Quantenmechanik - Ende des "common sense"?

[martin.schloeter]

Hi,

eigentlich hat es auf einem Kampfkunstboard nichts so richtig was zu suchen, aber da es in einem anderen Thread angerissen wurde konnte ich nicht widerstehen.

Hier soll es mal darum gehen, dass naturwissenschaftliche Theorien aus der Quantenmechanik den "common sense" verletzen, gegen den gesunden Menschenverstand verstoßen.

“Wer von der Quantentheorie nicht entsetzt ist, hat sie nicht verstanden” (Niels Bohr)

Ein interessanter Artikel dazu auch - humoristisch angehaucht aber gut - z.B. http://www.broeckers.com/Quantenphysik.htm

Hier nun eine Beschreibung des Szenarios:

Die Quantenmechanik beschreibt subatomare Teilchen durch eine sog. Wellenfunktion die die Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Teilchens wiedergibt. Die Position ist nicht exakt, sondern etwas "verschmiert".
Wenn man ein Elektron an einer Barriere betrachtet, die es nach klassischer Betrachtung nicht überwinden kann, findet man aber auch jenseits dieser Barriere eine Restwahrscheinlichkeit des Aufenthalts.
Dieser Effekt ist nicht rein theoretischer akademischer Natur sondern physikalisch real!!
Beispielsweise nutzt die Tunnel-Diode in der Elektronik diesen Effekt aus. Elektronen "durchtunneln" dort solch eine Barriere.

Soweit, so gut, alles noch harmlos.

Für macroskopische Objekte wie z.B. einem Menschen - also Du und ich - ergibt sich die Wellenfunktion als Summe der Wellenfunktionen der (sub)atomaren Teilchen. Charakteristikum dieser Summenfunktion ist, dass die Wahrscheinlichkeit außerhalb dessen was wir klassisch als "Körper" wahrnehmen extrem schnell auf sehr kleine Werte runtergeht.
_Aber_ erst im Unendlichen wir die Wahrscheinlichkeit 0!

Das heisst, dass für deine Hand die vielleicht gerade auf einer Tischplatte liegt die Aufenthaltswahrscheinlichkeit jenseits der Platte != 0 ist.
Also rein prinzipiell kann es passieren, dass deine Hand mal einfach so durch die Platte durch geht.
Es ist tröstlich, dass die Wahrscheinlichkeit dafür so verschwindend gering ist, dass man _eigentlich_ davon ausgehen kann, dass dies während der Lebensdauer des Universums nicht passieren wird.

Das "_eigentlich_" ist nun der Knackpunkt. Wenn man sich mit Wahrscheinlichkeitsbetrachtungen beschäftigt, begreift man irgendwann, dass ein Ereignis/Zustand dessen Wahrscheinlichkeit man berechnet hat zu jedem beliebigen Zeitpunkt gleich (un)wahrscheinlich ist. Betrifft z.B. auch Glücksspiele. "Die Würfel wissen nicht, wie sie vorher gefallen sind."

Das bedeutet in Konsequenz dass das Durchtunneln deiner Hand durch die Tischplatte genausogut im nächsten Augenblick geschehen kann wie in n Millarden Jahre.

Und zur Erinnerung: Das ist nicht (nur) ein esoterisches physikalisches Gedankenspiel, sondern Realität. Siehe oben die Tunneldiode.

Ich weiss nicht wie es euch geht, ich find's etwas gruselig.

Grus mit einem verspäteten phys. Haloween

P.S.: Es gibt natürlich schon einen KK-Bezug. Die Geheimtechnik mongolischer Bergmönche, die einen Angriff einfach untertunneln.

[christoph86]

Ich weiss nicht wie es euch geht, ich find's etwas gruselig.

als physik-lk'ler hab ich mich mittlerweile damit abgefunden

wir haben letztens eine klausur über quantenphysik geschrieben, und irgendwie komtm das einem verdammt realitätsfern vor.

zb sollten wir erklären, was die schrödinger gleichung ist... eine gleichung, die sich nicht deduktiv herleiten lässt, die auch keinen sinn hat, aber deren quadrat proportional zur aufenthlatswahrscheinlichkeit eines teilchens ist

naja, ob das alles stimmt

greetz, christoph86

[malice]

Eigentlich interessiert es mich erst so richtig, wenn ich mich zur Arbeit beamen kann und nicht mehr mit dem Auto fahren muss.

Im Ernst. Was ist schon eine Tischplatte?
1. Wenn man in die Atomstruktur geht, gibt es da gar keine "Teilchen" sondern nur "Energiebündelchen".
2. Die Größenverhältnisse sind ähnlich wie in unserem Sonnensystem, d. h. wenn der Atomkern oder die Sonne ein Haus in München wäre, dann wäre das Elektron oder die Erde ein Kirschkern in Rostock.
So gesehen ist die Tischplatte eh weniger als was wir glauben.
Selbst Stahl oder Granit wäre für die richtigen Wellen völlig durchlässig.
Wenn wir in ein schwarzes Loch fliegen würden, würden die Erde auf Tennisballgröße, durch die Gravitationskräfte, zusammengedrückt werden.
Eigentlich ist alles Energie, selbst "Teilchen".

Vielleicht ist die Durchsetzung durch Wände hindurch schon vorgekommen?
Vielleicht konnten sich tatsächlich schon Menschen auflösen und woanders rematerialisieren?
Beten hilft ja auch, selbst wenn man nicht dranglaubt - und die Wissenschaftler haben keine Erklärung dafür.

Vielleicht sind amerikanische Forscher auch alle bekifft und haben zu viele LSD-Selbstversuche durchgeführt.
Da kämen mir auch solche Gedanken.

[Junta]

Malice: Deshalb hat auch irgendein Physiker Riesenpantoffeln angezogen, damit er nicht durch die Zwischenräume fällt


Grundsätzlich sei natürlich angemerkt das es sich um ein Modell handelt. Das heißt es ist der Wirklichkeit angepasst und nicht die Wirklichkeit ist dem Modell angepasst.
Teilweise lassen sich bestimmte Bereiche gut damit beschreiben und andere wiederum nicht so gut. Es kann genauso gut umöglich sein ,dass sich ein Mensch durch eine Tür durchsetzt. Man hat ja noch keinen gesehen.
Es ist aufgrund der Beobachtungen des Tunneleffekts natürlich wahrscheinlich das es geht. Das hat aber keine Bedeutung.
Genauso wenig wie die anderen Dimensionen der Stringtheorie oder die Raumzeit (zumindest solange man keine Sateliten betreibt)
Mit solchen Stories sind dann immer wieder ein Partyknüller, wie z.b. die Geschichte mit den Zwillingen, aber oft sind es nur Randbedingungen die in einer Theorie auch andere Deutungen zulassen.
In diesem Fall ist es zwar keine Randbedingung aber nicht wirklich von Bedeutung. Man könnte z.b. behaupten das es Thermodynamisch unmöglich ist sich durch eine Tür durchzusetzen. Da es ein Veringerung der Entropie nötig wäre um alle Teilchen im Körper gleichzeitig soriert durch die Tür zu jagen.
So jetzt kann man das Diskutieren aber deshalb ist immer noch keiner durch die Tür gelaufen somit wird es auch nicht wichtig für mich, sondern nur eine witzige Geschichte.

[Marquis de Sade]

Wenn man ein Elektron an einer Barriere betrachtet, die es nach klassischer Betrachtung nicht überwinden kann, findet man aber auch jenseits dieser Barriere eine Restwahrscheinlichkeit des Aufenthalts.

Gib mir mal ein bisschen Nachhilfe. Was für eine "Barriere" meinst du? Andere Materie?
Elektronen sind ja die "beweglichsten" Teilchen. Gilt diese Annahme auch für Protonen und Neutronen?

Für macroskopische Objekte wie z.B. einem Menschen - also Du und ich - ergibt sich die Wellenfunktion als Summe der Wellenfunktionen der (sub)atomaren Teilchen. Charakteristikum dieser Summenfunktion ist, dass die Wahrscheinlichkeit außerhalb dessen was wir klassisch als "Körper" wahrnehmen extrem schnell auf sehr kleine Werte runtergeht.
_Aber_ erst im Unendlichen wir die Wahrscheinlichkeit 0!

Der Mensch als Wellenfunktion? Meinst du damit der Mensch als Energie betrachtet ( e= mc2).

Das heisst, dass für deine Hand die vielleicht gerade auf einer Tischplatte liegt die Aufenthaltswahrscheinlichkeit jenseits der Platte != 0 ist.
Also rein prinzipiell kann es passieren, dass deine Hand mal einfach so durch die Platte durch geht.
Es ist tröstlich, dass die Wahrscheinlichkeit dafür so verschwindend gering ist, dass man _eigentlich_ davon ausgehen kann, dass dies während der Lebensdauer des Universums nicht passieren wird.

Wie soll meine Hand durch den Tisch durchgehen??? Kann ich nicht nachvollziehen.

Das "_eigentlich_" ist nun der Knackpunkt. Wenn man sich mit Wahrscheinlichkeitsbetrachtungen beschäftigt, begreift man irgendwann, dass ein Ereignis/Zustand dessen Wahrscheinlichkeit man berechnet hat zu jedem beliebigen Zeitpunkt gleich (un)wahrscheinlich ist. Betrifft z.B. auch Glücksspiele. "Die Würfel wissen nicht, wie sie vorher gefallen sind." Das bedeutet in Konsequenz dass das Durchtunneln deiner Hand durch die Tischplatte genausogut im nächsten Augenblick geschehen kann wie in n Millarden Jahre.

Aha, endlich etwas das ich verstehe. Die Wahrscheinlichkeit das beim Lotto genaue dieselbe Zahl wie bei der vorangegangenen Ziehung gezogen werden ist gleich wie für eine andere beliebige Zahlenreihenfolge.

Wahrscheinlich bräuchte ich wohl ein Physik-Studium, um das zu verstehen, was? Wäre nett wenn du es mir trotzdem erklären könntest.

Gruss Christian

[martin.schloeter]

Gib mir mal ein bisschen Nachhilfe. Was für eine "Barriere" meinst du? Andere Materie?
Elektronen sind ja die "beweglichsten" Teilchen. Gilt diese Annahme auch für Protonen und Neutronen?

Bei Tunneldioden ist es eine nichtleitende Speerschicht. (Der Effekt ist aber nicht identisch dem Überschlagsfunken, mit dem bei hohen Spannungen Elektnoen durch Nichtleiter überspringen.)
Tunneleffekt sind auch für andere atomare Bausteine und ganze Moleküle experimentell nachgewiesen .

Der Mensch als Wellenfunktion? Meinst du damit der Mensch als Energie betrachtet ( e= mc2).

Energie/Masse-Äquivalenz ist nur am Rande relevant. Die Basis ist eine völlig andere Betrachtung der Dinge, die Schrödingergleichung. Alle "Teilchen" werden darin durch eben solch eine Wellenfunktion beschrieben.
Ist ein abstraktes mathematische Modell was aber exakte Beschreibungen für physikalische und chemische Sachverhalte liefert.
Die Mathematik dieser Theorie ist ekelig unbequem, muss oft mit Näherungen arbeiten um passende Wellenfunktionen für die Schrödingergleichung zu liefern. Ist aber ein Problem des "Handwerkzeugs", nicht der Theorie.

Wie soll meine Hand durch den Tisch durchgehen??? Kann ich nicht nachvollziehen.

Wenn's nachvollziehbar wäre, würde es ja nicht gegen den "common sense" verstoßen.

Aha, endlich etwas das ich verstehe. Die Wahrscheinlichkeit das beim Lotto genaue dieselbe Zahl wie bei der vorangegangenen Ziehung gezogen werden ist gleich wie für eine andere beliebige Zahlenreihenfolge.

Richtig.

Wahrscheinlich bräuchte ich wohl ein Physik-Studium, um das zu verstehen, was?

Kann man sich auch mit entsprechenden Büchern reinlesen, aber man muss sich drauf einlassen und auch ein bißchen Energie reinstecken.

Wäre nett wenn du es mir trotzdem erklären könntest.

Hoffe ich konnte es zumindest etwas verständlicher machen.

Gruss

[martin.schloeter]

Hi Junta,

Malice: Deshalb hat auch irgendein Physiker Riesenpantoffeln angezogen, damit er nicht durch die Zwischenräume fällt


Grundsätzlich sei natürlich angemerkt das es sich um ein Modell handelt. Das heißt es ist der Wirklichkeit angepasst und nicht die Wirklichkeit ist dem Modell angepasst.
Teilweise lassen sich bestimmte Bereiche gut damit beschreiben und andere wiederum nicht so gut. Es kann genauso gut umöglich sein ,dass sich ein Mensch durch eine Tür durchsetzt. Man hat ja noch keinen gesehen.
Es ist aufgrund der Beobachtungen des Tunneleffekts natürlich wahrscheinlich das es geht. Das hat aber keine Bedeutung.
Genauso wenig wie die anderen Dimensionen der Stringtheorie oder die Raumzeit (zumindest solange man keine Sateliten betreibt)
Mit solchen Stories sind dann immer wieder ein Partyknüller, wie z.b. die Geschichte mit den Zwillingen, aber oft sind es nur Randbedingungen die in einer Theorie auch andere Deutungen zulassen.
In diesem Fall ist es zwar keine Randbedingung aber nicht wirklich von Bedeutung. Man könnte z.b. behaupten das es Thermodynamisch unmöglich ist sich durch eine Tür durchzusetzen. Da es ein Veringerung der Entropie nötig wäre um alle Teilchen im Körper gleichzeitig soriert durch die Tür zu jagen.
So jetzt kann man das Diskutieren aber deshalb ist immer noch keiner durch die Tür gelaufen somit wird es auch nicht wichtig für mich, sondern nur eine witzige Geschichte.

Deine Beschreibung deckt sich ziemlich gut mit der Sichtweise des "Establishment", wo das ganze in etwa klassifiziert wurde, dass das alles für den atomaren Bereich gut und richtig ist, aber keine Konsequenzen im makroskopischen Bereich hat/haben darf.
Gerade in den letzten zwei Jahrzehnten haben sich die Gültigkeiten der QM aber auch für "größere" Objekte experimentell bestätigt und es gibt keinen sinnvollen Grund anzunehmen, dass es da irgendeine "magische" Schwelle gibt, wo sie auf einmal nicht mehr gilt.

Das mit den "aufgerollten" Dimensionen der Stringtheorie/GUV ist vom Charakter her noch was anderes, weil diese schon per Definition keine direkten makroskopischen Effekte haben, da einfach nicht beobachtbar sind.
Solche eine "Größenbeschränkung" ist eben _kein_ Bestandteil der QM, die Effekte haben im Prinzip beliebige Reichweite, werden in der Ferne aber schnell sehr schwach (respektive unwahrscheinlich).

Thermodynamisch können übrigens auch die Elektronen in einer Tunneldiode (ersteinmal) nicht durchtunneln, ist ja gerade der Witz.

Gruss

[Dojokun]

Als Physiker, der seine Diplomprüfungen hinter sich hat (natürlich auch Quantenmechanik) und kurz vor dem Abschluss seiner Diplomarbeit steht habe ich mich natürlich im Rahmen meines Studiums sehr intensiv mit der QM beschäftigt.

Und glaubt mir, es ist alles nicht so verwirrend und abenteuerlich, wie es hier geschildert wird.

[martin.schloeter]

Hi,

Als Physiker, der seine Diplomprüfungen hinter sich hat (natürlich auch Quantenmechanik) und kurz vor dem Abschluss seiner Diplomarbeit steht habe ich mich natürlich im Rahmen meines Studiums sehr intensiv mit der QM beschäftigt.

Und glaubt mir, es ist alles nicht so verwirrend und abenteuerlich, wie es hier geschildert wird.

komm, tu mal ein bißchen Butter bei Fische, nicht nur Häppchen hinwerfen.

Hab mit ja nun Mühe gegeben, dieses Gruselszenario zu konstruieren. Wie geht dein "Exorzismus"?

Gruss

By the way (Winken mit Graduierungen ) : Hab das Zeug vor 20 Jahren studiert. Seitdem nicht mehr meine berufliche Baustelle, aber aus reinem Interesse halt ein bißchen am Ball geblieben, so gut es nebenher halt geht.

[Dojokun]

Nun, wenn man die Tunnelwahrscheinlichkeit eines Teilchens betrachtet, ist diese schon sehr gering. Ein Blick auf die entsprechende Schrödingergleichung des Teilchens verdeutlicht das.

Nun müssen wir, wenn eine Hand durch die Tischplatte tunneln soll, mit sehr viel mehr Teilchen rechnen. Wie viel Mol hat eine Hand?
Nun müßte jedes Teilchen in der Hand durch die Tischplatte tunneln. Das heißt, die ohnehin sehr geringen Wahrscheinlichkeiten multiplizieren sich. Und selbst wenn die Wahrscheinlichkeit 1/2 wäre, ist 1/2^(n*10^23), mit n:=Anzahl der Mole in der Hand, die Wahrscheinlichkeit für die ganze HAnd doch sehr gering.
Weiterhin ist die räumliche Distanz, die eine Hand durch eine Tischplatte tunneln müßte, um sehr viele Größenordnungen größer als beim "normalen" Tunneleffekt.
Somit geht die Tunnelwahrscheinlichkeit für ein Teilchen schon sehr weit runter. Und diese Wahrscheinlichkeit dann oben eingesetzt......


Zudem ist die Quantenmechanik per Definition eine Theorie, welche atomare und subatomare Teilchen und Vorgänge beschreiben soll. Mit zunehmender Größenordnung "konvergiert" sie quasi an die klassische Physik.


Aber by the way, das Thema der Auswirkungen der QM auf den Menschen und das Universum sind immer noch heiß diskutiert und haben derzeit beinahe religiösen Charakter.

[martin.schloeter]

Hi Dojokun,

Nun, wenn man die Tunnelwahrscheinlichkeit eines Teilchens betrachtet, ist diese schon sehr gering. Ein Blick auf die entsprechende Schrödingergleichung des Teilchens verdeutlicht das.

Nun müssen wir, wenn eine Hand durch die Tischplatte tunneln soll, mit sehr viel mehr Teilchen rechnen.
[...]
Und diese Wahrscheinlichkeit dann oben eingesetzt......

Das die Wahrscheinlichkeit diesen Haloween-Effekt zu Lebzeit des Universums zu erleben verschwindend gering ist, habe ich ja schon in der Konstruktion meines Szenarios dargestellt.
Aufgrund der Natur von Wahrscheinlichkeiten nützt es eigentlich nichts da quantitativ zu argumentieren. Es kann trotzdem im nächsten Augenblick passieren!
Wenn man das wegbekommen will, muss man schon irgendeine Schwelle in der Webart des Universums annehmen, wo das Ding dann sagt, "Nö, das ist so unwahrscheinlich, da kümmere ich mich nicht mehr drum, lasse ich einfach ganz sein."

Zudem ist die Quantenmechanik per Definition eine Theorie, welche atomare und subatomare Teilchen und Vorgänge beschreiben soll. Mit zunehmender Größenordnung "konvergiert" sie quasi an die klassische Physik.

Nun ja, ich weiss nicht, ob man das "per Definition" so stehen lassen kann. Die QM wurde entwickelt um in diesem Bereich zu arbeiten. Das gemeine an dem "Tier" QM ist aber, dass sie sich nicht selber inherent darauf beschränkt.
"Konvergenz" in allen Ehren dabei, aber das ist schon wieder eine quantitative Argumentation. Wie weit "neben" der klassischen Physik ist denn noch was anderes, wann ist es dasselbe?

Das Unbequeme ist auch, dass die Experimentalphysik die Größendimensionen von Quanteneffekten in den letzten Jahren immer weiter nach oben verschoben hat, es scheint da keine prinzipielle Grenze zu geben wo es nicht mehr "gilt" (in dem Formelwerk der Theorie gibt es die eh nicht).
Es ist nicht mehr so einfach zu sagen, dass es im makroskopischen Bereich keine Bedeutung habe.

Das ekelige an der QM ist, dass sie halt stark auf Wahrscheinlichkeitsbetrachtungen fokusiert, und da an entscheidenden Stellen auch die Größe Zeit kein Bestandteil des Modells ist.

Es hat seine guten Gründe warum die "alten Herren" (Bohr, Einstein, u.a.) sich quasi bis auf's Messer in Dispute über "spukhafte Fernwirkungen", "halbtote Katzen" und ähnliches ergangen haben.

Aber by the way, das Thema der Auswirkungen der QM auf den Menschen und das Universum sind immer noch heiß diskutiert und haben derzeit beinahe religiösen Charakter.

Das ist wohl wahr.

Gruss

[jkdberlin]

Wurde ich nicht gerade virtuell "gesteinigt" weil ich die These vertrat, dass die Übergänge zwischen Naturwissenschaften und Religion ("Glauben" und "Wissen") fliessend sind und sich für mich dadurch keine klaren Grenzen ziehen lassen?
Nö, nö...

Grüsse

[martin.schloeter]

Wurde ich nicht gerade virtuell "gesteinigt" weil ich die These vertrat, dass die Übergänge zwischen Naturwissenschaften und Religion ("Glauben" und "Wissen") fliessend sind und sich für mich dadurch keine klaren Grenzen ziehen lassen?
Nö, nö...

Grüsse

Moi? Quoi?
Steine? Ich? Nee, sitz doch selber im Glashaus.

Wobei wir uns vorher eigentlich drüber unterhalten haben über erkenntnistheoretische Grenzen, die sich aus der Selbstbeschränkung der NW ergeben (oder zumindest ergeben sollten), im Gegensatz zu Glaubens-Dingen.

Die QM hingegen hat den "Charme", dass sie aus sich selber heraus Szenarien liefert, die gewisse Grenzen sprengen. Zumindest wenn man die Sache "annimmt" und nicht eine Verdrängung der Art "praktisch gesehen eh irrelevant" betreibt.

Ciao

[ps3ud0nym]

Wahrscheinlichkeit hin oder her, ich könnte schwören ich hab' den Tunneleffekt schonmal gesehen, wo ALLE Teile durchkamen!

http://www.imdb.com/title/tt0293378/

[martin.schloeter]

Wahrscheinlichkeit hin oder her, ich könnte schwören ich hab' den Tunneleffekt schonmal gesehen, wo ALLE Teile durchkamen!

http://www.imdb.com/title/tt0293378/

Ah ja, die Nummer. Ja, das war auch etwas gruselig. Weiss bis heute nicht wie er das gemacht hat.
Ich wette der Copperfield sagt nur, dass das alles Tricks sind, damit er nicht auf dem Scheiterhaufen landet.

Ciao