Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Quanteneffekte in der Alltagswelt? Faculty of Physics University of Vienna, Austria Institute for Quantum Optics and Quantum Information Austrian Academy.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Quanteneffekte in der Alltagswelt? Faculty of Physics University of Vienna, Austria Institute for Quantum Optics and Quantum Information Austrian Academy."—  Präsentation transkript:

1 Quanteneffekte in der Alltagswelt? Faculty of Physics University of Vienna, Austria Institute for Quantum Optics and Quantum Information Austrian Academy of Sciences Vortrag im Rahmen der Verleihung des Loschmidt-Preises der Chemisch-Physikalischen Gesellschaft Universität Wien, 12. Januar 2010 Johannes Kofler

2 Klassisch versus quantenmechanisch Isaac Newton (1643–1727) Ludwig Boltzmann (1844–1906) Albert Einstein (1879–1955) Niels Bohr (1885–1962) Erwin Schrödinger (1887–1961) Werner Heisenberg (1901–1976) Kontinuität Newtonsche Gesetze Definitive Zustände Determinismus Makro-Welt Quantisierung Schrödinger-Gleichung Superposition/ Verschränkung Zufall Mikro-Welt Klassische PhysikQuantenphysik

3 Doppelspalt-Experiment Mit Elektronen! (oder Photonen, Molekülen,...) Mit Katzen? Superposition |Katze links + |Katze rechts Gruppe M. Arndt

4 Warum sehen wir keine makroskopischen Superpositionen? Zwei Schulen: -Dekohärenz unkontrollierbare Wechselwirkung mit der Umgebung innerhalb der Quantenphysik (anerkannt) -Kollaps-Modelle Makro-Superpositionen sind verboten ändert die Quantenphysik (debattiert) Alternative Antwort: -Grobkörnige (dh. unscharfe) Messungen Auflösung der Messapparate ist limitiert innerhalb der Quantenphysik

5 Makro-Realismus Leggett und Garg (1985): Makro-Realismus per se Ein makroskopisches Objekt ist zu jedem Zeitpunkt in einem definitiven Zustand. Nicht-invasive MessbarkeitMan kann zumindest im Prinzip feststellen, in welchem Zustand das System ist, ohne den Zustand selbst oder die Zeitevolution zu stören. t = 0 t t1t1 t2t2 Q(t1)Q(t1)Q(t2)Q(t2)

6 Dichotome Größe: t = 0 t t1t1 t2t2 t3t3 t4t4 t Verletzung Makro-Realismus per se oder/und nicht-invasive Messbarkeit falsch Die Leggett-Garg-Ungleichung Alle makro-realistischen Theorien erfüllen die Leggett-Garg-Ungleichung

7 Wann ist die Leggett-Garg-Ungleichung verletzt? ½ Rotierendes Spin-½- Teilchen (zB. Elektron) Rotierender klassischer Spin-Vektor (zB. Kreisel) K > 2: Verletzung der Leggett-Garg-Ungleichung K 2: Klassische Zeitevolution, keine Verletzung classical limit Präzession um eine Achse (durch Magnetfeld resp. durch äußere Kraft) Messungen entlang anderer Achse

8 Makroskopische Quantensysteme Mikroskopische Quantensysteme Verletzung der Leggett- Garg-Ungleichung ??

9 Modellsystem für makroskopische Quantenobjekte Modellsystem:Spin-j makroskopisch: j ~ makroskopischer Magnet, der aus 2j elementaren mikroskopischen Magneten besteht –j–j+j+j Messung des Spins (dh. des magnetischen Moments) entlang einer Richtung: 2j+1 verschiedene Resultate (Quantisierung) m = – j, –j+1,..., +j SüdNord j

10 Rotation eines Spin-j-Teilchens im Magnetfeld klassisches Limit Scharfe Messung der Spin-Komponente Verletzung der Leggett-Garg- Ungleichung für beliebig große Spin-j Klassische Physik eines rotierenden Spin-Vektors Q = +1 Q = –1 –j–j+j –j–j Grobkörnige Messung

11 Superposition vs. Mischung Um die Quanteneigenschaften eines Spin-j zu sehen, muss man j 1/2 Levels auflösen können! Für j sind das Levels. Scharfe Messungen Grobkörnige Messungen

12 Albert Einstein und...Charlie Chaplin 30. Januar 1931 Los Angeles-Theater anlässlich der Premiere des neuen Chaplin-Films Großstadt-Lichter.

13 Makroskopische Quantensysteme Mikroskopische Quantensysteme Verletzung der Leggett- Garg-Ungleichung ??

14 Makroskopische Quantensysteme Art der Messung Mikroskopische Quantensysteme Verletzung der Leggett- Garg-Ungleichung scharf Makro-Realismus & klass. Bewegungsgesetze grobkörnig Art der Zeitentwicklung klassisch [1] J. Kofler & Č. Brukner, Physical Review Letters 99, (2007).

15 Makroskopische Quantensysteme Art der Messung Mikroskopische Quantensysteme Verletzung der Leggett- Garg-Ungleichung scharf Makro-Realismus & klass. Bewegungsgesetze grobkörnig Art der Zeitentwicklung klassisch? [1] J. Kofler & Č. Brukner, Physical Review Letters 99, (2007).

16 Nicht-klassische Zeitentwicklungen Hamiltonian: Aber die Zeitentwicklung selbst kann nicht klassisch verstanden werden und verletzt die Leggett-Garg-Ungleichung (K > 2) und damit Makro-Realismus. Produziert eine oszillierende Schrödinger- Katze (zeitabhängige makroskopische Superposition): Unter grobkörnigen Messungen sieht der Zustand zu jedem Zeitpunkt aus wie eine Mischung: Zeit

17 Makroskopische Quantensysteme Art der Messung Mikroskopische Quantensysteme Verletzung der Leggett- Garg-Ungleichung scharf Makro-Realismus & klass. Bewegungsgesetze grobkörnig Art der Zeitentwicklung klassisch? [1] J. Kofler & Č. Brukner, Physical Review Letters 99, (2007).

18 Makroskopische Quantensysteme Art der Messung Mikroskopische Quantensysteme Verletzung der Leggett- Garg-Ungleichung scharf Makro-Realismus & klass. Bewegungsgesetze grobkörnig Kein Makro-Realismus Art der Zeitentwicklung klassischnicht-klassisch [1] J. Kofler & Č. Brukner, Physical Review Letters 99, (2007). [2] J. Kofler & Č. Brukner, Physical Review Letters 101, (2008).

19 Makroskopische Quantensysteme Art der Messung Mikroskopische Quantensysteme Verletzung der Leggett- Garg-Ungleichung scharf Makro-Realismus & klass. Bewegungsgesetze grobkörnig Kein Makro-Realismus Art der Zeitentwicklung klassischnicht-klassisch Dekohärenz durch Umgebung ? [1] J. Kofler & Č. Brukner, Physical Review Letters 99, (2007). [2] J. Kofler & Č. Brukner, Physical Review Letters 101, (2008).

20 Makro-Realismus & Kontinuität Makro-Realismus per se Ein makroskopisches Objekt ist zu jedem Zeitpunkt in einem definitiven Zustand. Nicht-invasive MessbarkeitMan kann zumindest im Prinzip fest-stellen, in welchem Zustand das System ist, ohne den Zustand selbst oder die Zeitevolution zu stören. KontinuitätBeobachtbare Größen ändern sich kontinuierlich in Raum und Zeit.

21 -Die Leggett-Garg-Ungleichung und Makro- Realismus werden erfüllt. -Aber: Es gibt keine kontinuierliche raumzeitliche Beschreibung des Systems. Das System kann Sprünge machen und von Nord nach Süd kommen ohne den Äquator zu passieren. -Klassische Physik: Differentialgleichungen für direkt observable Größen (im echten Raum). -Quantenmechanik: Differentialgleichungen für den Quantenzustand (im Hilbert-Raum). Nicht-klassische Zeitentwicklung & grobkörnige Messungen & Dekohärenz (Wechselwirkung mit der Umgebung)

22 Makroskopische Quantensysteme Art der Messung Mikroskopische Quantensysteme Verletzung der Leggett- Garg-Ungleichung scharf Makro-Realismus & klass. Bewegungsgesetze grobkörnig Kein Makro-Realismus Art der Zeitentwicklung klassischnicht-klassisch Dekohärenz durch Umgebung ? [1] J. Kofler & Č. Brukner, Physical Review Letters 99, (2007). [2] J. Kofler & Č. Brukner, Physical Review Letters 101, (2008).

23 Makroskopische Quantensysteme Art der Messung Mikroskopische Quantensysteme Verletzung der Leggett- Garg-Ungleichung scharf Makro-Realismus & klass. Bewegungsgesetze grobkörnig Kein Makro-Realismus Art der Zeitentwicklung klassischnicht-klassisch Dekohärenz durch Umgebung Makro-Realismus, keine kont. Entwicklung [1] J. Kofler & Č. Brukner, Physical Review Letters 99, (2007). [2] J. Kofler & Č. Brukner, Physical Review Letters 101, (2008). [3] J. Kofler, N Burić & Č. Brukner, arxiv: [quant-ph] (2009).

24 Makroskopische Quantensysteme Art der Messung Mikroskopische Quantensysteme Verletzung der Leggett- Garg-Ungleichung scharf Makro-Realismus & klass. Bewegungsgesetze grobkörnig Kein Makro-Realismus Art der Zeitentwicklung klassischnicht-klassisch Dekohärenz durch Umgebung Makro-Realismus, keine kont. Entwicklung [1] J. Kofler & Č. Brukner, Physical Review Letters 99, (2007). [2] J. Kofler & Č. Brukner, Physical Review Letters 101, (2008). [3] J. Kofler, N Burić & Č. Brukner, arxiv: [quant-ph] (2009). Chance, in Experimenten trotz Dekohärenz nicht- klassische Effekte zu sehen

25 kg g pg mg g ng Weltweites Wettrennen zu makroskopischen Superpositionen Gruppe M. Aspelmeyer

26 Zusammenfassung Art der Messung Art der Zeitentwicklung Dekohärenz durch Umgebung Quanteneffekte in der Alltagswelt? – Prinzipiell möglich! ?

27 Danke für die Aufmerksamkeit!


Herunterladen ppt "Quanteneffekte in der Alltagswelt? Faculty of Physics University of Vienna, Austria Institute for Quantum Optics and Quantum Information Austrian Academy."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen