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Quantenmechanik, Relativitätstheorie und der ganze Rest. Wenn Sie Themen diskutieren wollen, die mehr als Schulkenntnisse voraussetzen, sind Sie hier richtig. Keine Angst, ein Physikstudium ist nicht Voraussetzung, aber man sollte sich schon eingehender mit Physik beschäftigt haben.

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  #1  
Alt 02.06.13, 18:13
Maxi Maxi ist offline
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Registriert seit: 15.09.2011
Beiträge: 82
Standard Unmöglichkeit der Wegentscheidung

Ein Problem der Wortwahl.
aus "Feynman Vorlesungen über Physik" Band III, QUANTENMECHANIK:
Es geht in 1-4 Ein Experiment mit Elektronen um das Gedankenexperiment der Interferenzerscheinung von monochromatischen Elektronen am Doppelspalt. In 1-5 Interferenz von Elektronenwellen stellt Feynman die zu untersuchende Vermutung auf:
"Behauptung A: Jedes Elektron geht entweder durch Loch 1 oder durch Loch 2."
Nach ausführlicher und einleuchtender Diskussion theoretisch-experimenteller Untersuchungsmethoden kommt er schließlich zu der Feststellung:
Zitat: ">>Schön und gut<<, sagen Sie, >>aber was ist mit der Behauptung A? Stimmt es oder stimmt es nicht, dass das Elektron durch Loch 1 oder durch Loch 2 geht?<< Die einzige Antwort, die man darauf geben kann, ist, dass wir aus dem Experiment entnommen haben, dass wir ein bestimmtes Denkschema anwenden müssen, um nicht zu Widersprüchen zu gelangen. Was wir (zur Vermeidung falscher Voraussagen) sagen müssen ist folgendes: Wenn man die Löcher anschaut, oder besser, wenn man ein Gerät hat, das in der Lage ist festzustellen, ob die Elektronen durch Loch 1 oder durch Loch 2 gehen, dann kann man sagen, dass sie entweder durch Loch 1 oder durch loch 2 gehen. Aber wenn man sich nicht um eine Aussage über den Weg der Elektronen bemüht, wenn es nichts in dem Versuch gibt, was die Elektronen stören könnte, dann darf man nicht sagen, dass ein Elektron entweder durch Loch 1 oder durch Loch 2 geht. Wenn jemand das doch behauptet und aus dieser Behauptung anfängt Schlüsse zu ziehen, dann wird er in der Auswertung Fehler machen. Das ist das logische Drahtseil, auf dem wir gehen müssen, wenn wir die Natur erfolgreich beschreiben wollen."
Geht Feynman  um den absolut sicheren Boden nicht zu verlassen  in dieser seiner Schlussfolgerung nicht unnötigerweise einen Schritt zu weit?
Unbestreitbar und experimentell belegt ist gewiss die Tatsache, dass jedwedes Wissen (aufgrund einer Messung) über welchen Weg das einzelne Elektron (durch Loch 1 oder durch Loch 2) auf die andere Seite des Doppelspalts gelangt ist, das Interferenzbild zunichte macht.
Aber genau so gewiss ergibt sich in allen Experimenten, die Feynman im Vorfeld beschreibt, dass sich in keinem Fall ein einzelnes Elektron vor dem Passieren des Doppelspalts in zwei Hälften aufteilt, die eine Hälfte durch Loch 1 und die andere Hälfte durch Loch 2 auf die andere Seite des Doppelspalts gelangt. Nachdem nun jedes einzelne Elektron nur als Ganzes, als >> Elektronenk****en<<, als >> identical ****s<< ausschließlich durch eines der beiden Löcher auf die andere Seite des Doppelspalts gelangen kann, hat das einzelne Elektron keine andere Wahl, als entweder durch Loch 1 oder durch Loch 2 zu schlüpfen  diese Feststellung schadet meiner Ansicht nach doch der quantenmechanischen Modellvorstellung nicht im geringsten.
Wichtig ist doch lediglich: Alle an einem Interferenzversuch beteiligten Quantenobjekte sind von derselben Art (egal ob es sich um Photonen, Elektronen, Protonen, Atome, Moleküle, ... handelt), besitzen untereinander halbwegs dieselbe Wellenlänge und finden Versuchsbedingungen vor, bei denen die entscheidenden charakteristischen Größen sinnvoll zusammenpassen. Ferner sollte für alle Quantenobjekte jeder Weg zum Auffangschirm des Interferenzmusters gleichwahrscheinlich sein. Welcher Weg dies dann im Einzelnen ist, ist völlig zweitrangig, d.h. völlig ohne Bedeutung, einer der möglichen Wege war es aber mit Sicherheit.
Was ist an meiner Auffassung falsch? Welche Gründe mag Feynman für seine direkte Verneinung der Behauptung A gehabt haben?
Gruß Maxi
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  #2  
Alt 02.06.13, 23:00
Benutzerbild von JoAx
JoAx JoAx ist offline
Singularität
 
Registriert seit: 05.03.2009
Beiträge: 4.324
Standard AW: Unmöglichkeit der Wegentscheidung

Hi, Maxi!

Zitat:
Zitat von Maxi Beitrag anzeigen
...
Ferner sollte für alle Quantenobjekte jeder Weg zum Auffangschirm des Interferenzmusters gleichwahrscheinlich sein. Welcher Weg dies dann im Einzelnen ist, ist völlig zweitrangig, d.h. völlig ohne Bedeutung, einer der möglichen Wege war es aber mit Sicherheit.
Was ist an meiner Auffassung falsch? Welche Gründe mag Feynman für seine direkte Verneinung der Behauptung A gehabt haben?
Das Problem ist, dass man in der QM die Wahrscheinlichkeiten erst ganz am Schluss der Berechnungen bekommt. Davor arbeitet man mit 'nem Ding genannt "Wahrscheinlichkeitswelle"/"Wahrscheinlichkeitsamplitude", was man aber auch "Dingsda" nennen könnte. Erst das Quadrat vom resultierenden "Dingsda" lässt sich (so zu sagen) "statistisch interpretieren".

Ich empfehle dir (und allen anderen):
Richard P. Feynman, "QED: The Strange Theory of Light and Matter"

Dort erklärt Feynman u.a., dass man immer die "Dingsda" zu allen denkbaren Wegen von A nach B berücksichtigen muss, um am Ende korrekte Wahrscheinlichkeiten zu bekommen. Bsw. auch früheres und späteres ankommen am Ziel.

Aber ich will nicht alles wiedergeben, das kann der Autor besser.

Grüße
__________________
Gruß, Johann
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Eine korrekt gestellte Frage beinhaltet zu 2/3 die Antwort.
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E0 = mc²
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  #3  
Alt 03.06.13, 09:19
Philipp Wehrli Philipp Wehrli ist offline
Profi-Benutzer
 
Registriert seit: 04.07.2009
Ort: Winterthur
Beiträge: 255
Standard AW: Unmöglichkeit der Wegentscheidung

Zitat:
Zitat von Maxi Beitrag anzeigen
Ein Problem der Wortwahl.
aus "Feynman Vorlesungen über Physik" Band III, QUANTENMECHANIK:
Es geht in 1-4 Ein Experiment mit Elektronen um das Gedankenexperiment der Interferenzerscheinung von monochromatischen Elektronen am Doppelspalt. In 1-5 Interferenz von Elektronenwellen stellt Feynman die zu untersuchende Vermutung auf:
"Behauptung A: Jedes Elektron geht entweder durch Loch 1 oder durch Loch 2."
...
Welche Gründe mag Feynman für seine direkte Verneinung der Behauptung A gehabt haben?
Gruß Maxi
Der Punkt ist, dass beide Wege irgendwie berücksichtigt werden müssen, um das Interferenzmuster zu erhalten. Du könntest aber auch sagen, zu jedem Photon gehört eine Welle, die durch beide Löcher geht. Das Photon schwimmt auf dieser Welle mit. Wie genau diese Welle auf das Photon einwirkt, so dass es dieses immer schön mitführt, ist nicht ganz trivial, aber machbar. David Bohm hat so eine Theorie der Führungswelle ausformuliert.

Beim Einstein-Podolsky-Rosen Experiment ist dies anders. Hier hast du nichtlokale Effekte, die du nur mit der Viele-Welten Interpretation vermeiden kannst.
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  #4  
Alt 04.06.13, 08:09
Maxi Maxi ist offline
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Registriert seit: 15.09.2011
Beiträge: 82
Standard AW: Unmöglichkeit der Wegentscheidung

Vielen Dank an euch beide
für euer Bemühen, mir zu helfen.

Ich werde zunächst mal weiter versuchen, Feynman's Gedankengänge nachzuvollziehen, die er in seinen bekannten Vorlesungen im Detail darlegt. Das Angenehme an seinen Vorlesungen ist ja gerade, dass er sehr anschaulich Punkt für Punkt abarbeitet.
Trotzdem Danke für den Hinweis auf Feynman's Veröffentlichung "QED: The Strange Theory of Light and Matter".

NB: Der Hauptanlass, auf diese Problematik näher einzugehen, ist die diesjährige Abituraufgabe von Bayern.

Mit Gruß
Maxi
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  #5  
Alt 04.06.13, 13:00
Benutzerbild von JoAx
JoAx JoAx ist offline
Singularität
 
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Standard AW: Unmöglichkeit der Wegentscheidung

Zitat:
Zitat von Maxi Beitrag anzeigen
NB: Der Hauptanlass, auf diese Problematik näher einzugehen, ist die diesjährige Abituraufgabe von Bayern.
Wie genau lautet sie?
__________________
Gruß, Johann
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E0 = mc²
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  #6  
Alt 04.06.13, 22:20
Philipp Wehrli Philipp Wehrli ist offline
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Standard AW: Unmöglichkeit der Wegentscheidung

Zitat:
Zitat von Maxi Beitrag anzeigen
Feynman's Veröffentlichung "QED: The Strange Theory of Light and Matter".
Falls du lieber in Deutsch liest:
'QED - Die seltsame Theorie des Lichts und der Materie'
Das ist wirklich ein einzigartiges Buch. Die Pfadintegralmethode wird in einer Weise erklärt, die du sonst nirgends findest.
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  #7  
Alt 05.06.13, 09:13
Benutzerbild von soon
soon soon ist offline
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Beiträge: 727
Standard AW: Unmöglichkeit der Wegentscheidung

Zitat (Albert Einstein):
Zitat:
Probleme kann man niemals mit derselben Denkweise lösen, durch die sie entstanden sind.
Denkweise:
- die Elektronen gehen nacheinander durch eines der beiden Löcher
- Ausschlussprinzip, - wenn Elektron nicht durch Loch A geht, dann muss es durch Loch B gehen.

Problem:
- dabei darf eigentlich kein Interferenzmuster entstehen

Hinweis auf einen Fehler innerhalb der Denkweise:
- das Interferenzmuster verschwindet, sobald man mit Sicherheit sagen kann, das Elektron gehe durch eines der Löcher



Gesucht ist also eine grundsätzlich andere Denkweise. Falls man auf Annahmen beharrt, die sich trotz größter Bemühungen bei der Wegmessung nicht bestätigen lassen, dann wird man nicht weiter kommen.


LG
__________________
... , can you multiply triplets?
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  #8  
Alt 10.06.13, 09:51
Philipp Wehrli Philipp Wehrli ist offline
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Beiträge: 255
Standard AW: Unmöglichkeit der Wegentscheidung

Zitat:
Zitat von soon Beitrag anzeigen
Zitat (Albert Einstein):
Denkweise:
- die Elektronen gehen nacheinander durch eines der beiden Löcher
- Ausschlussprinzip, - wenn Elektron nicht durch Loch A geht, dann muss es durch Loch B gehen.

Problem:
- dabei darf eigentlich kein Interferenzmuster entstehen

Hinweis auf einen Fehler innerhalb der Denkweise:
- das Interferenzmuster verschwindet, sobald man mit Sicherheit sagen kann, das Elektron gehe durch eines der Löcher



Gesucht ist also eine grundsätzlich andere Denkweise. Falls man auf Annahmen beharrt, die sich trotz größter Bemühungen bei der Wegmessung nicht bestätigen lassen, dann wird man nicht weiter kommen.


LG
Die andere Denkweise könnte so aussehen:
Elektronen sind Teilchen, die auf einer Welle mitschwimmen. Die Welle geht durch beide Spalte, das Teilchen nur durch eine. Wenn du den Weg nachweisen willst, veränderst du lokal die Welle so, dass das Interferenzmuster erlischt. Das kann z. B. dadurch geschehen, dass bei der Beobachtung die Phase der Welle zufällig verschoben wird.

So eine Welle im Detail überzeugend zu beschreiben, ist eine knifflige Aufgabe. Aber es wäre mindestens so knifflig zu zeigen, dass diese Lösung nicht funktioniert.

Meiner Ansicht nach wäre dies die erste vernünftige Reaktion auf das Doppelspaltexperiment. Dass diese Lösung nicht funktioniert, sieht man wohl erst mit dem Einstein-Podolsky-Rosen Experiment.
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  #9  
Alt 10.06.13, 16:41
RoKo RoKo ist offline
Guru
 
Registriert seit: 12.11.2009
Beiträge: 996
Standard AW: Unmöglichkeit der Wegentscheidung

Hallo zusammen,

a) Masse im Raum hat immer einen Schwerpunkt.
b) Erfahren kann man immer nur über Wirkungen auf Sensoren, also durch Energieübertrag.
c) Die zeitliche Entwicklung des energetischen Zustandes eines Quantenobjektes wird durch eine Wellenfunktion beschrieben.
d) Jeder Energieübertrag verändert die Wellenfunktion in sehr kurzer Zeit.

Es gibt keinen Grund für eine neue Denkweise.
__________________
mit freundlichem Gruß aus Hannover

Unendliche Genauigkeit ist eine Illusion
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  #10  
Alt 10.06.13, 22:49
Philipp Wehrli Philipp Wehrli ist offline
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Standard AW: Unmöglichkeit der Wegentscheidung

Zitat:
Zitat von RoKo Beitrag anzeigen
Hallo zusammen,

a) Masse im Raum hat immer einen Schwerpunkt.
b) Erfahren kann man immer nur über Wirkungen auf Sensoren, also durch Energieübertrag.
c) Die zeitliche Entwicklung des energetischen Zustandes eines Quantenobjektes wird durch eine Wellenfunktion beschrieben.
d) Jeder Energieübertrag verändert die Wellenfunktion in sehr kurzer Zeit.

Es gibt keinen Grund für eine neue Denkweise.
Die Frage ist doch: Wo ist die Energie, solange du nicht hinschaust?
- Ist sie über den Raum verschmiert? Weshalb kommt sie dann immer genau an einer Stelle an, wenn du hinschaust? Steht das nicht im Widerspruch zur Relativitätstheorie, wenn sich die Energie schlagartig auf einen Punkt zusammen zieht?
- Ist sie gar nicht real? Bedeutet dies, dass der Energieerhaltungssatz falsch ist?
- Ist sie immer genau an einer Stelle? Weshalb gibt es dann ein Interferenzmuster?
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