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Alt 01.12.22, 16:00
SuperpositionSimon SuperpositionSimon ist offline
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Standard AW: Warum das Interferenzmuster im Doppelspaltversuch

Danke für die vielen Rückmeldungen soweit. Ich habe daraufhin meine Interpretation weiter angepasst.
Hier der aktuelle Stand:
  1. Ungelöste Probleme der Quantenmechanik
    • Das Messproblem
      In der Quantenphysik existieren Zustände, die durch die Superposition beschrieben werden. Dabei sind die Teilchen in einem Überlagerungszustand von allen Möglichkeiten gleichzeitig.
      Beispiel:
      Bevor eine Messung durchgeführt wird, ist ein radioaktives Atom sowohl zerfallen als auch nicht zerfallen gleichzeitig. Wenn beispielsweise Person A eine Messung durchführt, erfolgt eine Zustandsreduktion, auch Kollaps genannt. D.h. der Zustand ist dann entweder zerfallen oder nicht zerfallen, aber nicht mehr beides.

      Was genau eine Messung darstellt ist, ist bis heute nicht gelöst.

      Person A hat durch die Messung die Information, ob das Atom zerfallen oder nicht zerfallen ist. Person B hat diese Information nicht. Im Gedankenexperiment von „Wigners Freund“ wird der Frage nachgegangen, ob sich das Atom für Person B noch immer in Superposition befindet.

      Dieses Gedankenexperiment wurde bis heute noch nicht gelöst.
    • Makroskopische Superposition
      Erwin Schrödinger überführte in seinem Gedankenexperiment „ Schrödingers Katze“ die Erkenntnisse aus der Quantenmechanik in den Makrokosmos. Bevor die Box geöffnet wird, befände sich die Katze in einem Überlagerungszustand von tot und lebendig.
  2. Des Rätsels Lösung
    • Information ist die Messung
      Wird eine Messung an einem System durchgeführt, erhält der Beobachter neue Information über das System. Höre ich beispielsweise ein „kratzen“ an der Box von Schrödingers Katze steigt dadurch die Wahrscheinlichkeit, dass diese noch am Leben ist auf knapp 100%.

      Die Messung ist also nichts anderes als das Einholen neuer Information über das System.

      Gewinnt der Beobachter die Information, ändern sich dadurch die Wahrscheinlichkeiten. Ist die Wahrscheinlichkeit über einen konkreten Zustand bei 100%, sind alle anderen Möglichkeiten damit ausgeschlossen.
      Ob diese Information im Beispiel von Schrödingers Katze akustisch durch ein "miau", visuell durch das Öffnen der Box, einer Kamera oder einem Pulsmesser angeeignet wird, ist dabei egal.
    • Keine objektive Realität
      Die Information über ein System ist von dem jeweiligen Betrachter abhängig. Nehmen wir zwei Personen Namens Alice und Bob. Alice öffnet die Box und weiß damit, dass die Katze beispielsweise tot ist.
      Bob hat diese Information nicht, daher ist die Katze für ihn weiterhin in einem Überlagerungszustand von tot und lebendig.
      Daraus ergibt sich folgendes Problem: Die einzig zulässige Antwort von Bob an Alice ist, dass die Katze tot ist. Damit könnte die Katze aber für Bob nicht mehr weiterhin in einem Überlagerungszustand sein. Falls doch und Bob im Anschluss selbst in die Box schaut, dann könnte diese jedoch auch lebendig sein, obwohl sie für Alice bereits für tot erklärt wurde.
      Eine plausible Erklärung für dieses Problem gibt es nicht. Jeder denkbare Lösungsvorschlag hätte jedoch nach bisherigen Erkenntnissen massive Auswirkungen auf unsere Realitätsvorstellung.
      Eine Realität, die unabhängig vom Beobachter ist, gerät jedoch mit den Erkenntnissen aus der Quantenmechanik massiv ins Wanken. Das zeigt der berühmte Doppelspaltversuch. Dabei verhält sich ein Elektron, wenn es beobachtet wird anders, als wenn es nicht beobachtet wird. Da es keinen Grund zur Annahme gibt, dass die Beobachtung selbst das Messergebnis beeinflusst, ist die Schlussfolgerung, dass die Beobachtung die Realität beeinflusst. Beobachtet man beispielsweise das Elektron am Doppelspalt verschwindet Interferenzmuster und es bilden sich zwei Streifen.
    • Zustände der Quantenmechanik im Makrokosmos
      In der klassischen Physik lässt sich der Zustand eines Gegenstandes durch seine Bewegungsgleichungen beschreiben. Eine Münze, die geworfen wird, folgt dem Prinzip von Ursache und Wirkung. Wüsste man alle Eigenschaften von einem Münzwurf, so ließe sich das Ergebnis des Münzwurfes vorhersagen, ohne dass man dieses nachsehen müsste. Der Zustand der Münze wäre damit zu jedem Zeitpunkt eindeutig definiert und unabhängig von wahrscheinlichkeitsabhängigen Beschreibungen.
      Aus diesem Grund wird davon ausgegangen, dass die Werkzeuge, welche die Zustände der Quantenmechanik beschreiben, nicht in der klassischen Physik anwendbar sind.
      Ich komme jedoch zu der Schlussfolgerung, dass es sich dabei um zwei völlig getrennte Werkzeuge handelt, die im Makrokosmos beide angewandt werden können, ohne dabei im Widerspruch zu stehen.
      Beispiel Münzwurf
      Ist jegliche benötigte Information des Münzwurfes wie z.B. Luftdichte, Ort, Impuls etc. vorhanden, so lässt sich mit den physikalischen Gleichungen exakt berechnen, ob Kopf oder Zahl fällt. Dadurch beträgt die Wahrscheinlichkeit für Kopf beispielsweise 100% und für Zahl 0%.

      Letztlich handelt es sich bei der Berechnung auch nur um eine Informationsbeschaffung wie vorher bereits beschrieben.

      Selten besitzt eine Person aber alle Information um das Ergebnis eines Münzwurfes eindeutig vorherzusagen. Sobald mehr als eine Möglichkeit vorhanden ist kommen Wahrscheinlichkeiten ins Spiel und diese lassen sich gemäß den Werkzeugen der Quantenmechanik als Superposition beschreiben.
      Wirft man also eine Münze ohne das Ergebnis zu sichten, ist die Wahrscheinlichkeit für Kopf und Zahl jeweils bei 50%. Der Zustand des Münzwurfes kann daher wie folgt als Superposition beschrieben werden:
      |p> = |Kopf> + |Zahl>
      Damit wäre die Schlussfolgerung, dass sich die ruhende Münze, deren Ergebnis noch nicht gesichtet wurde, in einem Überlagerungszustand von Kopf und Zahl befindet. D.h. dem Beobachter fehlt nicht nur die Information von dem Ergebnis, sondern es existiert zu diesem Zeitpunkt auch kein eindeutiges Ergebnis.
  3. Zusammenfassung
    Diese Interpretation gibt Antworten auf bisher ungelöste Fragen der Quantenphysik
    • Was ist eine Messung
      Eine Messung ist demnach nichts anders als eine Informationsbeschaffung zu einem wahrscheinlichkeitsabhängigen Zustand. Beträgt die Wahrscheinlichkeit 100% wird das Ergebnis eindeutig (Kollaps der Wellenfunktion). Zur Beschaffung von Information können unter anderen Messgeräte, Sinnesorgane oder auch Berechnungen herangezogen werden.
    • Schrödingers Katze
      Ob Schrödingers Katze wie im klassischen Gedankenexperiment mit einem radioaktiven Atom in eine Box gesperrt wird, oder ob man sie ohne Nahrung für einen längeren Zeitraum in eine Box sperrt macht demnach keinen großen Unterschied. In beiden Fällen wäre vor dem Öffnen der Box nicht festgelegt (nicht zu verwechseln mit „nicht bekannt“), ob die Katze tot oder lebendig ist.
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