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Re: Quantenmechanik
von Steffen am 21.06.2015 11:46Hallo Justin,
Die Kernaussage der Quntentheorie (Schrödinger) ist jedoch, dass nicht die Information rückfließen und somit eine Dualität ergeben kann,
Wenn man nach der Lösung der zeitabhängigen Schrödingergleichung sucht, findet man, dass die Wellenfunktion das Integral der Fourtransformierten der Anfgangsortsverteilung multipliziert mit einer komplexen Welle ist. Interessant ist: Die Phase der komplexen Welle hängt an jedem Raumpunkt davon ab, wieviel kinetische Energie zuvor diesen Rumpunkt durchquert hat. Die Schrödingergleichung beschreibt nun, wie der Raum Information in Form einer Schwingung speichert.
Was das physikalisch bedeutet, war mir nie klar. Heute glaube ich, dass es die Photonen sind, die im Raum "herumliegen". Manche würden das Äther nennen.
... dass rein die Messung eines Zustandes die Determinierung festlegt, deshalb sagte ich, dass unsere Sichtweise ein anderer Ansatz ist.
Ich habe die Grundideen Deines Ansates leider überhaupt nicht verstanden. Ich habe Deine Erklärungen für Bambi verfolgt, sehe aber sozusagen kein Licht am Ende des Tunnels. Ich bin wohl ein sehr praktisch denkender Mensch, der alles detailiert im Kopf simuliert. Mir würde es helfen, wenn Du Deine Idee mal möglichst am einfachen Doppelspalt erklärst und zwar so, dass ich es in Form einer gedanklichen Simulation Schritt für Schritt nachvollziehen kann.
Die allerersten Photonen würden sich immer wie Teilchen verhalten, ja. Spricht aber doch nichts dagegen. Auf dem Schirm hinter dem Doppelspalt sieht man am Anfang sowieso nur einzelne Punkte.
Viele Grüße
Steffen
AntwortenRe: Quantenmechanik
von Steffen am 20.06.2015 12:44Hallo Justin, Lother, Bambi,
WL01: Also soweit ich es verstanden habe, siehe auch das Kommentar von Bambi, wird es damit erklärt, dass eben immer nur ein Lichtquant durch einen der beiden QWP bei s läuft. Und der kann eben nicht mit sich selber interferieren. Dass ich und auch Du eine andere Sichtweise dazu haben, ist natürlich dann ein anderer Ansatz.
Mir scheint, Du hast die Grundidee der Quantinotheorie noch nicht verstanden. Verschränkung ist in der Quantinotheorie vom Prinzip her nämlich nicht schwer zu erklären, weil eine Dualität besteht:
- jedes Photon (oder auch Elektron, Neutron ...) ist einerseits ein festes unteilbares Elementarteilchen (Dipol, kleiner Plasmaball, wie immer man es nennen möchte)
- andererseits strahlt es eine elektrische Welle (Dichteschwankung im Quantinofeld, Maxwellgleichungen) ab, wenn es schwingt. Der Dipol befindet sich dabei immer im Zentrum.
Das ist soweit klassische Physik. Ein Laserstrahl ist nun ein Strom aus solchen Partikeln. Dimmt man die Intensität derart stark, dass nur noch einzelne Photonen entlanglaufen, so hat man immer noch im Dielektrikum des Raumes eingeprägt das Schwingungsmuster der zuvor entlang gelaufenen Photonen. Der Raum verfügt damit über eine Art "Gedächtnis" (Das ist wichtig und steckt schon in der Schrödinger-Gleichung).
Das Dielektrikum entsteht im Vakuum dabei durch ruhende oder sehr langsame Photonen die dort umherdriften. Dabei handelt es sich um eine Art Gas. Durch dieses Gas schickt der Laserstrahl einzelne sehr schnelle Photonen. Diese schwingen und regen das umgebene Photonengas an. Um ein quantenmechanisches System korrekt zu beschreiben, reicht es also nicht aus, nur die einzelnen Photonen des Laserstrahls zu untersuchen. Stattdessen gehört in das Modell alles was in der Umgebung vorhanden ist, d.h. Linsen, Spiegel, Polarisatoren, Photonengas und weiteres. Man hat es also mit einem unglaublich komplexen Vielteilchensystem zu tun. Hier liegt die (mathematische) Schwierigkeit. Die Verschränkung entsteht durch Kopplungen aller beteiligten Teilchen durch den Laserstrahl, welcher wahrscheinlich eine *stehende* elektrische Welle erzeugt und somit in beide Richtungen geht. Die Photonen des Laserstrahls entfernen sich natürlich immer von der Quelle des Laserstrahls.
Lothar: Beim Auftreffen auf dem Schirm bekommt
das Photon einen fürchterlichen Schreck und zieht sich wieder auf seine Ganzheit zusammen ...
Das ist etwas humorvoll ausgedrückt die bisherige Vorstellung der Physik vom Welle-Teilchen-Dualismus. Ich bin aber zu einhundert Prozent davon überzeugt, dass dieser besser durch schwingende Dipole beschrieben wird, denn jeder Dipol ist ein Wellenpaket und gleichzeitig ein fester Kern. Auf dem Schirm sieht man nur den Einschlagsort des Kerns. Die umgebene elektrische Welle ist das Wellenpaket. Das Modell erklärt gleich eine ganze Reihe von zuvor unlogisch erscheinenden Punkten schön anschaulich.
Viele Grüße
Steffen
Re: Quantenmechanik
von Steffen am 17.06.2015 21:26Hallo Lothar, Bambi, Justin,
das Quantenradierer-Experiment wie es hier beschrieben wird bleibt mir noch immer ein Rätsel. Dabei stört mich allerdings nicht die Beeinflussung des s-Strahls durch den Polarizer im p-Strahl, sondern der Umstand, dass zwei zirkular polarisierte Teilstrahlen nicht mehr interferieren. Klassisch kann man das wohl nicht erklären, da zwei gegenläufig zirkular polarisierte Strahlen nicht orthogonal zueinander sind und somit interferieren müssten. Quantenmechanisch gesehen sollte natürlich keine Interferenz auftreten, da die Polarisierung ja einen Rückschluss auf den Weg erlaubt.
Es gibt einfachere Quantenradierer-Experimente, wie z.B. hier beschrieben, bei denen die klassische Erklärung zum gleichen Resultat führt, wie die quantenmechanische. Mein derzeitiger Ansatz besteht darin, darüber nachzudenken, ob die Führungswelle (nicht die Photonen selbst) auch zurückläuft und dadurch bei geeigneter Polarisierung eine Auslöschung auftritt. Ich weiß noch nicht, wohin das führt.
Danke für die Links Lothar. Da habe ich morgen was zu Lesen. Über Zeilingers Buch freue ich mich besonders.
Viele Grüße
Steffen
Re: Quantenmechanik
von Steffen am 16.06.2015 17:58Hallo Bambi,
was passiert eigentlich, wenn man einen normalen Laserstrahl (also ohne BBO, Verschränkung usw.) mit 702 nm auf diese "which-way"-QWP richtet. Bekommt man ein Interferenz-Muster oder nicht? Und falls nein, warum nicht? Zwei gegenläufig zirkular polarisierte Strahlen sollten meinen Überlegungen zufolge interferieren.
Viele Grüße
Steffen
Re: Quantenmechanik
von Steffen am 15.06.2015 20:56Hallo Bambi, hallo Justin,
ihr seit ja schon gut am Diskutieren. Ich hatte heute leider nur ein wenig Zeit im Zug, um mir den Artikel durchzulesen, den Du verlinkt hattest Bambi.
Das Experiment hat aus meiner Sicht zwei wesentliche Punkte, über die man nachdenken muss. Der erste ist: Warum verschwindet die Interferenz, wenn man durch den einen Schlitz eine "rechtsdrehende" Welle schickt und durch den anderen eine "linksdrehende". Wenn man nichts von Quantenphysik wüsste, würde man nämlich Interferenz erwarten.
Mir stellt sich an dieser Stelle die Frage, was diese "quarter wave plate" wirklich macht? Im Artikel steht, dass die "parametric down conversion" zwei verschränkte Photonen erzeugt, die jeweils orthogonal linear polarisiert sind. Ein linear polarisiertes Photon trifft dann auf die "quarter wave plate" und verwandelt sich in ein links- oder rechtsdrehendes Photon. Meine Vermutung ist (reine Spekulation!), dass hierbei wirklich nur die Photonen selbst betroffen sind, also die Dipole, und dass die Trägerwelle so verändert wird, das sie nicht mehr interferieren kann (ein Schlitz x-polarisiert, der andere y). Obwohl das sehr spekulativ ist, wäre das aber zunächst einmal nicht widersprüchlich, weil der Detektor nur die Eigenschaften (Ort, Polarisation, Drall) des Photons (Dipols) selbst messen kann und ihm die Trägerwelle verborgen bleibt.
Jetzt kommt der "Polarizer". Hält man diesen in den Strahl, so wird die Trägerwelle wieder dazu angeregt zu interferieren. Dass das sogar im p-Strahl funktioniert wundert mich dabei gar nicht so sehr wie die Tatsache, dass es diesen Effekt überhaupt gibt. Ich könnte mir nämlich vorstellen, dass der "Polarizer" in beide Richtungen wirkt und er die eindeutige x-y-Polarisation im s-Strahl stört. Damit würde die "quarter wave plate" für beide Schlitze die gleiche Elementarwelle ausgeben und man hätte wieder Interferenz.
Das ist alles sehr spekulativ und löchrig. Ich muss noch etwas drüber nachdenken.
Viele Grüße
Steffen
Re: Quantenmechanik
von Steffen am 15.06.2015 00:15Hallo Bambi,
Als Beispiel seien die Quantenradierer-Experimente genannt, die sowohl für Interpretationen des Welle/Teilchendualismus als auch für den Einfluss von Messungen auf quantenmechanischer Ebene, hochinteressante und aufschlussreiche Resultate liefern.
danke für den Hinweis. Als Elektrotechniker sind meine Kenntnisse in moderner Physik doch leider recht begrenzt. Ich habe mir eben das einfachste Quantenradierer-Experiment (Doppelspaltexperiment mit Polarisationsfiltern) angesehen.
Ich kannte das Experiment nicht, aber was soll ich sagen, ich glaube, dass ich das Beobachtete sofort erklären kann: Bringt man hinter einem Schlitz einen in x-Richtung durchlässigen Polarisationsfilter und hinter dem anderen einen in y-Richtung durchlässigen Polarisationsfilter an, so erhält man zwei elektrische Elementarwellen, die nicht miteinander interferieren können. Daher wirken auf die Teilchen, die durch die Schlitze gehen, keine Scherkräfte. Man erhält somit auch keine Streifen auf dem Schirm. Also ein durchaus zu erwartendes Verhalten, wenn man das Dipolmodell verwendet.
Bringt man hinter den beiden Polarisationsfiltern einen weiteren in 45° an, so schwingen die Elementarwellen beider Schlitze wieder in die gleiche Richtung. Daher tritt dann wieder Interferenz auf und man bekommt das Streifenmuster. Ich hoffe, ich habe nichts übersehen oder falsch verstanden! Aber so wie es sich mir in der Kürze dargestellt hat, ist das eigentlich leicht zu erklären.
Viele Grüße
Steffen
Re: Quantenmechanik
von Steffen am 13.06.2015 18:30Hallo Bambi,
Alles klar, dann kann deine Simulation so wie sie derzeit ist keine Beugung erzeugen. Allerdings sollte bei einer einzigen Elementarwelle der komplette Schirm angestrahlt werden. Denn es wäre dann einfach eine kreisförmige Abstrahlung, halt eine Elementarwelle. Eine Gaußverteilung sollte so nicht entstehen, wie kommst du auf eine Gaußverteilung?
Die E(MG)-Welle trifft auch in der Tat den ganzen Schirm. Die Histogramme zeigen aber nicht die Amplitude der Welle, sondern die Häufigkeit, wie oft dort Elektronen einschlagen. Die Elektronen suchen sich solche Wege durch das oszillierende elektrische Feld, wo die Amplituden im Mittel klein sind. Sie durchlaufen quasi die Täler (Minimum der Feldstärke zum Quadrat).
Die Gaußverteilung kommt daher, dass ich den Elektronen beim Passieren der Löcher einen gaußverteilten Schubs nach oben oder unten gebe. Das soll einen Stoß mit dem Schirm simulieren.
Mir geht es bei der Simulation hauptsächlich darum zu untersuchen und zu zeigen, dass es sehr wohl eine logische Erklärung für den Welle-Teilchen-Dualismus geben könnte und dass man vielleicht nicht für immer gezwungen sein wird, sich mit rein mathematischen Modellen zufrieden geben zu müssen.
Interessant, ist deine Geschwindigkeit irgendwie auf die Spaltbreite abgestimmt? Meine Frage zielt auf Folgendes: im Experiment verschwindet die Interferenz mit zunehmender Geschwindigkeit (höherer Energie), wenn eine konstante Spaltbreite verwendet wird. Gleiches gilt natürlich auch für Licht, also natürlich bezogen auf eine höhere Energie bzw. Frequenz.
Mit zunehmender Geschwindigkeit wird der Abstand zwischen den Interferenzstreifen immer kleiner. Mein Histogramm ist dann irgendwann zu grob und man sieht nichts mehr. Man müsste dann die Schlitze näher aneinander bringen und das Histogramm höher auflösen um wieder Interferenzstreifen zu sehen.
Viele Grüße
Steffen
Re: Quantenmechanik
von Steffen am 13.06.2015 16:11Hallo Bambi,
Auch bei einem Doppelspalt sollte im Normalfall Beugung zu sehen sein, sehe ich in deiner Simulation mit 2000 Elektronen auch nichts von.
Beugungsringe erhält man nur, wenn man keine idealen Schlitze verwendet, so wie ich in meiner Simulation. Mit "ideal" meine ich in diesem Fall, dass die Welle hinter dem Schlitz mit einer einzigen Elementarwelle modelliert wird (Huygenssches Prinzip). Eine einzige Elementarwelle interferiert aber nicht, daher sieht man auch keine Beugungsringe.
Wenn man die Schlitze breiter macht, muss man die Simulation mit mehreren leicht verschobenen Elementarwellen durchführen. Siehe Animation ganz unten
http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/wellenmodell-des-lichts/ausblick
Schöne Seite finde ich.
Beugung werde ich auch mal untersuchen und demonstrieren. Fehlt noch. Am besten an der Halbebene.
Eine Frage noch zu der Simulation, kann man die Geschwindigkeit der Elektronen einstellen? Wenn ja wäre es interessant ob dies einen Einfluss hat.
Siehe hier (Geschwindigkeit mal 1.5):
Der Abstand zwischen den Linien wird schmaler. Die Simulation ist recht krude. Ich modelliere die Elektronen hier mit harmonischen Oszillatoren, was eigentlich nicht richtig ist. Auch die Einheiten fehlen.
Viele Grüße
Steffen
Re: Quantenmechanik
von Steffen am 13.06.2015 11:41Hallo Bambi,
In Experimenten ergibt sich auch bei einem Spalt ein Interferenzmuster, ganz ähnlich dem Muster das bei zwei Spalten auftritt.
ich hatte Dich hier missverstanden. Du meinst Beugung. Dazu müssen die Spalte aber etwas größer sein. Man kann sie sich dann als viele, quasi unendlich dicht beeinanderliegende Spalte vorstellen. Beugung tritt im hier beschriebenen Modell auch auf, da die EMG-Wellen normale Wellen sind.
Hier noch ein Nachtrag. Gezeigt sind die Histogramme, wenn man 2000 Elektronen nimmt.
Warum es beim mittleren Maximum zwischen den beiden Schlitzen zu einem lokalen Minimum kommt, weiß ich noch nicht.
Viele Grüße
Steffen
Re: Quantenmechanik
von Steffen am 13.06.2015 10:31Ach so, das EU ist eine VT, na dann.
Wieso ist das elektrische Universum eine Verschwörungstheorie? Passt doch alles.
Viele Grüße
Steffen