Gibt es eine Quantenwelt?

[Bauhof]

Zitat von Timm

Mir ist nicht klar, was Du mit "Aspekte der Realität" meinst. Was spricht dagegen zu sagen, real ist der durch die Messung festgelegte Eigenzustand. Dieser ist vor der Messung nicht real, das Teilchen hat vor der Messung keine definierten Eigenschaften. Der Quantenzustand (vor der Messung) ist ein mathematisches Objekt, das die Wahrscheinlichkeiten für zu Messwerten gehörende Eigenzustände enthält. Falls Du diese Information über mögliche Eigenzustände als Aspekt der Realität bezeichnest, sehe ich den ontischen Hintergrund nicht. Dieser wird häufig mit einer sich im Raum physikalisch real ausbreitenden Welle identifiziert.

Möglicherweise ist aber meine Sicht durch zu viel Sand behindert.

Hallo Timm,

die meisten Autoren sprechen nicht von eine 'ontischen' Interpretation der Wellenfunktion, sondern von einer "realistischen" Interpretation der Schrödingerschen Wellenfunktion, die nicht überlebt hat. So jedenfalls sieht es John S. Bell in seinem Buch [1] auf Seite 255:

Anfangs versuchte Schrödinger, seine Wellenfunktion so zu interpretieren, dass sie auf irgendeine Art die Dichte des Stoffes angibt, aus dem die Welt gemacht ist. Er versuchte, sich das Elektron als Wellenpaket vorzustellen – eine Wellenfunktion, die nur in einem kleinen Raumbereich nennenswert von Null verschieden ist. Die Ausdehnung dieses Bereiches stellte er sich als tatsächliche Größe des Elektrons vor – sein Elektron war etwas unscharf.

Zunächst glaubte er, dass kleine Wellenpakete, die sich gemäß der Schrödingergleichung entwickeln, klein bleiben. Aber das war ein Irrtum. Wellenpakete zerfließen, und dehnen sich im Verlauf der Zeit unendlich aus – gemäß der Schrödingergleichung.

Aber wie weit auch immer die Wellenfunktion sich ausgedehnt hat – die Reaktion eines Detektors auf ein Elektron bleibt punktförmig. Darum hat Schrödingers "realistische" Interpretation seiner Wellenfunktion nicht überlebt.

Dann kam Borns Interpretation. Die Wellenfunktion gibt nicht die Dichte von Stoff, sondern vielmehr (als Quadrat ihres Betrages) die Dichte von Wahrscheinlichkeit. Wahrscheinlichkeit wovon genau? Nicht davon, dass das Elektron dort ist, sondern dass es dort gefunden wird, wenn seine Position "gemessen" wird.

Warum diese Abneigung gegen "sein" und das Bestehen auf "finden"? Die Gründungsväter konnten kein klares Bild von den Dingen in der entfernten, atomaren Größenordnung formen. Sie wurden sich des dazwischenliegenden Apparates deutlich bewusst; und der Notwendigkeit für eine "klassische" Basis, von der aus auf das Quantensystem eingewirkt wird.

M.f.G Eugen Bauhof

[1] Bell, John S.
Sechs mögliche Welten der Quantenmechanik.
München 2012

[Timm]

Hallo Eugen,

Zitat von Bauhof

die meisten Autoren sprechen nicht von eine 'ontischen' Interpretation der Wellenfunktion, sondern von einer "realistischen" Interpretation der Schrödingerschen Wellenfunktion, die nicht überlebt hat.

Ob die meisten Autoren nicht von einer "ontischen" Interpretation sprechen, kann ich nicht beurteilen. Einer der wenigen, mit denen ich mich etwas näher befasst habe, ist Zeh.

z.B. https://books.google.de/books?id=ukz...ntisch&f=false, Seite 41:

Es ist bezeichnend, daß alle konsistenten Theorien die nichtlokale Wellenfunktion als fundamentalen Teil der Realität ansehen (sie also "ontisch" und nicht nur "epistemisch" im Sinne einer unvollständigen Information ansehen).

Ich denke, das muß man als Vertreter der VWI grundsätzlich annehmen, hier Zeh, wenn man "mögliche Welten" durch "wirkliche Welten" (C.F.Weizsäcker) ersetzen will. Ich bin noch nicht dahinter gekommen (muß noch Tom's letzte Post genauer anschauen), was genau für diese Annahme spricht. Warum nach Zeh die Theorie ansonsten inkonsistent ist.

Grüße, Timm

[TomS]

@Bauhof:

Aber wie weit auch immer die Wellenfunktion sich ausgedehnt hat – die Reaktion eines Detektors auf ein Elektron bleibt punktförmig. Darum hat Schrödingers "realistische" Interpretation seiner Wellenfunktion nicht überlebt.

Diese Argumentation ist absolut überholt. Aufgrund der Dekohärenz verstehen wir heute sehr präzise, dass das Elektron in einem Detektor (z.B. Nebel- oder Blasenkammer) durch wiederholte "Messung" durch die Umgebungsfreiheitsgrade immer wieder lokalisiert wird.

...

Die Gründungsväter konnten kein klares Bild von den Dingen in der entfernten, atomaren Größenordnung formen. Sie wurden sich des dazwischenliegenden Apparates deutlich bewusst; und der Notwendigkeit für eine "klassische" Basis, von der aus auf das Quantensystem eingewirkt wird.

Und in den letzten Jahrzehnten (eigtl. mindestens seit Everett) wurde erkannt, dass gerade diese "notwendige" klassische Basis die wesentliche Schwäche der "orthoxen" Ansichten und Interpretationen ist, die es zu überwinden gilt. Die Welt ist intrinsisch und auf allen Skalen quantenmechanisch. Und die Dekohärenz erklärt mathematisch, warum sie uns makroskopisch klassisch erscheint.

Bzgl. "realistisch" und "ontisch" sehe ich für mich keinen wesentlichen Unterschied.

[TomS]

Zu Zeh:

Zitat:Es ist bezeichnend, daß alle konsistenten Theorien die nichtlokale Wellenfunktion als fundamentalen Teil der Realität ansehen (sie also "ontisch" und nicht nur "epistemisch" im Sinne einer unvollständigen Information ansehen).

Ich versuche nochmal die Unzulänglichkeiten in der "epistemischen" bzw. Widersprüche in der Kollapsinterpretation aufzuzeigen. Ich gehe dabei aus von den grundlegenden Axiomen der QM.

1) Ein Quantenzustand wird durch einen Vektor in einem separablen Hilbertraum repräsentiert
2) Observable werden durch selbstadjungierte Operatoren repräsentiert
3) Die Zeitentwicklung eines Quantenzustandes und seiner Wechselwirkungen wird durch einen unitären Operator U(t) = exp(-iHt) beschrieben.

Bis hierher stimmen letztlich fast alle Physiker überein.

Nun kommt jedoch das Kollapspostulat ins Spiel, das ich bewusst etwas umformuliere:

4) Die Entwicklung eines Quantenzustandes im Zuge einer Messung einer Observablen A wird nicht durch diesen Operator U(t) beschrieben. Vielmehr erfolgt ein Kollaps des Zustandes in einen Eigenzustand der Observablen gemäß der Bornschen Regel ...

Offensichtlich sind (3) und (4) inkonsistent, wenn man "Messung" als "Wechselwirkung" auffasst. Das Axiomensystem ist widersprüchlich! Was ist der Ausweg?

A) Entweder beharrt man auf einem qualitativen Unterschied zwischen "Wechselwirkung" und "Messung", ohne diesen erklären zu können. In diesem Fall ist das Axiomensystem extrem unbefriedigend, da in (4) zwei Begriffe "Messung" sowie "Kollaps" eingeführt werden, die nur wechselweise aufeinander verweisen und ansonsten keine Definition oder Begründung erfahren.

B) Oder man lässt (4) fallen und hat ein konsistentes und zur Erklärung aller Experimente ausreichendes Axiomensystem. Dies war die Idee der Everettschen Arbeit.

Man beachte, dass im Falle von (A) das Axiom (4) auch bei einer "epistemischen" Auffassung unbefriedigend bleibt, da die beiden Begriffe auch dann keine saubere Interpretation erfahren. Ich denke, dass das grundsätzliche Problem nicht in "epistemisch" sondern in (4) zu suchen ist.

[Timm]

Zitat von TomS

A) Entweder beharrt man auf einem qualitativen Unterschied zwischen "Wechselwirkung" und "Messung", ohne diesen erklären zu können. In diesem Fall ist das Axiomensystem extrem unbefriedigend, da in (4) zwei Begriffe "Messung" sowie "Kollaps" eingeführt werden, die nur wechselweise aufeinander verweisen und ansonsten keine Definition oder Begründung erfahren.

Ich bleibe lieber untechnisch, im Grunde bin ich mit meinem oberflächlichen Wissen der falsche Gesprächspartner.
Meine Vorstellung geht in diese Richtung: Mit der Messung hat man eine feste Zeigerstellung, die dem detektierten Teilchens definierte Eigenschaften zuweist.
Vor der Messung hat das Teilchen keine definierten Eigenschaften und existiert demzufolge nicht real. Stattdessen gibt es für den Zustand des Systems vor der Messung eine mathematische Beschreibung (Superposition) des Potentials aller möglichen Zeigerstellungen. Deshalb bedeutet der Messprozess nicht, daß ein reales Teilchen (vor der Messung irgendwie eigenschaftslos diffus verschmiert) instantan auf einen festen Ort kollabiert.
Wie ein Teilchen an einem festen Ort registriert wird, ohne vorher real auf einer definierten Bahn zu existiert zu haben, gibt die Natur nicht preis.

Wie ist es mit der Interpretation der Messung als ultraschnelle Dekohärenz? Dann bliebe allerdings die Verschränkung aufrecht erhalten und man müßte von quasiklassischem Verhalten sprechen. Dann bräuchte man noch eine Erklärung, warum durch das quasiklassische Ausschöpfen dieser einen Möglichkeit alle anderen des Potentials hinfällig sind.

[TomS]

Zitat von Timm

Mit der Messung hat man eine feste Zeigerstellung, die dem detektierten Teilchens definierte Eigenschaften zuweist.
Vor der Messung hat das Teilchen keine definierten Eigenschaften ...

Ja.

Zitat von Timm

... und existiert demzufolge nicht real.

Warum?

Es könnte durchaus sein, dass definierte Eigenschaften vorliegen, weil bereits eine Präparation oder Messung (derselben oder anderer) Eigenschaften stattgefunden hat. Das weißt du nicht, jedoch evtl. ein Kollege.

Es ist m.E. auch nicht zulässig, einen Quantenobjekt (gefällt mir besser als Teilchen) die reale Existenz abzusprechen, nur weil bestimmte Eigenschaften nicht vorliegen. Z.B. mag ein Quantenobjekt in einem aus zwei verschränkten Quantenobjekten bestehenden System keinen definierten Ort oder Spin haben, aber dennoch kann das System eine nachweisbare Awechselwirkung ausüben und ist demnach "real existent", ohne dass sich dies ja einer bestimmten "Eigenschaft" zeigt.

Zitat von Timm

Wie ein Teilchen an einem festen Ort registriert wird, ohne vorher real auf einer definierten Bahn zu existiert zu haben, gibt die Natur nicht preis.

Doch, natürlich.

Man wendet (3), d.h. die unitäre Zeitentwicklung an und findet im Rahmen der Dekohärenz, dass es so aussieht, als ob der Quantenzstand lokalisiert wird bzw. kollabiert (Zurek: Einselection).

Zitat von Timm

Wie ist es mit der Interpretation der Messung als ultraschnelle Dekohärenz? Dann bliebe allerdings die Verschränkung aufrecht erhalten ...

Richtig.

Alles interessant, aber du bist noch nicht am Kernpunkt angelangt. Offensichtlich möchtest du ja keine "ontische Interpretation" vornehmen. D.h. du akzeptierst das Axiomensystem (1 - 4), wobei (3) und (4) nicht mehr widersprüchlich sein sollen, da sie nicht mehr ontisch interpretiert werden.

Nun wendest du jedoch die Axiom (3) und (4) in unterschiedlichen Situationen an. Vor der Messung gilt (3), im Zuge der Messung (4). Kannst du definieren, wann du (3) anwendest und wann (4)? Was ist dein Kriterium, eine Wechselwirkung eines Quantensystems mit einem makroskopischen System nicht gemäß (3) sondern gemäß (4) zu beschreiben? Was konkret ist eine "Messung" anders als eine Wechselwirkung? Ist eine Messung nicht nur ein Spezialfall? Wenn ja, warum ist dann (4) nicht ein Spezialfall von (3), sondern widerspricht (3)?

[Bauhof]

Zitat von Timm

Wie ein Teilchen an einem festen Ort registriert wird, ohne vorher real auf einer definierten Bahn zu existiert zu haben, gibt die Natur nicht preis.

Hallo Timm,

das kann die Natur prinzipiell gar nicht 'preisgeben'. Warum?
Weil wir und unsere Messinstrumente Teil dieser Natur sind. Jede Wechselwirkung der Instrumente mit der Natur zeigt nur die Natur, wie sie sich in der Wechselwirkung offenbart. Aber eine dahinter liegende tatsächliche 'reale' Natur der Natur kann sich nicht offenbaren, weil das Messinstrument die Natur nicht von außerhalb der Natur beobachten kann. Es registriert immer nur die Wechselwirkung mit der Natur, nichts anderes.

Wenn das so ist, dann ist es sinnlos zu behaupten, dass hinter diesem vordergründigem Schein noch etwas 'Reales' liegt. Was die Messinstrumente anzeigen, das ist die Realität, eine andere kann sich prinzipiell nicht zeigen.

Wolfgang Pauli hat in einem Brief an Max Born das Problem mit drastischen Worten formuliert. Max Born schreibt in seinem Buch [1] auf Seite 143 folgendes:

Trotzdem glaube ich nicht, dass Schrödingers Artikel einen positiven Beitrag zur Lösung der philosophischen Schwierigkeiten bedeutet. Es ist nicht leicht für mich, die philosophischen Ansichten eines Freundes zu kritisieren, den ich als großen Gelehrten und tiefen Denker aufrichtig bewundere. Ich will daher zur Verteidigung meiner eigenen Auffassung eine Methode wählen, die zu benutzen auch Schrödinger selber nicht zu stolz ist, nämlich die Berufung auf anerkannte Autoritäten, die meine Ansicht teilen. Zu meinen Zeugen wähle ich Wolfgang Pauli, der allgemein als der kritischste und logisch sowie mathematisch anspruchsvollste unter den Fachgenossen angesehen wird, die zur Entwicklung der Quantenmechanik beigetragen haben. Der folgende Abschnitt stammt aus einem Brief, den ich kürzlich von Pauli erhalten habe:

"Entgegen allen rückschrittlichen Bemühungen (Schrödinger, Bohm usw. und in gewissem Sinne auch Einstein) bin ich gewiss, dass der statistische Charakter der Psy-Funktion und damit der Naturgesetze — auf dem Sie von Anfang an gegen Schrödingers Widerstand bestanden haben — den Stil der Gesetze wenigstens für einige Jahrhunderte bestimmen wird. Es mag sein, dass man später, z.B. im Zusammenhang mit den Lebensvorgängen, etwas ganz Neues finden wird, aber von einem Weg zurück zu träumen, zurück zum klassischen Stil von Newton-Maxwell (und es sind nur Träume, denen sich diese Herren hingeben) scheint mir hoffnungslos, abwegig, schlechter Geschmack. Und, könnten wir hinzufügen, es ist nicht einmal ein schöner Traum."

M.f.G. Eugen Bauhof

[1] Born, Max
Physik im Wandel meiner Zeit.
Braunschweig 1983. ISBN=3-528-08539-8

[TomS]

Zitat von Bauhof

Wenn das so ist, dann ist es sinnlos zu behaupten, dass hinter diesem vordergründigem Schein noch etwas 'Reales' liegt.

Ja, das sehe ich auch so.

Wechselwirkung, Messung, Beobachtung und System sind ein untrennbares Ganzes. Das respektieren Everett et al., indem sie alles durch einen einzigen einheitlichen Formalismus beschreiben, ohne eine künstliche Trennung zwischen System, Messgerät und Beobachter einzuführen.

Letzteres tut die orthodoxe Interpretation, und daran krankt sie - unabhängig davon, ob mnan sie nun ontisch / realistisch oder "nur" phänomenologisch / epistemisch auffasst.

Zitat von Bauhof

Was die Messinstrumente anzeigen, das ist die Realität, eine andere kann sich prinzipiell nicht zeigen.

Es ist sicher nicht die ganze Realität (wenn wir den über Realität reden wollen).

Ist der Mond da, auch wenn gerade keener hinschaut?

Zitat von Bauhof

Wolfgang Pauli hat in einem Brief an Max Born das Problem mit drastischen Worten formuliert.

Nichts gegen die Genies, die die Pionierarbeit geleistet haben, aber bzgl. der modernen Interpretationen und Erkenntnisse sind sie leider nicht immer kompetent

[Timm]

Zitat von Bauhof

das kann die Natur prinzipiell gar nicht 'preisgeben'. Warum?
Weil wir und unsere Messinstrumente Teil dieser Natur sind. Jede Wechselwirkung der Instrumente mit der Natur zeigt nur die Natur, wie sie sich in der Wechselwirkung offenbart. Aber eine dahinter liegende tatsächliche 'reale' Natur der Natur kann sich nicht offenbaren, weil das Messinstrument die Natur nicht von außerhalb der Natur beobachten kann. Es registriert immer nur die Wechselwirkung mit der Natur, nichts anderes.

Wenn das so ist, dann ist es sinnlos zu behaupten, dass hinter diesem vordergründigem Schein noch etwas 'Reales' liegt. Was die Messinstrumente anzeigen, das ist die Realität, eine andere kann sich prinzipiell nicht zeigen.

Hallo Eugen,

bei der Diskussion , ob 'real' und 'beobachtbar untrennbar zusammengehören, wird immer wieder - z.B. von Zeh und in diesem Thread auch von Tom - die ART ins Feld geführt. Ereignisse hinter einem Horizont sind nicht beobachtbar, aber niemand würde die "'reale' Natur der Natur" dort bezweifeln, wie von der Theorie beschrieben. Niemand findet das 'ungeheuerlich', und doch würden viele Leute die 'Vielen Welten' aus genau diesem Grund ablehnen.

Mich hat dieses Argument bisher nicht überzeugt, denn das Auftreten von Horizonten in gekrümmter Raumzeit ist ein grundlegender Bestandteil der Theorie (wenn ich es richtig sehe die Relativbeschleunigung zwischen Geodäten), während die ontischen Deutung der Wellenfunktion Interpretation ist.

Gruß, Timm

@ Tom, mit Deinen zuletzt vorgebrachten Argumenten muß ich mich noch befassen, das schaffe ich aber heute nicht mehr.

[TomS]

Zitat von Timm

Mich hat dieses Argument bisher nicht überzeugt, denn das Auftreten von Horizonten in gekrümmter Raumzeit ist ein grundlegender Bestandteil der Theorie (wenn ich es richtig sehe die Relativbeschleunigung zwischen Geodäten), während die ontischen Deutung der Wellenfunktion Interpretation ist.

Ich sehe hier keinen Unterschied.

Aus den Axiomen der ART folgt die Existenz von Horizonten. Wir interpretieren die vier-dim. pseudo-Riemannsche Mannigfaltigkeit als ontisch. Daher glauben wir auch an die reale Existenz des Raumzeitbereiches im Inneren des Horizontes.

Genauso folgt aus den Axiomen (1 - 3) der QM eine "Auffächerung" im mathematischen Sinn. Manche Physiker interpretieren den Quantenzustand als ontisch. Daher glauben Sie an die reale Existenz der verschiedenen "Zweige".

Würde ein Astrophysiker einen formal widersprüchlichen Zaubertrick einführen, der das Innere des Horizontes weg-postuliert, würde man ihn für übergeschnappt halten. Aber widersprüchliche Zaubertricks in der QM (= der sogenannte "Kollaps") werden sogar noch philosophisch geadelt.