Kopenhagener Deutung der Quantenmechanik

Summary

In diesem Video wird die Kopenhagener Deutung der Quantenmechanik erklärt, die von Niels Bohr und Werner Heisenberg entwickelt wurde. Diese Interpretation stellt die Quantenwelt als indeterministisch dar, wobei nur Wahrscheinlichkeiten für Ereignisse, wie den Ort oder Impuls eines Teilchens, angegeben werden können. Ein zentrales Konzept ist der Wellenkollaps, der nach einer Messung den Zustand des Teilchens festlegt. Es wird auch das Phänomen der Superposition sowie der Welle-Teilchen-Dualismus diskutiert. Trotz ihrer erfolgreichen Anwendung in Experimenten wie dem Doppelspaltexperiment bleibt die Kopenhagener Deutung ein umstrittenes Konzept in der Physik.

Takeaways

• 😀 Die Kopenhagener Deutung der Quantenmechanik beschreibt die Quantenwelt als indeterministisch, d.h. genaue Vorhersagen über Ort oder Impuls eines Teilchens sind nicht möglich.
• 😀 Wahrscheinlichkeiten in der Quantenmechanik sind nicht das Ergebnis von Unkenntnis, sondern ein fundamentaler Bestandteil der Natur, der nicht mit klassischen Wahrscheinlichkeiten vergleichbar ist.
• 😀 Im Doppelspaltexperiment kann nur die Wahrscheinlichkeit von Messungen auf dem Schirm vorhergesagt werden, nicht jedoch der genaue Verlauf der Ereignisse.
• 😀 Laut der Kopenhagener Deutung existieren der Ort und Impuls eines Teilchens nicht, solange sie nicht gemessen werden; der Messvorgang selbst definiert die Observable.
• 😀 Der Kollaps der Wellenfunktion tritt bei der Messung auf und bestimmt den Zustand des Teilchens, wobei der Weg des Teilchens in der Superposition vor der Messung undefiniert ist.
• 😀 Die Wellenfunktion wird als abstrakte mathematische Funktion betrachtet, die keine physikalische Realität hat, sondern nur Wahrscheinlichkeiten für das Ergebnis von Messungen liefert.
• 😀 Einstein vermutete, dass verborgene Variablen existieren könnten, um die Quantenmechanik zu vervollständigen, aber die Kopenhagener Deutung leugnet dies und betrachtet die Wellenfunktion als vollständig.
• 😀 Die Kopenhagener Deutung bricht mit der klassischen Physik, da sie die Separabilität und Lokalität aufgibt, was bedeutet, dass Systeme nicht unabhängig voneinander beschrieben werden können.
• 😀 In der Kopenhagener Deutung gibt es keine instantane Fernwirkung zwischen getrennten Systemen, auch wenn die Wellenfunktion von Teilchen kollabiert; es gibt keine physikalische Interaktion über Raum hinweg.
• 😀 Der Welle-Teilchen-Dualismus ist ein zentraler Bestandteil der Kopenhagener Deutung: Quantenobjekte wie Elektronen werden sowohl als Wellen als auch als Teilchen beschrieben, abhängig von der Beobachtung.
• 😀 Die Kopenhagener Deutung bleibt eine der am weitesten akzeptierten Interpretationen der Quantenmechanik, auch wenn sie aufgrund ihrer Unverständlichkeit und der Frage nach der Realitätsdefinition der Wellenfunktion umstritten bleibt.

Q & A

Was ist die Kopenhagener Deutung der Quantenmechanik?

Die Kopenhagener Deutung ist eine Interpretation der Quantenmechanik, die von Niels Bohr und Werner Heisenberg formuliert wurde. Sie besagt, dass Quantenobjekte nicht gleichzeitig genaue Eigenschaften wie Ort oder Impuls haben, sondern nur Wahrscheinlichkeiten für diese Eigenschaften existieren. Die Messung eines Objekts führt zum 'Kollaps' der Wellenfunktion und bestimmt dessen Zustand.

Warum reicht die mathematische Beschreibung der Quantenmechanik nicht für die Physiker?

Obwohl die mathematische Beschreibung der Quantenmechanik exzellente experimentelle Ergebnisse liefert, sind die Physiker damit nicht zufrieden, da sie auch das Entstehen dieser Ergebnisse verstehen möchten. Die Quantenmechanik ist nicht intuitiv und die Physiker suchen nach einer tieferen Erklärung für die Prozesse, die während der Messung auftreten.

Was versteht man unter dem Begriff 'Indeterminismus' in der Kopenhagener Deutung?

Indeterminismus bedeutet, dass in der Quantenmechanik keine genauen Vorhersagen über Eigenschaften wie Ort oder Impuls eines Teilchens möglich sind. Stattdessen kann nur die Wahrscheinlichkeit für bestimmte Ergebnisse angegeben werden. Diese Wahrscheinlichkeit ist nicht das Resultat eines Informationsmangels, sondern ein grundlegendes Merkmal der Natur.

Was ist der Unterschied zwischen klassischer und Quantenwahrscheinlichkeit?

In der klassischen Wahrscheinlichkeit kann man, wenn alle Kräfte bekannt sind, Ereignisse wie den Wurf eines Würfels genau vorhersagen. In der Quantenmechanik hingegen ist eine solche Vorhersage unmöglich, und die Wahrscheinlichkeit ist ein fundamentales, nicht-intuitives Konzept, das Teil der Natur selbst ist, nicht nur eine Unkenntnis.

Was passiert im Doppelspaltexperiment gemäß der Kopenhagener Deutung?

Im Doppelspaltexperiment wird ein Elektron durch zwei Spalten geschickt. Laut der Kopenhagener Deutung befindet sich das Elektron in einer Superposition, das heißt, es ist an keinem bestimmten Ort. Erst durch die Messung des Ortes wird die Wellenfunktion kollabiert und der Ort des Elektrons wird definiert.

Was bedeutet der Begriff 'Superposition' in der Quantenmechanik?

Superposition bezeichnet den Zustand, in dem ein Quantenobjekt wie ein Elektron gleichzeitig mehrere mögliche Zustände einnehmen kann, ohne sich auf einen bestimmten Ort oder Impuls festzulegen. Erst die Messung führt zu einer Entscheidung und bestimmt, welcher Zustand realisiert wird.

Was passiert bei der Messung eines Quantenobjekts in der Kopenhagener Deutung?

Die Messung eines Quantenobjekts führt dazu, dass die Wellenfunktion kollabiert. Vor der Messung existieren nur Wahrscheinlichkeiten für bestimmte Eigenschaften wie Ort oder Impuls. Durch das Messen wird jedoch eine spezifische Eigenschaft des Objekts festgelegt, wodurch der Zustand des Objekts 'real' wird.

Warum wird die Wellenfunktion in der Kopenhagener Deutung als 'rein epistemisch' bezeichnet?

Die Wellenfunktion ist in der Kopenhagener Deutung nicht real, sondern ein mathematisches Werkzeug, das unser Wissen über den Zustand eines Quantenobjekts beschreibt. Sie hat keinen Anspruch auf Realität außerhalb der Messung und existiert nur als Wahrscheinlichkeitsverteilung, bis sie durch den Messprozess kollabiert.

Was ist der Unterschied zwischen Separabilität und Lokalität in der Quantenmechanik?

Separabilität besagt, dass zwei physikalische Systeme unabhängig voneinander beschrieben werden können, auch wenn sie weit voneinander entfernt sind. Lokalität bedeutet, dass zwei Systeme nur durch physikalischen Kontakt oder Austausch von Teilchen beeinflusst werden können. In der Kopenhagener Deutung wird die Separabilität aufgegeben, aber die Lokalität bleibt unberührt.

Wie erklärt die Kopenhagener Deutung die Quantenverschränkung?

In der Kopenhagener Deutung wird die Quantenverschränkung als ein Zustand beschrieben, in dem zwei Teilchen, wie zum Beispiel zwei Photonen, in einer Weise miteinander verbunden sind, dass die Messung eines Teilchens sofort den Zustand des anderen Teilchens bestimmt, unabhängig von der Entfernung zwischen ihnen. Dies widerspricht der klassischen Separabilität, verletzt jedoch nicht das Prinzip der Lokalität, da der Wellenkollaps als kein physikalischer Prozess angesehen wird.