A2/Das Quanten-FAQ

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A2

Korrelation
Einführung

Lektionen


Die Tatsache, dass Quantenmechanik über das hinausgeht, was mit Hilfe von klassischer Physik möglich ist, hat im Laufe der Jahre zu einer großen Anzahl von Interpretationen und Ansichten über die Quantenwelt geführt. Einige dieser Ansichten sind in der Wissenschaft schon wieder verschwunden, halten sich jedoch hartnäckig in populären und alternativen Werken. Wir haben im Folgenden eine Liste mit den wichtigsten Fragen zusammengestellt.

F: Beeinflusst die Messung den Ausgang des Experiments?

A: Ja. Aber dies ist in keinster Weise verwunderlich: auch in der klassischen Physik übt jedes Experiment einen endlichen Effekt auf das gemessene Objekt aus. Der Unterschied besteht jedoch darin, dass in der Quantenmechanik ein quantitativer Zusammenhang zwischen der Information, die man über eine Objekt gewinnt, und der Störung, die die hierzu nötige Messung verursacht. Wir werden uns noch eingehender mit dieser Frage in einer späteren Lektion (C.3) beschäftigen.


F: Beeinflusst das Bewusstsein eines Beobachters den Ausgang eines Experiments?

A: Nein.


F: Sagt die QM voraus, dass alles im Universum mit allem zusammenhängt?

A: Das hängt natürlich davon ab, was man mit zusammenhängen meint. Die Quantenmechanik beinhaltet keine überlichtschnellen Signale und erlaubt somit einen wohldefinierten Begriff von Lokalität, der immer eine lokale Beschreibung von Systemen zulässt. Dies steht im Gegensatz zur Newtonschen Physik, die für sich ja keine Schranken für Abarbeitungsgeschwindigkeiten kennt. In der Newtonschen Physik verursacht die Ameise, die auf einem Planeten im Alpha Centauri System steht und winkt, instantan eine (kleine aber prinzipiell messbare) Änderung im Gravitationspotential der Erde.


F: Wie nicht-lokal ist die QM?

Wir hatten bei der Diskussion der Geschichte bereits festgehalten, dass die Quantenmechanik neben der Forderung E (Verletzung der Bell'schen Ungleichung im Experiment) auch L (Lokalität) erfüllt. Dennoch hört man oft, die Quantenmechanik sei nicht-lokal, wobei die Erläuterungen dieses Begriffes sehr stark schwanken, aber gern auf das Bell'sche Theorem verwiesen wird. Das ist irreführend: Es ist gerade typisch für die quantenmechanische Beschreibung eines zusammengesetzten Systems, dass eine Messung an einem Teilsystem keine Veränderung der Statistik des anderen Systems bewirkt. Das Bell'sche Telefon ist in der Quantenmechanik ausgeschlossen! Solange nicht Korrelationsdaten ausgewertet werden (wozu Kommunikation zwischen Alice und Bob nötig ist), kann jeder Partner eine völlig normale quantenmechanische Beschreibung seines Systems aufbauen, die für alle ihm verfügbaren Messmethoden die korrekten Wahrscheinlichkeiten liefert. In unserer Geschichte hatte sich dies dadurch ausgedrückt, dass Bob festgestellt hatte, dass die Symbole auf den einzelnen Feldern jeweils gleichverteilt sind. Dazu braucht er nicht zu wissen, dass seine Teilchen mit irgendwelchen anderen korreliert sind und schon gar nicht, welche Entscheidungen die Lichtjahre entfernte Alice trifft. Nicht-lokal an der Quantenmechanik sind also allein die klassisch geprägten Zusatzfantasien.


F: Wie hängt die Quantenmechanik mit anderen Theorien zusammen?

A: Vergleicht man die Quantenmechanik mit der klassischen Newtonschen Mechanik einerseits, und der Relativitätstheorie andererseits so kann man charakteristische Unterschiede feststellen. Wir fassen diese in der folgenden Tabelle zusammen.

Deterministische Beschreibung möglich Begriff von Lokalität Verletzung der Bell'schen Ungleichung möglich
Newtonsche Physik Ja Nein Nein
Relativitätstheorie Ja Ja Nein
Quantenmechanik Nein Ja Ja


Hierbei muss man fairerweise sagen, dass in der Quantenmechanik keine natürliche Lichtgeschwindigkeit eingebaut ist, sondern der Begriff der Lokalität hier durch die Vertauschungseigenschaften (bzw. Tensorproduktstruktur) der Messoperatoren vermittelt wird. Aus dieser Tabelle lässt sich auch schon eine der grundlegenden Schwierigkeiten ablesen, die sich ergibt, wenn man versucht, eine Theorie zu finden, die Quantenmechanik und Relativitätstheorie umfasst: Die Verletzung der Bell'schen Ungleichung, die ja experimentell bestätigt ist, erzwingt die Aufgabe der klassischen Beschreibung nach dem Bell'schen Theorem.