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Unsere Welt zu verstehen:  Unterschiede Quantenphysik



 Beitrag 0-224
 
 

 
Unterschiede zwischen

Quantenphysik und klassischer Physik

 
 
Basis der klassischen Physik ist die Annahme, dass jedes System durch seine Einzelbestandteile vollständig bestimmt sei. Erst Quantenphysik hat uns gelehrt, dass das nicht so sein muss:
 
Wenn etwa ein Elektron auf ein Positron trifft, so kann aus diesem System ein Paar von Lichtquanten werden. Mit anderen Worten: Ein System von zwei Fermionen, die beide Ruhemasse haben und sich nicht mit Lichtgeschwindigkeit bewegen können geht über in ein System von zwei Bosonen, die sich nur mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.
 
Dieses Beispiel zeigt, dass die Teile, in die ein Quantensystem zerfallen kann, derart unterschiedlicher Art sein können, dass die naive Vorstellung, das Quantensystem  b e s t e h e  aus, sich von selbst verbietet.
 
In diesem Sinne besteht auch ein Tisch nicht aus Atomen oder Elementarteilchen, sondern kann lediglich in sie zerlegt werden. Er ist ein Ganzes, welches Eigenschaften hat, die auf Basis der kleinsten Teilchen, aus denen er aufgebaut scheint, noch nicht einmal formulierbar sind.
     
  • Der große Unterschied der Quantenphysik gegenüber der klassischen Physik besteht also darin, dass quantenphysikalische Objekte nur selten so verstanden werden können, dass sie aus den Teilchen bestehen, durch deren Verschmelzung sie entstanden oder in die es möglich ist, sie zu zerlegen.

 
Trotzdem also die Quantenphysik uns zeigt, dass naiver Reduktionismus Grenzen hat, gilt dennoch:
     
  • Die Quantentheorie ist die bisher genaueste Theorie, welche der Physik zur Verfügung steht.
     
  • und zudem noch die einzige, deren Vorhersagekraft bisher noch an keinerlei Grenzen gestoßen ist.

Die Quantentheorie beinhaltet einen ausgereiften mathematischen Formalismus, mit dem sich sehr gut arbeiten lässt (und das ohne Rücksicht darauf, ein wie tiefes oder auch nur einheitliches philosophisches Verständnis die zusammen arbeitenden Physiker erlangt haben).
 
Thomas Görnitz schreibt, es zeige sich hier, dass etwas zu  b e h e r r s c h e n  und etwas wirklich zu  v e r s t e h e n , zwei unterschiedliche Dinge sind:
     
  • Wir beherrschen die Quantenphysik über ihren zuverlässigen mathematischen Formalismus, und das obgleich einige ihrer bedeutendsten Mitentwickler — ja sogar die, welche diesen Formalismus schufen — der Meinung waren, die Theorie sei "unverstehbar".

 
Note: Schon im Jahr 2000 ging man davon aus, dass etwa 1/4 des Bruttosozialproduktes hochentwickelter Industriestaaten auf Anwendungen der Quantenphysik beruhe: Die gesamte Festkörperphysik, die Halbleitertechnologie, Computer, Laser, Solarzellen, Kernkraftwerke, aber auch viele medizinische Untersuchungs- und Behandlungsmethoden und -werkzeuge (man denke z.B. an Kernspintographen oder die Positronen-Emissions-Spektrographie).
 
Supraleitung und Suprafluidität gelten als besonders spektakuläre Quantenzustände, da sie sogar  m a k r o s k o p i s c h e  Phänomene sind.
 
Man sollte also nicht glauben, die Quantentheorie sei nur auf den Bereich der Mikrophysik beschränkt.
 

 
 
Elementarteilchen sind emergente Phänomene

 
Die Tatsache, dass sich Quantensysteme der reduktionistischen Methode entziehen, scheint mir darin begründet zu sein, dass selbst Elementarteilchen nicht wirklich unzerlegbar sind, sondern — als Buckel von Wellenpaketen — ja nur  e m e r g e n t e  Phänomene darstellen:
 
 
Jedes Elementarteilchen ist Summe extrem vieler Wellen, deren Menge ständigem Wandel unterliegt.

 
Den Beweis hierfür liefert die Quantenfeldtheorie. Sie nämlich sieht jedes Elementarteilen als Summe von Feldanregungen, deren jede — einzeln für sich — Welle genau einer Frequenz ist. Die Zeitspanne, über die hinweg so eine Welle existiert, kann beliebig kurz sein, muss aber — nach Heisenbergs Ungleichung für die Unbestimmtheit von Lebensdauer und Energie — umso größer sein, je kleiner die Frequenz (und damit die Energie) der Welle ist.
 

 
 
Jede klassische Systembeschreibung ist unvollkommen, da ...

 
... sie das betrachtete System
     
  • ausschließlich als Summe seiner Teile beschreibt,
     
  • hierbei selbst festlegt, was genau sie als seine kleinsten, nicht weiter zerlegbaren Teile sehen möchte,
     
  • und zudem noch sämtliche Bezüge ignoriert, die das beschriebene System hin zu seiner Umwelt hat oder haben könnte.

 
Henadische Gesamtheiten — vor allem lebendige Systeme — sind auf diese Weise nur völlig unzureichend beschrieben.
 
Dies erkennt sofort, wer sich vor Augen führt, dass kein einziges Lebewesen – ähnlich wie ein Uhrwerk – erst in kleinste Teile zerlegt und dann verlustfrei daraus wieder zusammengesetzt werden kann.

 
 
System-Isolation

 
Aus Sicht klassischer Physik sind Systeme nur dann isoliert, wenn sie sich räumlich nicht durchdringen, noch besser: wenn sie rämlichen Abstand von einander haben.
 
Ganz anders in der Quantenphysik: Hier gelten zwei Systeme als isoliert voneinander, wenn ihnen Wechselwirkung unmöglich (bzw. weitgehenst unmöglich) gemacht wurde. Dies kann auch dann der Fall sein, wenn sie sich räumlich durchdringen. Bestes Beispiel hierfür ist durch eine Glasfaser gesandtes Licht.
 
Nur isolierte Quantensysteme werden sich nicht miteinander verschränken, denn: Jede Wechselwirkung erzeugt Verschränkung.

 


aus  Notizen  zu:

Quantensysteme


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