Jemand hier Ahnung von Quantenphysik und -kryptographie?

Lieber Hadmut,

Du hast Dich nie dafür interessiert, nie damit beschäftigt, Du gibst zu, keine Ahnung davon zu haben, wie kommst Du dann denn bitte darauf, dass es auf einem unrichtigen Modell beruht?

Wenn Du zugibst, nichtmal zu wissen, worum es geht?

Aber das nur nebenbei.

Ich habe mich damit befasst. Zu unserer aller Ehre: Es gibt niemanden, der die Quantentheorie voll und ganz versteht.
Soviel ist sicher.
Ein wirklich kluger Kopf sagte einmal dazu: Wer behauptet, die Quantentheorie zu verstehen, hat sie nicht verstanden.

Der Witz ist: Sie SCHEINT sich in gewissen Experimenten zu bestätigen. Aber nur eben auf Quanten-Niveau.
Das ist ja der Witz:
Könnte man die Quantentheorie auf Körper wie zB einen Tennisball übertragen, hätte man das Bindeglied zu großen Massen und damit den Nobelpreis sicher.

ABER.

Freunde. Die Quantentheorie befasst sich mit dem Allerkleinsten. Also physikalischen Vorgängen, die noch weit unterhalb der Größe eines Tennisballs ablaufen. Sogar weit unterhalb der Größe eines Atoms.
Diese Vorgänge sind per Definition und allen bisher gewonnenen Erkenntnissen EBEN NICHT mit Objekten wie Tennisbällen zu erklären.
Das ist ja genau das schwierige an der Quantentheorie.

In der Quantentheorie geht es um Größenordnungen, in welchen ein Tennisball so groß wie das Sonnensystem ist.
Die Quantentheorie ist physikalisch nur nachvollziehbar auf subatomarer Ebene. Und sie ist ein sehr aktuelles Thema. Denn weiter sind wir noch nicht.

Bitte nachlesen.
Tennisbälle.
Das Experiment ist eine Luftblase, denn es ist nicht ernst zu nehmen.
Alles, was größer als ein Elektron ist, wird niemals Quantenphysikalkische Relevanz haben.

Ich habe nicht gesagt, daß ich mich nie damit beschäftigt hätte. Ich hatte Quantenphysik im Leistungskurs Physik, in der Abitursprüfung und als Nebenfach im Hauptdiplom, auch mit Prüfung. Und dabei sogar den Professor ins Schleudern gebracht. Ich habe gesagt, daß es mich nie interessiert hat und ich nicht genug Ahnung habe (um es letztlich zu beurteilen). Etwa so, wie sich der Held in „Quigley der Australier” am Ende des Films über das Schießen mit Pistolen äußert.

Meine Zweifel beruhen aber darauf, daß solche Trivial-Analogien meist nicht passen und daß man dabei große Gefahr läuft, daß man die Analogie dem eigenen Denkfehler und nicht der Sache anpaßt. Schon die Art und Weise, wie es geschrieben ist.

Außerdem beruhen sie darauf, daß der Autor des Experiments selbst in einer der referenzierte Mails angeblich irgendwo schreibt, daß das Modell falsch ist. Der Leser, der mir den Link schickte, tat das nämlich, weil er zeigen wollte, wie jemand mit bewußt falschen Modellen täuscht, um seine Bücher usw. zu finanzieren. Eigentlich soll es auf ein Thema für Forschungsmafia.de hinauslaufen, wollte das hier aber erst mal fachlich zur Diskussion stellen und damit die Weichen in Richtung der Frage, um die es eigentlich geht: Wo ist das Modell faul?

Quantenphysik ist die linke Seite der Lücke, Tennisbälle sind vergleichsweise große Massen auf der rechten Seite.
Das zu verbinden ist laut Einstein nicht drin.
Tja, ich glaube nicht, dass der so einfach widerlegt wird.
Das ist unsere heutige Erd-Scheibe.

Zumindest nicht nach der aktuellen Forschung.

Carsten, in deinem ersten Kommentar schreibst du, die Quantentheorie beschäftige sich nur mit Objekten kleiner als Atome. Allerdings lasasen sich selbst relativ große Moleküle wie Buckminsterfulleren C60 z.B. am Doppelspalt beugen.

Gebt einfach mal “Quantum interference experiments with large molecules” in google scholar ein.

Bis zum Tennisball sind es natürlich immernoch 8-9 Größenordnungen mehr.

Kurz zu meiner Qualifikation hierzu meinen Senf abgeben zu können: Ich bin Physiker, und habe vor Ewigkeiten immerhin einen Vortrag im Hauptstudium über das Thema gehalten.

Nach kurzem Drüberlesen scheint mir der Artikel um das alte Thema der sog. “Hidden Variables” zu gehen.

Zur Illustration worum es dabei geht machen wir mal folgendes Experiment: Ich gebe dir einen Umschlag mit einer Spielkarte. Als Zusatzinformation gebe ich, daß entweder ein Herz As oder eine Pik 7 drin ist, mit 50/50 Wahrscheinlichkeit.

Dieses Experiment ist fundamental unterschiedlich zu einem quantenmechanischen Experiment, wo ich z.B. den Spin eines Elektrons messe (Spin up / Spin down mit 50/50 Wahrscheinlichkeit). Im Spielkartenexperiment ist beim Öffnen des Umschlags natürlich schon vorher bestimmt, welche Karte drin ist. Ich weiss es halt nur nicht. Welche Karte drin ist ist eine sog. “Hidden Variable”. Mit dem Öffnen des Umschlages komme ich lediglich in Kenntnis des Wertes dieser bis dahin verborgenen Variable.

Bei einem quantenmechanischen System ist das laut klassischer Interpretation gerade eben nicht der Fall. Der Zustand bestimmt sich wirklich erst im Moment der Messung. Das Elektron hat vor der Messung gerade *nicht* z.B. Spin up und wir wissen es halt nur nicht. Das Elektron ist im Zustand “Zu 50% Spin up / zu 50% Spin down”. Die Natur entscheidet sich wirklich erst im Moment der Messung, ob der Elektronenspin nun up oder down ist. Ich hoffe, der Unterschied ist klar.

Wie sich die Realität nun wirklich verhält, dazu gibt es die berühmte “Bell Ungleichung”, mit Hilfe derer man bestimmen kann ob sich die Natur bei quantenmechanischen Experimenten eher wie der Spielkartenumschlag verhält (also “Hidden Variables” hat) oder nicht (also daß keine “Hidden Variables” im Spiel sind). Interessanterweise ist man inzwischen technisch soweit, hierzu reale Experimente durchführen zu können. Die Experimente bestätigen die klassische Interpretation, also: Keine Hidden Variables. Der Zustand eines quantenmechanischen Systems bestimmt sich erst im Moment der Messung.

Ich habe den Artikel auch nur kurz überflogen, aber es scheint mir, daß es um ein Modell geht, welches behauptet daß es sowohl die Bell-Ungleichung erfüllt als auch mit lokalen verborgenen Variablen funktioniert. (Ich hier aus Platzgründen nicht näher noch auf “lokal vs. non-lokal” eingegangen, was für das Thema auch noch sehr wichtig ist). Mich macht allerdings schon die Formulierung in dem Artikel “simple minded hidden variables” vs. “advanced minded hidden variables” etwas stutzig.

Zum Lesen hier ein paar Wikipediaseiten:

http://en.wikipedia.org/wiki/Hidden_variable_theory
http://en.wikipedia.org/wiki/Bell%27s_theorem
http://en.wikipedia.org/wiki/EPR_paradox

Ja, das mit den Hidden Variables stand da auf einer der Webseiten, die von dem ersten Artikel verlinkt werden.

Da muß ich allerdings immer an die Kühlschrankbeleuchtung denken. Woher wissen wir, daß sie aus ist, wenn wir sie erst sehen können, wenn wir die Tür aufmachen und reingucken?

Der Gedanke, daß die Natur sich „entscheidet” erscheint mir aber als aus der gleichen Kiste zu stammen, aus der damals auch die Götter genommen wurden, um Materie eigenen Willen zuzuordnen (was sie objektiv sogar haben muß, wenn ich beanspruche einen Entscheidungswillen zu haben, da ich auch nur aus Materie bestehe). Heißt für mich, daß wir es noch nicht verstanden haben.

Hallo,

meine Quantenphysik-Kenntnisse sind nach meine Studium zwar auch etwas eingerostet, aber zumindest hier vermute ich einen Fehler. In dem Artikel steht:

“If quantum physics is non-local, that would mean one can only simulate experiments with quantum computers. But you guys claim it is local and real, so a simulation with usual computers is possible”

Die Simulationen von Quantensystemen auf klassischen Computern ist allerdings problemlos möglich. Der Haken an der Sache ist nur, dass die auf einem klassischen Computer sehr lange brauchen. Die Programme (besser gesagt Algorithmen) die man für einen Quantencomputer schreiben kann würden eben erst auf der ‘richtigen Hardware’ flott laufen. Mehr dazu zum Beispiel hier:
http://www.quantiki.org/wiki/Quantum_Programming_Language

Das Thema Quantenkryptographie wäre nochmal gesondert zu betrachten, denn hier geht es ja darum, dass mittels quantenphysikalischer Effekte ein Schlüssel (für die One-Time-Pad Verschlüsselung) sicher übertragen wird (bzw. der Empfänger kann sicher feststellen, ob jemand den Schlüssel abgehört hat). Das kann man ohne ‘Quantenhardware’ natürlich nicht simulieren, aber vor ca. 3-4 Jahren war man schon soweit, über ein paar Kilometer Glasfaser solche Schlüssel zu übertragen, allerdings nur mit geringer Geschwindigkeit.

Was mich an dem Artikel grundsätzlich stört, ist der vollkommen überdrehte Ton, Wissenschaftsprosa auf Speed, schon allein deswegen wirkt der Text eher zweifelhaft, außerdem scheint dem Autor der Unterschied zw. lokal und nicht-lokal nicht so richtig klar zu sein.

Was den Autor offenkundig wirklich interessiert, ist “becoming famous in a couple of months” und er möchte “on the front page of every newspaper in the world” sein.

Ja, mit dem Tonfall hatte ich auch so meine Probleme, aber ich wollte erst mal hören, ob das nur mir so geht oder anderen auch. Irgendwie leuchtet da so formelmäßig-theoretischer Wissenschafts-Ton durch, aber was da eigentlich gezeigt oder widerlegt werden soll, verliert sich so im BlaBla und Krawumm.

Ich habe nur die Überschrift gelesen. Und schon hat das Ding 15 Punkte auf dem Crackpot-Index
http://math.ucr.edu/home/baez/crackpot.html
Das muß eine wissenschaftliche Jahrhundertsensation sein.

dies ist eine der besten kurz-dokumentationen, die ich bisher über das thema gesehen habe.

http://www.dokus4.me/index.php/2011/03/09/doppelspalt-experiment/

Also nach nochmaligem Lesen, das ist doch eigentlich ein Aufruf zu einem Wettbewerb nach dem Vorbild von James Randi’s “One Million Dollar Paranormal Challenge”, mit dem Ziel, Bell’s Ungleichung zu verletzen und die Existenz von “verborgenen Variablen” in der Quantenphysik zu beweisen, was der “Kopenhagener Deutung” der Quantenmechanik widersprechen würde (falls ich das richtig verstanden habe, sicher bin ich mir da nicht)- und zwar mittels eines Computerspiels.

Dieser Joy Christian hat den Algorithmus für solch ein Programm, ein Spiel mit den Teilnehmern Alice und Bob beschrieben, kann aber nicht programmieren, weswegen nun dazu aufgerufen wird, ein downloadbares Progamm nach seinen Vorgaben zu schreiben, möglichst in Java, und den beschriebenen Versuch durchzuführen.

Mit Kryptographie hat das ganze meines Erachtens nichts zu tun.

Zu erwähnen ist hierzu das Gedankenexperiment von Erwin Schrödinger:

“Man kann auch ganz burleske Fälle konstruieren. Eine Katze wird in eine Stahlkammer gesperrt, zusammen mit folgender Höllenmaschine (die man gegen den direkten Zugriff der Katze sichern muß): in einem Geigerschen Zählrohr befindet sich eine winzige Menge radioaktiver Substanz, so wenig, daß im Laufe einer Stunde vielleicht eines von den Atomen zerfällt, ebenso wahrscheinlich aber auch keines; geschieht es, so spricht das Zählrohr an und betätigt über ein Relais ein Hämmerchen, das ein Kölbchen mit Blausäure zertrümmert. Hat man dieses ganze System eine Stunde lang sich selbst überlassen, so wird man sich sagen, daß die Katze noch lebt, wenn inzwischen kein Atom zerfallen ist. Der erste Atomzerfall würde sie vergiftet haben. Die Psi-Funktion des ganzen Systems würde das so zum Ausdruck bringen, daß in ihr die lebende und die tote Katze (s. v. v.) zu gleichen Teilen gemischt oder verschmiert sind. Das Typische an solchen Fällen ist, daß eine ursprünglich auf den Atombereich beschränkte Unbestimmtheit sich in grobsinnliche Unbestimmtheit umsetzt, die sich dann durch direkte Beobachtung entscheiden läßt. Das hindert uns, in so naiver Weise ein „verwaschenes Modell“ als Abbild der Wirklichkeit gelten zu lassen…“
– Erwin Schrödinger

Mehr Infos dazu bei Suchmaschinen und Wikipedia:
http://de.wikipedia.org/wiki/Schr%C3%B6dingers_Katze

Tja, ich fand immer, “Schrödingers Katze” stiftet nur zusätzliche Verwirrung, u.a. weil man unwillkürlich denkt – die arme Katze.

Die Quintessenz ist, man kann über den Zustand von Quantenobjekten nur statistische Aussagen machen, erst im Moment der Messung entscheidet sich die Natur offenbar zufällig für einen der möglichen Zustände.
Genau damit konnte sich Einstein nicht abfinden, was er mit dem bekannten Satz: “Gott würfelt nicht.” ausdrückte. Er meinte, es müsse “verborgene Variable” geben, die – wenn man sie denn kennen würde, eine konkrete Vorhersage über den Zustand eines Quantenobjektes möglich machen würden.
Die “Kopenhagener Deutung” der Quantenmechanik verwarf diese Idee.
Daher ist die Quantenmechanik nach dieser heute vorherschenden Auffassung eine unvollständige, oder auch nicht klassische Theorie.
Das Vorhandensein von “verborgenen Variablen” würde sie zu einer vollständigen, oder auch klassischen Theorie machen.
(Das Problem der Lokalität lasse ich jetzt einfach mal beiseite.)

Was mir nun in Bezug auf den Artikel nicht ganz klar ist, soll mit mit dem beschriebenen Experiment nun die Existenz von “verborgenen Variablen” bewiesen oder widerlegt werden?
Gestern dachte ich, der Existenzbeweis sei das Ziel, daher auch der Verweis auf den Nobelpreis, aber sicher bin ich mir dessen, wie schon gesagt, nicht.

Deshalb fragte ich nach jemandem, der mehr Ahnung hat als ich und vielleicht aus seinem Wissenskontext heraus sagen kann, was der Stand des Wissens und Glaubens ist, von dem da in diesem Text per Simulation abgewichen werden soll.

Der Schreibstil erinnert mich doch sehr an eine Spam-Mail…

Nur ein paar Anmerkungen: Die Bellsche Ungleichung zeigt, daß
es keine verborgenen lokalen Parameter geben kann, wenn die
Voraussagen der Quantenmechanik richtig sind. Oder umgekehrt:
Gibt es diese Parameter, dann ist die Quantenmechanik falsch.

Soweit ich mich erinnere, gibt es auch bei Schrödingers Katze,
50/50 Spin-up/down, … kein Problem. Das Problem tritt erst
auf, wenn man diese 50/50-Korrelation auch für quantenmechanische
Überlagerungen haben will, was zum Begriff Verschränkung führt.
(Details kann ich ohne Formeln nicht erläutern…)

Und eine nichtlokale Theorie mit verborgenen Parametern gibt
es auch, ist aber umstritten: Bohmsche Quantenmechanik.

Joy Christian hat sich wohl schon einige Zeit mit dem “Disproof of
Bell’s Theorem” auseinandergesetzt, vielleicht stehen dort mehr
Details:
http://arxiv.org/find/all/1/all:+AND+joy+christian/0/1/0/all/0/1

@El Können Sie beschreiben, was es denn in etwa bedeuten würde, wenn Bell’s Theorem widerlegt würde?

@Hadmut:

In dem Artikel (und auch hinter den darin angegebenen Links) weicht sehr vieles von dem ab, was aktuelles Wissen ist. Zum Glauben sage ich als Atheist nichts.
Es ist grade in der Quantentheorie sehr schwer, etwas genau zu wissen.

In diesen kleinen Dimensionen treten extreme Schwierigkeiten auf.
Sicher ist: Ein unbeobachtetes System (ich nenns einfach mal so) reagiert anders, als eines, in welchem Messungen vorgenommen werden. Das kann man mit dem Doppelspalt-Versuch nachvollziehen.
Ich persönlich finde “Schrödingers Katze” auch nicht besonders hilfreich zur Erklärung dessen, was in Größenordnungen unterhalb eines Buckminsterfulleren C60 geschieht.
Es spielt auch keine Rolle, ob man dieses Molekül oder ein Elektron betrachtet, wenn man viel größere Massen zum Vergleich heranzieht und damit Simulationen durchführt, die per Definition bereits zur Erklärung der Quantentheorie nicht taugen.

Mich wundert, dass bisher keiner die Heisenbergsche Unschärferelation erwähnt hat. Die macht das ganze noch schwerer.

Aber Theorien sind jetzt genug versammelt.

Steffen bringt es auf den Punkt: Beim Vergleich mit der Spielkarte im Umschlag steht VORHER fest, welche Karte darin ist. Egal, wer diesen einen Umschlag öffnet, jeder wird die gleiche Karte darin finden. Bei der Quantentheorie ist das nicht so. Derselbe Umschlag wird theoretisch immer, wenn er geöffnet wird, egal von wem, mit 50/50 Chance ein anderes Ergebnis zeigen. Und welches, das eintscheidet sich erst im Moment des Öffnens. Vorher ist der Zustand im Umschlag unbestimmt. Und dazu kommt noch:
Wenn ein Dritter im Umschlag eine “Kamera” hat, mit der er heimlich sehen kann, welche Karte darin ist, dann wird er damit das Ergebnis beim Öffnen des Umschlags verändern, zur einen oder anderen Seite. Wenn er da eine Pik 7 sieht, dann wird die beim Öffnen des “Quantentheoretischen Umschlags” auch da sein.
Verrückt genug. Wodurch wird nun bestimmt, ob der Mann mit der Kamera nun eine Pik 7 oder ein Herz-As sieht?

Das ist der aktuelle Stand der Forschung, und wenn Du willst, des Glaubens. Ganz ohne Theorien und Formeln gesagt.

Man kann vieles simulieren, und die Simulation so lange anpassen, bis sie dieselben Ergebnisse liefert, wie es die Realität tut. Damit verändert man die Parameter willkürlich, anstatt sie wissenschaftlich zu ermitteln.
Ich denke, James Randi wird sich königlich amüsieren und sein Geld behalten dürfen, so wie er das bisher auch getan hat.

Dass die Quantenmechanik nach bald 100 Jahren immer noch ‘von keinem verstanden’ ist, halte ich für Blödsinn. Sie ist anfangs etwas unintuitiv, aber man kann durchaus lernen, in quantenmechanischen Kategorien zu denken. Für mich persönlich ist folgende Blogsequenz sehr erleuchtend gewesen:
http://lesswrong.com/lw/r5/the_quantum_physics_sequence/
Sehr lesenswert und besonders auch für Nichtphysiker verständlich (Es wird höchstens für einige einfache Beispiele vorausgesetzt, dass man mal komplexe Zahlen gesehen hat, was nach kurzer Wikipedia-Recherche möglich ist).

> Die Quintessenz ist, man kann über den Zustand von Quantenobjekten
> nur statistische Aussagen machen, erst im Moment der Messung
> entscheidet sich die Natur offenbar zufällig für einen der
> möglichen Zustände.

Wieso “entscheidet” sich die Natur hier? Wenn ich einen Zustand nur über eine statistische Funktion definieren kann, dann kann ich eben genau aus dem Grund *nie* sicher sein, welcher Zustand hier vorliegt.

Mit Gott oder einer bewußten Entscheidung der Natur hat das indes nichts zu tun — ich weiß schlichtweg erst, welcher Zustand vorliegt, wenn ich nachsehe.

Wenn ich eine (ideale) Münze werfe, weiß ich auch nicht, ob Kopf oder Zahl gefallen ist, bis ich eben nachsehe. Solange verharrt sie im Zustand 50% Kopf / 50% Zahl.

Also mir stößt die Formulierung oder Denkweise, daß sich die Natur “entscheidet”, auch sauer auf.

Ich würde eher vermuten, daß es innerhalb der Quantenobjekte noch irgendwelche mehrdimensionalen oder dynamischen Vorgänge oder Zustände gibt, die wir noch nicht kennen, und es eben zufällig darauf ankommt, wie wir das Ding gerade treffen.

Möglich, daß die Formulierung “die Natur enscheidet sich” nicht korrekt ist.
Aber mal etwas platt gefragt, wer außer der Natur, kommt denn sonst noch in Frage? – “irgendwelche mehrdimensionalen oder dynamischen Vorgänge” – das ist Natur!!

Wer hat denn behauptet, die Natur entscheide sich bewußt? Die Natur hat doch kein Bewustsein, also wirklich, wie kommt man nur auf eine derart hirnrissige Interpretation!

Mit Entscheidung der Natur meine ich, die Naturgesetze führen zu einem bestimmten Ergebnis, das wir wahrnehmen oder auch nicht, und wir interpretieren diese Wahrnehmung mehr oder weniger richtig in Abhängigkeit von dem Grad unserer Kenntnis dieser Naturgesetze und innerhalb der Grenzen unseres Vorstellungsvermögens.

Wer noch in Frage kommt? Na, der, der mißt. Vielleicht weiß der nur noch gar nicht, daß und wie er den Zustand vorgibt, der sich nach der Messung ergibt.

Also der Begriff, daß die Natur sich “entscheiden” würde ist natürlich nur eine Anthropomorphisierung (schönes Wort…). “Entscheidungen” ist ein Begriff aus der menschlichen Erfahrungswelt, und wir tendieren dazu, Vorgänge aus unserer Erfahrungswelt heraus zu beschreiben. Es ist genau das gleiche wie wenn man sagt, daß ein Gewitter “wütet”. Natürlich hat ein Gewitter keinerlei Emotionen. Genausowenig wie irgendeine Naturgottheit bei jeder quantenmechanischen Messung dasitzt und grübelt “… welchen Spin soll das Elektron denn diesesmal haben? Ach, jetzt vielleicht mal Spin up…”

Zum Vergleich mit der Münze: Das ist nicht ganz zutreffend. Bei quantenmechanischen Systemen kann man nämlich noch einen sehr fremdartigen Effekt beobachten. Ich kann quantenmechanische Systeme miteinander “verschränken”. Und das hat ganz komische Auswirkungen:

Als Gedankenbeispiel wieder das Elektron. Ich nehme ein (hypothetisches) Atom in angeregtem Zustand, was zwei Elektronen emittiert. Wegen der Impulserhaltung eines nach links, das zweite nach rechts. Beide Elektronen sind in dem Überlagerungszustand Up/Down 50/50. Aber da der Drehimpuls ebenfalls erhalten bleiben muss, passiert bei Messung was ganz komisches: Wenn ich bei Elektron 1 Spin up messe, dann messe ich bei Elektron 2 IMMER Spin down. Wenn ich bei Elektron 1 Spin Down messe, dann kommt bei der Messung von Elektron 2 IMMER Spin up. Und zwar sogar dann, falls sie inzwischen Lichtjahre voneinander getrennt sind.

Im Münzwurfexperiment wäre das vergleichbar, wie wenn ich es schaffen würde, jeweils zwei Münzen miteinander zu “verschränken” (fragt mich nicht, wie das funktionieren soll). Ich packe einen Beutel ins Flugzeug, und fliege nach Neuseeland. Hardmut bleibt mit dem anderen Beutel in München zurück. Wir machen aus, um Punkt 12:00 Uhr UTC die (numerierten) Münzen zu werfen, ein Paar nach dem anderen, und das Ergebnis aufzuschreiben. Beim Vergleich danach stellen wir fest, daß wenn Hadmut “Kopf” geworfen hatte, bei mir IMMER “Zahl” fiel, und umgekehrt.

Dummerweise kann man diesen Effekt der “geisterhaften Fernwirkung” nicht für überlichtschnelle Kommunikation verwenden. Ich kann die Korrelation erst nach Vergleich beider Messreihen feststellen. Beide Messreihen sind immer noch eine Zufallsreihe ohne Information.

Eben diese Verschränkung ist (wenn ich es noch richtig weiss) die Grundlage für die Bell’sche Ungleichung. Und es scheint mir, daß es in dem Artikel um die Computersimulation eben so eines Experimentes mit dieser “geisterhaften Fernwirkung” geht. (Der Link scheint inzwischen nicht mehr zu funktionieren?)

> Beide Elektronen sind in dem Überlagerungszustand Up/Down 50/50.
> Aber da der Drehimpuls ebenfalls erhalten bleiben muss, passiert
> bei Messung was ganz komisches: Wenn ich bei Elektron 1 Spin up messe,
> dann messe ich bei Elektron 2 IMMER Spin down. Wenn ich bei Elektron 1
> Spin Down messe, dann kommt bei der Messung von Elektron 2 IMMER Spin
> up.

ich bin auf diesem gebiet zwar nur amateur. aber könnte dies nicht daran liegen, dass die impulse der zwei elektronen schon zum zeitpunkt der emission feststehen? oder gibt es einen versuchsaufbau für diesen sachverhalt, ähnlich dem doppelspalteffekt, der nachweißt, dass bis zum zeitpunkt der messung noch keine polarisation vorliegt?

@Hadmut Das ist die Heisenbergsche Unschärferelation.
Komplementäre Eigenschaften (z.B. Ort und Impuls) eines Quantenobjekts können nicht gleichzeitig (genau) gemessen werden. Messe ich die eine verändere ich die andere.
Der Messende entscheidet nicht, was passiert, er kann nur entscheiden was er messen möchte.
Die eigentliche Frage ist aber, welche Rolle der Zufall spielt, ist die Natur fundamental deterministisch oder nicht.
Die Deterministen glauben an die Existenz von “verborgenen Variablen”, d.h. Quanteneffekte sind nur scheinbar zufällig. Die vorherschende Meinung (Kopenhagner Deutung) postuliert das Gegenteil, Quanteneffekte sind zufällig.
Daran schließt sich die Frage an, haben zufällige Effekte, falls sie denn zufällig sind, nur im Mikrokosmos, auf Quantenebene, Bedeutung oder schlagen diese Effekte in den Makrokosmos durch, also falls der Mikrokosmos indeterministisch ist, ist es auch der Makrokosmos, oder nicht.

Außerdem sollte man die Fälle in denen die Messung eine Rolle spielt mal grundsätzlich beiseite lassen, denn es geht um solche Effekte wie den radioaktiven Zerfall, das ist das bekannteste Beispiel.
Man kann statistisch vorhersagen, in welchem Zeitraum eine bestimmte Menge eines radioaktiven Isotops zerfallen ist, aber man kann nicht vorhersagen, wann konkret ein bestimmtes Atom dieses Isotops zerfällt, das ist zufällig.

@kryptart
> @El Können Sie beschreiben, was es denn in etwa bedeuten würde, wenn Bell’s Theorem widerlegt würde?
Schwer zu sagen… Zumindest müßte man sich für eine Reihe von Experimenten eine neue Theorie überlegen…

@Hadmut
> Ich würde eher vermuten, daß es innerhalb der Quantenobjekte noch irgendwelche mehrdimensionalen oder
dynamischen Vorgänge oder Zustände gibt, die wir noch nicht kennen, und es eben zufällig darauf ankommt,
wie wir das Ding gerade treffen.
Das sind ja gerade die verborgenen Variablen, also die Größen, die im voraus festlegen, wie eine Messung
auszugehen hat. Setzt man Lokalität voraus (also das eine Messung an einem Ort die Messung an einem anderen,
weit entfernten Ort, nicht stört), dann sagt die Bellsche Ungleichung, daß nicht 1. die Quantenmechanik
und 2. eine solche Theorie gleichzeitig richtig sein können.

@Steffen: Das Beispiel mit den Spins ist zwar richtig, der Witz dabei ist, daß du nicht nur oben/unten
messen kann und entgegengesetzte Werte bekommst, sondern auch links/rechts, vorne/hinten usw. Wenn du nur
oben/unten mißt, dann spricht erst mal nicht dagegen, daß der Meßwert vorherbestimmt war.

@EI: Nein, nicht unbedingt, weil ja nicht das Quantum, sondern der Messende die Information mit sich tragen würde.

Uff.

Hadmut, Du merkst bestimmt selbst bereits, dass Deine ursprüngliche Frage zum Stand der Forschung und wie der von Dir erwähnte Artikel davon abweicht, nicht wirklich einfach zu beantworten ist.

Aber das liegt in der Natur der Quantentheorie.
Steffens Analogie zum Kartenspiel zeigt das.
Fakt ist definitiv, dass sich alles, was damit zu tun hat nur auf sehr sehr kleine Dimensionen anwenden lässt. Auf subatomarer Ebene und in manchen fällen auf molekularer Ebene.
Das Problem im Ganzen besteht seit Einstein darin, die Quantentheorie mit den beiden Relativitätstheorien in Einklang zu bringen. Wem das gelingt, der wird auf ewig in allen Büchern stehen. Denn Einsteins Theorien treffen auf Dimensionen von solarer Größe zu. Planeten und Sterne. Quantentheorie spielt sich auf dem allerkleinsten ab.
Einstein bekam den Nobelpreis lustigerweise auch nicht für die Relativitätstheorie, sondern für seinen Beitrag zur Quantentheorie.

Deswegen ist ja der von Dir erwähnte Artikel so ein Witz.
Dort wird niemand plötzlich etwas entdecken, das die Forscherelite des Planeten jahrzehntelang vergeblich verfolgt wie der Wolf die Beute.

Zur Heisenbergschen Unschärferelation, bevor sie hier vergewaltigt wird:
Ein Teilchen kann nicht beliebig genau beobachtet werden. Entweder man sieht genau, wo es gerade ist, ODER man sieht genau, was es gerade macht. Egal wie genau man hinschaut, diese Informationen sind nicht gleichzeitig zu bekommen.

Man stelle sich einen Hundertmeterlauf vor, und man fotografiert einen der Athleten irgendwo mittendrin.
Das Bild wird immer exakt die aktuelle Position des Athleten zeigen, am Umfeld zu erkennen oder gar an einer “Maßanzeige” am Rand der Strecke. ABER:
Wissentschaftlich betrachtet kann dadurch NUR bewiesen werden, WO sich der grade befand. Anhand des Fotos wird niemals jemand die Geschwindigkeit oder die Bewegungsrichtung des Athleten beweisen können. Er könnte genausogut rückwärts laufen.
Das ist der Punkt. Wenn ich Richtung und Geschwindigkeit wissen will, dann muss ich einen Zeitausschnitt betrachten. Aber dann kann ich eben nur für diesen gewählten Zeitausschnitt sicher sagen, wie schnell er DURCHSCHNITTLICH war. Aber ich kann keine Ortsangabe machen, wann der Athlet wo war. Ich kann nur sagen: Am Anfang meiner Messung war er da, am Ende dort. Er könnte ja irgendwo in meinem Messbereich schneller gewesen sein, an einem anderen langsamer.

Jaja, Jungs: Verzeiht mir, der Vergleich hinkt vielleicht, aber er hilft zur Erklärung.

Ich VERSUCHE all das zu verstehen, ich behaupte nicht, Experte zu sein. Und es gibt keine zwei Handvoll auf dieser Welt, die sich wirklich Experten zur Quantentheorie nennen dürfen. DAS ist zumindest eine Tatsache. Sonst wäre diesbezüglich längst ein Nobelpreis fällig gewesen. War er aber nicht.
Auf einen wirklich guten werden wir noch ein bisschen warten müssen.

@Carsten: Mir ging es vor allem um (mögliche) Denkfehler in der Aufgabe. Sowas kann durch Simulation eigentlich nicht lösbar sein, weil die Simulation immer das macht, was im Programm steht und nicht was die Quanten machen. Man wird die Simulation also immer so schreiben, daß sie das macht, wie man es haben möchte, und nicht wie es ist. Deshalb habe ich der Aufgabe a priori einen Modellfehler unterstellt.

PS: Logischerweise kann man eine gewisse Tendenz festlegen, in welche Richtung sich der Athlet in dem 100m-Lauf bewegt.
Das erscheint ja offensichtlich, er guckt in eine Richtung und streckt Beine, usw.
Das kann man auch bei kleinsten Teilchen.
Aber gemäß Heisenberg ist das eben ein subjektiver Eindruck, denn entgegen der Absichten unseres Hundertmeterläufers haben Teilchen anscheinend einen anderen, quantenmechanischen Einfluss. Und da wirds “unscharf”. Auch das lässt sich anhand des Doppelspaltversuchs sehr einfach nachweisen, aber nur sehr schwer erklären.

Also:
Die Parameter und das VERHALTEN von Quanten (gemäß Planck und anderen) zuverlässig in eine Simulation zu übertragen, scheint mir sehr abenteuerlich und unmöglich. JETZT noch.
Bald werden wir das auch lösen, aber nicht durch Boulevard-mäßige Auftritte in zweifelhaften Medien. Bei aller Achtung, das wäre was neues.

@Carsten

Daß da noch kein Nobelpreis vergeben wurde, ist kein Nachweis, daß es nicht doch schon einen gibt, der das alles verstanden hat und erklären kann.

Das kann genausogut bedeuten, daß er bisher eventuell gegen die etablierten Wissenschaftler sich nicht durchsetzen konnte, weil vielleicht seine Erkenntnisse der vorherrsechenden Meinung widersprechen.

🙂

@Hadmut Ja stimmt, wir haben am Thema vorbeidiskutiert.
Aber läßt sich Deine Frage überhaupt beantworten?
Die Quantentheorie besteht zu einem Großteil aus unbewiesenen Hypothesen, scheint mir.
Kann man auf dieser Basis überhaupt die Korrektheit eines Modells beurteilen, mal abgesehen von ganz fundamentalen Fehlern?
Beweist die innere Konsistenz eines Modells die Richtigkeit der dahinterstehenden Theorie?
Wie beweist man die Korrektheit eines Computermodells, wenn man die Ergebnisse nur bedingt in der “Realität” überprüfen kann?

@kryptart: Ich habe auch den Eindruck, daß vieles in der Quantentheorie Stochern im Nebel ist, aber viele anzieht, weil man da noch mit Hokus Pokus arbeiten und Papers über Vermutungen schreiben kann.

Mir kam das aber eher so vor, als wollte man die Gravitation und Fallgesetze dadurch widerlegen, daß man eine Computersimulation schreibt, in der der Apfel eben anders vom Baum fällt.

@kryptart: benenne mal den Großteil der Quantentheorie, die aus unbewiesenen Hypothesen besteht.

Das wäre mir nämlich neu…

Vielleicht solltest Du auch erstmal definieren, was Du mit “Quantentheorie” meinst.

@Hadmut: möglicherweise willst Du einfach ein Skript für die Quantenmechanik I durchlesen (z.B. :
http://fachschaft.physik.uni-karlsruhe.de/drupal/file/141/download/226
das hilft zum Verständnis der Grundlagen durchaus weiter. Die
Nebenfachvorlesung, die Du mal genossen hast, war nicht wirklich auf besonders hohem Niveau. (Leider spielt die sich eher auf dem Niveau einer Experimentalphysik IV-Vorlesung ab und das ist dann auf dem Stand von vor 100 Jahren Bohrsches Atommodell festgefahren…
Dummerweise hört es für die Lehramtler auch bei der Experimentalphysik IV auf und die kommen dann gar nicht in den Genuß einer ernstgemeinten QM 1 oder 2-Vorlesung. Ergebnis: im Schulunterricht endet der Spaß beim Bohrschen Atommodell und das ist leider erwiesenermaßen nicht so ganz das Gelbe vom Brot.)

Und ja: die Quantenmechanik *ist* durch Experiment nachgewiesen, inklusive der spukhaften Fernwirkung, die Einstein so in den Wahnsinn getrieben hat.

Siehe auch: http://de.wikipedia.org/wiki/Quantenmechanik

@Peter Na aber Hallo!
Warum heist es wohl Quantentheorie?
Theorien sind nicht beweisbar (!), Theorien sind, auch wenn sie insich schlüssig sind, doch jeder Zeit falsifizierbar.
Wenn alles bewiesen wäre, würde sich wohl kaum jemand von der Cornell Universität (ok das ist kein Argument > forschungsmafia.de) daran machen, das Bellsche Theorem zu widerlegen.
Außerdem ist die Quantenteorie eben per Definition (Kopenhagener Deutung) keine klassische Theorie, d.h. nach den Experimenten zum Bellschen Theorem stimmen die Befunde zwar mit der Theorie überein, was aber trotzdem – so leid es mir tut – kein Beweis ist, und wenn das Bellsche Theorem widerlegt würde, müßte man offenkundig einiges grundsätzlich überdenken.
Die Widerlegung des Bellschen Theorems per Computeresimulation war genau das Thema, das wir aus den Augen verloren hatten.

@kryptart: Theorien sind durchaus beweisbar. Wenn ich nämlich eine Theorie darüber aufstelle, wer wen ermordet hat, und sich hinterher Beweise dafür ergeben, ist sie beweisbar.

Aber auch in der Physik sind Theorien so etwas ähnliches wie temporär beweisbar. Nämlich dann, wenn sie im Einklang mit allen bekannten Beobachtungen stehen und diese plausibel erklären können. Es ist nicht so, daß Theorien einfach irgendeine Phantasiebehauptungen sind, bis irgendwer den Widerspruch findet. Das würde nämlich heißen, daß Theorien nur willkürlicher Humbug oder falsch sein können.

Obwohl, ich muß mich mal wieder selbst korrigieren.
Im Paper der Cornell Uni ist von “disproof” des Bellschen Theorems die Rede, also Widerlegung.
Im Artikel heist es aber, das Ziel sei “violated or shut up” des Bellschen Theorems, was heist ‘Verletzung der Ungleichung oder verpiss dich’, was auf eine Bestätigung des Bellschen Theorems hinauslaufen würde – nach meinem Verständnis.
Wahrscheinlich ist mein Englisch einfach Scheiße!

@kryptart: in der Physik ist das Experiment der Nachweis.

Das kann man beklagen (Mathematiker treibt es in den Wahnsinn…), aber es ist leider Teil der Sportart 🙂

Wenn man da was dagegen hat, ist das wie Fußball-Spielen und dann sich drüber beschweren, daß man den Ball nicht mit den Händen berühren darf und so ein nerviger Schiedsrichter permanent pfeifen darf.

Das Schema, nach dem Physik funktioniert, ist:

1. einer baut auf Grundlage bestehender Theorien eine neue. (Konkretes Beispiel: die spezielle Relativitätstheorie folgt aus der Überlegung heraus, daß die Maxwell-Gleichungen universell in jedem Bezugssystem gelten sollten.)

Wichtiger Bestandteil einer Theorie ist: sie macht irgendwelche konkreten Vorhersagen. Hier z.B.: die Vakuum-Lichtgeschwindigkeit ist eine Konstante in jedem Bezugssystem.

Daraus kann man sich Experimente konstruieren, die das dann belegen oder widerlegen können.

Bevor das keiner im Experiment bestätigt hat, nimmt eine Theorie in der Physik erstmal noch keiner wirklich ernst.

Und: sie sollte nicht im Widerspruch zu bisherigen Theorien stehen (bzw. läßt sich an bestehenden Theorien andocken, weil sie einfach in einem anderen Geschwindigkeitsbereich gelten oder auf anderen Größenskalen.), weil sie ja sonst bereits durch bestehende Experimente widerlegt wäre.

Wichtig zu merken: das Ganze ist völlig pragmatisch: d.h., nur weil die Galilei-Transformation eigentlich im Allgemeinen (also für extrem hohe Geschwindigkeiten) falsch ist, heißt das ja nicht, daß sie nicht eine vernünftige Näherung für den Alltag im Straßenverkehr ist. (Oder wie rechnest Du die Relativ-Geschwindigkeit zum Vordermann aus? 🙂 )

D.h.: der ganze Wissenschaftszweig Physik zieht sich immer schlußendlich am Experiment als letzte Nachweisform und Möglichkeit hoch, die Grenzen der beschreibenden Theorien zu belegen.

Das führt uns dann auch gleich zu

2. der Möglichkeit, daß einer im Experiment etwas mißt, was sich keiner mittels der bisherigen Theorien erklären kann.

Hier findet die Theoriebildung hinterher statt und die Theorie ist dann natürlich auch nur so gut, wie die Menge an unabhängigen Experimenten, die sie erfolgreich beschreibt.

Auch das geschieht völlig pragmatisch. D.h.: es kann sein, daß zuerst mal “phänomenologisch” eine Kurve durch die Messdaten gefittet wird und man erst im Nachhinein versucht, das Phänomen mittels der bisherigen Theorien (oder komplett neuen Überlegungen) allgemein herzuleiten.

Glücklich sind Physiker erst dann, wenn sie eine möglichst allgemeine “Weltformel” gefunden haben, aus der sich alle bisherigen speziellen (möglicherweise sogar nur phänomenologischen Theorien) herleiten lassen.

Meine Rückfrage zu Deiner “Quantentheorie”: ich weiß halt nicht so genau, was Du meinst: meinst Du die ursprüngliche “Quantentheorien”, also de Broglies Materiewellen, meinst Du die Weiterentwicklung namens Quantenmechanik, meinst Du die Kombination aus Feldtheorie und Quantenmechanik namens Quantenfeldtheorie, meinst Du die relativistische Version derselbigen, störst Du Dich an den Aussagen des Standardmodells oder findest Du nur, daß diese String-Theoretiker alle einen Dachschaden haben?

Um’s kurz zu machen: weißt Du eigentlich, wovon Du redest? 🙂

Und: um nochmals kurz On-Topic zu kommen: der Originalartikel ist recht offensichtlich Satire, weil man nunmal durch die Entwicklung von Computersimulationssoftware keine physikalischen Experimente durchführen kann. (Die Simulationssoftware wäre streng genommen ja eher eine in Software gegossene Theorie.)

Das Ganze ist also einem völlig anderem Fachbereich zuzuordnen: Soziologie 🙂

@Peter Ich kenne einige recht gute Mathematiker, reiner Zufall – keiner von denen wurde durch die Ergebnisse von Experimenten bisher in den Wahnsinn getrieben.
Ok, Kurt Gödel, den kannte ich natürlich nicht, stand kurz davor wahnsinnig zu werden, aber Unendlich+1 ist ein harter Knochen, das kann einen schon fertig machen.
Maxwell-Gleichungen, de Broglie, Dachschaden, On-Topic – KLASSE!! – mit Abstand der beste Beitrag, den ich seit langer Zeit gelesen habe!

@Hadmut
>@EI: Nein, nicht unbedingt, weil ja nicht das Quantum, sondern der
>Messende die Information mit sich tragen würde.
Ändert das so viel? Dann gäbe es in der Theorie noch einen Parameter
des Messenden. Wenn der auch lokal sein soll, dann sollte m.E. wieder
das gleiche rauskommen.

@kryptart @Hadmut
Vielleicht geht die Quantentheorie von unbewiesenen Hypothesen aus,
aber es gibt ja viele (alle?) Effekte, die sie richtig vorhersagt und
(meines Wissens) keinen, der falsch vorhergesagt wird. Insofern ist
die Quantentheorie nur ein mathematischer Formalismus, bei dem es
auch nichts zu “verstehen” gibt, man muß ihn halt anwenden.

Zum Thema: Wenn man diesen Formalismus in ein Computerprogramm
steckt, wird man keinen Widerspruch finden können, außer, er steckt
schon im Formalismus selbst drin.