Unsere Welt zu verstehen:  Unterschiede Quantenphysik

 

 
Unterschiede zwischen

Quantenphysik und klassischer Physik

— hmsgnr0218z

 
 
Unterschied 1:  Die Rolle des Zufalls

 

• Im alltäglichen Sprachgebrauch bezeichnen wir als zufällig, was durch uns nicht vorhersehbar ist.
   
• Nach klassischer Physik ist der Zufall eine rein subjektive Erscheinung, die überall dort auftritt, wo ein Geschehen nicht durchschaut und vorausberechnet werden kann. Es gilt dennoch als vollkommen determiniert.
   
• Ganz anders in der Quantentheorie: Dort sind die Möglichkeiten eines Systems durch vollkommen festgelegt, aber nicht, aus welchen davon Fakten werden: Die Wahrscheinlichkeiten, mit der Möglichkeiten realisierbar sind, ist genau bestimmt und berechenbar. Die sich im Einzelfall ergebenden Fakten allerdings sind objektiv zufällig. Die Annahme, sie seinen an sich wohlbestimmt aber unbekannt, gilt als experimentell widerlegt (Stichwort: Bellsche Messung).
   
  Da sich Fakten aber stets nur im Rahmen naturgesetzlich genau festgelegter Möglichkeiten ergeben können, unterscheidet sich der quantenphysikalische Zufall ganz erheblich von einer rein strukturlosen Willkür, unter deren Regie sich gleichsam alles ergeben könnte.

 
Unterschied 2:  Der Stellenwert von Reduktionismus
 
Die klassischen ebenso wie die quantischen Objekte bilden ein dynamisches Gewebe, in dem es ständig durch Wechselwirkung zu Emergenz, aber auch zu ständig neuer Trennung und Differenzierung kommt.

 

• Eine Besonderheit der Quantenphysik besteht nun aber darin, dass solche Trennungen keineswegs räumlich erfolgen müssen: Bosonen können sich räumlich durchdringen und dennoch als Objekte klar voneinander getrennt sein (elektromagnetische Wellen sind das wohl bekannteste Beispiel hierfür: sie ignorieren einander).
   
• Dennoch ist ein Tisch — ja sogar der gesamte Inhalt des Weltalls — aus Sicht der Quantenphysik ein einziges Ganzes (also nicht wie aus Sicht der klassischen Physik eine Menge kleinster, strukturloser Teile, in die sich das Ganze so zerlegen ließe, dass jeder dieser kleinsten Teile unverändert bliebe).

 
Unterschied 3:  Beschreibungsgegenstand
 
Klassische Physik beschreibt  F a k t e n ,
 
d.h. Ergebnisse quantenphysikalischer "Messung" (bzw. quantenphysikalischer Ereignisse).
 
 
Quantenphysik zeigt zudem alle durch das Eintreten solcher Fakten neu entstandenen  M ö g l i c h k e i t e n .
 
 
Wichtige Konsequenz dieses Unterschiedes ist, dass — wo man ein Objekt als aus Teilen zusammengesetzt sieht —

 

• der Zustandsraum des Objekts in der klassischen Physik die direkte  S u m m e  der Zustandsräume dieser Teile ist,
   
• wohingegen er sich in der Quantenphysik als ihr direktes  P r o d u k t  ( Tensorprodukt ) darstellt.

 
Wie Thomas Görnitz auf den Seiten 379-381 des Buches Thomas & Brigitte Görnitz: Der kreative Kosmos (2002) über einen Beweis des No-Cloning-Theorems zeigt, sind nur die Zustände kopierbar (nachbildbar), die einen  v o l l s t ä n d i g  definierten quantenphysikalischen Zustand darstellen.
 
Sie und  n u r  sie sind Zustände im Sinne der klassischen Physik. Jede Messfrage, die einer quantenphysikalischen Messung zugrunde liegt, wählt einen möglichen klassischen Zustand und frägt dann, ob das Quantensystem sich in ihm befindet. Daher kann die Antwort auf die Messfrage stets nur ein JA oder ein NEIN sein.
 
Der gegebenen Antwort entsprechend wird die Messung den Zustand des Quantensystems

 

• bei Antwort JA in den Zustandsteilraum versetzt haben, der die abgefragten Eigenschaften garantiert,
   
• bei Antwort NEIN aber in einen zu ihm orthogonalen.

Note: Jeder vollständig bestimmte Zustand entspricht einer Richtung im Zustandsraum (d.h. einer Geraden durch dessen Ursprung). Messung verändert diese Richtung.
 
Statt klassischer Zustände die deutlich mehr Information tragenden quantenphysikalischen zu betrachten bedeutet nichts anders als an jeden klassischen Zustand angehängt auch die Wellenfunktion zu sehen, nach der sich das Gesamtsystem (genauer: seine Wirkwahrscheinlichkeit) ausgehend von diesem Zustand — falls er mal eingetreten sein sollte — so lange durch Zeit und Raum fortentwickelt, bis eine erneute "Messung" des Quantensystems (ein sog. Kollaps der Wellenfunktion) sie durch eine neue Version ihrer selbst ersetzt.
 
Wirkwahrscheinlichkeit in diesem Sinne ist das Quadrat der zeit- und ortsabhängigen Amplitude der normierten Wellenfunktion.
 
Man kann sie verstehen als die Nachdrücklichkeit n(x,t), mit der das Quantensystem an Stellen (x,t) der Raumzeit versucht, Quantenereignisse auszulösen.