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Astrologie und Quantenphysik? Franz Embacher im Rahmen der Vortragsserie Was Sie in Astrologiebüchern nicht lesen werden Kuffner Sternwarte, Wien, 27.

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1 Astrologie und Quantenphysik? Franz Embacher im Rahmen der Vortragsserie Was Sie in Astrologiebüchern nicht lesen werden Kuffner Sternwarte, Wien, 27. Jänner Fakultät für Theoretische Physik Universität Wien

2 Frage Liefert die Quantenphysik Argumente für die mögliche Richtigkeit der Astrologie?

3 Physik und PhysikerInnen Physik Theorie (Beschreibung der physikalischen Gesetze in der Sprache der Mathematik) Experiment (kontrollierte Beobachtung) PhysikerInnen persönliche Meinungen voneinander unterscheiden!

4 Quantenphysik Die Quantenphysik ist über 100 Jahre alt. Sie wurde entdeckt in kleinen Systemen (Strahlungsquanten = Lichtteilchen = Photonen, Atome und Moleküle, Elementarteilchen...) Nach dem heutigen Stand unseres Wissens gehorcht die gesamte physikalische Natur den Gesetzen der Quantentheorie. Bisher wurde keine einzige Beobachtung gemacht, die dieser Annahme widerspricht! In großen Systemen sind Quanteneffekte in der Regel nicht leicht zu erkennen. (Ausnahmen: Laser,...)

5 Zustand und Messgrößen Der Zustand eines Quantensystems kann beschrieben werden durch eine Welle (Wellenfunktion). Wellen können einander überlagern! (Verstärkung oder Auslöschung) Messgrößen (Observable) haben (in manchen Zuständen) keine scharfen Werte. Sie sind dann unbestimmt (unscharf). In einem solchen Fall sind vor einer Messung prinzipiell nur Wahrscheinlichkeitsaussagen über das Messergebnis möglich! Wahrscheinlichkeiten entsprechen der Intensität der Welle. Folgerung: Gleichzeitiges Vorhandensein von Alternativen!

6 Nichtlokalität Eine Einführung in die Quantentheorie ohne Formeln: Der Bombentest Dieses (Gedanken-)Experiment illustriert das Zustandekommen der quantenmechanischen Wahrscheinlichkeiten durch Wellen und ihre Überlagerungen. die Unbestimmtheit: Ohne Bombe ist der Weg des Photons unbestimmt. die Nichtlokalität: Einige Bomben sind scharf und bestehen den Test, d.h. sie explodieren nicht – womit wurde das gesehen, wenn doch kein Photon beim Zünder war? die Dekohärenz: Wechselwirkungen mit der Umgebung (z.B. ein Hindernis wie der Zünder der Bombe) zerstören Überlagerungen! Überlagerungen sind sehr sensibel!

7 Das Doppelspalt-Experiment Beschuss mit einzelnen Teilchen! Annahme: Das Teilchen geht durch einen Spalt Das Verhalten eines Teilchens, das durch den oberen Spalt geht, hängt davon ab, ob der untere Spalt offen ist! Woher aber weiß es, ob der untere Spalt offen ist ? Nichtlokalität!

8 Nichtlokalität und Informationsübertragung Nichtlokalität bedeutet nicht, dass Information instantan übertragen wird! Nach der Speziellen Relativitätstheorie ist überlichtschnelle Informationsübertragung nicht möglich, und sie wurde nie in einem physikalischen Experiment beobachtet! Dass Information nicht schneller als das Licht übertragen werden kann, ist eine der am besten gesicherten Aussagen der Physik! Sie bestätigt sich beispielsweise tagtäglich in der praktischen Arbeit in Teilchenbeschleunigern.

9 Verschränkung Ausgedehnte Systeme (z.B. Teilchenpaare) können verschränkt sein: AliceBob Dazu werden Messgrößen mit Ja-Nein-Verhalten herangezogen, z.B. der Spin der Teilchen: oder Zustand1.....|Alice: > |Bob: > Zustand2.....|Alice: > |Bob: > Zustand Überlagerung von Zustand 1 und Zustand 2 ist ein verschränkter Zustand. Derartige Zustände existieren in der Natur!

10 Bellsches Theorem und experimentelle Überprüfung Verschränkung und das EPR-Paradoxon AliceBob Das System sei im Zustand 3. Vor der Messung ist unbestimmt, welche Messergebnisse Alice und Bob erhalten werden (d.h. sie stehen noch nicht fest)! Findet Alice, so findet Bob ebenfalls. Die beiden Teilchen können nicht miteinander kommunizieren (Relativitätstheorie), d.h. die Messungen finden unabhängig voneinander statt! Ein derartiges Verhalten ist klassisch nicht zu erklären! (EPR-Paradoxon) Alice und Bob führen (gleichzeitig) eine Messung des Spins durch:

11 Zufall Aus dem Bellsche Theorem und seiner experimentellen Überprüfung folgt: Vor der Messung ist unbestimmt, welche Messergebnisse Alice und Bob erhalten werden (d.h. sie stehen noch nicht fest)! (Es gibt keine lokalrealistischen verborgenen Variablen!) Die Messergebnisse sind oder, aber welche dieser beiden Möglichkeiten beobachtet wird, ist rein zufällig! Daher gibt es nach heutigem Wissen den idealen, Zufall, d.h. Ereignisse, die keine Ursache haben! Viele Quantenprozesse werden von der Quantenphysik als rein zufällig betrachtet (z.B. der radioaktive Zerfall).

12 Informationsübertragung Verschränkung kann nicht dazu genutzt werden, um Information schneller als das Licht zu übertragen! (Alice kann Bob mit Hilfe der Verschränkung nichts mitteilen!) Falls Sie in den Medien gehört oder gelesen haben, dass die Quantenphysik überlichtschnelle Übertragung von Information kennt, so ist das schlicht eine falsche Darstellung der Erkenntnisse der heutigen Physik! Auch bei der berühmten Quantenteleportation tritt keine überlichtschnelle Informationsübertragung auf!

13 Quantenteleportation Das Protokoll der Quantenteleportation: Alice Bob Alice bekommt den unbekannten Zustand: Alice Bob Alice führt eine bestimmte Messung an ihren beiden Teilchen durch: Alice Bob Alice teilt Bob ihr Ergebnis mit: Klassische Kommunikation Alice Bob Bob führt eine Operation durch, die von Alices Mitteilung abhängt: AliceBob unbekannter Zustand verschränktes Teilchenpaar

14 Quantenteleportation Teleportation in Bildern Quantenteleportation funktioniert nur, wenn Bob das Ergebnis von Alices Messung erfährt. Diese Mittelung wird mittels klassischer Kommunikation (z.B. telefonieren) durchgeführt. Bevor Bob diese Information besitzt, kann er den unbekannten Zustand nicht wieder herstellen! Es ist also keine instantane Übertragung von Information im Spiel!

15 Quanten-Holismus? Hängt alles mit Allem zusammen? Wechselwirkungen zerstören und zerstreuen die Zusammenhänge atomarer Prozess erzeugt verschränkte Teilchen

16 Quanten-Holismus? Bei der Beschränkung auf lokale Subsysteme werden die Zusammenhänge zerstört: Information wird fortgetragen Verschränkung ist zerstört!

17 Schrödingers Katze: makroskopische Überlagerungen Katze lebt Katze ist tot Überlagerung Ein Quanteneffekt (z.B. Zerfall oder Nicht-Zerfall eines Atomkerns) steuert, ob eine Katze stirbt oder nicht: (Umgebung)

18 Beobachtung der Katze allein Katze lebt Katze ist tot Überlagerung ist zerstört! zrk

19 Beobachtung der Katze allein oder (im Sinn einer quantenphysikalischen Überlagerung)

20 Beobachtung der Katze allein Katze lebt Katze ist tot Überlagerung Ist zerstört! zrk

21 Quanten-Holismus? Der Zusammenhang alles mit Allem ist ein zerstreuter, zufälliger, weitgehend unstrukturierter und sehr instabiler! Makroskopische Erscheinungen sind davon in äußerst geringem Maß betroffen, da die Umgebung so viele Freiheitsgrade aufweist! Die Quantenphysik liefert keinerlei Hinweise auf die natürliche Entstehung makroskopisch bemerkbarer stabiler Verschränkungs- und Überlagerungs- Strukturen! Das ist umso sicherer, je größer die betrachteten Entfernungen sind (Gestirne – Erde)!

22 Die Zeit Die Zeit ist in der klassischen Physik und in der Quantentheorie ein Parameter, der die Aufeinanderfolge von Ereignissen bezeichnet. Darüber hinaus hat sie in diesen Theorien keineeigene Qualität! Kim Falconer: On the quantum level... time is not linear. Diese Aussage ist schlichtweg falsch!

23 Die Zeit In der Speziellen Relativitätstheorie ist die Zeit ein Aspekt der Raumzeit (d.h.: was eine Uhr anzeigt, hängt von ihrem Bewegungszustand ab), aber auch in dieser Theorie haben weder Raum noch Zeit eigene Qualitäten! In der Allgemeinen Relativitätstheorie und in den Versuchen einer Quantengravitation werden Raum und Zeit als dynamische Größen angesehen (die von der Materie beeinflusst werden), aber auch in diesen Theorien haben sie keine eigene Qualität!

24 (In-)Determinismus Klassische Physik: Determinismus Quantenphysik: Auf der Ebene der Wellen: Determinismus Auf der Ebene der Beobachtungen: Indeterminismus Gerade in der Quantenphysik ist nicht vorherbestimmt, welche Ereignisse in der Zukunft beobachtet werden! (So gesehen ist die Quantenphysik sogar schlechter für die Astrologie als die klassische Physik!)

25 Physikalischer Einfluss der Gestirne auf die Menschen Licht, Strahlung, ausgesandte Teilchen? Schwerkraft? Quantenphänomene wie Überlagerung und Verschränkung? aus der Sicht der Physik:

26 Fazit Liefert die Quantenphysik Argumente für die mögliche Richtigkeit der Astrologie? Aus der Sicht der Quantenphysik gilt: Instantane Informationsübertragung ist unmöglich. Der Zusammenhang alles mit Allem ist zerstreut, zufällig, unstrukturiert und instabil. Es gibt keinerlei Hinweise auf die natürliche Entstehung makroskopisch bemerkbarer stabiler Verschränkungs- und Überlagerungs-Strukturen. Das ist umso sicherer, je größer die betrachteten Entfernungen sind (Gestirne – Erde). Es gibt den idealen Zufall, d.h. Ereignisse, die keine Ursache haben. Die Zeit hat keine eigene Qualität. Es ist nicht vorherbestimmt, welche Ereignisse in der Zukunft beobachtet werden.

27 Danke für Ihr Aufmerksamkeit! Diese Präsentation steht im Web unter


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