Frage zum Doppelspalt Experiment

Hallo zusammen,

mir als naturwissenschaftlich interessierter Laie will eine Frage zum Doppelspalt Experiment nicht aus dem Kopf gehen.
So wie ich es verstanden habe gibt es den Mond, auch wenn ihn keiner anschaut deshalb, weil die Natur des Makrokosmos sich quasi allgegenwärtig selbst "misst".
Und wenn man diese "Messungen" verhindert funktioniert das Doppelspaltexperiment im Labor auch mit Materie, sprich Atomen oder gar mit Fulleren-Molekülen.
Durch ein erzeugtes Vakuum wird dies ermöglicht. Ich will dieses Ergebnis auch in keinster Weise in Frage stellen. Was ich mich nur frage ist:
Wenn Gravitation nicht isolierbar ist, sollten auch einzelne Moleküle, ich nenne es mal "Gravitations -Signaturen" hinterlassen, welche die Moleküle eindeutig zu jedem Zeitpunkt im Raum festlegen. Oder anders ausgedrückt: Es sollte sich alleine durch die Gravitation ( von Ruhemasse behafteten Teilchen) die Natur ständig selbst messen. Auch im Vakuum.
Warum bilden auch Moleküle Interferenzmuster?

Tetsuo schrieb:

Warum bilden auch Moleküle Interferenzmuster?

Zum Vergrößern anklicken....

Hallo Tetsuo,

weil Moleküle keine makroskopischen Objekte sind. Man kann als Beobachter mit solchen Objekten (Quanten) also nur über makroskopische Meßgeräte interagieren. Daraus ergeben sich (nach aktuellem Wissensstand) spezifische Gesetzmäßigkeiten. Eines davon sind dabei die deBroglie-Beziehungen.
MfG

Hallo Tetsuo und Bernhard,

Tetsuo schrieb:

Warum bilden auch Moleküle Interferenzmuster?

Zum Vergrößern anklicken....

Die Frage ist mehr, "warum bilden auch schwere Teilchen Interferenzmuster?".

Es ist nicht so, dass die Natur sich "ständig" misst. Sie misst sich unterschiedlich häufig. Jedes Wirken einer Kraft auf ein Teilchen (Molekül zB) ist eine Messung. Nichts anderes ist eine Messung.
Messungen sind sozusagen unendlich kurz, also in der Zeit Punktförmig. Und wenn man ein Teilchen betrachtet, so vergeht zwischen jeder Messung/Wechselwirkung eine gewisse Zeit.
In dieser Zeit ist das Teilchen eine Welle. (Zb beim Doppelspaltexperiment zwischen aussendung und auftreffen auf der Wand)
Nur während der Messung ist das Teilchen ein Teilchen!

Beispielsweise nehmen wir jetzt mal ein Elektron im Weltraum.
Auf es wirkt: Gravitation, Elektromagnetismus.
Elektromagnetismus in Form der allgegenwärtigen Hintergrundstrahlung und natürlich Licht von nahen Sternen usw.
Gravitation kommt ebenfalls von den nächsten Objekten.(eben durch die Krümmung der Raumzeit am Standort)

Ich kann dir nicht genau sagen, wie Oft das Elektron im freien Weltall eine Gravitationsmessung erfährt. Das können Andere hier besser, aber ich kann dir die durchschnitttliche Zeit zwischen 2 Messungen sagen (egal ob Grav./Elektrom.): 31 Jahre.
Ein Staubteilchen hält nur 10^-7 Sekunden durch bevor es wieder von einem Photon der Hintergrundstrahlung getroffen wird.
Ein Molekül liegt also irgendwo dazwischen, vllt. im Bereich von Sekunden +/- ein paar Größenordnungen.

Soweit ich weis, wirken zB. auf Elektronen die Gravitonen genauso wie die Photonen, also sie zerstören den Wellenzustand gleichermaßen.

Übrigens heißt die Zeit zwischen zwei Messungen Dekohärenzzeit und ich empfehle den Wikipedia Artikel. Dort sind noch andere Beispiele angegeben.

Ich weis aber auch nicht alles und freue mich auf die sicherlich spannenden Antworten der Experten!

neugierige Grüße
Stefan

Hallo Tetsuo,

ich erinnere mich, bei Penrose in "Computerdenken" etwas über eine mögliche Wirkung der Gravitation auf Quantensysteme gelesen zu haben. Vielleicht guckst du da mal rein. Soweit ich das richtig in Erinnerung habe, reicht in den dortigen Ausführungen die Gravitation alleine nicht aus, um gewisse Dekohärenzzeiten zu erklären.

Grüße

SRMeister schrieb:

Ich kann dir nicht genau sagen, wie Oft das Elektron im freien Weltall eine Gravitationsmessung erfährt. Das können Andere hier besser, aber ich kann dir die durchschnitttliche Zeit zwischen 2 Messungen sagen (egal ob Grav./Elektrom.): 31 Jahre.

Zum Vergrößern anklicken....

Wie kann es denn sein, dass die Gravitation nur alle paar Jahrzehnte misst bzw. wirkt?

Wie kann es denn sein, dass die Gravitation nur alle paar Jahrzehnte misst bzw. wirkt?

Zum Vergrößern anklicken....

"Messen" gibt's nicht im quantenmechanischen Formalismus. Wenn man die Wellenfunktion aufteilt in zwei Wege, dann kann man sie prinzipiell auch wieder zusammenführen und so das Interferenzmuster wiederherstellen.
Was bei diesem "natürlichen Messen", der Dekohärenz passiert, ist folgendes: die Wellenfunktion wird durch eine Wechselwirkung mit der Umgebung etwas gestört. Das bewirkt eine Änderung der Phase der Wellenfunktion. Je nach Stärke der Interaktion ist die Änderung fast unmerklich oder gleich riesig, z.B. bei Streuung an einem Elektron.
Das kann man im Prinzip alles wieder rückgängig machen, wenn man genau weiß, was passiert ist. Sowas führt zu schrägen Konzepten wie dem Quantenradierer, wo man zwar die Position eigentlich gemessen hat, dann aber diese Information wieder "zurückspeist", damit die ursprüngliche Phasenlage und so auch das Interferenzmuster wieder herstellt. Dafür ist die Positionsinformation futsch.
Dekohärenz tritt dann ein, wenn die Phasenlage der beiden Wellenfunktionen soweit gestört wurde, dass das Interferenzmuster verschwindet. Dabei sind die genauen Störungen dem Experimentator nicht bekannt, er kann sie also auch nicht wieder rückgängig machen. Damit ist diese Information einfach verloren, wenn schon nicht theoretisch, so doch praktisch.
Gravitonen wären wohl ein Extrembeispiel, wo die Phasenlage aufgrund der Schwäche der Wechselwirkung bei jedem "Stoß" um gerade mal 10^-100 verändert wird (Zahl frei erfunden). Dementsprechend lange dauert es, bis die kumulierte Störung die Phasen wirklich durcheinandergebracht hat.

Warum entkommen Gravitonen einem 'Schwarzen Loch'?

Warum entkommen Gravitonen einem 'Schwarzen Loch'?

Zum Vergrößern anklicken....

Tun sie nicht. Gravitonen sind Anregungen des Schwerefeldes, so wie Photonen Anregungen des EM-Feldes sind. Wenn nichts angeregt ist, sondern statisch, dann hat's keine Gravitonen. Und das ist bei SL so.
Man kann statische Felder vielleicht mittels virtueller Teilchen beschreiben, so wie in der QED. Die müssen sich aber an gar nichts halten, das sind nur Terme in der Störungsrechnung. Die interessieren sich für so Kleinigkeiten wie Kausalität oder Lichtgeschwindigkeit gar nicht.

Danke 'Ich'. Das ist allerdings sehr schwere Kost für mich. Da werde ich eine Zeit lang für brauchen.

Vielleicht hilft als Verständniss folgende Analogie zu Photonen:

Ein viel verwendetes Bauteil der Elektrotechnik ist der Kondensator. Darin sind 2 Platten enthalten die entgegengesetzte Ladung tragen. Deshalb ziehen sich diese beiden Platten an. Ist der Kondensator in einen Gleichstromkreis eingebaut, ist die Ladung und Anziehung statisch. Es wirken also kontinuierlich Kräfte. Trotzdem werden keine Photonen zwischen den Platten ausgetauscht. Ist ja auch klar, denn welche Wellenlänge sollten diese denn haben? Erst wenn der Stromkreis anfängt zu schwingen, bsp. Radiosender, werden Photonen abgestrahlt. Das ist vereinfacht gesagt das was "Ich" mit Anregungen meint.

Im Fall der Gravitation bspw. ist das der Fall wenn 2 Neutronensterne oder SL um einander kreisen und Gravitationswellen aussenden. Die abgestrahlte Energie sollte nach meinem Verständniss in Gravitonen gequantelt sein.

Die Idee, dass die Natur quasi kontinuierlich gemessen wird und dass das makroskopische Verhalten etwas mit der Gravitation zu tun haben könnte, ist schon ein interessanter Gedanke. Und wie oben erwähnt hat auch Penrose in diese Richtung spekuliert. Allerdings gibt es dazu zwei Probleme.

1) die Dekohärenztheorie beschreibt, warum ein makroskopisches Objekt als solches und insbs. lokalisiert erscheint - und nicht als quantenmechanischer Überlagerungszustand; sie beschreibt jedoch nicht, wo genau ein Objekt nun lokalisiert wird. Wenn also beim Doppelspalt verschiedene Maxima existieren, dann beschreibt die Dekohärenztheorie, dass ein Objekt eben durch Dekohärenz quasi klassisch wird, sie beschreibt aber für ein konkretes Teilchen weiterhin nicht, in welchem konkreten Maximum dies passiert.

2) Für die Gravitation ist leider noch keine Quantentheorie, die allgemein akzeptiert wäre und aus der in allen Aspekten befriedigende Ergebnisse ableitbar wären (insbs. sind praktisch keine experimentell überprüfbaren Vorhersagen bekannt). Zudem sagt keine mir bekannte Quantengravitationstheorie irgendetwas über den von Penrose vermiteten Zusammenhang.

Zu den Gravitonen und der schwarzen Loch: das Gravitationsfeld eines nicht-rotierenden schwarzen Lochs ist statisch und entspricht exakt dem des bereits vor dem Kollaps existierenden Schwerefeldes des Sterns. Zumindest in anderen Feldtheorien kann man einen Teil der Wechselwirkung durch eines Potentialfeldes als rein statisch und ohne irgendwelche virtuellen Teilchen beschrieben (QED: pures Coulombpotential ohne Photonen). In einer gewissen Näherung verhält es sich für die Gravitation genauso.

Hallo Zusammen,

ich habe mal eine kleine Zwischenfrage, einige Vorredner sprachen von Gravitonen und Gravitationswellen.
Leider ist mir nicht bekannt, dass diese schon nachgwiesen wurden. Falls doch würde ich mich über einen Link freuen.


MfG zoot

zoot,

Gravitonen gar nicht, da hast du schon recht, und das wird wohl bis auf weiteres auch erstmal so bleiben.
Wellen auch nur indirekt. Aber immerhin! Abnahme der Rotationsfrequenz mit der Zeit zweier sich umkreisender Neutronensterne in sehr guter Übereinstimmung mit dem, was die ART an Energieverlust durch Abstrahlung von Gravitationswellen voraussagt. Link spare ich mir, da ich mir sicher bin, du findest es mit Leichtigkeit selbst bei Wicki etc.
Der direkte Nachweis könnte evtl. in den nächsten Jahrzehnten mit den kontinuierlich weiter entwickelten Interferometern gelingen. Nach meinem Verständnis sollte aber auch selbst ein Nicht-Nachweis schon in den nächsten 10 Jahren allerhand bedeutende Rückschlüsse zulassen.

TomS schrieb:

Zumindest in anderen Feldtheorien kann man einen Teil der Wechselwirkung durch eines Potentialfeldes als rein statisch und ohne irgendwelche virtuellen Teilchen beschrieben (QED: pures Coulombpotential ohne Photonen).

Zum Vergrößern anklicken....

Ich bin sicher kein Experte in QFT, aber ich hätte gedacht, dass jeder Streuprozess - also jede Wechselwirkung - in Störungsrechnung durch Terme beschrieben wird, die dem Austausch virtueller Teilchen entsprechen. Phänomenologischen Beschreibungen, die über diese Prozesse geeignet mitteln, natürlich unbenommen. Ist dem nicht so?

Ich schrieb:

Ich bin sicher kein Experte in QFT, aber ich hätte gedacht, dass jeder Streuprozess - also jede Wechselwirkung - in Störungsrechnung durch Terme beschrieben wird, die dem Austausch virtueller Teilchen entsprechen. ... Ist dem nicht so?

Zum Vergrößern anklicken....

Ein Streuprozess wird in Störungsrechung meist so beschrieben, aber das muss nicht allgemeingültig sein; z.B. lässt sich die Gravitation so nicht quantisieren, es gibt statt dessen Hinweise darauf, dass sie störungstheoretisch nicht konsistent quantisierbar ist, obwohl evtl. nicht-störungstheoretisch eine Quantisierung möglich ist (Stichwort: asymptotic safety).

Und selbst wenn jeder Streuprozess so beschreibbar wäre, so muss damit keineswegs jeder Aspekt der Wechselwirkung beschreibbar sein, insbs. nicht gebundene Zustände. In der QED werden die Quantenkorekturen zur rel. QM durch Störungstheorie beschrieben (Lamb shift), nicht jedoch der gebundene Zustand im Coulomb-Potential selbst. In der QCD versagt der störungstheoretische Ansatz für gebundene Zustände vollständig. U.a. gibt es Effekte wie Instantonen, deren Effekte mit 1/g skalieren und für die g=0 eine ungeeignete Näherung darstellt.

Wenn man die QED oder QCD im kanonischen Formalismus nicht-störunsgtheoretisch quantisiert (und eine spezielle Eichung wählt), erhält man neben Termen, die in Störungstheorie dem Austausch einzelner Photonen bzw. Gluonen entsprechen einen Wechselwirkungsterm der Form

V ~ ∫ d[SUP]3[/SUP]x d[SUP]3[/SUP]y ρ(x) K(x-y) ρ

In der QED ist K(z) = 1/|z| das statische Coulombpotential der fermionischen Ladungsdichten ρ. In der QCD ist K ein hochkomplizierter Integraloperator, der Gluonenterme enthält, ebenso enthält ρ neben den Quarks auch Beiträge von den Gluonen.

Jedenfalls ist V gerade nicht durch virtuelle Teilchen darstellbar; diese stellen also nur einen Teilaspekt dar bzw. sind nur in einem bestimmten Regime sinnvoll.

Hallo,

RPE schrieb:

Aber immerhin! Abnahme der Rotationsfrequenz mit der Zeit zweier sich umkreisender Neutronensterne in sehr guter Übereinstimmung mit dem, was die ART an Energieverlust durch Abstrahlung von Gravitationswellen voraussagt.

Zum Vergrößern anklicken....

Genau dazu habe ich mal was geschrieben, aber leider noch keine Kommentare erhalten.

Vielleicht kommt ja jetzt was...

Herzliche Güße.