Dekohärenz und atomare Energieportionen

   





D i s k u s s i o n


  Beitrag 1963-13
Dekohärenz: Hier treffend charakterisiert

 
 
Irena aus 1963-12:
 
... jede Wechselwirkung ist eine Äußerung der Wellenfunktion, die durch diese Äußerung irreversibel wird (Dekohärenz).

Es geht nicht um ständigen Zerfall und Erzeugung der Materie. Es geht nur um ständige ERZEUGUNG der Materie, die durch ständige Wechselwirkungen der Quanten sich manifestiert.


Genau so sehe ich das auch.

grtgrt
 

  Beitrag 1963-32
Wichtige Klarstellung

 
Hi,

hier der Antwort zum mit E... diskutierten Thema Wellenkollaps/Dekohärenz von einem Fachmann Joachim Schulz (siehe auch http://www.scilogs.de/wblogs/blog/quantenwelt/conte...) aus Quantenforum ( http://www.quantenforum.de/viewtopic.php?f=6&t=... ):

Zitat:
Ja, genau. Der neue Zustand nach dem Kollaps ist wieder ein Quantenzustand, der durch eine neue, reduzierte Wellenfunktion beschrieben wird. Es ist nicht so, dass da aus einer Welle ein klassisches Teilchen entsteht, das von da an keine Welleneigenschaften mehr hat. Die Welt bleibt quantenmechanisch.

Gruß Irena

Hinweis von grtgrt:
 
Wichtig noch:

Die Wellenfunktion — bzw. der Zustand nach dem Kollaps — ist nicht wirklich reduziert, sondern  e r s c h e i n t  uns nur so, da man den Zustand ja stets als Linearkombination zweier zueinander orthogonaler Zustände darstellt (gegeben durch die Messfrage). Nach dem "Kollaps" aber ist einer dieser beiden Zustände aber der, in den die "Messung" das Quant gebracht hat.

Der hin und wieder angetroffene Begriff » reiner Zustand « ist stets nur relativ zur Messfrage wohldefiniert, denn Antwort auf eine quantenphysikalische Messfrage kann ganz grundsätzlich stets nur ein JA oder ein NEIN sein.

So kann man z.B. ein Photon nicht nach seiner Polarisierung fragen. Man kann stets nur eine der — unendlich vielen — möglichen Polarisierungsrichtungen R vorgeben und dann fragen: » Liebes Photon, bist du in Richtung R polarisiert? «

Die Antwort wird ein JA oder ein NEIN sein — und das auch dann, wenn das Photon vor seinem Zusammentreffen mit der Messapparatur in einer Richtung polarisiert gewesen sein sollte, die weder R noch senkrecht zu R war:

Ergebnis einer Messung ist eben stets nur Wissen über den Zustand des Photons  n a c h  der Messung.

 

 

  Beitrag 1986-1
Wie physikalische Objekte dekohärent werden (und sich so fortentwickeln) — Lebenszyklus der Elementarteilchen

 
 

Zum Lebenszyklus von Elementarteilchen

und

wie makroskopische Objekte dekohärent werden (und sich so fortentwickeln)



Es ist vernünftig, sich vorzustellen, dass jedes Elementarteilchen
  • durch ein Elementarereignis erzeugt wird
  • und im nächsten Elementarereignis, an dem es beteiligt ist, stirbt.

Ein Elementarereignis in diesem Sinne ist ein Ereignis E, welches
  • zwei virtuelle Teilchen (solche mit extrem kurzer Lebensdauer und entgegengesetzter Ladung) aus dem Nichts entstehen lässt
  • oder Kollision von Elementarteilchen (sein Input ist dann eine Menge sich allzu nahe kommender Elementarteilchen, sein Output ist eine andere Menge von Elementarteilchen).

Mit anderen Worten:

Jedes Elementarereignis E ersetzt eine Menge von Elementarteilchen durch eine andere.

Eine – und nur eine – dieser beiden Mengen kann leer sein (recht oft aber sind beide nicht leer).


Obgleich die Teilchen in Output( E ) denen in Input( E ) oft recht ähnlich sind, sollte man sie dennoch als neue Teilchen begreifen, die als Ersatz der alten ins Leben gerufen werden.

Alle Elemente von Output( E ) existieren zunächst in einem Überlagerungszustand. Erst wenn so ein Teilchen mit anderen kollidiert, — interagiert —, konkretisiert sich sein Zustand (die Kopenhagener Deutung nennt das den Zusammenbruch der Wellenfunktion des Teilchens, in modernerer Sprache sagt man stattdessen auch, das Teilchen werde dekohärent). Der Wert der Eigenschaften, die so als einziger und zugleich letzter Zustand des Teilchen dem Beobachter erfahrbar werden, sind sozusagen die einzige Äußerung, mit der das Teilchen sich seiner Umgebung mitteilt.


Makroskopische physikalische Objekte O, solche also, die aus mehr als nur einem Elementarteilchen bestehen, werden schrittweise und ständig neu dekohärent. Jeder solche Schritt besteht darin, dass ein zu O gehörendes Elementarteilchen dekohärent wird (sich also ersetzt durch andere bzw. durch ein anderes, ihm sehr ähnliches).

Beispiel: Wenn ein Elektron eine Moleküls mit einem daherkommenden Photon hinreichend hoher Energie kollidiert, kann es vorkommen, dass das Elektron ersetzt wird durch eines in einem höheren, also energiereicheren Orbital des Moleküls (oder Atoms). Das Photon hört auf zu existieren oder wird ersetzt durch ein weniger energiereiches.


Aus ein und demselbem Elemetarereignis hervorgehende Elementarteilchen e1 und e2 werden oft (aber – wie man heute erkannt zu haben glaubt – nicht immer) miteinander verschränkt sein. Verschränkung ist eine Art Verwandtschaftsbeziehung, die bewirkt, dass, wenn e1 dekohärent wird, e2 ohne jede Verzögerung in einen Zustand gerät, der bewirkt, dass wenn e2 irgendwann auch dekohärent wird, der Wert des Zustandes, in dem es sich e2 dann zeigt, korrelliert ist zu dem, in dem sich vormals e1 gezeigt hat.

Man könnte also sagen: Sind e1 und e2 miteinander verschränkte Elementarteilchen, und wird e1 dekohärent, so wird e2 virtuell dekohärent, existiert aber weiter (virtuell, d.h. immer noch in einem Überlagerungszustand). Dies gilt unabhängig davon, wie weit e1 und e2 von einander entfernt waren, als e1 dekohärent wurde (und so seine Existenz beendet hat).


Gebhard Greiter (grtgrt)

 

  Beitrag 1972-87
Was die Kollision von Elementarteilchen konkret bedeutet

 
 

Was man unter der Kollision zweier Elementarteilchen versteht


Genau dann, wenn zwei Elementarteilchen einander zwingen, gemeinsam dekohärent zu werden
( d.h. zu verschmelzen und sich neu aufzuteilen )
sagt man, sie kollidieren.



Siehe auch: Lebenszyklus eines Elementarteilchens

 

  Beitrag 2008-1
-

 
 

Zu dem, was Quantenphysiker den » Messprozess « nennen

Er passiert, wo immer Quantensysteme Q und M miteinander kollidieren,



und besteht darin, dass mit einer Messvorrichtung M kollidierende Quanten oder Quantensysteme Q durch sie gebeten werden, sich zu einem bestimmten Zustand Z( M) zu bekennen (man nennt das die durch M definierte Messfrage).

Z( M) ist durch M mehr oder weniger genau definiert und heißt

  • gemischter Zustand, wenn weniger genau gemessen wird (wobei das Messergebnis dann eine Wahrscheinlichkeitsaussage ist, die aber lediglich unsere aus der Ungenauigkeit der Messung resultierende subjektive Unkenntnis ausdrückt — keineswegs aber quantische Unbestimmtheit).

Die Messung selbst besteht darin, dass das mit M kollidierende Quant
  • sich entweder zum Zustand Z( M) bekennt
  • oder von der Messapparatur verschluckt wird.

Wenn sich das Quant zum Zustand Z( M) bekennt, wird es die Messapparatur in diesem Zustand Z( M) verlassen: M hat es dann sozusagen in den Zustand Z( M) gezwungen. Die Wahrscheinlichkeit, mit der das passiert, wird umso kleiner sein, je mehr sich Z( M) vom Zustand Z( Q) unterscheidet (hier bezeichnet Z( Q) den Zustand, in dem Q die Messapparatur M erreicht).

Der spontane Übergang von Z( Q) nach Z( M) ist das, was man als Zustandsprojektion oder — weit dramatischer — als Kollaps der Wellenfunktion bezeichnet: Die Schrödingergleichung von Q — und damit seine Wellenfunktion — werden durch eine neue, etwas abgeänderte Version ersetzt.

Wer betonen möchte, dass dieser Austausch der Schrödingergleichung spontan und ohne jeden Zeitverzug stattfindet, der nennt den Kollaps der Wellenfunktion auch einen Quantensprung. Görnitz (S. 84) weist darauf hin, dass dies stets die kleinstmögliche reale Veränderung ist, die mit oder am System Q geschehen kann.


Da die Messapparatur frei ist, jede mögliche Frage zu stellen, gilt:

Zitat von Görnitz, S. 85:
 
Quantentheorie determiniert die  M ö g l i c h k e i t e n  [ über die Schrödingergleichung , aber NICHT die Fakten.



Ein System wird sich demnach nicht beliebig entwickeln, sondern deterministisch gesetzmäßig, das aber so, dass
  • die Eigenschaft "deterministisch" sich auf die Menge in Zukunft  m ö g l i c h e r  Zustände bezieht;
  • Welche davon dann wirklich eintreten, hängt ab vom Ergebnis der Messfragen, die das System gezwungen sein wird zu beantworten.

Zitat von Görnitz, S 85:
 
Hier eröffnet sich wichtiger Spielraum im Weltgeschehen ... :

Es ist keine Willkür zu erwarten, aber auch keine absolut durchgängige Determiniertheit. [Die Freiheit, die ein Quantensystem Q hat, sich zu entwickeln, steigt mit der Anzahl und der Verschiedenheit der Messfragen, die es gezwungen wird zu beantworten.
 


Meine Zusammenfassung dessen, was
Görnitz auf den Seiten 80-85 seines Buches "Die Evolution des Geistigen" sagt


 

  Beitrag 1995-1
Inwiefern anfassbare Gegenstände nur Illusion sind

 
 

Wie es zur Illusion anfassbarer Gegenstände kommt


Jeder Gegenstand G, den man anfassen und fühlen kann, ist eine Konfiguration von Elementarteilchen.

Jedes dieser Teilchen existiert zunächst nur virtuell, d.h. noch nicht mal an einem genau definierten Ort: Es existiert nur als ein Energiepaket T, für das die Wellenfunktion ψ unseres Universums U zu jedem Punkt P der Raumzeit eine Wahrscheinlichkeit w( P,T ) dafür nennt, dass T in Punkt P als Teilchen beobachtbar wird. Wo solche Beobachtung dann tatsächlich stattfindet, bedeutet das, dass T mit wenigstens einem anderen Teilchen in dem Sinne kollidiert, dass beide miteinander verschmelzen und aus dieser Verschmelzung sehr oft neue Elementarteilchen entstehen.

Das Entstehen zweier Teilchen T aus dem Nichts ebenso wie die eben beschriebene Kollision von Elementarteilchen nennt man ein Elementarereignis E. Versteht man unter input( E) bzw. output( E) die Menge aller durch E vernichteten bzw. neu erzeugten Elementarteilchen, so kann maximal eine dieser beiden Mengen leer sein. Auf jeden Fall aber haben beide identischen Gesamtimpuls.

Der spontane, plötzliche Übergang von input( E) zu output( E) entspricht einer winzigen Äbänderung von G, die sich bemerkbar macht
  • einerseits durch aus G kommende Strahlung – Licht etwa –
  • und andererseits über eine leichte Abänderung der Kräfte, die zwischen den G darstellenden Elementarteilchen wirken in dem Sinne, dass Teilchen, die Ruhemasse haben, sich nicht beliebig nahe kommen können, dass es ihnen aber umgekehrt auch ziemlich schwer fällt, sich allzu weit voneinander zu entfernen.

Mit anderen Worten:

Ständig in G eindringende Strahlung (wenigstens die allgegenwärtige kosmische Hintergrundstrahlung) ist für die meisten in G stattfindenden Elementarereignisse E verantwortlich. Da für sehr viele der in G stattfindendes Elementarereignisse E die Menge output( E) Teilchen enthält, die aus G als Strahlung entweichen — sehr oft als sichtbares Licht —, wird G über sie durch unsere Sinne — entweder direkt oder über geeignet konstruierte Detektoren — beobachtbar.

Mehr noch: Die zwischen den G darstellenden Materieteilchen wirkenden Kräfte führen zu einem Kräftegleichgewicht, welches — da es ja durch jedes Elementarereignis nur ein klein wenig abgeändert wird — zur Folge hat, dass G seine Form i.A. nur langsam ändert (und dass Widerstand spürt, wer den Gegenstand G berührt oder gar versucht in wegzuschieben oder zusammenzudrücken).

Diese Sinneswahrnehmungen also sind es, die — aufsummiert durch unser Gehirn — zu dem führen, was wir als einen uns sichtbaren oder durch uns berührbaren Gegenstand begreifen.


Gebhard Greiter (grtgrt)
 

  Beitrag 1995-10
-

 
 
Harti aus 1995-6:
Hallo Grtgrt,

es wäre zweckmäßig zunächst mal näher zu beschreiben, zu definieren, was unter "Illusion" verstanden werden soll .

Was ich in Beitrag 1995-1 unter dem Begriff Illusion verstehe, ist dort ganz genau beschrieben — es bedarf keiner weiteren Erklärung.

Gruß, grtgrt
 

  Beitrag 1995-11
-

 
 
Horst aus 1995-8:
Hallo grtgrt,

gehe ich dann recht in der Annahme, dass somit auch Illusionen angreifbare Masse besitzen und der Schwerkraft unterliegen?

Masse und Schwerkraft finden sich in dem, für das die Illusion steht (Illusion = Erscheinungsbild).

 

  Beitrag 1995-5
-

 
 

Ein Dachziegel — und doch auch Billiarden von Kathedralen


Erst Rutherford (1871-1937) erkannte, dass jedes Atom fast nur aus Leere besteht. Zu Atom und Atomkern schrieb er:

Zitat von Rutherford:
 der Atomkern — ein Staubkörnchen auf dem Boden einer Kathedrale;

die Elektronen — wie ein paar Fliegen im Gewölbe der Kathedrale.


Dazwischen Leere — nichts.


 

  Beitrag 1995-68
Letztlich besteht unsere gesamte Welt nur aus Energie in Form von Bewegung

 
 

Auch ein Dachziegel ist — letztlich — nur durch Bewegung gegebene Energie



Seit langem weiß man, dass der Atomkern winzig ist im Vergleich zum gesamten Atom. Dennoch sind mehr als 99.9% der Atommasse im Kern konzentriert. Daher ist die Behauptung, jedes Atom sei i.W. leerer Raum, durchaus zutreffend.

Die Aussage allerdings, dort sei Vakuum, wäre falsch (die Experimentalphysik versteht unter "Vakuum" die Abwesenheit von Atomen, und das kann es im Inneren der Atome natürlich nicht geben). Auch der Ausdruck "leerer Raum" ist eher eine Metapher. Wirklich gemeint ist, dass der Raum im Inneren der Atome ausschließlich Orte enthält, an denen man zu gegebenem Zeitpunkt mit bestimmter Wahrscheinlichkeit ein Elektron antreffen könnte.

Auch wenn man noch weiter ins Kleine vordringt, wird es nicht anders: Man liest immer wieder, dass die Nukleonen (die Protonen und Neutronen also, aus denen der Atomkern besteht) aus Quarks bestehen. Jene Quarks aber stellen jeweils nur einen winzigen Bruchteil der Masse eines Protons oder Neutrons dar (nur etwa 2%). Die restlichen 98% der Masse jeden Nukleons sind gegeben durch die Bewegung der Quarks gemäß Einsteins Formel m = E/c2.


Letztlich ist alles in unserer Welt nur Energie in Form von Bewegung:

Energie — auch in Form von Materie — ist nichts anderes als Bewegung (von was auch immer).



Dem Sinne nach zitiert aus
Görnitz: Die Evolutionen des Geistigen, S. 124 und 122



Ein Elektron an einem bestimmten Ort "aufzufinden oder anzutreffen" bedeutet wirklich NUR, dass von diesem Ort ein Signal ausgeht, welches zeigt, dass dort ein Elektron und mindestens noch ein anderes Quant an ein und demselben Elementarereignis beteiligt sind. Wichtig ist, sich darüber klar zu sein, dass

beide Teilchen nicht-lokale Aspekte haben.


Eben das vergisst man allzu oft.

 

  Beitrag 1995-75
-

 
 
Stueps aus 1995-69:
 
ich meine gehört zu haben, dass die meiste Masse in Bindungsenergie gebunden ist.

Hi Stueps,

das scheint falsch zu sein, wie man folgendem Gedankenaustausch im Forum PhysikerBoard entnehmen kann:


Personen jh8979 und Gustav123 behaupten dort, die Masse des Protons käme vor allem durch die Bindungsenergie der starken Wechselwirkung.

Ein gewisser TomS widerspricht dieser Behauptung gleich zwei Mal, indem er schreibt:


Zitat von TomS:
 
Bindungsenergie ist hier irreführend, ...

Die (näherungsweise bzw. exakt) masselosen Quarks und Gluonen im Protonen bewegen sich relativistisch, d.h. die Ruhemasse des Protons entspricht einer hohen kinetischen Energie. Aber auch dieses Bild ist leicht verwirrend; es ist nicht einfach, die Masse des Protons mit unseren Alltagsbegriffen zugleich anschaulich und einigermaßen korrekt zu erklären.

Zitat von TomS:
 
... im Falle der QCD die Bindungsenergie (= die Stabilität des gebundenen Zustandes) einerseits und die Masse (des gebundenen Zustandes) andererseits nichts miteinander zu tun haben.

Bindungsenergie (pro Quark) ist letztlich die Energie, die benötigt wird, den gebundenen Zustand aufzubrechen bzw. ein Quark zu isolieren (vgl. Ionisierungsenergie eines Elektrons im Atom). Das funktioniert mit einem einzelnen Quark aufgrund des Color-Confinements sowieso nicht. Trotzdem liegt natürlich eine Bindungsenergie vor, die die Stabilität des Nukleons beschreibt. Aber diese Bindungsenergie kann man nun nicht einfach mittels E=mc2 in einen Massendefekt umrechnen; diese Vorgehensweise aus der Kernphysik ist in der QCD nicht anwendbar.
 

 

  Beitrag 1995-76
-

 
Hallo Gebhard,

ich bin mir sicher, dass Bindungsenergie eine wesentliche Rolle spielt. Jedoch eben neben der Ruhemasse der einzelnen Komponenten nicht die einzige, wie ich vermute, und in vorigem Beitrag vorgerechnet habe. Die Bindung zwischen den einzelnen Quarks wird mithilfe von Gluonen und deren "Farben" beschrieben und ist zwar schon nicht einfach nachzuvollziehen, aber wenn man sich Mühe gibt, geht es noch. Die Gluonen sind die Teilchen der starken Kernkraft. Diese Kraft hält auch die Nukleonen im Atomkern zusammen, und rührt letztlich auch von den Gluonen her. Dieser Prozess zwischen den Nukleonen ist jedoch für einen Laien fast nicht nachzuvollziehen. Das meint "TomS" wahrscheinlich in deinem Beitrag mit

Zitat:
Trotzdem liegt natürlich eine Bindungsenergie vor, die die Stabilität des Nukleons beschreibt. Aber diese Bindungsenergie kann man nun nicht einfach mittels E=mc2 in einen Massendefekt umrechnen; diese Vorgehensweise aus der Kernphysik ist in der QCD nicht anwendbar.

Die QCD beschreibt den Bindungsprozess zwischen den Nukleonen wesentlich tiefergehender als die Kernphysik und leider auch ungleich komplizierter.

Ich weiß nicht, ich lehne mich mal jetzt weit aus dem Fenster und vermute, dass relativistische Effekte in den Prozessen, die in Atomkernen stattfinden, einen wesentlichen Beitrag zur Gesamt-Ruhemasse eines Atomkerns beitragen. Und da scheinen dann die von dir erwähnten Bewegungsenergien eine weitere wesentliche Rolle zu spielen.

Nebenbei: Quarks haben eine Ruhemasse, sie sind nicht, wie vielleicht die Neutrinos, näherungsweise masselos (mindestens 1 700 000 eV c-2 für ein up-Quark sind ziemlich weit von näherungsweise nichts entfernt). Und die Masselosigkeit der Gluonen wird zwar im Standardmodell angenommen, nachweisen kann man dies jedoch zur Zeit nur experimentell. Und in Experimenten kann eine Ruhemasse von Gluonen derzeit nicht ausgeschlossen werden. Also genieße die Ausagen von "TomS" mit einer gewissen Vorsicht.

Grüße
 

  Beitrag 1995-77
-

 
Stueps aus 1995-76:
Hallo Gebhard,

ich bin mir sicher, dass Bindungsenergie eine wesentliche Rolle spielt. Jedoch eben neben der Ruhemasse der einzelnen Komponenten nicht die einzige, wie ich vermute, und in vorigem Beitrag vorgerechnet habe. Die Bindung zwischen den einzelnen Quarks wird mithilfe von Gluonen und deren "Farben" beschrieben und ist zwar schon nicht einfach nachzuvollziehen, aber wenn man sich Mühe gibt, geht es noch. Die Gluonen sind die Teilchen der starken Kernkraft. Diese Kraft hält auch die Nukleonen im Atomkern zusammen, und rührt letztlich auch von den Gluonen her. Dieser Prozess zwischen den Nukleonen ist jedoch für einen Laien fast nicht nachzuvollziehen. Das meint "TomS" wahrscheinlich in deinem Beitrag mit

Zitat:
Trotzdem liegt natürlich eine Bindungsenergie vor, die die Stabilität des Nukleons beschreibt. Aber diese Bindungsenergie kann man nun nicht einfach mittels E=mc2 in einen Massendefekt umrechnen; diese Vorgehensweise aus der Kernphysik ist in der QCD nicht anwendbar.

Die QCD beschreibt den Bindungsprozess zwischen den Nukleonen wesentlich tiefergehender als die Kernphysik und leider auch ungleich komplizierter.

Ich weiß nicht, ich lehne mich mal jetzt weit aus dem Fenster und vermute, dass relativistische Effekte in den Prozessen, die in Atomkernen stattfinden, einen wesentlichen Beitrag zur Gesamt-Ruhemasse eines Atomkerns beitragen. Und da scheinen dann die von dir erwähnten Bewegungsenergien eine weitere wesentliche Rolle zu spielen.

Nebenbei: Quarks haben eine Ruhemasse, sie sind nicht, wie vielleicht die Neutrinos, näherungsweise masselos (mindestens 1 700 000 eV c-2 für ein up-Quark sind ziemlich weit von näherungsweise nichts entfernt). Und die Masselosigkeit der Gluonen wird zwar im Standardmodell angenommen, nachweisen kann man dies jedoch zur Zeit nur experimentell. Und in Experimenten kann eine Ruhemasse von Gluonen derzeit nicht ausgeschlossen werden. Also genieße die Ausagen von "TomS" mit einer gewissen Vorsicht.

Grüße

http://de.wikibooks.org/wiki/Teilchenphysik:_Erhalt...

Stuebs, Gebhard!

Die "Farben" der Quarks sind nichts anderes als ihre Ladungen. So wie die elektromagnetische Kraft überwunden werden muss, damit z. B. Kerne verschmelzen können, muss die "Farbe" überwunden werden, damit z. B. Up- und Downquarks Nukleonen bilden können.

Um den Begriff "Bindungsenergie" richtig einzuordnen: Es wird die Energie "Bindungsenergie" genannt, die bei der Kernfusion freigesetzt wird, aber auch z. B. beim Beta-Zerfall (Radioaktivität). Aber, Stuebs, mach dir doch mal Gedanken, wie sich die entsprechende Energie innerhalb der Nukleonen verhält, bzw. wie kommt die Energie denn zustande? Wie jede Energie ist sie sinnlos, wenn sie einfach nur vorhanden ist, es muss ein Niveaugefälle vorhanden sein, oder aber, es muss einen Effekt geben, der Energie umwandelt – und das ist in den Nukleonen der Fall.

Die Nukleonen (also Protonen, Neutronen) bestehen aus Quarks, genauer aus Up- und Downquarks. Und diese Quarks werden durch die (masselosen!) Gluonen zusammengehalten, und zwar durch den ständigen Austausch von Gluonen. Gluonen sind dir Übermittler der Starken Wechselwirkung, sie gehören zum Feld der Starken Wechselwirkung, wie die Photonen als Übermittler der elektromagnetischen Wechselwirkung zum elektromagnetischen Feld gehören. Dieser Austausch ist Bewegungsenergie. (Der gesamte Prozess ist ungleich komplexer, es gehören wegen der räumlich kleinen Dimension auch virtuelle Austauschteilchen dazu) und ich maße mir nicht an, ihn auch nur Ansatzweise zu verstehen.)

Wie kommt es denn überhaupt zu einer Kernfusion? Nur aufgrund unseres allseits beliebten Tunneleffektes und wegen der hohen Temperaturen in den Sternen, hervorgerufen durch die Schwerkraft. Die Temperaturen allein würden nicht ausreichen, deshalb der Tunneleffekt, und die Temperatur bedeutet nichts anderes als Bewegungsenergie, denn für ein einzelnes Nukleon kann man nicht von Temperatur sprechen. Durch die Bewegungsenergie und der Tunneleffekt lässt sich die abstoßende Wirkung der gleichartig geladenen Nukleonen überwinden. Die dabei freigesetzte Bindungsenergie wird zum kleinen Teil als Bewegungsenergie auf die Nukleonen übertragen, zum anderen als Gammastrahlung freigesetzt – davon leben wir.

Letztlich ist es also nicht nur die "vordergründige" Wärme (was nichts anderes ist, als die Bewegungsenergie der einzelnen Atome als statistischen Wert darzustellen) der Sonnenoberfläche, die unser Leben auf unserer schönen Erde ermöglicht, sondern sie – die Bewegungsenergie – steht auch ganz am Anfang der Energieerzeugung (jetzt mal von der Gravitation abgesehen).

Und zum Schluss: Relativistische Effekte können keinerlei Einfluss auf eine "Gesamtruhemasse" haben, denn die Ruhemasse ist eine Erhaltungsgröße, so wie die Energie ebenfalls.

Diese Links könnten für uns interessant sein:

http://www.leifiphysik.de/web_ph11_g8/grundwissen/1...
http://www.buw-output.uni-wuppertal.de/ausgabe1/fodor/
http://www.teilchenwelt.de/forum/index.php?page=Thr...
 

  Beitrag 1995-9
Leben wir als Teil einer nur errechneten (simulierten) Welt?

 
 
Zara.t. aus 1995-7:
Heute weiß man, dass die Leere des Vakuums alles andere als leer ist. Jeder Punkt der Raumzeit ist eine Überlagerung von möglichen Teilchen. Besser: von virtuellen Teilchen, die nicht direkt gemessen werden können und von Möglichkeiten "reale" Teilchen zu messen.

Hi Zara,

genau so hat es mein Beitrag 1995-1 ja auch beschrieben.


Zara.t. aus 1995-7:
 
Rutherford hat noch vollkommen klassisch gedacht. Dieses Atommodell konnte nicht funktionieren. Elektronen, die wie Planeten die Sonne, den Kern umkreisen müßten in den Kern stürzen. Auch aus diesem Problem heraus entwickelte sich die Quantenmechanik.


Natürlich: Rutherfords Atommodell war noch nicht so genau, wie wir es heute wissen. Dennoch erscheint mir sein Vergleich recht erhellend.

Deine Aussage aber, dass sich "aus diesem Problem" die Quantenmechanik entwickelt hätte, stimmt so nicht. Ursache ihres Entstehens war die Entdeckung des Wirkungsquantums durch Max Planck (1899, im Dez 1900 der Fachwelt verkündet).

Nebenbei: Anton Zeilinger vermutet, dass die Quantelung aller physikalischen Größen und Prozesse darauf zurückzuführen sein könnte, dass unsere ganze Welt letztlich nur aus Information besteht und die sich eben nur durch Bitfolgen kodieren lässt.

Hätte er recht (und in dem Fall wäre sogar Energie nur Illusion), wäre es gar nicht mehr so abwegig, auch die Möglichkeit in Betracht zu ziehen, dass unser ganzes Universum — und damit sogar wir selbst — vielleicht nur Teil einer gigantisch angelegten Computer­simulation sein könnten (so wie Brian Greene das, als nicht wirklich ausschließbare Möglichkeit, allen E...es in Kap. 10 seines Buches "The Hidden Reality" ja auch schon diskutiert und auf Plausibilität hin zu durchdenken versucht).


Gruß, grtgrt


PS: Anton Zeilinger und Andreas Mücklich gehen noch weiter, indem sie vermuten, dass die Natur jedem physikalischen Objekt nur endlich viele Bits zugesteht, sich selbst zu beschreiben. Dies würde begründen, warum Heisenbergs Unschärfe-Relation gilt: Je genauer eine Eigenschaft des Objekts beschrieben ist, desto mehr jener Bits sind hierfür verbraucht, und desto weniger stehen zur Verfügung, dazu komplementäre Eigenschaften des Objekts wirklich genau zu beschreiben. Wenn das Objekt dann, wie durch Zeilinger vermutet, nur aus seiner Beschreibung besteht, ist klar, dass die Unschärfe in Wirklichkeit  U n b e s t i m m t h e i t  ist: Wirklich scharf also kann kein Objekt existieren.

Wäre unsere Welt nur eine simulierte (d.h. errechnete), müsste man jene begrenzt langen Bitfolgen als die Variablen sehen, die im simulierenden Programm das physikalische Objekt darzustellen haben. Dies würde erklären, warum sie begrenzt sind.


Nach Zeilinger lässt sich das keineswegs nur für Elementarteilchen so sehen, sondern auch für beliebig komplexe Objekte — beispielsweise für ganze Messapparaturen.
Er zeigt das am Beispiel solcher, die einen Mach-Zehnder-Interferometer nutzen, mit dem man für Photonen zwei Arten von Information sammeln kann — niemals aber Information beider Art zugleich: Diese Arten von Information sind zueinander komplementär im Sinne der Unbestimmtheitsrelation (wie Zeilinger auf Seite 202 seines Buches Einsteins Schleier recht überzeugend darlegt).

 

  Beitrag 1995-25
-

 
 
Hi E...,

danke für den Link hin zum Interview mit Anton Zeilinger.

Besonders zwei Definitionen daraus sollte man sich auch ihrer Formulierung nach gut merken:
  • Der quantenmechanische Zustand ist die Information, die wir über die Welt haben [so die Kopenhagener Interpretation
     

  Beitrag 1995-27
-

 
 
E... aus 1995-23:
... komplexe makroskopische Systeme sich in  k e i n e m  Quantenzustand befinden und deshalb auch  k e i n e  Illusion sein können.

Quelle: http://www.heise.de/tp/artikel/7/7550/1.html

Hi E...,

diese deine Aussage ist natürlich falsch, und das in gleich zweierlei Hinsicht. Hier mein Beweis:
  • Da Zeilinger im durch dich gefundenen Artikel sagt, der quantenmechanische Zustand eines Systems sei die Information ist, die wir über das System haben, ist jedes makroskopische, durch uns beobachtbare System doch ganz klar in einem solchen Zustand.
  • Als was uns das System erscheint (sein "Erscheinungszustand", die "Illusion" also) wird hervorgerufen durch uns erreichende Quanten, die — erzeugt durch sein ständiges dekohärent werden — von jenem Objekt ausgehen. Es sind Quanten, die die entsprechenden Elementarereignisse sozusagen "aus dem Objekt heraus­schlagen" (genauer: aus einer Verschmelzung des Objekts mit den Quanten seiner Umgebung, die es dekohärent machen und so auch mit seiner Umgebung verschränken können).

Gruß, grtgrt
 

  Beitrag 1995-26
-

 
Dekohärenz beudet Verschränkung des Systems mit der Umwelt. Nicht mehr und nicht weniger.
 

  Beitrag 1995-31
Zur Wechselwirkung makroskopischer Objekte mit auf sie treffenden Quanten

 
 
Sehr treffend finde ich, was Norbert Hinterberger in einem Leserbrief an die Zeitschrift "Spektrum der Wissenschaft" sagt:

Zitat von Norbert Hinterberger, Hamburg:
 
Der Teilchenbegriff ist vermutlich rein subjektiv – intersubjektiv zwar, aber eben subjektiv für den Teil der Welt, den wir klassisch sehen.

H. Dieter Zeh hat dazu wiederholt in überzeugender Weise argumentiert.

Der Welle-Teilchen-Dualismus scheint physisch diskret nicht vorhanden zu sein. Objektiv beziehungsweise physisch fundamental scheint nur die Welle zu sein.

Unter Laborbedingungen (ohne Dekohärenz) lässt sich das ja auch deutlich zeigen, wie wir hier – insbesondere in dem kleinen Film – sehen. Das Molekül wird von den Experimentatoren selbst als Materiewellenüberlagerung beschrieben, sobald wir seine Welleninterferenzen auf dem Schirm sehen. Warum lassen wir es nicht dabei?

Was uns an dieser Welle erscheint wie ein "Kollaps der Wellenfunktion" zu einem "Teilchen" an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit im Fall einer Messung, ist einfach die inzwischen recht bekannte Tatsache, dass wir mit der Messung wie mit jeder beliebigen anderen Wechselwirkung auch das zu messende System stören oder zerstören beziehungsweise zur Dekohärenz bringen.

Das heißt aber nicht, dass die Superposition » kollabiert «. Im Gegenteil: Sie ist jetzt in einer noch großräumigeren Verschränkung definiert.
 


Nebenbei: Dass Laborbedingungen Dekohärenz ausschließen können, ist natürlich nicht wirklich richtig, denn vor Neutrinos etwa kann uns wohl kein noch so gutes Labor abschirmen.

Dies bringt mich auf noch einen anderen Gedanken:

Wo ein Quantensystem von Bosonen durchquert wird, werden entsprechende Elementarereignisse es wohl nur umbauen. Zu Dekohärenz – im Sinne einer Verschränkung des Objekts mit seiner Umgebung – kommt es wohl erst dann, wenn das Objekt mit  F e r m i o n e n  kollidiert.

grtgrt
 

  Beitrag 1995-38
-

 
 
Stueps aus 1995-37:
 
Da Neutrinos selbst auf großen Skalen so gut wie nie wechselwirken, stören sie auch erst recht nicht Laborexperimente, die sich auf kleinsten räumlichen Skalen in Bruchteilen von Sekunden abspielen. Heißt etwas salopp übersetzt:

Liebe Laborexperimente, keine Angst vor Neutrinos! Die tun nix!
 

Hi Stueps,

was du da sagst, gilt ganz sicher in sehr guter Näherung.

Die Tasache aber, dass es eben NUR in sehr guter Näherung richtig ist, bedeutet doch, dass das eine oder andere der Neurinos, die die Abschirmung des Labors nicht aufhalten konnte, dann — natürlich nur in seltenen Fällen — eben doch mit einem im Labor befindlichen Quant kollidieren kann.

Andere Frage an dich:

Warum bist du so sicher, dass derzeit realistisch machbare Laborabschirmungen wirklich jedes Quant, das nicht gerade ein Neutrino ist, vom Inneren des Labors fernhalten können? Könnte es da nicht noch weitere Ausnahmen geben (wenn man ganz genau ist)? Gravitons etwa, falls sie schon nachweisbar wären? Oder Higgs-Teilchen?

Und was, wenn vielleicht sogar ein Antimaterie darstellendes Teilchen daher käme?

Gruß, grtgrt
 

  Beitrag 1995-48
Klassische Existenz physikalischer Objekte ist eine Illusion

 
 
Stueps aus 1995-43:
 
Es ist meines Wissens nach unter Wissenschaftlern nicht die Frage, dass physikalische Systeme in klassischer Form existieren, sondern wann sie klassisch werden.

Hi Stueps,

physikalische Objekte existieren nicht in klassischer Form — sie  z e i g e n  sich nur in dieser Form (dann nämlich, wenn ein Elementarereignis passiert und zur Folge hat, dass aus dem Objekt Quanten in seine Umgebung entkommen. Sie sind es, was wir sehen bzw. registrieren, und so den Eindruck gewinnen, das Objekt selbst sei sichtbar und würde klassisch existieren).

Die Tatsache, dass pro Sekunde wahnsinnig viele solche Ereignisse passieren, suggeriert uns den Eindruck eines stehenden "Bildes" (eben ganz so, wie wir ja z.B. auch das durch eine gute Fernsehkamera erzeugte Bild eines sich gerade NICHT bewegenden Gegenstandes als stehend empfinden, obgleich doch in Wirklichkeit all die Pixel, aus denen es sich zusammensetzt, pro Sekunde öfters neu geschrieben werden als unsere Augen noch unterscheiden können).

Gruß, grtgrt
 

  Beitrag 1995-34
Was man unter einem Quantenzustand versteht

 

Ein Quantenzustand ist nach Wikipedia:

Zitat:

In der quantenmechanischen Behandlung eines physikalischen Systems ist der momentane Zustand des Systems ein mathematisches Objekt, das für jede am System mögliche (fehlerfreie) Messung und für jedes der dabei möglichen Messergebnisse die Wahrscheinlichkeit festlegt, mit der das betreffende Messergebnis erhalten wird.


Zeilingers Aussage verstehe ich so, dass wir durch die Komplexität der klassischen Systeme sie nie in eine Art quantenmechanischer Gleichung setzen können, durch die alle Teilchen mathematisch in dem System erfasst sind. Nichts anders in der klassischen Welt. Wir haben schon bei zwei makrokosmischen Objekten die Schwierigkeit sie mathematisch zu erfassen. Bei drei Objekten ist es schon praktisch unmöglich. Unterschied nur nur, die drei Objekte können wir jederzeit sehen, die Teilchen sind für unserer Wahrnehmung prinzipielle gesperrt. Hier sind wir angewiesen auf die Mathematik.

Dies bedeutet aber nicht, dass ein klassisches Objekt kein quantenmechanisches System wäre.

LG, Irena

Grtgrt ergänzt:

Was Irena hier sagt, ist schon allein deswegen richtig, weil sich die klassische und die quantenmechanische Beschreibung jeden Objekts ja nur dadurch unterscheiden, dass
  • die klassische einfach nur Fakten beschreibt (die der ständige Kollaps der Wellenfunktion erzeugt),
  • die quantentheoretische aber — als Wellenfunktion des Objekts — zudem noch alle durch solche Fakten geschaffenen Möglichkeiten.
Man lese dazu auch, was genau man under der Quantisierung eines physikalischen Objektmodells versteht.
 

  Beitrag 1972-86
Elementarteilchen sind als Energieportion NICHT verdünnbar

 
 
Wrentzsch aus 1972-84:
 
Was verhindert das Vergehen einer Energieeinheit bei räumlicher Ausdehnung,
hält etwas dagegen, sodass sich das Quant verändert und stabil wird oder die Energie Quantelt?

Hi Wrentsch,

dass ein Quant (= eine Energieportion) sich räumlich ausdehnt, bedeutet nur, dass die Punkte im Raum, an denen man das Quant potentiell wird beobachten können, immer mehr auseinander wandern – so wie seine Wellenfunktion das vorhersagt. Erst wenn das Quant mit anderen kollidiert wird es dekohärent (um sich so an einer mehr oder weniger unscharf definierten Stelle zu zeigen und gleichzeitig zu sterben: siehe Lebenszyklus eines Elementarteilchens).

Mit anderen Worten: Es ist nicht so, dass das Quant (als Energieportion) sich mehr und mehr verschmiert und damit verdünnt. Lediglich der Bereich, der alle Punkte enthält, an denen man es mit einem anderen Elementarteilchen kollidieren kann, wird ständig größer).

PS: Unter "seiner Wellenfunktion" ist — wenn man es ganz genau nimmt — die unter Berücksichtigung der ART formulierte Wellenfunktion unseres gesamten Universums zu verstehen.

Gruß, grtgrt
 

  Beitrag 1999-49
Wie Thomas Görnitz Dekohärenz erklärt

 
 
Vor einiger Zeit kam es hier im Forum zu Meinungsverschiedenheiten darüber, wie Dekohärenz wirkt.
Görnitz wenigstens erklärt sie sehr schön:




Was Thomas Görnitz über » Dekohärenz « sagt



Zitat von Görnitz, S. 196-197:
 
Das Entstehen eines Faktums bedeutet für ein System, dass an diesem alle Möglichkeiten bis auf eine verloren gehen.

Dazu muss natürlich daran erinnert werden, dass sich aus einem Faktum sofort wieder neue Möglichkeiten ergeben, die teilweise auch mit den alten übereinstimmen werden und teilweise von diesen verschieden sind. Es wird also unter den neuen solche geben, die vorher unmöglich waren, und einige der zuvor vorhandenen werden nicht wieder erneuert.

Dieser Vorgang, der früher ... als » Messprozess « bezeichnet worden ist, zerstört den linearen Charakter der quantentheoretischen Systembeschreibung. Die Linearität drückt die mögliche Addition der Zustände innerhalb eines Systems aus (Vektoraddition). Wir hatten [auch] davon gesprochen, dass das Zusammensetzen von Teilsystemen zu einem Ganzen eine » Multiplikation « ist. Daher ist die Zerlegung eines Ganzen in Teile etwas ähnliches wie eine » Division «. Solche eine Zerlegung passiert, wenn ein System von Möglichkeiten abgeschnitten wird, die in das All entfliehen. ...

Es gibt eine Reihe sehr bewährter Näherungsverfahren, die solchen Informationsverlust sehr treffend modellieren. Das wichtigste unter ihnen ist als » Dekohärenz « weithin bekannt geworden:

Bei hinreichend großen und schweren Reaktionspartnern (z.B. winzigste Staubpartikelchen) werden die Quantenkorrelationen zwischen diesen [Reaktionspartnern] sehr schnell sehr klein und können nach kurzer Zeit praktisch ignoriert werden. Dies bedeutet im Rahmen der Schichtenstruktur, dass damit zu einer klassischen Beschreibung des zugeordneten Prozesses übergegangen werden kann,  o h n e  dadurch grundlegend falsch zu werden.
 


Hinweis: Unter der » Schichtenstruktur « versteht Görnitz (S. 88) den ständigen Kollaps der Wellenfunktion in Kombination mit ihrem sofortigen Neu-Aufleben in leicht modifizierter Version. Niemand außer ihm benutzt hierfür dieses wenig passende Wort.


Quelle (auf die sich die Seitenzahlen beziehen): Thomas & Brigitte Görnitz: Die Evolution des Geistigen, 2008
 
tags: Teilchen1gegreit Elementarteilchen1gegreit Zustand1gegreit