Ein grundlegender Aspekt der Quantenmechanik ist die sog. Verschränkung.
Für deren Untersuchung gab es 2022 die Nobelpreise in Physik.
Im Rahmen er Wintervortragsreihe des FutureSpace möchte ich am Do, 2.2. um 18.00 Uhr im FutureSpace (oder auch online unter www.t1p.de/einsteinsspuk )einen Vortrag halten:
Einsteins spukhafte Fernwirkung: Was steckt hinter der Verschränkung?
Der Stream ist durch das untere Bild verlinkt. Einfach draufklicken und zuhören...
Eine Fehlinterpretation wird von Generation zu Generation weitergereicht...mehr dazu in diesem Extrafutter auf meiner Homepage.
Das berühmte Taylor-Experiment mit einzelnen Photonen konnte 1909 gar nicht so durchgeführt werden....
https://www.natur-science-schule.info/post/das-taylor-experiment-der-mythos-lebt
Einsteins Auffassung von der Realität
Teil 4: Orte und Impulse liefern Bahnen?
Ganz deutlich wird die unterschiedliche Realitätsauffassung in der Quantenmechanik QM.
Ein wichtiges Kriterium ist die Einfachheit:
Nach Einstein ist die beste Beschreibung der Welt auch die einfachste.
Beispielsweise ist die damals durchaus alle Beobachtungen beschreibende Epizykeltheorie der Planetenbewegung durch die einfacherer heliozentrische Theorie ersetzt worden.
Die QM macht nun wesentlich kompliziertere Annahmen als die klassische Mechanik. Deswegen hat Einstein die Entwicklung der QM immer kritisch betrachtet.
Zuerst versuchte er ihr innere Widersprüche nachzuweisen, er hielt die QM für falsch. Das gelang ihm nicht, später sah er die QM nur noch als unvollständig an.
Was fehlt ihr zur Vollständigkeit?
Klassische Beschreibung der Realität:
Jedes Objekt hat Ort und Geschwindigkeit im Sinne eines Besitzens, als eigene innere Eigenschaft. Ort und Geschwindigkeit eines Objektes sind real, deshalb gibt es auch die Bahnen längs denen sich die Objekte bewegen.
Quantenmechanische Beschreibung der Realität:
Es gibt keinen Hinweis darauf, dass Objekte der QM Ort und Geschwindigkeit als innere Eigenschaften besitzen. Es gibt nur mögliche Orte x und mögliche Geschwindigkeiten v. Die QM gibt nur Wahrscheinlichkeiten dafür an, dass aus bestimmten Möglichkeiten für x und v bestimmte Fakten werden, also bestimmte Werte für x und v gemessen werden.
Diese Wahrscheinlichkeiten sind das Höchstmaß an Information über x und v, die in der Natur vorliegen! Und mehr als vorliegt können wir nicht bestimmen.
Das führt zur Heisenbergschen Unbestimmtheitsrelation UBR:
Ort und Geschwindigkeit (eigentlich der Impuls p = m*v) lassen sich nicht gleichzeitig beliebig genau bestimmen. Sie sind "unscharf", weil sie als Eigenschaften nicht einem Mikroobjekt innewohnen, sondern erst durch eine Messapparatur oder einen Beobachter existent und damit real werden.
Somit existieren auch die Bahnen von Objekten der QM nicht, denn eine Bahn ist eine Linie im sechsdimensionalen Phasenraum. Im Rahmen der QM macht es also keinen Sinn nach dem Weg zu fragen, auf dem ein Quant von A nach B kommt...ja noch nicht mal A und B als Anfangs- und Endpunkt existieren....
Es gibt viele moderne Antworten auf dieses 100 Jahre alte Problem. 1970 hat Zeh das Dekohärenzmodell entwickelt, dass sich seit 20 Jahren immer mehr durchsetzt.
Aber auch junge Menschen haben eigene Lösungsansätze...darüber werde ich sicher in einigen Monaten hier ausführlicher berichten können.
Aber was sagt nun Einstein dazu?
Mehr im nächsten Post...
Einsteins Kampf gegen die statistische Naturbeschreibung
Teil 1: Die Ausgangslage
Das letzte Jahrhundert hat zwei große physikalische Theorien hervorgebracht: die Relativitätstheorie RT und die Quantenmechanik QM.
Die Relativitätstheorie RT ist vollständig das Werk Einsteins, die Quantenmechanik hat er mitgegründet und stark beeinflusst. Später hat er dann die Problematik der Interpretation dieser Theorie durch wichtige Gedankenexperimente aufgezeigt. Letztlich geht die Erfindung des Lasers und des Quantencomputers auf Einsteins Ansätze zurück. Und in der Zukunft wird man ihn vielleicht als den Urvater des Beamens feiern...
Eine Zusammenfassung beider Theorien zur relativistischen Quantenmechanik ist wohl Paul Dirac in den 30-er Jahren gelungen. Aber gerade in der philosophischen Interpretation dieser Zusammenfassung bleiben offene Fragen, so dass später Dirac selbst von einem Widerspruch zwischen QM und RT ausging.
Die Quantenmechanik ordnet jedem Mikroobjekt, z.B. einem Elektron, eine Welle zu, die die Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Objektes beschreibt.
Auch hier war Einstein Pionier: de Broglie erkannte 1923 die Welleneigenschaft der normalen Materie. Einstein machte Erwin Schrödinger auf diese Arbeit aufmerksam. Schrödinger entwickelte dann zwischen ^1925 und 1927 den gesamten mathematischen Formalismus der QM.
Die Einführung des Quantenbegriffs geht aber auf Planck (100) und Einstein (1905) zurück.
1927 gelang Max Born die erste Deutung des Formalismus durch eine statistische Interpretation. In den Jahren davor ist die erste philosophische Interpretation der QM entstanden: Bohrs Kopenhagener Deutung.
Bohr geht davon aus, dass die Wellenfunktion das zugehörige Mikroobjekt vollständig beschreibt, also unsere maximal mögliche Erkenntnis von dem Objekt darstellt. Die feststellbaren Eigenschaften werden erst durch Messungen existent, erst nach einer Messung besitzt ein Objekt Ort oder Impuls, nie aber beides gleichzeitig.
Die Erkenntnis, dass bestimmte Paare aus Eigenschaften (Ort und Impuls, Energie und Zeit) nicht gleichzeitig genau feststellbar sind, und somit auch nicht existieren, nennt man Unbestimmtheitsrelation UBR.
Nach Born ist die Welle auch nur ein Maß für die Wahrscheinlichkeit bestimmte Eigenschaften zu finden.
Einstein lehnte diese statistische Interpretation ab ("Gott würfelt nicht!"). Für ihn bestimmt die Welt aus wohlbestimmte determinierten Objekten und Eigenschaften, die unabhängig von Messungen und Beobachtern vorliegen
wird fortgesetzt...
In der Schule lernen wir die klassische Mechanik kennen: Gesetze der Bewegungen (die im Wesentlichen auf Galilei zurück gehen) und die Gesetze der Bewegungsursachen, die auf Newton zurückgehen.
Die moderne Physik behandelt ganz andere Themen:
Spezielle und Allgemeine Relativitätstheorie, Quantenmechanik, Quantenfeldtheorie, Kosmologie...
Wenn man sich diese modernen Theorien ansieht, dann sind sie letztlich ähnlich konstruiert, wie klassische Modelle. Man trifft z.B. immer wieder auf die berühmte Newtonsche Gleichung F = m*a, nur so versteckt, dass man sie nicht mehr wieder erkennt.
Ohne viel Mathematik möchte ich in einem neuen Blog auf meiner Homepage diese Zusammenhänge erläutern.
Der Blog heißt: Von Newton zu ....
Der erste Post: Von Newton zur Quantenmechanik ist schon veröffentlich. Der nächste Post: Von Newton zur Allgemeinen Relativitätstheorie ist in Arbeit.
Hier geht es zum Blog:
https://www.natur-science-schule.info/von-newton-zu
In meinem Unterrichts-Blog Mechanik kläre ich gerade die Begriffe träge und schwere Masse, den Higgs-Mechanismus und werde in den nächsten Tagen auf den Zusammenhang zur Krümmung von Raum-und Zeit eingehen.
Das sind sicher alles Themen, die auch die Leser/innen dieses Blogs interessieren. Auch die Posts vorher (gibt es schon...) und hinterher (kommen bald) gehören zum Thema.
Also schaut mal rein:
https://newtonzueinstein.blogspot.com/2021/12/p-61-zah-wie-schleim.html
Bild: CERN, Die Weltmaschine
Wer mehr darüber wissen möchte, sollte meinen neuen Beitrag auf meiner Homepage "Extrafutter" lesen und etwas über den vierten und fünften Aggregatzustand erfahren, die immerhin über 99% unseres Kosmos ausmachen..
Bild: ESA/NASA
https://www.natur-science-schule.info/post/der-vierte-und-fünfte-aggregatzustand
Am Do, 28.10. beginnt um 18.00 Uhr eine Reihe mit in sich abgeschlossenen Vorträgen zur Elementarteilchenphysik.
Jeweils von 18-19.30 Uhr alle 14 Tage donnerstags referiert KP Haupt.
Nach Voranmeldung unter info@sfn-kassel.de kann man live an den Vorträgen teilnehmen.
Die Vorträge sind aber auch live online unter sfn-kassel.de/live zu sehen und können anschließend in einer Extra- Unterseite zu Videos auf www.natur-science-schule.info angesehen werden.
1922 hat Arthur Compton die Wechselwirkung zwischen Röntgenstrahlung und Elektronen als Stoß von Teilchen fehlinterpretiert. Dadurch hat er erst Einsteins Vorstellung vom Photoeffekt zum Durchbruch verholfen.
Heute wissen wir, dass ein so interpretierter Comptoneffekt sogar im Widerspruch zum Photoeffekt steht.
In meinem neuen Post meines Physikblogs "Extrafutter" (www.natur-science-schule.info) beschreibe ich die Zusammenhänge:
https://www.natur-science-schule.info/post/photonen-auf-crash-kurs-comptons-fehlinterpretation
Nach dem 8.Post ist die kleine Serie zu den g-2 Messungen bei den Myonen abgeschlossen:
Wackelt das Standardmodell der Elementarteilchenphysik?
Wer sich mit mehr als nur Schlagworten auseinandersetzen will, ist herzlich eingeladen, sich in das Thema einzulesen. Vielleicht wird man bald in Schweden darüber reden...
Alle Posts sind im PhysikBlog auf meiner Homepage: www.natur-science-schule.info
Hier die Posts:
Myonen als Eltern der Elektronen
Das Märchen von den Elementarmagneten
Dem Myon flimmerts vor den Augen
In den letzten Tagen häufen sich die Meldungen, dass neu veröffentlichte Messungen an Myonen an der Gültigkeit des Standardmodells SM der Elementarteilchenphysik ETP rütteln.
Darauf warten Forschende seit Jahrzehnten!
Ist die Sensation nun da?
Ich habe eine Mini-Serie im Physik-Blog gestartent, die Hintergrundinformationen vermittelt und eine besser Beurteilung ermöglicht.
Das Ergebnis meiner Bewertung: Ja, es könnteet was dran sein...es könnte der erste Hinweis auf neue, noch nicht bekannte, Objekte im Kosmos sein.
Was für mich die Messungen besonders vertauenswürdig macht, ist das Blind -Verfahren. Keiner der beteiligten Forschenden hatte die Möglichkeit die vorläufigen Ergebnisse aus den Messdaten zu erkennen. Ein "Verfälschungsfaktor" der Daten, der nur zwei Personen bekannt war, hat dies verhindert. In einer Pressekonferenz am 7.4. wurde dieser Verfälschungsfaktor bekannt gegeben und die ausgewerteten Daten angepasst und mit den Werten der Theoretiker verglichen...und siehe:
Theorie und Experiment stimmen nicht überein!
Großer Jubel!
Was hat man im Prinzip gemacht?
Das Myon hat, wie das Elektron, auch ein eigenes Magnetfeld. Dieses kann man klassisch berechnen, in dem man das Myon als kleine geladene sich drehende Kugel ansieht.
In Wirklichkeit ist das Myon aber von unzähligen virtuellen Objekten umgeben, die die Stärke des Myonenmagnetfeldes mitbestimmen.
Nun macht man zwei Dinge:
- Zuerst berechnet man mit allen bekannten Objekten die wahre Größe des Myonenmagnetfeldes.
- Dann bestimmt man durch eine hochpräzise Messung die vorliegende Stärke des Myonenmagnetfeldes.
Stimmen dies beide Werte überein, so ist das SM der ETP bestätigt.
Die Physik bleibt weiter langweilig...
Weichen sie voneinander ab, so muss es Objekte geben, die wir bisher noch nicht erfasst haben.
Das ist dann endlich die lang ersehnte Sensation!
Mit einer der genauesten Messungen in der Geschichte der Physik scheint nun sichergestellt, dass das SM der ETP nicht alle Objekte erfasst, die es gibt.
Aber was fehlt?
Mehr darüber in der Miniserie in meinem PhysikBlog auf einer Unterseite der Physikabteilung:
https://www.natur-science-schule.info/phy
Durch Zufall bin ich auf das folgende Video-Dokument gestoßen:
Prof. Friedrich Hund (damals 86) interviewt 1982 Paul Dirac (damals 80).
Hund (1896 - 1997) hat die Hundsche Regel gefunden, nach der Elektronen freie Energieniveaus in Atomen besetzen.
Dirac (1902 - 1984) hat die relativistische Quantenmechanik entwickelt und dabei den Spin des Elektrons richtig beschrieben (Nobelpreis 1932).
Ich habe Hund oft im physikalischen Kolloquium erlebt, schon weit über 80 ( er, nicht ich...). Fast alle Referenten waren ehemalige Studenten von ihm. Er saß in der ersten Reihe hörte zu und ganz häufig verriss er ihre Arbeit hinterher...so wie ein typischer Lehrer schlechte Schüler an der Tafel vorführt.
Er sprang an die Tafel, lief hin- und her und redete wie ein Wasserfall.
Aber niemand nahm ihm das übel...und sehr oft hatte er Recht.
Dirac war wohl Autist. Er sprach eigentlich nie. Seine Mitarbeiter erfanden die Einheit 1 Dirac = 1 Wort pro Stunde.
Ihn hier reden zu hören....schon faszinierend.
Die Schwerkraft der Sonne zieht die Gase zusammen, und weil die Masse der Sonne so groß ist, kann der innere Druck der Eigengravitation erst bei einer sehr hohen Temperatur die Waage halten.
Trotz dieser Temperatur von etwa 15 Millionen K im Zentrum können Protonen nicht miteinander verschmelzen, da ihre elektrische Abstoßung viel zu groß ist.
Sie müssen sich aber sehr nahe kommen, damit die starke Kraft (sie hat nur eine sehr kleine Reichweite) wirkt und sie aufeinander zufallen lässt. Nur durch diese Fallbewegung unter der starken Kraft kann die Fusion einsetzen und Energie abgegeben werden.
Die Temperatur ermöglicht die Berechnung der Bewegungsenergie und die elektrische Ladung die Bestimmung der elektrischen Energie. Vergleicht man beide, so stellt man fest: Den Protonen in der Sonne fehlt 99% der Energie, die für eine Annäherung notwendig ist.
Die Sonne müsste eigentlich kalt sein.
Aber Protonen sind ja nicht kleine punktförmige positive Ladungen mit Masse, sondern sie sind Quanten. Und die Bewegung von Quanten müssen wir durch Wellen beschreiben.
Das sind zwar keine Wellen in Raum und Zeit sondern Wahrscheinlichkeitswellen.
Überall da, wo die Wahrscheinlichkeitswelle des Protons eine Auslenkung hat, gibt es eine Möglichkeit ein Proton zu finden.
Wer mehr darüber lernen möchte: Ich habe einen eigenen Blog, der in die gesamte Quantenmechanik einführt.
Und Wellen dringen immer (!) in Hindernisse ein. Das gilt für Lichtwellen, Schallwellen, Wasserwellen, Erdbebenwellen...
Im Hindernis klingen sie aber exponentiell ab.
Ist das Hindernis dünn genug, dann kann die Welle auch mit geringer Amplitude auf der anderen Seite auftauchen.
Das nennt man den Tunneleffekt: Die Protonen scheinen ihre Barrieren zu durchtunneln.
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| Lexikon der Astronomie, Spektrum |
Dazu gibt es ein Video, dass man über meine Homepage abrufen kann (Video 9). In dem Vortrag zeige ich auch Experimente zum Tunneleffekt:
Tunneleffekt: Vortrag mit Experiment
Aber: Durch die Temperatur von 15 Mill K in der Sonne kommen sich zwei Protonen in der Regel so nahe, dass sie zwar nicht in den Bereich der starken Kraft kommen, aber ihre abklingenden Wahrscheinlichkeitswellen innerhalb der "Coulomb-Barriere" zusammentreffen und somit eine gewissen Wahrscheinlichkeit besteht, dass sich Photonen extrem nahe begegnen.
Dann wirkt die starke Kraft...und der Rest ist klar...aufeinander zu fallen, verschmelzen, Energie freisetzen....
Im nächsten Post der Serie erkläre ich nun genau, was bei dieser Wasserstoff-Fusion passiert und wie wir das von der Erde aus sogar kontrollieren können.
Do, 11.3., 18.00 Uhr unter sfn-kassel.de/live
oder danach (wie auch schon die früheren Vorträge) unter www.natur-science-schule.info
Thema: Tunneleffekt mit Überlichtgeschwindigkeit
Der Tunneleffekt erklärt letztlich, warum die Sonne leuchtet. Er wird fälschlicherweise als ein besonders komischer quantenmechanischer Effekt verkauft.
Das ist falsch. Er tritt bei allen Wellen auf und hat nichts mit Quantenmechanik zu tun.
Das wird beeindruckend an einigen Experimenten beim Vortrag demonstriert: Wir lassen Photonen tunneln.
In den letzten Wochen wurden neue Arbeiten veröffentlicht. Erstmalig konnte man die Zeit für das Tunneln messen.
Das Ergebnis macht sprachlos: Der Tunneleffekt ist schneller als Licht...
Im Physik Blog ist ein neuer Post über die Berechnung des Wasserstoffatoms in der Quantenmechanik erschienen:
https://www.natur-science-schule.info/phy
In meinem Physik-Blog habe ich einen neuen Post veröffentliocht:
Der Kult um die Erhaltungssätze
Nachzulesen:
https://www.natur-science-schule.info/phy
Am Do, 28.1. gibt es live um 18.00 Uhr wieder ein Vortrag zur Quantenmechanik und zu Licht.
Erst geht es um die Begriffe Realität und Wirklichkeit. Welche Welt nehmen wir als Realität war?
Der Livestream ist unter
www.sfn-kassel.de/live
zu sehen.
Später ist der Vortrag abrufbar unter
https://www.natur-science-schule.info/videos-kurs-photonen-oktober-20-feb
Auf meiner Homepage habe ich einen neuen Podcast veröffentlicht: Was ist real?
Realität, Wirklichkeit und Kants "Ding an sich".
https://www.natur-science-schule.info/podcasts
Brian Greene, Physiker und Bestsellerautor (Bis zum Ende der Zeit, Das elegante Universum, Die verborgene Wirklichkeit) im Gespräch mit Nobelpreisträger 2020 Roger Penrose über Schwarze Löcher, Allgemeine Relativitätsthorie und Quantenmechanik:
https://youtu.be/7oCQuvhQY6o
Im zweiten Gespräch unterhält sich Briane Greene mit dem Miterfinder der Stringtheorie Leonard Susskind über Quantenverschränkung, Wurmlöcher und das holographische Prinzip.
https://youtu.be/xk48z8N-sl0
In meinem nächsten Online-Vortrag am Do, 10.12., 18.00 Uhr unter sfn-kassel.de/live gehe ich erst auf eine seltsame Feier mit Photonen ein.
Dann schauen wir auf das angeblich erste Experiment mit einzelnen Photonen und warum das seit 100 Jahren in allen Büchern falsch steht...
Alle Vorträge kann man hinterher auch über meine Homepage www.natur-science-schule.info abrufen, auch die jeweiligen Folien.
Materialsammlung Physik/Astronomie
