Verschränkte Quanten und physikalische Messergebnisse
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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.
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.
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).
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.
Gisin (ab S. 194):
Ich habe keinen Zweifel daran, dass die Nichtlokalität — ebenso wie die Relativität — unseren vertrauten Zeitbegriff aushöhlt.
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.
Zitat von Görnitz, S 105, auszugsweise:
Viel besser verständlich wird der durch ERP angesprochene Sachverhalt, wenn von einem einzigen, ausgedehneten [nicht-lokalen] Objekt ausgeht.
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.
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.
Gesprächsnotiz (2021):
Die Quantisierung der Strings basiert auf der algebraischen Methode, die zur Lösung des Eigenwertproblems des quantenmechanischen Harmonischen Oszillators (HO) von Dirac entwickelt wurde.
Angeregte Zustände des HO werden durch Einwirkung eines Erzeugungsoperators a+ auf den Grundzustand erzeugt. Entsprechend vernichtet der Operator a einen besetzten Zustand. Aufgrund des Pauli-Prinzips müssen die Erzeuger (E.) und Vernichter (V.), die einen besetzten Zustand mit Fermionen erzeugen anderen algebraischen Bedingungen genügen als bosonische E. und V.
In der Quantenfeldtheorie sind die E. und V. die Fourier-Koeffizienten der Quantenfeldoperatoren.
Die Quantisierung des Strings behandelt man ebenso. Man erzeugt also einen angeregten Zustand eines Strings, indem man die Fourier-Koeffizienten der Moden-Entwicklung des Strings wie Erzeugungs-und Vernichtungsoperatoren behandelt.
Der dieser algebraischen Quantisierungsmethode zugrundeliegende Hilbert-Raum ist der Fock-Raum. Die darauf induzierte Norm muss positiv definit sein.
Verbindet man nun die Notwendigkeit der positiven Definitheit des Fock-Raumes als Zustandsraum mit gewissen Eigenschaften die die Vernichter und Erzeuger haben müssen (sie werden durch die Generatoren der Virasoro-Algebra ausgedrückt), so ergibt sich durch Analyse der möglichen Fälle, dass die Dimension D der der Stringtheorie zugrundeliegenden Minkowski-Raumzeit genau 26 betragen muss. Dabei muss ein zusätzlicher Parameter a gleich eins sein.
Für ( D > 26 und a > 1 ) sowie ( D < 26 und a < 1 ) ergäben sich Zustände mit negativer Norm (etwas Nicht-Physikalisches also, sog. "Geisterzustände").
Daher: Quantifizierung offener und geschlossener, freier bosonischer Strings erfordert D = 26.
Unzicker
Daher musste man die zu simple Vorstellung aufgeben, im Atom umkreise ein Elektron den Kern — denn allein schon durch die Beschleunigung aufgrund der Zentripetalkraft käme es zu einer Abstrahlung und somit zu Energieverlust.
Zeilinger (2008):
Wir müssen uns in Erinnerung rufen: Quanteninterferenzen treten nur dann auf, wenn keinerlei Information darüber vorliegt, welchen Weg das Teilchen genommen hat. Es geht nicht darum, ob ein Beobachter tatsächlich diese Information besitzt, sondern ob es im Prinzip überhaupt möglich ist, den Weg zu wissen …
Gian Francesco Giudice (2009):
Werfen wir einen Stein in die Mitte eines Sees, so können wir beobachten, wie die durch den Stein verursachte Störung sich auf der Wasseroberfläche als kreisförmige Welle fortpflanzt.
Erreichen diese Wellen eine entfernte Boje, so wird diese in Auf- und Abbewegung versetzt.
Die Wirkung des Steins auf die Boje kommt nicht als Fernwirkung zustande, sondern durch die sich fortpflanzende Welle.
Auf eben diese Weise transportieren Felder die Information von Kräften durch den Raum.
Ein System reagiert ausschließlich auf die Wirkung solcher Feldanregungen in seiner Nähe.
Wir können uns das Quantenfeld als ein riesiges, den gesamten Raum bedeckendes Meer vorstellen. An verschiedenen Stellen türmen sich Wellen auf, Wogen und Dünungen, die sich entlang seiner Oberfläche fortpflanzen. Einzeln betrachtet erscheinen sie uns wie isolierte Einheiten. Tatsächlich aber sind alle Teil derselben Substanz: des Meeres.
Ebenso enthält das Quantenfeld Energieportionen, die sich im Raum ausbreiten und jeweils dem entsprechen, was wir als Teilchen bezeichnen.
Tatsächlich aber sind Teilchen nur eine Manifestation der Grundsubstanz, die den Raum ausfüllt — eine Energie tragende Anregung des Quantenfeldes.
Teilchen sind Lokalisierung der Feldenergie, ebenso wie Wellenkämme im Meer lokalisierte Anstiege des Wasserspiegels sind.
So gesehen wird die Dualität von Teilchen und Welle — für die Pioniere der Quantenmechanik noch recht unerklärlich — vor dem Hintergrund der Feldquantisierung nun gut verstehbar.
Nehmen wir z.B. Elektronen: Wir halten sie für diskrete Teilchen, tatsächlich aber sind sie Energieanhäufungen im Quantenfeld, welches sich über den gesamten Raum erstreckt.
Jede Teilchensorte hat ihr eigenes Quantenfeld — es gibt das Feld der Elektronen, das Feld der Neutrinos, usw.
Und ebenso gibt es Felder für sämtliche Wechselwirkungen.
Zwei Beispiele wären:
- Bei geladenen Teilchen entspricht das Quadrat der Feldwerte der lokalen Ladungsdichte.
- Beim Photon entspricht das Feld dem elektromagnetischen (Vektor)-Potential.
In einer menschlichen Population ist jedes Individuum einzigartig. In Quantenfeldern ist das anders: Sämtliche Elektronen gleichen einander wie ein Ei dem anderen: Jedes Elektron ist exaktes Abbild all seiner Artgenossen, denn ein einziges Gebilde — das Elektronenfeld — beschreibt sie alle. Dieses Feld ist gepulst und konzentriert seine Energie in bestimmten Punkten des Raumes. Wir nehmen solche Energieanhäufungen als einzelne Elektronen wahr.
In einer stürmischen See entstehen zahlreiche Wogen und Wellen, manche riesig, mache winzig — doch sie alle bestehen aus derselben Substanz: Wasser. Ebenso können Elektronen unterschiedliche Geschwindigkeit haben; manche bewegen sich schnell, andere langsam — und doch haben alle Masse und Ladung, denn sie sind Manifestation desselben Feldes: Ein einziges Feld beschreibt sämtliche Elektronen im Universum.
Aus Sicht der Quantenfeldtheorie ist die elektromagnetische Kraft das Ergebnis der Wechselwirkung zwischen dem Feld der Elektronen und dem der Photonen.
Es ist als wäre das Meer in unserem Bild mit Wassermengen unterschiedlicher Farbe gefüllt (Farbe = Elementarteilchenart). Treffen Wellen unterschiedlicher Farbe aufeinander, sind die Auswirkungen wechselseitig: Manche Wellen verlieren sich, manche nehmen die Energie anderer Wellen auf und schwellen an, oder es entstehen neue Wellen. Stets jedoch ist die Wechselwirkung streng lokal.
Die Teilchenwelt ist einen unablässigen Wandel unterworfen, in der ständig Energieportionen neue Ausprägung annehmen, entstehen und vergehen wie Wellen in stürmischer See. Ein Teilchenbeschleuniger — wie etwa der LHC am CERN — verursacht sozusagen einen "Sturm" gewaltiger Kraft, bei dem zwei gigantische Riesenwellen aufeinander krachen und so hoffentlich auch neue, bisher noch nicht beobachtete Wellen hervorbringen.
Eine bedeutende Konsequenz der Quantenfeldtheorie war die erfolgreiche begriffliche Vereinigung von Strahlung, Materie und Kraft (drei Erscheinungsformen der Energie, die wir für gewöhnlich als etwas völlig Unterschiedliches erleben).
Gian Francesco Giudice (2009):
Beispielsweise ergeben sich aus der QED gigantische, gegen unendlich strebende Korrekturen für die Masse und die Ladung des Elektrons und auch der Lamb-Verschiebung.
Sobald man nun aber die Lamb-Verschiebung in Relation zur Elektronenmasse formuliert, heben diese riesigen Korrekturen einander auf und übrig bleibt eine vollkommen vernünftige Zahl.
Gian Francesco Giudice (2009):
In Kombination mit dem Renormierungsverfahren erlaubt die QED ganz erstaunlich präzise Vorhersagen über die elektromagnetischen Prozesse in der Teilchenwelt.
Man kann heute die magnetischen Eigenschaften in Zusammenhang mit den Bewegungen von Myon und Elektron mit einer relativen Genauigkeit von 6 • 10-10 bzw. 3 • 10-13 messen. Das ist — um diesen phantastischen Genauigkeitsgrad mal anschaulich zu machen — so als würde man den Erdumfang mit einer Genauigleit von 10 Mikrometern messen können.
Erstaunlicher noch: All diese Messergebnisse stimmen mit auch heute noch extrem beeindruckender Genauigkeit überein mit den Rechenergebnissen der QED.
Dennoch sah man lange Zeit das Renormierungsverfahren als mathematische Trickserei zur Vertuschung eines verborgenen, noch unerkannten konzeptuellen Problems und hat daher nach Alternativen zur QED gesucht. Julian Schwinger formulierte das später so: Die Sorge der meisten beteiligten Physiker bestand nicht darin, die bekannt relativistische Theorie der verknüpften Elektronen- und elektromagnetischen Felder zu analysieren und sorgfältig anzuwenden, sondern darin, sie [die QED] zu ändern.
In der modernen Beschreibung der Elementarteilchen allerdings spielen jene neueren Theorieansätze (S-Matrix, Bootstrap, Nichtlokalität oder Fundamentallänge, um nur einige zu nennen) kaum eine Rolle. In den 1950-er und 1960-er Jahren aber lagen sie voll im Trend als Versuche, die QED zu entzaubern.
Pedro G. Ferreira erklärt, wie das funktioniert:
Die Masse eines Elektrons ist in Laborversuchen höchst genau bestimmt worden und beträgt dieser Messung zufolge 9,1 • 10-27 Gramm.
Wendet man jedoch die Gleichungen der QED an, so gelangt man zu einem unendlich großen Wert für die Masse des Elektrons. Das liegt daran, dass
- einerseits die QED das ständige Entstehen und Vergehen extrem kurzlebiger Elektron-Positron-Paare durch Quantenfluktuation nicht vorsieht,
- andererseits aber diese virtuellen Teilchen, wenn in der Rechnung berücksichtigt, die Masse des Elektrons unendlich groß machen.
Somit führt die QED, wenn wörtlich genommen, an vielen Stellen zu Unendlichkeiten, d.h. zu falschen, undefinierten Rechenergebnissen.
Feynman, Schwinger und Tomonaga haben das Problem gelöst, indem sie argumentierten: Weil wir ja wissen, dass die Masse des Elektrons endlich ist (und weil wir sie kennen), macht es Sinn, das offenbar falsche errechnete Ergebnis zu » renormieren «, indem man es ersetzt durch den bekannten, gemessenen Wert.
Für Mathematiker klingt das so, als würde man im Zuge der Rechnung gewisse nicht konvergente Teilsummen willkürlich durch eine endlich Zahl ersetzen.
Paul Dirac erklärte sich als » mit dieser Situation sehr unzufrieden «. Er argumentierte, man weiche hier einem grundlegenen, noch unverstandenen Problem aus, indem man einen » Taschenspielertrick « vorführe. Seiner Überzeugung nach halte genau diese Trickserei die Physiker davon ab, mit Hilfe der allgemeinen Relativitätstheorie zu einer Vereinigung aller vier physikalischen Grundkräfte zu kommen.
Historische Notiz:
In den 1970-er Jahren wurde gezeigt, dass hierzu analoge Renormierungsverfahren auch noch in anderem Kontext mit Erfolg anwendbar sind.
Die als » das Standardmodell der Elementarteilchen « bekannt gewordenen Theorie verwendet sie heute noch und liefert mit ihrer Hilfe exakte, sehr brauchbare Vorhersagen. Dennoch hat Dirac diese Methodik nie als zulässig akzeptiert, sich ihres Erfolges wegen aber zunehmend in seiner Fakultät in Cambridge isoliert. Er gab 1969 seinen Lehrstuhl auf und übernahm eine Professur in Florida.
Roger Penrose (1994):
Der Begriff Quantenkohärenz (Synonym: Bose-Einstein-Kondensation) bezieht sich auf Situationen, in denen sehr viele Teilchen kollektiv so zusammenwirken, dass sie insgesamt einen einzigen Quantenzustand bilden, der i.W. nicht mit dem seiner Umwelt korreliert ist.
Note: Physiker sprechen von Kohärenz wo sich Schwingungen zeigen, die an verschiedenem Ort in Phase sind und deswegen gleichsam "im Takt" schwingen.
Bei Quantenkohärenz geht es um die Schwingungseigenschaften der Wellenfunktion, und Kohärenz bezieht sich auf die Tatsache, dass wir es mit einem einzigen Schwingungszustand zu tun haben.
Solch kohärente Quantenzustände können verursachen
- Supraleitung (der elektrische Widerstand wird zu Null) oder
- Suprafluidität (die innere Reibung oder Viskosität der Flüssigkeit verschwindet).
Ein charakteristisches Merkmal jeder solchen Situation ist eine Energielücke, die von der Umwelt überbrückt werden muss, diesen Quantenzustand zu stören.
Wenn die Temperatur der Umwelt zu hoch wird, so dass die Energie vieler dort vorhandener Teilchen ausreicht, die Energielücke zu überspringen und sich mit dem Quantenzustand zu verschränken, geht die Quantenkohärenz verloren.
Supraleitung und Suprafluidität treten deswegen meist nur bei sehr niedriger Temperatur auf (nur wenige Grad über dem absoluten Nullpunkt). Dennoch hat man inzwischen auch Stoffe entdeckt, die bei sehr viel höherer Temperatur supraleitend sein können: bis hinauf zu 115 K, ja sogar bis zu Kältegraden, die sogar der Mensch gerade noch aushalten könnte (-12 Grad unter Null).
Man spricht hier von Hochtemperatur-Supraleitung, und die könnte sogar in biologischen Lebewesen eine Rolle spielen:
Der Physiker Herbert Fröhlich (der zwischen 1930 und 1940 bahnbrechend zum Verständnis der Niedrigtemperatur-Supraleitung beitrug), hatte schon lange vor der erst 50 Jahre später erfolgten Entdeckung der Hochtemperatur-Supraleitung vermutet, dass in biologischen Systemen kollektive Quanteneffekte eine Rolle spielen könnten. Diese Vermutung stützt sich auf ein schon 1938 in biologischen Membranen beobachtetes Phänomen.
Lars Onsager, unabhängig davon auch Oliver Penrose, sagen voraus, dass Quantenkohärenz in aktiven Zellen zu Schwingungen führen sollten, die Resonanz mit eletromagnetischer Mikrowellenstrahlung von 1011 Hz zeigen sollten.
Thomas Görnitz (2002):
Man versteht darunter den Übergang von einer Beschreibung durch den ständigen Kollaps der Wellenfunktion geschaffener Fakten — der sog. klassischen Beschreibung materieller Objekte — hin zu einer Beschreibung der Fülle aller Möglichkeiten, welche die Wellenfunktion eines Quantensystems uns nennt. Mit anderen Worten:
- Mit der Quantisierung (1. Art) ist der Austausch der klassischen Beschreibung eines Objekts durch seine quantenphysikalische gemeint.
- Wo Physiker von der zweiten Quantifizierung sprechen, meinen sie damit den Übergang hin zur feldtheoretischen Formulierung.
Sie berücksichtigt, dass von Teilchen einer bestimmten Art eben nicht nur eines, sondern sehr viele existieren. Ihre wellentheoretische Summe nennt man das Quantenfeld der entsprechenden Art.
So ist z.B. das elektromagnetische Feld nichts anderes als die Summe aller Lichtwellen im Universum.
Sein Zustandsraum ist das Tensorprodukt der Zustandsräume sämtlicher Photonen (ein sog. Fock-Raum, wie man auch sagt). Er hat unendlich viele Dimensionen, denn es entstehen ja ständig neue Photonen.
Gesprächsnotiz (2021):
Der SUSY liegt die Vorstellung zugrunde, dass Fermionen (F) und Bosonen (B) zwei unterschiedliche Zustände eines einzigen Superteilchens sind.
Dies ist ganz analog zu verstehen zur Isospin-Symmetrie in der Kernphysik, wonach man sich das Proton und das Neutron als zwei unterschiedliche Zustände des Nukleons vorzustellen hat. Sie unterscheiden sich nur durch die 3-Komponente I3 des Isospins I, der mathematisch eine drehimpuls-artige Größe ist. Dem Proton ordnet man die Isospinkomponente I3 = 1/2 und dem Neutron I3 = -1/2 zu. Der zugrundeliegende Raum ist dann der Isospinraum.
Im sogenannten Superraum, dem Zustandsraum der SUSY, liegen Fermionen und Bosonen, als unterschiedliche Realisierungen eines Superteilchens, nebeneinander. Nebeneinander heißt, dass wenn man ein Fermion mit Spin J hat, man immer auch einen Superpartner mit Spin J + 1/2 oder J - 1/2 finden kann.
Mittels einer SUSY-Transformation im Superraum kann ein gegebenes Fermion F mit Spin J in ein benachbartes Boson B mit Spin J -1/2 oder J +1/2 überführt werden. Dadurch sind Fermionen und Bosonen ineinander transformierbar und hinsichtlich dieser Eigenschaft symmetrisch, 'supersymmetrisch', wie man sagt.
Führt man die SUSY-Transformation nochmals durch, erhält man das ursprüngliche Fermion zurück, allerdings hat sich dieses nun in der 4-dimensionalen Raumzeit verschoben. Eine Verschiebung eines Punktes in der Raumzeit wird aber durch die Translationsgruppe der Poincare-Gruppe beschrieben. Die SUSY hat deswegen zur Folge, dass man von globalen zu lokalen Eichtransformationen übergehen kann, was aber die Einführung von Eichfeldern notwendig macht.
Da die lokale Poincare-Invarianz eine notwendige Eigenschaft der ART ist, besteht ein Zusammenhang zwischen der ART und SUSY.
Das Graviton mit Spin J = 2 kann im Rahmen der lokalen SUSY sinnvoll eingeführt werden, wenn sein SUSY-Partnerteilchen ein Fermion mit Spin J = 3/2 ist, Diese Partnerteilchen bezeichnet man als Rarita-Schwinger-Feld (RSF): Es versteht sich als Eichfeld zum Graviton. Die Feldgleichung des RFS ist die Rarita-Schwinger-Gleichung. Man kann nun verschiedene Fälle der SUSY untersuchen, indem man die Anzahl N der Generatoren der Superalgebra variiert. N = 1 heisst dann einfache Supergravitation (SUGRA), und N> 1 erweiterte SUGRA.
Man kann zeigen, dass die SUGRA in der 4-dimensionalen Raumzeit nur für maximal N = 8 möglich ist. Die Zahl N der Generatoren der SUSY-Algebra spielt eine wichtige Rolle in der Klassifikation der unterschiedlichen Varianten der Superstringtheorien.
Übergang zu 11-dimensionaler Raumzeit:
Die bisher beschriebene SUGRA ist auf einer 4-dimensionalen Raumzeit definiert. Die SUGRA ermöglicht die Einbeziehung von Fermionen in die ART. Edward Witten konnte zeigen, dass zur Einbeziehung der elektromagnetischen, schwachen und starken Wechselwirkung man die ursprüngliche Kaluza-Klein-Theorie um 7 Dimensionen erweitern muss. und dass es unterhalb 11 Raumzeit-Dimensionen unterschiedliche Versionen der SUGRA gibt. SUGRA wird erst dann eindeutig, wenn die Dimension der Raumzeit genau 11 ist.
Dass sich in Raumzeiten mit mehr als 11 Dimensionen keine konsistente SUSY-Theorie mehr formulieren läst, wurde 1977 erkannt durch W. Nahm in: Supersymmetries and their representations, Nuclear Physics B135 (1978).
Der Anschluss der SUGRA an die Stringtheorie erfolgte, als erkannt wurde, dass auch die 11-dimensionale SUGRA störungstheoretisch nicht zu renormieren ist. Die Stringtheorie wurde aber ja gerade deswegen entwickelt, weil sie die Unendlichkeiten vermeidet, die bei Wechselwirkungen auftreten.
Aus diesem Grund sind die Superstringtheorien Typ I, Typ IIA und Typ IIB supersymmetrisch. Ebenfalls supersymmetrisch sind die beiden heterotischen Stringtheorien E8xE8 und SO(32) .
Interessant auch: Strings der Theorie vom Typ I sind offene Strings. Alle anderen Varianten der Stringtheorie haben in sich geschlossene Strings zum Gegenstand.
Bernhard Kletzenbauer aus 1911-3:
Ab und zu hörte, oder las, ich vom "echten" Zufall innerhalb der Quantenwelt. Was hat es damit auf sich?
Harti aus 1911-7:...schon die Tatsache, dass die Quantenmechanik Wahrscheinlichkeitsvoraussagen machen kann, widerspricht der Annahme eines absoluten Zufalls hinsichtlich der Ursachen für ein Ereignis. Bei Annahme absoluten Zufalls könnte sie nämlich überhaupt keine Voraussagen machen.
Harti aus 1911-7:Falls man eine Wahrscheinlichkeitsaussage treffen kann, kennt man die Ursachen für ein Ereignis eben nur ungenau.
Zitat:Die Natur wählt nicht aus, sondern das quantale Geschehen findet ganz einfach statt und zwar absolut zufällig. Aber das ist vermutlich nur Sprach-Kosmetik.
Harti aus 1911-10:... Sowohl die positive Aussage "es gibt immer eine Ursache für ein Ereignis" wie die negative Aussage "ein Ereignis hat absolut keine Ursache" sind uns aufgrund eingeschränkter Erkenntnisfähigkeit verwehrt. Die Planck- Größen sprechen m.E. dafür, dass wir absoluten Zufall weder bejahen noch ausschließen können.
Zitat:Diesen Überlegungen zufolge tritt der Zufall in der Quantenphysik nicht etwa deshalb auf, weil wir zu dumm sind, um die Ursache für das Einzelereignis zu kennen, sondern weil es einfach keine Ursache für das Einzelereignis gibt, weil das Teilchen einfach keine Information tragen kann, wo es auf dem Interferenzschirm auftreffen soll.
Der Zufall in der Quantenphysik ist also nicht ein subjektiver, er besteht nicht deshalb, weil wir zuwenig wissen, sondern er ist objektiv. Ganz im Sinne Heisenbergs ist es nicht unser Unwissen, von dem wir hier also sprechen, sondern die Natur selbst ist in solchen Situationen in keiner Weise festgelegt, ehe das einzelne Ereignis auftritt.
Könnte!Laevicula aus 1911-13:Das ist aber doch ein Unterschied. Beim Bankkonto könnte man das theoretisch vorher wissen; da weiß man, dass der Kontostand eine Ursache hat.
E... aus 1915-114:
Noch ist kein natürlich entstandenes Quantensystem beobachtet worden.
Zitat von E... :
Ebenso ist bei allen Experimenten an und mit Quantensystemen nie beobachtet (oder gemessen) worden das die Präperate wieder in den Kohärenzzustand zurückfallen.
Wrentzsch aus 1915-115:
Also alles, was wir nicht messen, ist keine Tatsache!
E... aus 1915-121:
Grtgrt vertritt die Auffassung, quantenphysikalische Eigenschaften der Materie würden sich permanent und ungeachtet der bestehenden Wechselwirkungen mit der Umgebung realisieren. Überall und jeder Zeit.
Da geht es nicht um Wechselwirkungen zwischen einem Präparat und dem Messinstrument oder der Laboreinrichtung.
Gregor Lämmer aus 1915-118:
Kein Geringerer als Werner Heisenberg hat den Ursprung sehr treffend formuliert mit der Aussage:
"Der erste Trunk aus dem Becher der Naturwissenschaft macht atheistisch, aber auf dem Grund des Bechers wartet Gott".
Es geht mir keinesfalls um religiöse Propaganda. Das ist für mich einfach Logik pur.
Grtgrt in 1999-8:
Was Quantensysteme von sog. "klassischen" Systemen unterscheidet
Unter einem System versteht man in Bezug zueinander gesetzte Objekte. Man nennt das System klassisch, wenn das System allein unter Berücksichtigung der örtlichen Position seiner Teile untereinander – und natürlich der Teile selbst – ausreichend gut beschrieben ist.
Jedes System wird erst durch Abstraktion klassisch, macht in dieser Form aber nicht immer Sinn, insbesondere dann nicht, wenn zwischen seinen Teilen Kräfte wirken oder andere, noch kompliziertere Abhängigkeiten bestehen (wie etwa Quantenverschränkung). Abhängigkeiten nämlich haben eine Aufweichung der Identität der Teilobjekte des Systems zur Folge, die so weit gehen kann, dass einige der Teile ihre Identität völlig verlieren – jene also undefiniert wird.
Wir sehen:
Gibt es zwischen Systemteilen hinreichend starke Abhängigkeiten (z.B. durch Kräfte gegebene), so bewirken die,
dass die Eigenexistenz der Teile ganz oder teilweise aufgehoben wird
und damit ein neues, qualitativ anderes Ganzes entsteht.
Zitat von H. D. Zeh (1993):
Die Kinematik der Quantentheorie erlaubt Quantenkorrelationen ("Verschränkungen") zwischen zwei beliebigen Systemen mit möglichen Zuständen φi und phi;k in der Form von Superpositionen der Art
psi; = Σ ci,k φi phi;k .
Diese n i c h t l o k a l e Kinematik beschreibt den wohl wichtigsten Unterschied zur klassischen Physik, indem
der Gesamtzustand eines zusammengesetzten Quantensystems im allgemeinen k e i n e Zustände der Teilsysteme mehr definiert.
Er kann dann also seinerseits auch nicht durch solche bestimmt sein.
Trotz der bewährten statistischen Aspekte der Quantenmechanik sind diese Korrelationen nicht als rein statistisch bedingt zu deuten. Sie bestimmen vielmehr auch eindeutig objektiv nachprüfbare ("reale") Eigenschaften des individuellen Gesamtzustands (wie z.B. einen Gesamtdrehimpuls).