Bohrende Quantenfrage

[TomS]

Zitat von Elfulus

1. Braucht man das Konstrukt der Vorstellung, dass sich vor einer Messung alle möglichen Zustände in einer Superposition überlagern, für die QM-Mathematik oder für die Logik/Voraussagen der QM?

Ja.

Der mathematische Formalismus der QM lässt diese Superpositionen explizit zu, und bestimmte experimentell bestätigte Phänomene lassen sich ohne diese Superpositionen nicht zutreffend vorhersagen.

Zitat von Elfulus

2. Muss ein streng deterministisches System vorhersagbar und/oder perfekt messbar sein?

Ein streng deterministisches System ist per Definitionen vorhersagbar.

Ist die Frage der Messbarkeit technisch gemeint?

Unabhängig von 1. und 2.

Zitat von Elfulus

... kann man dann nicht naheliegender annehmen, der Zustand eines Quantensystems sei auch schon vor einer Messung derterminiert?

Der Zustand ist tatsächlich determiniert, nicht jedoch der Messwert. Andersherum: der Zustand eines Quantensystems entspricht - im Gegensatz zum klassischen Fall - nicht einer Menge von potentiellen, miteinander verträglichen Messwerten.

Den Rest deiner Fragen würde ich noch zurückstellen.

[Elfulus]

Zitat von TomS

Ja.

Der mathematische Formalismus der QM lässt diese Superpositionen explizit zu, und bestimmte experimentell bestätigte Phänomene lassen sich ohne diese Superpositionen nicht zutreffend vorhersagen.

Hast Du ein Beispiel-Experiment, dessen Phänomene sich ohne die Annahme einer realen Superposition nicht erklären lassen?

Zitat von TomS

Ein streng deterministisches System ist per Definitionen vorhersagbar.

Dreikörperproblem und bestimmte Formen von Chaos sind deterministisch, gleichwohl aber nicht vorhersagbar. In all diesen Fällen wegen großer Auswirkungen kleinster Änderungen von nicht wiederholbar gleichen Anfangsbedingungen. Auf die selbe Weise könnte ein Quantenzustand in seiner Messung nicht vorhersagbar sein, ohne deshalb nicht determiniert zu sein.

Zitat von TomS

Ist die Frage der Messbarkeit technisch gemeint?

Ich meinte die gleiche Messbarkeit, die auch die QM fordert (wenn auch "Messung" quantenmechanisch nicht besonders gut definiert ist)

Zitat von TomS

Unabhängig von 1. und 2.

Der Zustand ist tatsächlich determiniert, nicht jedoch der Messwert. Andersherum: der Zustand eines Quantensystems entspricht - im Gegensatz zum klassischen Fall - nicht einer Menge von potentiellen, miteinander verträglichen Messwerten.

Den Rest deiner Fragen würde ich noch zurückstellen.

Wenn nur der Messwert nicht determiniert ist, der Zustand aber wohl, dann fände sich Superposition eben nur virtuell in der Überlagerung möglicher Messwerte, nicht aber im realen (determinierten) Zustand.

Mit meinem begrenzten Wissensstand ist das alles nicht nur eine Frage der Interpretation. Spätestens, wenn man von realen Anwendungen wie Quantenteleportation oder Quantenbits redet, ist es sehr wichtig, zu verstehen, was diese Konzepte in der Realität wirklich können und was gerade nicht.

[TomS]

Hallo Elfulus,

relevante Experimente sind z.B. einzelne Photonen mit Superposition zweier Polarisationen und Polfiltern, einzelne Photonen mit Beansplitter und zwei Lichtwegen u.ä.

Das Dreikörperproblem bzw. allgemein chaotische Systemd sind prinzipiell exakt vorhersagbar, lediglich nicht praktisch. Das ist zu unterscheiden von der Idee einer prinzipiell stochastischen Dynamik.

Die Quantenmechanik sagt in ihrer orthodoxen Formulierung nichts zur Messbarkeit oder konkret zur Definition einer Messung.

Zum Zustandsvektor bzw. der Wellenfunktion: diese sind durch die Schrödingergleichung zu jedem beliebigen Zeitpunkt (außer bei einer Messung) exakt und deterministisch gegeben. Der quantenmechanische Zustandsvektor besteht aber eben nicht in einer direkten Information bzgl. der klassischen Eigenschaften oder der Messwerte, sondern lediglich in einem zunächst abstrakten mathematischen Objekt „Zustandsvektor“, aus dem man rechnerisch gewisse Informationen bzgl. dieser Eigenschaften oder Messwerte gewinnen kann. Das ist zu unterscheiden von der klassischen Mechanik, in der z.B. Ort und Impuls als klassische Eigenschaften, Messwerte und zugleich vollständige Beschreibung des Zustandes angesehen werden können.

Ich verstehe nicht genau, was du mit „realem determinierten Zustand“ meinst. Kannst du das erklären?

[Timm]

Zitat von Elfulus

Hast Du ein Beispiel-Experiment, dessen Phänomene sich ohne die Annahme einer realen Superposition nicht erklären lassen?

Vielleicht hilft dir das weiter:

https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_superposition
Anton Zeilinger, referring to the prototypical example of the double-slit experiment, has elaborated regarding the creation and destruction of quantum superposition:

"[T]he superposition of amplitudes ... is only valid if there is no way to know, even in principle, which path the particle took. It is important to realize that this does not imply that an observer actually takes note of what happens. It is sufficient to destroy the interference pattern, if the path information is accessible in principle from the experiment or even if it is dispersed in the environment and beyond any technical possibility to be recovered, but in principle still ‘‘out there.’’ The absence of any such information is the essential criterion for quantum interference to appear.[2]

[Elfulus]

Zitat von TomS

...relevante Experimente sind z.B. einzelne Photonen mit Superposition zweier Polarisationen und Polfiltern, einzelne Photonen mit Beamsplitter und zwei Lichtwegen u.ä.

und

Zitat von Timm

Vielleicht hilft dir das weiter:https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_superposition[I]Anton Zeilinger, referring to the prototypical example of the double-slit experiment, has elaborated regarding the creation and destruction of quantum superposition.....

In den genannten Experimenten und der Interpretation des Doppelspaltexperiments durch Zeilinger wird m.E. nicht die tatsächliche vorherige Superposition der Wahrscheinlichkeitswellen bewiesen. Stattdessen wird (für mich) lediglich erkennbar, dass eine Wechselwirkung mit einem Photon, die es irgendwie ermöglichen würde, seine Weginformation überhaupt zu ermitteln (z.B. Polarisationsfilter), gleichsam diese Weginformation bestimmt/präpariert. Das erscheint mir aber auch völlig einleuchtend. Wenn ich z.b. in einer Welt lebte, in der die Größe von Autos die kleinste bisher erreichbare Größe für Teile von Messinstrumenten wäre, dann würde ich bei der Bestimmung der Weginformation eines fahrenden Autos auch ein mindestens autogroßes Teilchen benötigen. Das aber würde definitiv in seiner Wechselwirkung den Weg des gemessenen Autos fortan bestimmen (erst recht bei den in unserer Welt vergleichweise viel größeren Messinstrumenten). Dass die Weginformation also "plötzlich" die (vielleicht vorher noch chaotischen schwankende) Zustandseigenschaft definiert und damit sozusagen die chaotische Verschwommenheit zerstört, sagt meiner Meinung nichts darüber aus, ob eine zur theoretischen Berechnung vielleicht nützliche Überlagerung von vorherigen Wahrscheinlichkeitswellen in der Realität irgendeine Entsprechung hat (z.B. eine tatsächlich verschwommene Eigenschaft).

Zitat von TomS

Das Dreikörperproblem bzw. allgemein chaotische Systeme sind prinzipiell exakt vorhersagbar, lediglich nicht praktisch. Das ist zu unterscheiden von der Idee einer prinzipiell stochastischen Dynamik.

Ich finde eben gerade keinerlei Beweis dafür, dass es bei dem einen nur praktisch, aber nicht prinzipiell und beim anderen genau umgekehrt sein soll. Man könnte genauso gut argumentieren, dass eine Vorhersagbarkeit des Quantenzustandes eben nur praktisch nicht möglich ist, weil wir aufgrund des fehlenden Instrumentariums auf Wahrscheinlichkeitsberechnungen zurückgeworfen sind. Zu behaupten, dass Zustände deren Eigenschaftsmessungen nur im Wahrscheinlichkeitenraum vorhergesagt werden können, auch tatsächlich keine eindeutigen/determinierten Eigenschaften haben, ist m.E. vergleichbar mit einer Umkehrung des Prinzips der Objektpermanenz. Sprich: "Wenn ich die Eigenschaften nicht konkret vorhersehen kann, dann sind sie vor der Messung eben einfach nicht exakt vorhanden sondern nur in einer Überlagerung aller Möglichkeiten".

Zitat von TomS

Ich verstehe nicht genau, was du mit „realem determinierten Zustand“ meinst. Kannst du das erklären?

Wie vielleicht schon weiter oben klar geworden ist, meine ich mit "real determiniert" einen ähnlichen Zustand wie den eines deterministischen Chaos. Es ist in der Realität determiniert, aber ohne Kenntnis der Änderungen in den Anfangsbedingungen erscheint es mir weder determiniert noch habe ich eine Möglichkeit (außer im Gedankenmodell des "deterministischen Chaos"), diese Determiniertheit im Nachhinein doch noch real irgendwie zu ermitteln, wie bei der Entwicklung von Quantenzuständen. Bezüglich der Quantenzustandsmessungen sagt die QM dann einfach: "Da gibt es auch keine Determiniertheit, und Messungen der Eigenschaften sind objektiv zufällig und folgen nur einer [Überlagerung von] Wellenfunktion[en]". Oder zumindest (Nils Bohr) würde es für die Physik nichts bringen, wenn man etwas anderes annähme.

Wie wiederholt gesagt, hätte ich mit dieser Anwendung des shutup-and-calculate kein Problem, wenn nicht dadurch auch eine vermeintlich reale Superpositon zur Grundlage von "echten" QBits und angeblich nicht-lokalen Fernwirkungen bei verschränkten Quantensystemen würde. Von Systemen also, die vielleicht nur aufgrund ihrer Verschränkung von Beginn an in ihrer scheinbar zufällig verschwommenen Momentan-Konfiguration dauerhaft korreliert waren und nicht erst bei der Messung, wie von Zauberhand. Wenn Eigenschaften eines Zustandes vor der Messung lediglich auf eine Weise determiniert wären, die wir (noch) nicht verstehen, dann würde die QM auf Grundlage von Wahrscheinlichkeitsberechnungen nicht falsifiziert. Aber was könnte man dann aus QBits "in action" tatsächlich auslesen? Wie nicht-lokal fernwirkend wären dann Messungen an einem von zwei verschränkten Systemen?

[Timm]

Zitat von Elfulus

Dass die Weginformation also "plötzlich" die (vielleicht vorher noch chaotischen schwankende) Zustandseigenschaft definiert und damit sozusagen die chaotische Verschwommenheit zerstört, sagt meiner Meinung nichts darüber aus, ob eine zur theoretischen Berechnung vielleicht nützliche Überlagerung von vorherigen Wahrscheinlichkeitswellen in der Realität irgendeine Entsprechung hat (z.B. eine tatsächlich verschwommene Eigenschaft).

Wenn die Weginformation nicht existiert, erfolgt der Durchgang durch beide Spalte oder nach dem Formalismus der QM die Superposition 'geht durch den linken + durch den rechten Spalt'. Um zu funktionieren, muß man dieses Konstrukt nicht ontisch verstehen.

Zitat von Elfulus

... Von Systemen also, die vielleicht nur aufgrund ihrer Verschränkung von Beginn an in ihrer scheinbar zufällig verschwommenen Momentan-Konfiguration dauerhaft korreliert waren und nicht erst bei der Messung, wie von Zauberhand. Wenn Eigenschaften eines Zustandes vor der Messung lediglich auf eine Weise determiniert wären, die wir (noch) nicht verstehen, dann würde die QM auf Grundlage von Wahrscheinlichkeitsberechnungen nicht falsifiziert. Aber was könnte man dann aus QBits "in action" tatsächlich auslesen? Wie nicht-lokal fernwirkend wären dann Messungen an einem von zwei verschränkten Systemen?

Mit "wie von Zauberhand" bist du in bester Gesellschaft. Befanden sich vor der Messung die Spin Zustände noch in einer Superposition (die man nicht ontisch verstehen muß) beider Möglichkeiten, entscheidet erst die Messung über den dann korrrelierten Spin Zustand der beiden verschränkten Photonen.

[Elfulus]

Zitat von Timm

Wenn die Weginformation nicht existiert..., ...befanden sich vor der Messung die Spin Zustände noch in einer Superposition...

...Um zu funktionieren, muss man dieses Konstrukt nicht ontisch verstehen...

Eben!: "Wenn... die Weginformation vorher nicht existiert oder sich vor der Messung die Spin Zustände noch in einer Superposition befinden...". Alles nur postuliert.

"Funktionieren" tut dieses Konstrukt doch nur, wenn es lediglich um Vorhersage geht (also mathematische Berechnungen für: "wie WIRD es sein?"), aber nicht, wenn es um das Verständnis des Gegenwärtigen geht. Man kann natürlich wieder und wieder postulieren, dass es die Weginformation vorher einfach nicht gibt, oder dass sich die potentiellen Eigenschaftsmessungen schon vorher überlagern und es dann zum objektiven Zufall kommt. Das ist auch alles unproblematisch, solange das Konzept von Superposition als nicht-ontischer Vorstellung nur hingenommen (aber nicht vorausgesetzt) wird, weil die Annäherung an tatsächliche Werte der nächsten Messungen mit genau den Formeln gut funktioniert, die auch eine mögliche Superposition implizieren.

Betrachtet man aber die Superposition zumindest als so "ontisch", dass man sich genau diesen besonderen Zustand sogar "zunutze" machen will (z.B. indem man in der Informationsverarbeitung in QBits die Eigenschaften "0" und "1" gleichzeitig abzubilden und zu nutzen glaubt und bei verschränkten QBits gar beliebig viele Bitkombinationen), dann stellt sich schon die Frage, wie genau ontisch man das Ganze verstanden haben muss, um beim "Auslesen" der Informationen aus diesen QBits etwas zu ermitteln, was nicht schon in der Anfangskonfiguration der QBits determiniert war.

Gleiches gilt für die angebliche "spukhafte Fernwirkung" womöglich schon vorher korrelierter Systeme. Alles wird wesentlich weniger "spukhaft", wenn man die Möglichkeit einer im Quantensystem schon vor der Messung vorhandenen - aber unverstandenen - Bestimmtheit einräumt.

Die Experimente dazu laufen scheinbar alle ähnlich: Verschränke einige Teilchen, vermesse die Eigenschaft eines der beiden Teilchen und prüfe, ob sich unabhängig von der räumlichen Entfernung beim Vermessen des anderen Teilchens eine deutliche Korrelation der beiden Messungen ergibt. Das war früher schwieriger und in dem Experiment in Deinem Link gelang es nun mit viel mehr verschränkten Teilchen.

Wenn ich das aber alles richtig verstanden habe, stellt dabei niemand die Frage der möglichweise schon vorher dauerhaft vorhandenen Korreliertheit der Teilchen-Eigenschaften vom Beginn ihrer Verschränkung an. Man sagt zwar, sie verlören ihre Individualität, aber bei der Unterstellung der nicht-lokalen Fernwirkung vergisst man das scheinbar wieder. Ich denke, ob man die Teilchen-Eigenschaften nun misst oder nicht, ihre Eigenschaften könnten auch so ab der Verschränkung zu jedem beliebigen infinitesimalen Zeitpunkt scheinbar voneinander abhängen, solange die Teilchen keinen anderen nennenswerten Wechselwirkungen ausgesetzt sind. Und selbst wenn doch, dann gibt es immer noch stärkere Korrelation, als wenn sie vorher gar nicht verschränkt worden wären.

Daran ist aber so gar nichts Spukhaftes und ich denke das ist NICHT das, was Einstein beanstandet hätte. Ich behaupte, er verneinte die angebliche direkte Abhängigkeit der beiden Teilchen voneinander und die postulierte Wirkung auf das andere Teilchen durch Messung des ersten, die sich aber nur aus der postulierten vorherigen Unbestimmtheit der Eigenschaften jedes einzelnen ent-individualisierten Teilchens ergibt. Es handelt sich aber m.E. weder um Abhängigkeit voneinander noch um eine Wirkung aufeinander sondern eher um eine gemeinsame Auswirkung der Initiation der Verschränkung auf beide Teilchen, die zu jedem Zeitpunkt ihr weiteres "Leben" bestimmen wird, wie weit auch immer sie entfernt sein mögen.

Wenn ich zwei Freunden ein Stückchen Schokolade mitgebe und dann nach einigen Stunden bei einem den Kakaogehalt im Blut messe und danach das Blut des anderen, dann besteht natürlich eine gewisse Korrelation der Ergebnisse, weil sie beide mit einer höheren Wahrscheinlichkeit ein Stück Schokolade gegessen haben und auf diese Weise gewissermaßen verschränkt wurden. Das wäre aber zu jedem beliebigen Zeitpunkt nach meiner Gabe so und nicht erst bei der Messung, und niemand würde das erstaunlich finden und schon gar nicht annehmen, dass die Messung des Einen die Wahrscheinlichkeit beinflusst hätte, mit der der Andere Kakao im Blut hat.

Woher kommt die Hartnäckigkeit, mit der genau das im Quantenbereich immer wieder behauptet wird? Ich muss immer noch etwas Wichtiges übersehen oder nicht verstehen.

[Bernhard]

Zitat von Elfulus

Woher kommt die Hartnäckigkeit, mit der genau das im Quantenbereich immer wieder behauptet wird? Ich muss immer noch etwas Wichtiges übersehen oder nicht verstehen.

Schau mal hier rein: https://de.wikipedia.org/wiki/Materiewelle#Auswirkungen
Wie willst du solche experimentellen Ergebnisse ohne Quantenmechanik beschreiben?

[Elfulus]

Zitat von Bernhard

Schau mal hier rein: https://de.wikipedia.org/wiki/Materiewelle#Auswirkungen
Wie willst du solche experimentellen Ergebnisse ohne Quantenmechanik beschreiben?

Es liegt mir fern (erst Recht als Laie), das nicht mit QM beschreiben zu wollen. Es geht mir nur um den tatsächlich nutzbaren Gehalt und Realitätsgrad der mathematischen "Nebenwirkungs"-Konzepte: Superposition, Unbestimmtheit, objektiver Zufall, nicht-lokale Fernwirkung.

[Bernhard]

Zitat von Elfulus

Es geht mir nur um den tatsächlich nutzbaren Gehalt und Realitätsgrad der mathematischen "Nebenwirkungs"-Konzepte: Superposition, Unbestimmtheit, objektiver Zufall, nicht-lokale Fernwirkung.

Ein Beispiel sind z.B. https://de.wikipedia.org/wiki/Tunnel...Flash-Speicher. Ohne Quantenmechanik gäbe es also keine funktionierenden USB-Sticks.