Anhang: Philosophische Bemerkungen Literatur: George Greenstein, Arthur G. Zajonc; “The Quantum Challenge”, Jones and Bartlett Publishers, London (1997). Exzellente spekulationsfreie Diskussion, ausgehend von modernen Experimenten; Versachlichung und Demystifizierung der theoretisch-philosophischen Debatte. Ilya Prigogine; “Vom Sein zum Werden – Zeit und Komplexität in den Naturwissenschaften”, Piper Verlag, München/Zürich (1992). Physikalische Realität in der Mikro- und Makrowelt. Alistair Rae; “Quantenphysik: Illusion oder Realität?”, Reclam, Ditzingen (1996). Jürgen Audretsch, Klaus Mainzer ( Hrsg. ); “Wieviele Leben hat Schrödingers Katze?”, Spektrum, Heidelberg/Berlin/Oxford (1996). Warnung: Philosophische Spekulationen helfen nicht. Die Quanten-theorie ist und bleibt die erfolgreichste Theorie in der Physik!

Die Kopenhagener Deutung: Quantenmechanische Messgrößen erhalten erst durch den Messprozess ihre Realität. Vor der Messung ist das Quantensystem fundamental verschmiert (,,nicht-lokal“), d.h. alle möglichen Werte für die Messgrößen sind simultan im System enthalten. Durch die Messung wird das System verändert. Bezeichnung: Kollaps der Wellenfunktion. Die EPR Deutung: Quantenmechanische Messgrößen sind vor dem Messprozess real. Die quantenmechanische Unbestimmtheit ist eine Illusion aufgrund von verborgenen, prinzipiell unmessbaren Parametern. Der Quantenzustand ist ein spezielles (scharf bestimmtes) Mitglied eines Ensembles der verborgenen Parameter. Experimentelle Tests der Bellschen Ungleichung  Die EPR-Deutung ist unhaltbar!

H V Kopenhagener Deutung und das Messproblem Keine ,,Messung” (ungestörtes System)  kohärenter Zustand H V Verschrän-kung der Wege Nicol-Prisma Inverses Nicol-Prisma Einzelnes Photon unpolarisiert (H/V) Photon im Ausgangszustand ,,Messung” (gestörtes System)  1 Weg wird gewählt/bevorzugt H V Verschrän-kung der Wege PM H V Messgerät Anzeige des Weges Nicol-Prisma Einzelnes Photon unpolarisiert (H/V) Im „Moment“ der Messung  Kollaps der Wellenfunktion

Verschrän-kung der Wege PM H V Messgerät Anzeige des Weges Verschrän-kung der Wege Einzelnes Photon unpolarisiert (H/V) Nicol-Prisma Messvorgang: Verschränkter H/V-Quantenzustand  Photomultiplier  Zeigerausschlag  Licht  Netzhaut  Nervensignal  Gehirnanregung  Bewusstsein Frage: Wo endet das Quantensystem und wo beginnt die Messung? Antwort (T.L.): Die Frage ist Unsinn. Es gibt nur ein einziges Quantensystem, nämlich unser (?) Universum. Ideal isolierte Quantensysteme kann man nur näherungsweise experimentell präparieren (aber exakt theoretisch berechnen). ... aber das wird oft (von „wichtigen“ Leuten) anders gesehen ... 

I. Bewusstseins-Messtheorie: Die Realität einer Messung setzt erst beim Übergang zum Bewusstsein ein. Bewusstsein  Geist  Seele: Objekt jenseits physikalischer Gesetze. Frage: Wer oder was hat ein Bewusstsein? Gott? Menschen? Katzen? Philosophische Spekulationen: Sir Karl Popper, John Eccles; „Das Ich und sein Gehirn“, Piper, München ( 1997 ) Kritik (T.L.): Verzweiflungsakt  Eliminiere ein physikalisches Problem durch Postulierung eines Objekts, das per Definition der Physik nicht zugänglich ist. Das ist nach aller Erfahrung Unsinn (Beispiel: verborgene Parameter). Solche Postulate komplizieren die Theorie künstlich und unnötig.

II. Viele-Welten-Theorie: (bzw. Theorie der Parallel-Universen) 45º 45º Welt 1.1.1 Welt 1.1.2 Welt 1.2.1 Welt 1.2.2 45º Welt 1.1 Welt 1.2 H V Welt 1 Photon (H/V) 4 Parallel-Universen Nicol-Prisma: 0º Hypothese: Alle möglichen Wege durch den Verzweigungsbaum der Universen werden beschritten. Die Dichteverteilung der Wege entspricht der quantenmechanischen Wahrscheinlichkeitsdichte. Zwischen zwei Universen gibt es keinen Informationsaustausch. Eine Verzweigung führt zur Verdopplung von Energie, Teilchenzahl etc.. Kritik (Paul Davies): Verzweiflungsakt  Billig in den Annahmen, aber extrem teuer, was die Universen angeht!

Bemerkung: Kohärente Quantenzustände (ohne Störung) werden durch „Fluktuationen“ in virtuelle Universen dargestellt: Welt 1 Welt 1.1 Welt 1.2 „virtuell“ H V  (H/V) Bemerkung: Quantenzustände zwar real, aber weiterhin nicht-lokal. Bemerkung: Das quantenmechanische Zufallselement findet sich in „unserem“ Weg durch den Welten-Baum wieder. Bemerkung: Die Nummerierung der Universenaufspaltung entspricht nicht verborgenen Parametern. Die Frage „Was hätte ich erhalten, wenn ich nicht Sz sondern Sy gemessen hätte“ kann nur mit Information aus einem anderen Universum beantwortet werden ... und die ist prinzipiell unzugänglich.

Ja! III. Mikrokosmos-Theorie: (a) (b) (QM) Hypothese: „Makroskopische“ (thermodynamische) Systeme unterlie-gen nicht den Gesetzen der Quantenmechanik. (a) Beispiel: Schrödingers Katze Wenn ein Photon aus dem horizontalen Kanal des Polarisators kommt, dann ist die Katze nicht getroffen und bleibt am Leben (a), aber wenn das Photon vertikal polarisiert ist, dann wird eine tödliche Vorrichtung ausgelöst und bringt die Katze um (b). Schlägt die Quantenmechanik vor, dass die Katze weder tot noch lebendig ist, bis die Schachtel geöffnet wird und ihr Zustand gemessen wird? (b) (QM) Ja!

Völlig korrekt! (a) (b) (QM) Hypothese: „Makroskopische“ ( thermodynamische ) Systeme unterlie-gen nicht den Gesetzen der Quantenmechanik. (a) Beispiel: Schrödingers Katze nicht ohne externe Messung möglich Frage (T.L.): Wann exakt ist eine Katze tot/lebendig? Kritik (T.L.): Eine abgeschlossene Kiste gibt es nicht. Das Experiment nimmt an, dass außer der Katze und der Höllen-maschine nichts im Universum existiert. Dann aber ist die Wellenfunktion des Gesamtsystems tatsächlich eine Überlage-rung der beiden Möglichkeiten, aber das kann niemand mehr von „außen“ beobachten. (b) nicht ohne externe Messung möglich (QM) Völlig korrekt!

Schrödingers Katze ist mausetot! Exp. Evidenz: Squids (Superconducting Quantum Interference Devices), Interferenz mit Atomen, Molekülen, Makromolekülen, Viren, ...  Die Quantenmechanik funktioniert auch für „große“ Systeme und scheint vor dem Makro-Kosmos nicht halt zu machen (wozu auch?). Schrödingers Katze ist mausetot! Historisches Beispiel: Einsteins erster Angriff kein Interferenzmuster Messe Spaltrückstoß  Photon-richtung 2-Spalt-Interferenzmuster Bohrs Antwort: Der Spalt ist makroskopisch, aber unterliegt der QM. Rückstoßmessung  Impulsmessung  Ortsverschmierung des Spalts  völlige Ausschmierung des Interferenzbilds (auch quantitativ!)  

IV. Vom Sein zum Werden: Das Universum ist ein Quantensystem Betrachte kohärenten Quantenzustand (in WW mit Universum) Weg 1 Weg 2 Zeitpfeil Rest des Universums A B A B Zeitumkehr-Operator Folgerung: Für die Gesamt-Entropie des Universums gilt:  Problem für den 2. Hauptsatz ?

Folgerung: Für die Gesamt-Entropie des Universums gilt:  Problem für den 2. Hauptsatz ? Poincarésche Wiederkehr: Mikroskopische Dynamik ( Schrödingergleichung ...) invariant unter Zeitumkehr (Ausnahme: Verletzung der Zeitumkehr- und Materie-Antimaterie-Symmetrie in der schwachen Wechselwirkung). Beliebig genaue Wiederkehr geordneter Zustände eines einzelenen Systems ist sehr unwahrscheinlich, stellt sich aber von Zeit zu Zeit ein. Frage (Prigogine): Ist das wirklich wahr (praktisch experimentell untestbar!)? Oder unterliegen makroskopische Systeme grundsätzlich einer nicht Zeitumkehr-invarianten Dynamik ?

mikroskopische Dynamik Ilya Prigogine: ,,Vom Sein zum Werden” Sein: Zustand zeitlicher Prozessablauf Werden: Zeitliche Änderung makroskopischer Größen (z. B. Entropie) Postulat: Das Werden ist das makroskopische Naturgesetz (Realität). Es gibt eine ausgezeichnete makroskopische Zeitrichtung. Zustände und deren Dynamik sind abgeleitete Objekte. Die Dynamik ist nicht mehr streng deterministisch ( Chaos, spontane Strukturbildung) Folgerungen: Die Quantenkohärenz kollabiert bei WW mit thermodynamischen Vielteilchensystemen (Photomultiplier, Zeiger, Katzen, ...) Sie ist ein idealisierter Grenzfall für mikroskopische Systeme Es gibt einen (welchen ??) fließenden Übergang zwischen mikroskopischer Quantenrealität und makroskopischer klassischer Realität. mikroskopische Dynamik

Fazit:Wer weiß 