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Wissenschaftstheorie und Interpretationen der Physik Runder Tisch für Physiker, Erkenntnis- und Wissenschaftstheoretiker

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  #1  
Alt 11.03.12, 14:05
RoKo RoKo ist offline
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Standard Zum Emergenz- und Messproblem

Wer mit der statistischen Interpretation unzufrieden ist, der muss das Emergenz- und das Messproblem lösen. [Audretsch 2008]

Das Emergenz-Problem
Geht man von einem Ur-Quantenplasma, bestehend aus Wasserstoff- und Heliumkernen, Elektronen und elektromagnetischer Strahlung, wie es gemäß dem kosmologischen Standardmodell wohl rund 300.000 Jahre lang bestanden haben muss, dann lassen sich folgende, für die quantenphysikalische Debatte interessierende Feststellungen machen:

1.) Die Dynamik des Gesamtsystems ist zu diesem Zeitpunkt durch eine Tendenz zum Ladungsausgleich und eine adiabatische Ausdehnung geprägt. Die Schrödinger-Dynamik ist demzufolge keineswegs die alleinige Dynamik. Diese Feststellung ist angesichts einer m.E. voreiligen Postulate [Zurek 2007, Axiom (o)] notwendig.

2.) Die adiabatische Ausdehnung verringert die Energiedichte und ermöglicht letztlich die Atombildung. Ob es davor eine allgemeine Verschränkung gab oder nicht, kann dahingestellt bleiben. Mit der Atombildung faktorisiert die universelle Wellenfunktion. Zugleich ändert sich die Gesamtsituation geradezu „revolutionär“.
- Das Universum wird „durchsichtig“, womit atomare Materie und Strahlung entkoppelt werden, zwei „Gase“ mit unterschiedlicher Ausdehnungsgeschwindigkeit bilden und im weiteren Verlauf zwei unterschiedliche Temperatur-Niveaus ausbilden.
- Für das atomare Gas bestimmt nunmehr die Gravitation – und dies ist ganz klassische Mechanik! – das weitere Geschehen.
- Die Schrödinger-Dynamik wird quasi suspendiert; sie wird zur „Statik“ und spielt nur in der Wechselwirkung mit Licht eine Rolle.
- Darüber hinaus entsteht erst mit dem Atom so etwas wie „Ort“ bzw. Lokalität. Davor waren diese Begriffe unbedeutend bis sinnlos – nun werden sie wichtig!
- Mit den „Orten“ der Atome entsteht der Abstand zueinander und damit ein zusätzlicher Freiheitsgrad für ungerichtete kinetische Energie, die wir als Wärme empfinden.

3.) Die Schrödinger-Dynamik kommt erst wieder ins Spiel, nach dem sich Festkörper gebildet haben – und sie spielt sich nun im Inneren dieser Festkörper ab. Letzteres ist durch die Materialwissenschaft und die Chemie hinreichend geklärt. Entscheidend ist es zu erkennen, das Gase, Flüssigkeiten und Festkörper (stoffliche Materie) zwar aus atomarer bzw. subatomarer Quanten-Materie bestehen, das Ganze aber stets mehr als die Summe seiner Teile ist und sich daher auch anders verhält.

4.) Erst Milliarden Jahre später kommen bewusste Lebewesen auf einem relativ unbedeutenden Planenten auf die Idee, die vermeintlichen „Einzelteile“ von Festkörpern zu untersuchen und wundern sich, dass ihre Vorurteile zu Widersprüchen führen – u.a. zum Messproblem.

Das Messproblem
5.) Höchst salopp gesprochen besteht das Messproblem darin, dass wir die Quanten-Materie und ihren Eigengesetzlichkeiten mit ihrem emergenten Entwicklungsprodukt, der stofflichen Materie, die sich nach anderen Gesetzlichkeiten verhält, konfrontieren.

6.) Die Eigengesetzlichkeit der Quanten-Materie lässt sich leicht unter den Begriffen Superposition und Verschränkung zusammenfassen. Die Eigengesetzlichkeiten der stofflichen Materie sind bekannt. Hierzu gehört das Prinzip der Lokalität, dass, wie oben gezeigt, erst mit dem Atom entstanden sein kann.

7.) Genauer formuliert besteht das Messproblem darin, dass die für Quanten-Materie (unter sich) zutreffende Gesetzlichkeit nur Superposition und Verschränkung kennt und deren Wechselwirkung mit stofflicher Materie bisher nur statistisch oder mit zusätzlichen Annahmen erklärt werden kann.

Meine Schlussfolgerungen:
8.) Die „Kopenhagener Deutung“ ist zwar in bezug auf die Quantenmechanik in sich konsistent, aber nur unter Leugnung der Realität von Quanten-Materie. Sie steht damit im Widerspruch zu anderen Erkenntnissen. Elektrische Leitfähigkeit oder chemische Affinitäten können da nur Mysterien sein.

9.) Die abgeschwächten Varianten der KD, oft auch als Standard oder statistische Interpretation bezeichnet, sind entweder begrifflich nicht konsistent oder leugnen ebenfalls die Realität von Quanten-Materie. Um es deutlich zu machen: Elektronen, Protonen und Neutronen sind unleugbar Elemente der Realität. Die Wellenfunktion beschreibt das Verhalten dieser Elemente der Realität und das Absolutquadrat der Wellenfunktion ist ein Maß für die Intensität bzw. Dichte dieser Elemente der Realität. Ohne den Begriff der Ladungsdichte lassen sich chemische oder auch makrophysikalische Eigenschaften wie die Dipol-Eigenschaft des Wassers nicht sinnvoll erklären. Es kann sich also nicht nur um reine Rechenvorschriften handeln. Es gibt in der Natur deutlich mehr zu beobachten als Messgeräte.

10.) Der Versuch, die Eigengesetzlichkeiten der Quanten-Materie auf stoffliche Materie als Ganzes anzuwenden, ist eine unzulässige Simplifizierung, die auf die Analyse des Messprozesses durch John von Neumann 1932 zurückgeht. („Princeton-Schule“) Das Superpositionsprinzip ist auf Festkörper nicht anwendbar (siehe 3) und es wurde auch noch nie beobachtet.

11.) Die „Priceton-Schule“ muss wegen 3) und 10) zusätzlich einen ungeklärten „Kollaps der Wellenfunktion“ annehmen kommt damit standardmäßig auch nur zu einer statistischen Erklärung.

12.) Die Dekohärenz/VWI-Interpretation, die aus der „Princeton-Schule“ hervorgegangen ist, d.h. die Traditionslinie Everett – Zeh – Zurek u.a., hat die unter 10) angesprochene Simplifizierung mitgeschleppt und landet genau deshalb bei absurden „Viele Welten“.

13) Bleibt die Bohmsche Mechanik, die ohne Absurditäten das Messproblem löst. Ihr ontologisches „Teilchen“-Bild steht allerdings im krassen Widerspruch zur Eigengesetzlichkeit der Quanten-Materie. Hier ist Zeh zuzustimmen, dass es keine Diskretheit gibt.

14.) Es gibt also noch einiges zu erforschen. Interessant wäre z.B. die Fragestellung nach den Gemeinsamkeiten von Quantenmechanik und Elektrodynamik.
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mit freundlichem Gruß aus Hannover

Unendliche Genauigkeit ist eine Illusion

Geändert von RoKo (11.03.12 um 14:07 Uhr) Grund: Layout
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  #2  
Alt 11.03.12, 16:28
Benutzerbild von Bauhof
Bauhof Bauhof ist offline
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Standard AW: Zum Emergenz- und Messproblem

Zitat:
Zitat von RoKo Beitrag anzeigen
Die Wellenfunktion beschreibt das Verhalten dieser Elemente der Realität und das Absolutquadrat der Wellenfunktion ist ein Maß für die Intensität bzw. Dichte dieser Elemente der Realität.
Hallo RoKo,

woher hast du diese Definition? Ich habe die Definition der Wellenfunktion aus meinen Büchern und auch bei Wiki etwas anders in Erinnerung:
Zitat:
Die Wellenfunktion beschreibt in der Quantenmechanik den quantenmechanischen Zustand eines Elementarteilchens oder eines Systems von Elementarteilchen im Ortsraum, ihr Betragsquadrat bestimmt die Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Teilchens. Die Aufenthaltswahrscheinlichkeit kennzeichnet in der Quantenphysik die Wahrscheinlichkeit, mit der ein oder mehrere Teilchen in einem bestimmten Bereich des (Orts-) Raumes anzutreffen sind.
Ein Teilchen wird allgemein in der Quantenmechanik nur als die Summe all seiner Aspekte angesehen. Alles andere ─ wie z.B. ein Teilchen ist ein 'Element der Realität' ─ ist lediglich (deine) Interpretation.

M.f.G. Eugen Bauhof
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Ach der Einstein, der schwänzte immer die Vorlesungen –
ihm hatte ich das gar nicht zugetraut!

Hermann Minkowski
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  #3  
Alt 11.03.12, 16:30
Timm Timm ist offline
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Standard AW: Zum Emergenz- und Messproblem

Zitat:
Zitat von RoKo Beitrag anzeigen
8.) Die „Kopenhagener Deutung“ ist zwar in bezug auf die Quantenmechanik in sich konsistent, aber nur unter Leugnung der Realität von Quanten-Materie. Sie steht damit im Widerspruch zu anderen Erkenntnissen. Elektrische Leitfähigkeit oder chemische Affinitäten können da nur Mysterien sein.
Wenn das so einfach wäre. Was hat denn die elektrische Leitfähigkeit mit der Nichtlokalität der QT zu tun?

Unter "Leugnen" verstehe ich etwas anderes. Man mag den lokalen Realismus vermissen. Mit welcher Begründung sollte man etwas Leugnen, das es den EPR-Experimenten zufolge und in Übereinstimmung mit der KD nicht gibt?

Gruß, Timm
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Der Verstand schafft die Wahrheit nicht, sondern er findet sie vor - Aurelius Augustinus
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  #4  
Alt 11.03.12, 18:40
RoKo RoKo ist offline
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Beiträge: 996
Standard AW: Zum Emergenz- und Messproblem

Hallo Bauhof,

ich beziehe meine Informationen nicht aus ungenauen Quellen z.B. wie Wikipedia. Nicht nur nach meiner Erinnerung, sondern in Übereinstimmung mit diversen Vorlesungsskripten oder grundlegenden wird der Zustand eines quantenmechanischen Systems durch einen Vektor im Hilbertraum beschrieben und die Wellenfunktion beschreibt die zeitliche Entwicklung des Systems.

Dass sich aus dem Absolutquadrat der Wellenfunktion die Intensität (z.B. eines Laserstrahls) oder die Dichte (z.B. eines Elektronenstrahls) ergibt, ist gängige Physik und lässt sich experimentell nachweisen. Das dies bei kleinstmöglicher Intensität bzw. Dichte auch zu einem Maß für die Wahrscheinlichkeit, ein "Teilchen" anzutreffen wird, ist doch unmittelbar einsichtig. Der Begriff Intensität bzw. Dichte ist doch nicht an ein Kontinuum gebunden.

Zitat:
Zitat von Bauhof Beitrag anzeigen
Ein Teilchen wird allgemein in der Quantenmechanik nur als die Summe all seiner Aspekte angesehen.
Was ist denn das für eine komische Sprechweise? Das ist sicherlich kein Allgemeingut.
Zitat:
Alles andere ─ wie z.B. ein Teilchen ist ein 'Element der Realität' ─ ist lediglich (deine) Interpretation.
Sorry, dass ich als Realist deine Träume gestört habe. Träum ruhig weiter.
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  #5  
Alt 11.03.12, 18:56
RoKo RoKo ist offline
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Beiträge: 996
Standard AW: Zum Emergenz- und Messproblem

Zitat:
Zitat von Timm Beitrag anzeigen
Wenn das so einfach wäre. Was hat denn die elektrische Leitfähigkeit mit der Nichtlokalität der QT zu tun?

Unter "Leugnen" verstehe ich etwas anderes. Man mag den lokalen Realismus vermissen. Mit welcher Begründung sollte man etwas Leugnen, das es den EPR-Experimenten zufolge und in Übereinstimmung mit der KD nicht gibt?
Da hast du mich missverstanden. Ich beziehe mich da auf Aussagen von Nils Bohr, die in der wissenschaftshistorischen Literatur des öfteren zitiert werden. Mit lokalem Realismus oder Nichtlokalität (die ich nicht bezweifele) hat das nichts zu tun.
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  #6  
Alt 11.03.12, 23:28
fossilium fossilium ist offline
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Standard AW: Zum Emergenz- und Messproblem

Hi RoKo,

Das hat mit genauer Formulierung nichts zu tun:

Zitat:
Zitat von RoKo Beitrag anzeigen
Genauer formuliert besteht das Messproblem darin, dass die für Quanten-Materie (unter sich) zutreffende Gesetzlichkeit nur Superposition und Verschränkung kennt und deren Wechselwirkung mit stofflicher Materie bisher nur statistisch oder mit zusätzlichen Annahmen erklärt werden kann.
Wenn Quanten-Materie mit stofflicher Materie wechselwirkt - ja wieso ist stoffliche Materie was anderes als Quantenmaterie ? Ja was ist denn Quantenmaterie ?

Erklär mal Deine Begriffe sauber, bzw. argumentier mal mit präzise.

Dann erst versteht man, worauf Du hinaus willst.

Grüsse Fossilium
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  #7  
Alt 12.03.12, 13:28
Benutzerbild von mermanview
mermanview mermanview ist offline
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Standard AW: Zum Emergenz- und Messproblem

Hallo RoKo

Ich gehöre nicht zu den Belesenen des "inner-Circle", dennoch ein/ zwei Fragen.

Ist der Begriff "Quantenmaterie" deine eigene Schöpfung ?

Ich habe bisher verstanden:

Die Gesamtwirkung aller Gesetzmäßigkeiten die für Quantenobjekte gelten, haben ein eigenständiges physikalisches Verhalten,
welches mit den einzelnen Beschreibungen von Superposition/ Tunneleffekt/ KD usw. in seiner Gesamtheit nicht ausreichend beschrieben wird. ??

Wäre dann z.B. ein Elektron = Quantenmaterie, da es subatomar ist, also keine Materie, ungleich chemische Aggregatzustände, aber mehr/ anders als z.B. Photon ?

Dem würde ich zustimmen.

Mir scheint, dass unser Wortschatz in Bezug auf Quantenobjekte um vereinheitlichte, wenn geht deutsche und dennoch einfache Begriffe erweitert werden müsste.

Kreativität ist da ein Weg...
.. und es gibt auch immer gut erkennbaren Alarm von Belsenen für deren Maß ;-).

Gruß Merman

Geändert von mermanview (12.03.12 um 22:06 Uhr)
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  #8  
Alt 12.03.12, 13:42
Benutzerbild von EMI
EMI EMI ist offline
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Standard AW: Zum Emergenz- und Messproblem

Zitat:
Zitat von mermanview Beitrag anzeigen
Wäre dann z.B. ein Elektron = Quantenmaterie, da es subatomar ist, also keine Materie, ungleich chemische Aggregatzustände, aber mehr/ anders als z.B. Photon ?

Dem würde ich zustimmen.
Alles ist Materie Merman.

Gruß EMI
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Sollen sich auch alle schämen, die gedankenlos sich der Wunder der Wissenschaft und Technik bedienen, und nicht mehr davon geistig erfasst haben als die Kuh von der Botanik der Pflanzen, die sie mit Wohlbehagen frisst.
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  #9  
Alt 12.03.12, 14:28
RoKo RoKo ist offline
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Standard AW: Zum Emergenz- und Messproblem

Definitionen
Unter Quanten-Materie verstehe ich im das, was gemeinhin in der Physik mit den Begriffen Elektron, Proton und Neutron bezeichnet wird; jedoch mit der Einschränkung, das diese noch nicht oder nicht mehr Bestandteile eines Atoms sind.

Ein Atom ist ein System, das sich aus Quantenmaterie gebildet hat, wobei stets bestimmte Verhältnisse von ‚Elektronen’, ‚Protonen’ und ‚Neutronen’ auftreten. Ein Atom hat andere und/oder zusätzliche Eigenschaften und Verhaltensweisen als seine Bestandteile. Es ist insgesamt elektrisch neutral, jedoch nach außen hin elektrisch negativ. Darüber hinaus hat ein Atom die Eigenschaft „Ort“, was bei Quanten-Materie höchst umstritten ist.

Ein Molekül ist eine chemische Verbindung von Atomen. Aus physikalischer Sicht ist da in der Regel keine weitere Abgrenzung gegenüber Atomen erforderlich.

Unter stofflicher Materie fasse ich das zusammen, was gemeinhin in der Physik unter die Begriffe ‚Gas’, ‚Flüssigkeit’, ‚Festkörper’ subsumiert wird. Stoffliche Materie ist stets ein System von Atomen, weist aber ebenfalls andere und/oder zusätzliche Eigenschaften und Verhaltensweisen auf als seine Bestandteile. Das Verhalten dieser Objektklasse als System ist unter dem Sammelbegriff ‚klassische Physik’ bekannt. Wie durch die Materialwissenschaft hinreichend geklärt, spielt bei Normaltemperatur dass Verhalten der Bestandteile nur im Binnenverhältnis eine Rolle.

Ferner erwähnt ist noch elektromagnetische Strahlung, deren Eigenschaften und Verhaltensweisen durch die Maxwell’schen Gleichungen bekannt sind.

Weitere Klassifizierungen sind für meine Argumente nicht von Belang, weil sie historisch erst nach der Evolution des Menschen auftreten.

Diese Klassifizierung habe ich wesentlich deshalb vorgenommen, um darzulegen, dass das ‚Emergenz-Problem’ (Audretsch: „Wie kommt die klassische Physik in die Welt?“[Audretsch 2008, Seite ?]) längst außerhalb der Quantenphysik gelöst ist. Diese Lösung ist allerdings bei der Lösung des Messproblemes zu beachten.
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  #10  
Alt 12.03.12, 14:37
RoKo RoKo ist offline
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Standard AW: Zum Emergenz- und Messproblem

Zitat:
Zitat von mermanview Beitrag anzeigen
Hallo RoKo

Ich gehöre nicht zu den Belesenen des "inner-Circle", dennoch ein/ zwei Fragen.

Ist der Begriff "Quantenmaterie" deine eigene Schöpfung ?
Ja. Die Definition, siehe oben, habe ich wegen der Nachfrage von fossilium
Zitat:
Ich habe bisher verstanden:

Die Gesamtwirkung aller Gesetzmäßigkeiten die für Quantenobjekte gelten, haben ein eigenständiges physikalisches Verhalten,
welches mit den einzelnen Beschreibungen von Superposition/ Tunneleffekt/ KD usw. in seiner Gesamtheit beschrieben nicht ausreichend wird. ??
Sorry, dann habe ich mich noch nicht deutlich genug ausgegrückt. Ich liefere noch nach.
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Geändert von RoKo (12.03.12 um 16:17 Uhr)
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