D i s k u s s i o n


  Beitrag 1963-1
Eine neue — sehr naheliegende — Deutung quantenphysikalischer Messergebnisse (und verschränkter Quanten)

 
 


Eine neue — wirklich naheliegende — Deutung quantenphysikalischer Messergebnisse


Gebhard Greiter (grtgrt)



Die ständig stattfindenden Dekohärenzprozesse (allgemeiner: die Neudefinition der Wellenfunktion eines Quantensystems in jedem Elementarereignis) wird gegenwärtig so interpretiert, dass hierdurch Realität produziert wird: ein konkreter Zustand, den man wohl am treffendsten als eine Art Schnappschuss begreift, der die Stelle, an der das Elementarereignis passiert, abphotographiert: Details dazu in den Beiträgen 1915-107, 1915-66 und 1915-86 (die man am besten versteht, wenn man sie in eben dieser Reihenfolge nachliest).

Zudem gibt es das heute viel diskutierte Phänomen der Quantenverschränkung, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass Messungen der Eigenschaften zueinander verschränkter Quanten zueinander korrelliertes (in bestimmten Beispielen sogar absolut identisches) Ergebnis liefern, obgleich der Wert der jeweils beobachteten Größe auch da noch ein absolut zufällig eintretender ist.

Beispiel: Wenn ein Atom zwei zueinander verschränkte Photonen aussendet und man deren Polarisation misst, stellt man fest, dass beide stets gleich polarisiert sind. Andererseits kann der konkrete Wert der Polarisation für so ein Paar in keiner Weise vorausgesagt werden. Er ist ebenso wahrscheinlich wie der jeweils andere (wenn die Versuchsanordnung so ist, dass die eingesetzten Polarisationsfilter genau zwei Werte möglich machen).

Diese Beobachtung kann so interpretiert werden, dass die Messung uns nicht einen Schnappschuss jener Photonen zeigt, sondern nur einen Schnappschuss einer Projektion p dieser Photonen auf einen Teilraum unserer Welt, der weniger Dimensionen hat als diese Welt selbst und zudem noch so beschaffen ist, dass auf bestimmte Weise zueinander verschränkte Photonen unter dieser Projektion denselben "Schatten" werfen (sprich: auf ein und dasselbe Objekt abgebildet werden).

Eine Möglichkeit, sich jene Schattenwelt vorstellen, wäre, sich daran zu erinnern, dass der Stringtheorie entsprechend unser Universum über seine 4 uns sichtbaren Dimensionen hinaus noch bis zu 7 weitere, sog. aufgerollte Dimensionen hat. Es könnte also gut sein, dass jene Projektion p das Photon einfach nur in einen Teilraum projeziert, der durch einige dieser aufgerollten Dimensionen aufgespannt wird. Er ist dann auf jeden Fall nur endlich groß, aber ohne Anfang und Ende.


Meine Frage an Euch alle:

Kann mir jemand beweisen, dass diese Deutung KEINEN Sinn macht (bzw. falsch sein muss)?



grtgrt

PS: Man könnte noch weiter gehen, indem man sich frägt, ob unsere Welt nicht vielleicht zwei unterschiedliche Existenzformen hat: Eine, die das ist, was wir als unsere reale Welt W wahrnehmen, und eine andere, die ihr Bild unter p ist: p( W) also. Vielleicht also ist p gar keine Projektion, sondern eher ein Isomorphismus, der uns — im Beispiel oben — ein wirkliches Objekt einfach nur ausschnittsweise zeigt: eben so, dass wir denken, wir sähen zwei unterschiedliche Photonen?

 

  Beitrag 2075-193
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Stueps in 2075-188:
 
Im Speziellen deutet die (für uns Laien sehr schwer nachzuvollziehende) Verletzung der Bellschen Ungleichung darauf hin, dass diese Art Zufälle echt sind, und nicht auf Parametern beruhen, die wir nicht erkannt haben und erkennen können.


Hallo Stueps,

meinem Verständnis nach beweist die Bellsche Ungleichung (in Kombination mit Aspects Experimenten) nicht das Vorliegen von absolutem Zufall, sondern stattdessen nur die sog. » spukhafte Fernwirkung « — die Tatsache also, dass miteinander verschränkte Quanten zueinander korrelliertes Verhalten aufweisen  o h n e  dass vorher schon bestimmt worden sein kann, wie sie auf welche Messfrage antworten werden.

Gruß, grtgrt
 

 Beitrag 0-106
Entanglement and Time: Quantenverschränkung kennt weder Ort noch Zeit

 
 

 
Quantenverschränkung kennt weder Ort noch Zeit

 
 
Ein interessantes Papier eines Schweizer Wissenschaftlers (quant-ph/0311004) schließt mit der Feststellung:
 


Antoine Suarez (2003):
 
In conclusion the experiments testing quantum entanglement rule out the belief that physical causality necessarily relies on observable signals.
 
Quantum entanglement supports the idea that the world is deeper than the visible, and reveals a domain of existence, which cannot be described with the notions of space and time.
 
In the nonlocal quantum realm there is dependence without time, things are going on but the time doesn’t seem to pass here.
 


 
Lies auch:

 

 Beitrag 0-228
Spukhafte Fernwirkung kann keine Information transportieren

 
 

 
Warum die bei verschränkten Quanten beobachtete spukhafte Fernwirkung
 
kein Informationstransport sein kann

 
 
Unter einem Biphoton versteht man ein Paar miteinander verschränkter Photonen gesehen als in unterschiedliche Richtung gesandte Lichtwellen w1 und w2.
 
Ihrer Verschränkung wegen müssen diese beiden Lichtwellen zueinander korrelierten Spin haben bzw. zueinander korrellierte Polarisation.
 
Wenn nun z.B. w1 in bestimmte Richtung polarisiert wird, so kann man die durch Messung von w2 dennoch nicht feststellen, denn jede Messung bringt — einer damit verbundenen Projektion des Zustandsvektors wegen — Informationsverlust mit sich (wie recht schön beschrieben durch Thomas Görnitz).
 
 
Mit anderen Worten:
 
Gibt es keine Absprache über die gestellte Messabfrage, so kann Messung von w2 nicht feststellen, welchen Zustand von w2 zuvor erfolgte Polarisierung von w1 hergestellt hat. Insbesondere würde die durch Polarisierung von w1 dem w2 aufgeprägte korrespondierende Polarisierungsrichtung i.A. kein Ergebnis der Messung von w2 sein (dann dazu müsste man wissen, welche Polarisationsrichtung genau dem w1 gegeben wurde).
 
Man bedenke: Man kann die Lichtwelle w2 nicht fragen, wie sie polarisiert ist. Man kann lediglich eine Richtung R  v o r g e b e n  und dann danach fragen, ob w2 in Richtung R polarisiert ist. Nach dieser Frage wird w2 entweder in Richtung R polarisiert oder durch die Messapparatur verschluckt worden sein.
 
Mit welcher der — unendlich vielen — möglichen Polarisationsrichtungen w2 zur Messapparatur kam, bleibt daher unklar. Ausschließbar ist stets nur eine einzige (die zu R senkrechte bzw. R selbst).

 

 Beitrag 0-272
Die Grenzen echten Zufalls haben nicht-lokale Ursache

 
 

 
Quantenverschränkung offenbart nicht-lokale Ursache für echten Zufall

 
 
Der Quantenphysiker Nicolas Gisin hat sich besonders viel mit denkbaren Varianten der Bellschen Ungleichung befasst und beschreibt in seinem Buch Der unbegreifliche Zufall (2014) etwas, das er das Bell-Spiel nennt.
 
Mit Hilfe diesen Spiels lässt sich zeigen, dass es nicht-lokalen Zufall gibt und der Ergebnisse haben kann, die selbst absoluter (lokaler) Zufall — wie etwa die Zufälligkeit eines konkreten Ergebnisses einer lokalen quantenphysikalischen Messung — nicht abdecken kann:


Gisin (S. 68-69):
 
Für digitale Simulation verwenden Ingenieure häufig sog. Pseudozufallszahlen, so etwa in der Entwicklungsphase eines Flugzeugs:
 
Statt zahlreiche Prototypen herzustellen und auf ihr Flugverhalten hin zu testen, simulieren sie diese Prototypen auf Großrechnern unter Verwendung von Pseudozufallszahlen.
 
Solcher Zufall ist simulierter Zufall ähnlich dem Zufall des Würfelspiels (dessen Ergebnisse ja auch nur deswegen zufällig aussehen, weil die wirklichen Gründe für das Ergebnis eines Wurfs des Würfels — wie man sich per Chaostheorie erklären kann — zu kompliziert sind, um noch durchschaubar zu sein).
 
Grundsätzlich könnte man meinen, dass es beim Test von Flugzeugprototypen keinen Unterschied machen sollte, ob man Pseudozufallszahlen oder echt zufällige Folgen von Zahlen verwendet. Das stimmt aber nicht:
 
Es gibt Prototypen, die sehr schlecht fliegen, obgleich ihre Simulation mit Pseudozufallszahlen keinerlei Schwächen fand. Solche Fälle sind selten — aber es gibt sie, egal wie einfallsreich das die Pseudozufallszahlen erzeugende Programm auch war:
     
  • Ferrenberg, Landau, Wong: Monte Carlo Simulations: Hidden errors from "good" number generators, Phys. Rev. Letters 1992, 69, 3382.
     
  • Ossola, Sokal: Systematic errors due to linear congruential random-number generators with the Swendsen-Wang algorithm: A Warning, Phys. Review E, 2004, 70, 027701.

 
Verwendet man aber durch einen nicht-lokalen Quantenprozess erzeugte Zufallszahlen, so gibt es solche Störfälle nicht.
 
Es besteht also ein Unterschied zwischen dem scheinbaren Zufall des Würfelspiels und dem echten Zufall, ohne den es nicht möglich ist, im Bell-Spiel zu gewinnen (wenn keine Kommunikationsmöglichkeit besteht).
 


 
 
Das Bell-Spiel  S = ( n, A, B )

 
Sei n ein natürliche Zahl und seinen A und B zwei Abbildungen der Zahlen 1 bis 4n auf Paare ( e,a ) binärer Zahlen.
 
Ist A(i).e = B(i).e = 1, so wird S um 1 erhöht, wenn A(i).a ungleich B(i).a ist, andernfalls aber wird S um 1 erhöht, wenn A(i).a = B(i).a ist.
 
Wie man nachrechnen kann, wird auf diese Weise S zur Zahl aller i, für die bei binärer Addition und Multiplikation gilt:   A(i).e + B(i).e = A(i).a • B(i).a  .
 
 
Wir denken uns jetzt A (= Alice) und B (= Bob) als zwei Personen, welche in jedem Schritt i ein zufällig gewähltes Paar ( e,a ) = ( Eingabe, Ausgabe ) = ( quantenphysikalische Zustandsabfrage, Ergebnis der Abfrage ) produzieren.
 
Unter der Annahme, dass in jedem Schritt i die beiden Eingaben A(i).e und B(i).e unkorreliert sind, wird S/4n für große n gegen 3/4 konvergieren.
 
Stellt man sich jetzt aber vor, dass in jedem Schritt
     
  • A(i).e eine von A ersonnene quantenphysikalische Messfrage ist, auf die das von A befragte Quant Q(i,A) mit A(i).a anwortet,
     
  • B(i).e eine von B ersonnene quantenphysikalische Messfrage, auf die das von B befragte Quant Q(i,B) mit B(i).a antwortet,
     
  • und Kommunikation zwischen A und B unmöglich ist,

so zeigt sich im Experiment, dass für hinreichend große n der Bruch S/4n gegen eine Zahl strebt, die deutlich größer als 3/4 ist, wenn stets Q(i,A) und Q(i,B) zwei miteinander verschränkte Quanten sind.
 


Gisin (S. 34):
 
Echter Zufall hat — anders als der Zufall im Sinne des Würfelspiels bzw. der klassischen Physik — keine Ursache:

 
Ein echt zufälliges Ergebnis ist in keiner Weise vorbestimmt — doch muss man diese Behauptung nuancieren:
 
Die Wahrscheinlichkeit der möglichen Ergebnisse  i s t  vorbestimmt.

 


 
Die Tatsache, dass das Bell-Spiel bei nicht verschränkten Quanten nur mit Wahrscheinlichkeit 0,75 (= 3/4) gewonnen wird, bei miteinander verschränkten Quanten aber mit der deutlich größeren Wahrscheinlichkeit von etwa 0,85 (= 3,41/4), zeigt, dass — gegeben ein Quantensystem Q, eine Messfrage M und eine darauf mögliche Antwort A — die Wahrscheinlichkeit dafür, dass Q die Frage M mit A beantwortet nicht alleine nur von Q's Zustand abhängt, sondern zudem noch vom Zustand aller mit Q verschränkten Quantensysteme.
 
Zudem ist damit bewiesen, dass diese abgeänderte Wahrscheinlichkeit aus nur lokaler Sicht heraus nicht begründbar ist.
 
Widerlegt sei inzwischen auch,
— so schreibt Gisin —, dass sie auf Ursachen zurückführbar sein könnte, die sich — ausgehend vom Schicksal eines oder aller der mit Q verschränkten Quantensysteme mit endlicher Geschwindigkeit — etwa einer größer als die des Lichts — hin zu Q ausbreiten.
 


Gisin (ab S. 194):
 
Ich habe keinen Zweifel daran, dass die Nichtlokalität — ebenso wie die Relativität — unseren vertrauten Zeitbegriff aushöhlt.

 


Dennoch will Gisin — anders als etwa Zeilinger — nicht von Retrokausalität sprechen — von einer in die Vergangenkeit gerichteten Kausalität.
 
Sein Erklärungsansatz beruht auf dem Konzept des nichtlokalen Zufalls, der sich an mehreren Orten unabhängig von deren Entfernung manifestieren kann.
 
Gisin kann und will nicht ausschließen, dass kommende Generationen von Physikern eine noch ganz andere Erklärung finden.
 


Gisin (2014) zur Historie der Idee quantenphysikalischer Nichtlokalität:
 
Noch in den 90-er Jahren lehnten es viele Physiker ab, an Quanten-Nichtlokalität zu glauben — und das, obgleich doch schon 1935 Einstein und Schrödinger mit voller Überzeugung die Meinung verfochten, dass eben dieser Aspekt das Hauptmerkmal der Quantenwelt sei.
 
Erst ab etwa 1995 begann auch die riesige Gruppe der Festkörperphysiker an Nicht-Lokalität zu glauben und Begriffe wie "nichtlokale Korrelation", "echter Zufall" und "Bellsche Ungleichung" ernst zu nehmen. Nur die ebenfalls recht große Gruppe der Hochenergiephysiker gibt sich nach wie vor skeptisch. Sie scheinen der Meinung zu sein, dass nur ihre Physik fundamentale Fragen aufgreife und die Arbeit aller anderen Physiker nicht mehr als ein weit entwickeltes Ingenieurwesen darstelle.
 



Was ist ein Quantensystem? Gisin (2014):
 
Heute gilt die Verletzung einer Bell-Ungleichung als Kennzeichen eines Quantensystems.

 



 

  Beitrag 1999-45
Warum das Zwei-Teilchen-Bild nicht ganz richtig ist

 
 

Quantenverschränkung:

Warum das Bild von » zwei Teilchen « die Situation allzu stark vereinfacht



Das Bild der » zwei Teilchen « sei, so sagt Görnitz, eine Irreführung:

Zitat von Görnitz, S 105, auszugsweise:
 
Viel besser verständlich wird der durch ERP angesprochene Sachverhalt, wenn von einem einzigen, ausgedehneten [nicht-lokalen
Erst im Vorgang der "Messung" wird dieses Ganze durch die Wechselwirkung mit einem "Messapparat" in zwei Teile zerlegt.

Solange das Ganze als ein aus 2 Objekten zusammengesetztes System betrachtet wird, ist der Vorgang fast nicht zu verstehen: Die Physiker sprechen zwar von deren "Ver­schränkung", aber höchstens der Fachmann weiß, dass dabei etwas ganz anderes gemeint ist als diese beiden konkreten Teile, nämlich die gleichzeitige Existenz aller quantenphysikalisch möglichen Zerlegungen des Ganzen. Dabei sind die Ausgangsteile verschwunden, ihr Zustand undefiniert.

Historische Notiz: Das Wort "Verschränkung" stammt aus der Holzverarbeitung und bezeichnet eine besonders stabile Verbindung zweier Bretter, die verzahnt und verleimt werden. Aber natürlich bleiben es immer zwei Bretter — und genau dies legt die unzutreffende Vorstellung nahe, dass zwei Teile vorhanden sein würden.
 


Was wirklich passiert ist:

Zitat von Görnitz, S. 106-108 (stark gekürzt, alle Bilder weggelassen):
 
Durch eine Messung wird das ausgedehnte Objekt zerlegt, und zwar sofort und als Ganzes. An dem einen, der erst hierbei entstehenden Teile wird ein Faktum erzeugt, der andere Teil gelangt in einen eigenen Quantenzustand, ist aber noch nicht gemessen.

Während der Zustand des gemessenen Teile als Faktum vorliegt, ist das Wissen über den Zustand des ungemessenen Teiles lediglich Wissen über eine Quanten­möglichkeit und gerade kein Wissen über ein Faktum.

Man kann daher mit Gewissheit vorhersagen, was unmöglich sein wird, aber nicht, welches konkrete Faktum sich innerhalb des Möglichen ergeben wird. [Nur

Stellt man dem zweiten Teil aber eine andere Messfrage, so wird man stattdessen ein Messergebnis erhalten, das zu dieser neuen Fragestellung passt. Die Wahrscheinlichkeit, dass es — als Vektor betrachtet — in die eine oder die entgegengesetzte Richtung weist, wird nur dann gleich groß sein, wenn die neue Fragestellung "orthogonal" zur alten ist.
 


ERP ist Beispiel für eine Verschränkung, bei der es um Nicht-Lokalität hinsichtlich des Ortes geht.

Nicht-Lokalität kann aber z.B. auch hinsichtlich der Zeit auftreten (Görnitz: Quanten sind anders, S. 168).


Stets aber geht es bei Verschränkung darum, dass eine Handlung an einem Ganzen sich auf all seine Teile auswirken kann
( und zwar  o h n e  dass die alle sofort in den Zustand "gemessen" übergehen ).



 

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