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Alt 08.09.2019, 18:02   #1
männlich Ralfchen
 
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Standard Ungelöstes Rätsel: Quantenmechanik

Ungelöstes Rätsel: Quantenmechanik

Dieser Artikel aus der opinion-section der NYT von heute ist faszinierend. Vielleicht werden einige Menschen hier im forum dazu gedanken haben:



Selbst Physiker verstehen die Quantenmechanik nicht.


Schlimmer noch, sie scheinen es nicht verstehen zu wollen.

Von Sean Carroll
Dr. Carroll ist Physiker.
7. September 2019


"Ich glaube, ich kann mit Sicherheit sagen, dass niemand die Quantenmechanik wirklich versteht", beobachtete der Physiker und Nobelpreisträger Richard Feynman. Das ist nicht verwunderlich, so weit es geht. Die Wissenschaft macht Fortschritte, indem sie sich unserem Unverständnis stellt, und die Quantenmechanik hat den Ruf, besonders geheimnisvoll zu sein.

Überraschend ist, dass Physiker o.k. zu sein scheinen, weil sie die wichtigste Theorie, die sie haben, nicht verstehen.

Die Quantenmechanik, die in den ersten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts allmählich von einer Gruppe brillanter Köpfe zusammengestellt wurde, ist eine unglaublich erfolgreiche Theorie. Wir brauchen sie, um zu erklären, wie Atome zerfallen, warum Sterne leuchten, wie Transistoren und Laser funktionieren und übrigens, warum Tische und Stühle fest sind und nicht sofort auf den Boden einstürzen.

Wissenschaftler können die Quantenmechanik mit absoluter Sicherheit nutzen. Aber es ist eine Blackbox. Wir können eine physische Situation einrichten und Vorhersagen darüber treffen, was als nächstes passieren wird, die mit spektakulärer Genauigkeit überprüft werden. Was wir nicht tun, ist zu behaupten, die Quantenmechanik zu verstehen. Physiker verstehen ihre eigene Theorie nicht besser als ein typischer Smartphone-Nutzer, der versteht, was im Inneren des Gerätes vor sich geht.

Es gibt zwei Probleme. Zum einen scheint die Quantenmechanik, wie sie in Lehrbüchern verankert ist, getrennte Regeln zu erfordern, wie sich Quantenobjekte verhalten, wenn wir sie nicht betrachten, und wie sie sich verhalten, wenn sie beobachtet werden. Wenn wir nicht schauen, existieren sie in "Überlagerungen" verschiedener Möglichkeiten, wie z.B. an einem von mehreren Orten im Raum zu sein. Aber wenn wir schauen, rasten sie plötzlich an nur einem einzigen Ort ein, und dort sehen wir sie. Wir können nicht genau vorhersagen, was dieser Ort sein wird; das Beste, was wir tun können, ist, die Wahrscheinlichkeit verschiedener Ergebnisse zu berechnen.
Die ganze Sache ist absurd. Warum sind Beobachtungen etwas Besonderes? Was zählt überhaupt als "Beobachtung"? Wann genau passiert es? Muss es von einer Person durchgeführt werden? Ist das Bewusstsein irgendwie in die Grundregeln der Realität eingebunden? Zusammengenommen werden diese Fragen als "Messproblem" der Quantentheorie bezeichnet.

Das andere Problem ist, dass wir uns nicht darüber einig sind, was diese Quantentheorie tatsächlich beschreibt, auch wenn wir keine Messungen durchführen. Wir beschreiben ein Quantenobjekt wie ein Elektron in Form einer "Wellenfunktion", die die Überlagerung aller möglichen Messergebnisse in einem einzigen mathematischen Objekt sammelt. Wenn sie nicht beobachtet werden, entwickeln sich die Wellenfunktionen nach einer berühmten Gleichung von Erwin Schrödinger.

Aber was ist die Wave-Funktion? Ist es eine vollständige und umfassende Darstellung der Welt? Oder brauchen wir zusätzliche physikalische Größen, um die Realität vollständig zu erfassen, wie Albert Einstein und andere vermuteten? Oder hat die Wellenfunktion überhaupt keinen direkten Bezug zur Realität, sondern charakterisiert lediglich unsere persönliche Unwissenheit darüber, was wir schließlich in unseren Experimenten messen werden?

Bis die Physiker diese Fragen endgültig beantworten, kann man nicht wirklich sagen, dass sie die Quantenmechanik verstehen - so Feynmans Klage. Das ist schlecht, denn die Quantenmechanik ist die grundlegendste Theorie, die wir haben, und steht im Mittelpunkt jedes ernsthaften Versuchs, tiefe Naturgesetze zu formulieren. Wenn niemand die Quantenmechanik versteht, versteht auch niemand das Universum.

Man sollte also natürlich denken, dass das Verständnis der Quantenmechanik bei Physikern weltweit die absolut höchste Priorität hat. Die Erforschung der Grundlagen der Quantentheorie sollte eine glamouröse Spezialität auf diesem Gebiet sein, die die hellsten Köpfe, die höchsten Gehälter und die renommiertesten Preise anzieht. Physiker, wie Sie sich vorstellen können, würden vor nichts zurückschrecken, bis sie die Quantenmechanik wirklich verstanden haben.

Die Realität ist genau umgekehrt. Nur wenige moderne Physikabteilungen haben Forscher, die daran arbeiten, die Grundlagen der Quantentheorie zu verstehen. Im Gegenteil, Schüler, die Interesse an dem Thema zeigen, werden sanft, aber fest - vielleicht nicht so sanft - weggeführt, manchmal mit der Ermahnung, "Halt die Klappe und rechnest du! Interessierte Professoren könnten ihr Fördergeld austrocknen sehen, da ihre Kollegen beklagen, dass sie das Interesse an ernsthafter Arbeit verloren haben.

Dies ist seit den 1930er Jahren der Fall, als Physiker gemeinsam entschieden, dass es nicht darum ging, die Quantenmechanik selbst zu verstehen; es ging darum, eine Reihe von Ad-hoc-Quantenregeln zu verwenden, um Modelle von Teilchen und Materialien zu konstruieren. Das ehemalige Unternehmen wurde als vage philosophisch und anrüchig angesehen. Man erinnert sich an Aesops Fuchs, der entschied, dass die Trauben, die er nicht erreichen konnte, wahrscheinlich sauer waren, und er wollte sie trotzdem nicht. Physiker, die im modernen System aufgewachsen sind, werden dir in die Augen schauen und dir mit aller Aufrichtigkeit erklären, dass sie nicht wirklich daran interessiert sind zu verstehen, wie die Natur wirklich funktioniert; sie wollen nur die Ergebnisse von Experimenten erfolgreich vorhersagen.

Diese Haltung lässt sich bis zum Beginn der modernen Quantentheorie zurückverfolgen. In den 1920er Jahren gab es eine Reihe von berühmten Debatten zwischen Einstein und Niels Bohr, einem der Begründer der Quantentheorie. Einstein argumentierte, dass zeitgenössische Versionen der Quantentheorie nicht auf das Niveau einer vollständigen physikalischen Theorie aufgestiegen seien, und dass wir versuchen sollten, tiefer zu graben. Aber Bohr fühlte sich anders und bestand darauf, dass alles in Ordnung sei. Wesentlich akademischer, kollaborativ und rhetorisch überzeugender als Einstein, gelang Bohr ein entscheidender Sieg, zumindest im Kampf um die Öffentlichkeitsarbeit.

Nicht jeder war glücklich darüber, dass Bohrs Sichtweise vorherrschte, aber diese Menschen wurden typischerweise von dem Feld gemieden oder entfremdet. In den 1950er Jahren schlug der Physiker David Bohm, von Einstein angefeuert, eine geniale Möglichkeit vor, die traditionelle Quantentheorie zu erweitern, um das Messproblem zu lösen. Werner Heisenberg, einer der Pioniere der Quantenmechanik, reagierte mit der Bezeichnung der Theorie "ein überflüssiger ideologischer Überbau", und Bohms ehemaliger Mentor Robert Oppenheimer schnaufte: "Wenn wir Bohm nicht widerlegen können, dann müssen wir zustimmen, ihn zu ignorieren".
Etwa zur gleichen Zeit erfand ein Doktorand namens Hugh Everett die Theorie der "Vielwelten", einen weiteren Versuch, das Messproblem zu lösen, nur um sich von Bohrs Verteidigern verspotten zu lassen. Everett versuchte nicht einmal, an der Universität zu bleiben und wandte sich nach seinem Abschluss der Verteidigungsanalyse zu.

Eine neuere Lösung für das Messproblem, die von den Physikern Giancarlo Ghirardi, Alberto Rimini und Tulio Weber vorgeschlagen wurde, ist den meisten Physikern unbekannt.

Diese Ideen sind nicht nur wollüstige "Interpretationen" der Quantenmechanik. Es sind legitimerweise unterschiedliche physikalische Theorien, mit potenziell neuen experimentellen Konsequenzen. Aber sie wurden von den meisten Wissenschaftlern vernachlässigt. Seit Jahren hatte die führende Fachzeitschrift für Physik die ausdrückliche Politik, dass Arbeiten über die Grundlagen der Quantenmechanik außer Kontrolle zu bringen sind.
Natürlich gibt es eine unendliche Anzahl von Fragen, um die sich Wissenschaftler sorgen könnten, und man muss irgendwie Prioritäten setzen. Im Laufe des 20. Jahrhunderts entschieden die Physiker, dass es wichtiger ist, die Quantenmechanik in die Praxis umzusetzen als zu verstehen, wie sie funktioniert. Und um fair zu sein, war ein Teil ihrer Begründung, dass es schwer war, tatsächlich einen Weg nach vorne zu finden. Was waren die Experimente, die man durchführen konnte, um das Messproblem zu beleuchten?

Die Situation könnte sich ändern, wenn auch allmählich. Die gegenwärtige Generation der Physikphilosophen nimmt die Quantenmechanik sehr ernst, und sie haben entscheidend wichtige Arbeit geleistet, um konzeptionelle Klarheit in das Feld zu bringen. Empirisch denkende Physiker haben erkannt, dass das Phänomen der Messung durch ausreichend subtile Experimente direkt untersucht werden kann. Und der Fortschritt der Technologie hat Fragen nach Quantencomputern und Quanteninformationen an die Spitze des Feldes gebracht. Zusammengenommen könnten diese Trends es wieder respektabel machen, über die Grundlagen der Quantentheorie nachzudenken, wie es zu Einsteins und Bohrs Zeiten kurz war.

Inzwischen stellt sich heraus, dass es tatsächlich wichtig sein könnte, wie die Realität funktioniert. Unsere besten Versuche, die fundamentale Physik zu verstehen, sind in eine Sackgasse geraten, die durch einen Mangel an überraschenden neuen experimentellen Ergebnissen behindert wird. Wissenschaftler entdeckten das Higgs-Boson 2012, aber das war 1964 vorhergesagt worden. Gravitationswellen wurden 2015 triumphierend beobachtet, aber sie waren hundert Jahre zuvor vorhergesagt worden. Es ist schwer, Fortschritte zu machen, wenn die Daten nur die Theorien bestätigen, die wir haben, anstatt auf neue hinzuweisen.

Das Problem ist, dass trotz des Erfolgs unserer aktuellen Theorien bei der Anpassung der Daten, sie nicht die endgültige Antwort sein können, weil sie intern inkonsistent sind. Vor allem die Schwerkraft passt nicht in den Rahmen der Quantenmechanik, wie es unsere anderen Theorien tun. Es ist möglich - vielleicht sogar völlig vernünftig - sich vorzustellen, dass unsere Unfähigkeit, die Quantenmechanik selbst zu verstehen, im Weg steht.

Nachdem wir fast ein Jahrhundert lang so getan haben, als ob das Verständnis der Quantenmechanik keine entscheidende Aufgabe für Physiker sei, müssen wir diese Herausforderung ernst nehmen.

Sean Carroll (@seanmcarroll) ist ein theoretischer Physiker am California Institute of Technology und Autor des kommenden Buches "Something Deeply Hidden: Quantum Worlds and the Emergence of Spacetime", aus dem dieser Aufsatz adaptiert wurde.


© NEW YORK TIMES 09 2019
Ralfchen ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.09.2019, 07:17   #2
weiblich Nova Soy
 
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Huui, Physikphilosophie !
Da muss ich erst mal drüber nachdenken.

Da sieht man mal wieder, wie wichtig Intuition, Beobachtung, Wahrnehmung und Erwartung auch in unserer physikalischen Existenz sind.

Oft bekommt man dadurch ja den "Teufel an der Wand" .
Ob der nun einen spitzen Dreizack in der Hand hält oder eine Pralinenschachtel, liegt an einem selbst.

Ich habe diesbezüglich schon einige Erfahrungen gemacht. Frei nach dem Motto :
"Bitte darum und es wird dir gegeben"
Dabei möchte ich mich jedoch ganz deutlich von einer starren Glaubensrichtung distanzieren.
Nova Soy ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.09.2019, 18:41   #3
männlich Pjotr
 
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Hallo Nova,

was genau meinst mit "dadurch" und mit "Teufel an der Wand"?


Ahoy

P.
Pjotr ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.09.2019, 19:33   #4
männlich Ralfchen
 
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Zitat:
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Hallo Nova,

was genau meinst mit "dadurch" und mit "Teufel an der Wand"?


Ahoy

P.
ich wollte dir die gleiche frage stellen was Pjotr mir vorwegnahm, NS. eine für mich faszinierende thematik ist jene der gravitation. erst wenn die wissenschaft dahinter kommt und dieses rätsel lösen kann, wird es monumentale veränderungen geben. nicht im bezug auf transport sondern in einer ganzen reihe anderer bereiche. ich erinnere dabei an den film INTERSTELLAR, den ich mir tatsächlich 4 mal angesehen habe.


palju tervitusi

https://up.picr.de/36765457xn.jpg
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Alt 15.09.2019, 20:43   #5
weiblich Ilka-Maria
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Heisenberg kommt meiner Meinung nach in dem Artikel zu kurz. Ich habe ihn immer für mehr als nur einen Pionier auf dem Gebiet der Quantenphysik gehalten. Für mich ist er einer der maßgebenden Physiker auf diesem Gebiet, der - als philosophisch geübter Geist - einen möglichst genauen Begriff für das Verhalten kleinster Teilchen (die sich nicht genau verorten lassen) finden wollte, was ihm mit der "Unschärferelation" gelungen ist.

Lesenswert ist seine Biografie "Der Teil und das Ganze".
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Alt 15.09.2019, 22:40   #6
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ich verehre WERNER HEISENBERG über alle massen. für mich einer der größten physiker aller zeiten. aber auch MAX V. PLANCK hatte viele konzepte und entdeckungen zur QUP eingebracht. das buch sagt mir natürlcih etwas, es ist eines der wichtigsten populär-wissenschaftlichen werke zum thema und ich muss gestehen: ich habe ich nicht gelesen und muss es mir bestellen! danke für die anregung...und ja er kam in diesem artikel zu wenig zur geltung. aber das mag auch mit der eifersucht amerikanischer denker ein wenig zu tun haben, obschon es das unter den großen i.g.g. nicht gab und gibt. sie tauschen neidlos alles miteinander aus.

hahahahahaha....

Zitat:
Heisenberg wollte eigentlich Mathematik studieren und hatte bereits vor seinem Studium Kurse an der Münchner Universität besucht, darunter auch über mathematische Methoden in der damals aufkommenden modernen Physik. Er strebte an, das Mathematik-Grundstudium zu überspringen. Dazu sprach er bei dem bekannten Mathematikprofessor Ferdinand von Lindemann vor, der jedoch der Anwendung der Mathematik in der Physik äußerst kritisch gegenüberstand. In seiner Autobiographie Der Teil und das Ganze beschrieb Heisenberg das Treffen als Desaster: Nachdem Lindemanns kleiner Hund ihn schon beim Eintritt wütend angekläfft hatte, fragte der schwerhörige Professor nach Heisenbergs Lektüre. Als er von Hermann Weyls Raum, Zeit, Materie (ein Buch über Allgemeine Relativitätstheorie) erfuhr, beendete er das Gespräch mit der unwirschen Bemerkung: „Dann sind Sie für die Mathematik sowieso schon verdorben.“
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Alt 15.09.2019, 22:49   #7
weiblich Ilka-Maria
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Zitat:
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es ist eines der wichtigsten populär-wissenschaftlichen werk ...
Ist es nicht. Es ist weder populär-wissenschaftlich, noch populär und auch nicht wissenschaftlich. Es ist ein Konglomerat an Erfahrung, Erkenntnis, Wissen und scharfsinnigen philosophischen Überlegungen, das hochspannend ist. Für mich ist Heisenberg einer der letzten Genies, die noch zu Universaldenken fähig waren.
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Alt 15.09.2019, 23:29   #8
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ok dann habe ich die beurteilungen und kritiken falsch verstanden...den abgesehen von den autobiografischen teilen bezieht er sich auch auf die vielen gespräche mit den großen der physik indem er in verständlicher art die entwicklung der quanten- und atomphysik religion und politik berührt, womit es für mich ohne es gelesen zu haben, populär verständliche fragemente und aussagen enthalten dürfte. aber egal das buch werde ich mir beschaffen und dann nach dem lesen dazu stellung nehmen.

interessant sind für mich in einem anderen zusammenhang das verhalten HEISENBERGS vis a vis ALBERT SPEERS im bezug auf die plutoniumbombe, die in weniger als einem jahr verfügbar - also 1944-45 gewesen wäre und deren entwicklung er auf 5 jahre geschätzt hatte. SPEER negierte das projekt infolge dessen. was wäre wenn das regime die bomben gehabt hätte? dazu soll es einen interessanten film geben: IRON SKIES:

https://www.youtube.com/watch?v=Py_IndUbcxc
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Alt 16.09.2019, 06:01   #9
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Zitat:
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was wäre wenn das regime die bomben gehabt hätte? dazu soll es einen interessanten film geben: IRON SKIES:
Lies mal über den Film nach. Da scheint es nicht um Bomben zu gehen, sondern um den Mythos von irgendwelchen Kampfscheiben. Der Film muss eine ziemlich unsinnige Klamotte sein. Kaum zu glauben, dass so etwas auf der Berlinale vorgeführt wurde.

Heisenberg hatte an der Entwicklung einer Bombe im Auftrag der Nazis gearbeitet, konnte aber die Probleme, auf die er stieß, nicht lösen. Einstein hatte ohnehin damals geglaubt, es dauere Jahrzehnte, bis man eine Atombombe bauen könne. Trotzdem war er pfiffig genug gewesen, über Eleanor Roosevelt Kontakt zum amerikanischen Präsidenten aufzunehmen und ihn zu warnen (auf Einsteins erstes Schreiben hatte Roosevelt nicht reagiert).

Im Grunde war die Geschwindigkeit, mit der es die Amis dann hingekriegt haben, sensationell.

https://www.youtube.com/watch?v=MbV4wjkYtYc
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Alt 16.09.2019, 08:58   #10
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Zitat:
Zitat von Pjotr Beitrag anzeigen
Hallo Nova,

was genau meinst mit "dadurch" und mit "Teufel an der Wand"?


Ahoy

P.
Ich sehe das mittlerweile eher aus (m)einer anderen Warte
Ich dachte an etwas wie selbst erfüllende Prophezeiungen.
Erst, wenn man etwas beobachtet, "verhält" es sich.
Alle Atome schwingen und bewegen sich,
reisen vielleicht sogar durch die Zeit
und erhalten vielleicht erst durch eine Erwartung einen Auftrag.
Bitte darum, und es wird dir gegeben.
Aber Aufmerksam und mit Bedacht!

Ich habe zwar vor längerer Zeit eine Prüfung in Physik abgelegt,
habe aber meine Zuständigkeit in Gebiete mit noch mehr Interpretationsspielräumen verlegt.
Das Leben ist bunt!


Interstellar ist ganz großes Kino. Wunderbar!
Nova Soy ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 18.10.2019, 13:58   #11
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Zitat:
Zitat von Nova Soy Beitrag anzeigen
Ich sehe das mittlerweile eher aus (m)einer anderen Warte
Ich dachte an etwas wie selbst erfüllende Prophezeiungen.
Erst, wenn man etwas beobachtet, "verhält" es sich.

Das Leben ist bunt!


Interstellar ist ganz großes Kino. Wunderbar!
sehr gut gedacht THE SELFULFILLING PROPHECY...

ich denke dabei auch an das kollektive bewusstsein des kosmos, das seine grundlage eben nur in den kleinsten teilen haben kann.

vlg
r
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