geht von einer echten Singularität aus, eher von einer Art Quantenfeld, das in bezug auf Raumzeitmetrik und Energiedichte recht extrem war. Isolierte Systeme können auch später noch entstehen, selbst wenn es "am Anfang" keine gegeben hätte. Zudem muß ja nicht mal das ganze System isoliert sein, sondern z.B. nur eine ganz bestimmte Wechselwirkung.

Ich vermute zelig hat das anders gemeint.

Der Kern des Spektrum-Artikels war, daß sich David Kaiser und Kollegen eine verbesserte Version eines bekannten Experiment ausgedacht haben. Quasare in mehreren Milliarden Lichtjahren sollen als Quellen unkorrelierter Photonen herhalten.

Wenn ich beim Big Bang weit genug zurückgehe, kann ich für jede heutige räumliche Entfernung eine Zeit aus der Urknallphase angeben, zu der der Raum in einem kausalen Zusammenhang stand. Die Entfernungen dazu lassen sich aus den Polmomenten der Hintergrundstrahlung ablesen. So gesehen könnten alle Partikel im beobachtbaren Universum bereits irgendwie korreliert sein.
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Tarvoc
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Anmeldungsdatum: 01.03.2004
Beiträge: 33797
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Beitrag(#2133609) Verfasst am: 07.05.2018, 00:40    Titel: Antworten mit Zitat

step hat folgendes geschrieben:
Ja - je nachdem wie weit man "weiterer Sinn" faßt.

Im weitesten Sinne von "im weitesten Sinne". freakteach
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step
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Beiträge: 20443
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Beitrag(#2133655) Verfasst am: 07.05.2018, 14:30    Titel: Antworten mit Zitat

smallie hat folgendes geschrieben:
Der Kern des Spektrum-Artikels war, daß sich David Kaiser und Kollegen eine verbesserte Version eines bekannten Experiment ausgedacht haben. Quasare in mehreren Milliarden Lichtjahren sollen als Quellen unkorrelierter Photonen herhalten.

Wenn ich beim Big Bang weit genug zurückgehe, kann ich für jede heutige räumliche Entfernung eine Zeit aus der Urknallphase angeben, zu der der Raum in einem kausalen Zusammenhang stand. Die Entfernungen dazu lassen sich aus den Polmomenten der Hintergrundstrahlung ablesen. So gesehen könnten alle Partikel im beobachtbaren Universum bereits irgendwie korreliert sein.

Das ist richtig. Je näher Du aber mit der Herstellung der Korrelation an den Urknall kommst, desto unwahrscheinlicher wird es, daß es einfach nur eine Korrelation ist, die bis heute überlebt. Ich denke, daß es in der "dichten" Phase einen Haufen von Dekohärenzen gab. Mit anderen Worten: um zwei Zustände in (heute) großer Entfernung in bestimmte Korrelation zu bringen, um etwa ein Experiment wie echten Zufall aussehen zu lassen, müßtest Du einen exponentiell wachsenden Wechselwirkungsbaum simulieren - darauf hatte ich ja nach zeligs erstem Beitrag weiter oben schon hingewiesen. Dazu kommt, daß es bei vielen Teilchen auch Selbstwechselwirkungen gibt, die Kohärenz zerstören.
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Beiträge: 2525

Beitrag(#2133898) Verfasst am: 08.05.2018, 23:18    Titel: Antworten mit Zitat

step hat folgendes geschrieben:
smallie hat folgendes geschrieben:
Der Kern des Spektrum-Artikels war, daß sich David Kaiser und Kollegen eine verbesserte Version eines bekannten Experiment ausgedacht haben. Quasare in mehreren Milliarden Lichtjahren sollen als Quellen unkorrelierter Photonen herhalten.

Wenn ich beim Big Bang weit genug zurückgehe, kann ich für jede heutige räumliche Entfernung eine Zeit aus der Urknallphase angeben, zu der der Raum in einem kausalen Zusammenhang stand. Die Entfernungen dazu lassen sich aus den Polmomenten der Hintergrundstrahlung ablesen. So gesehen könnten alle Partikel im beobachtbaren Universum bereits irgendwie korreliert sein.

Das ist richtig. Je näher Du aber mit der Herstellung der Korrelation an den Urknall kommst, desto unwahrscheinlicher wird es, daß es einfach nur eine Korrelation ist, die bis heute überlebt.

Jep.

Leider fehlen im Spektrum-Artikel Hintergrunderklärungen dazu.


step hat folgendes geschrieben:
Zum Beispiel wäre interessant gewesen, ob und wie solche hypothetischen verborgenen Urknall-Variablen denn überhaupt sämtliche späteren, scheinbar zufälligen Quantenevents steuern könnten.

Analog auch für Quantenevents in New York und Sidney gefragt. Ebenso für zwei weit entfernte Quasare.

Wie geht das Argument, daß sich Photonen aus New York bzw. Sidney anders verhalten als Photonen aus zwei Quasaren? Ich bin da nicht auf dem Laufenden, der Artikel verschweigt die Details zugunsten eines vagen "es könnte aber sein..."

Und überhaupt: Der Urknall als Schlupfloch? Das ist ein Argument der Lücke.

Insofern stiftet der Artikel eher Verwirrung, als daß er zur Klarheit beiträgt.
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Anmeldungsdatum: 02.04.2010
Beiträge: 2525

Beitrag(#2133900) Verfasst am: 08.05.2018, 23:38    Titel: Antworten mit Zitat

Spektrum hat folgendes geschrieben:
Albert Einstein – er war wirklich kein Fan der Quantentheorie – verspottete diese Vorhersage seiner Kollegen als »spukhafte Fernwirkung«.

Das Bild vom schrulligen Einstein gegen den Rest der Quantenphysiker ist zum Klischee geworden. Ein kurze Gegendarstellung.



Einstein erhielt seinen Nobelpreis für Quantenmechanik. Photoelektrischer Effekt.

Auch danach blieb er wichtiger Ideengeber. Born, der seinerseits einen Nobelpreis erhielt, nennt Einstein als Inspiration für seine Regel vom Amplitudenquadrat:

Zitat:
The statistical interpretation of quantum mechanics
Max Born - Nobel Lecture, December 11, 1954

Again an idea of Einstein’s gave me the lead. He had tried to make the duality of particles - light quanta or photons - and waves comprehensible by interpreting the square of the optical wave amplitudes as probability density for the occurrence of photons. This concept could at once be carried over to the psi-function: |psi|2 ought to represent the probability density for electrons (or other particles).

https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1954/born-lecture.pdf


Nicht zuletzt sei süffisant angemerkt, daß das angekündigte Experiment unmittelbar auf die spukhafte Fernwirkung zurückgeht, wie sie von Einstein/Podolski/Rosen angesprochen wurde.

So gesehen war Einstein nicht nur ein Pionier der QM, er war einer der ersten, denen im Detail aufgefallen ist, wo QM mit dem Alltagsverstand kollidiert. Viel klüger als zu sagen ist halt so sind wir heute auch nicht.
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zelig
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Beitrag(#2133922) Verfasst am: 09.05.2018, 12:24    Titel: Antworten mit Zitat

Danke für die Rückmeldungen!
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