Diese Woche gab es ja den Nobelpreis für Zeilinger, Clauser und Aspect für Forschungen zur Quantenverschränkung. Und natürlich überschlagen sich wieder alle darin, zu erklären, wie unverständlich diese Quantenverschränkung doch ist. (Florian Aigners Erklärung ist eine löbliche Ausnahme und vermutlich so ziemlich das beste, was man in 2 Minuten im Fernsehen umsetzen kann.) Grund genug, hier mal ein wenig zu erklären, was es damit auf sich hat. Zur Warnung sage ich gleich dazu: “Unverständlich” im Sinne von “geht gegen jede Intuition” ist die Sache, daran lässt sich nicht drehen. Aber was das Seltsame an der Verschränkung ist, das lässt sich schon verstehen.

Ich erkläre die Sache wie so oft an einem Spielzeugmodell (das allerdings eine gute Näherung für eine tatsächliche Eigenschaft von Elementarteilchen ist, nämlich den Spin). Unsere Teilchen (also die Dinger, die sich nach den Regeln der Quantenmechanik verhalten sollen und mit denen wir die Verschränkung bauen) haben eine Art eingebaute “Richtung”, die man durch einen Pfeil kennzeichnen kann. Der kann in beliebige Richtungen zeigen, nach oben, unten, rechts oder links, schräg rechts oben oder so, aber nur in zwei Dimensionen. Der Pfeil ist also wie ein Zeiger auf einem Kompass mit Richtungen Norden, Nordosten usw. Für’s erste brauchen wir aber nur vier mögliche Richtungen: Oben, unten, rechts links (oder Norden, Süden, Osten, Westen, wenn ihr das lieber mögt).

Nehmen wir an, wir haben ein Teilchen, dessen Pfeilwert wir nicht kennen. Wir können die Richtung nicht einfach messen, das erlauben die Spielregeln der Quantenmechanik nicht. Wir können nur entlang einer bestimmten Richtung messen, beispielsweise in der Vertikalen. Wir können uns zum Beispiel vorstellen, wie haben einen Apparat, der alle Teilchen mit Pfeil nach oben nach oben schickt und alle mit Pfeil nach unten nach unten.

Unser Teilchen mit unbekanntem Pfeil trifft also auf den Apparat und wird dann nach oben oder unten abgelenkt. Schicken wir es danach auf noch einen zweiten identischen Apparat, wird ein Teilchen, das beim ersten nach oben ging, auch beim zweiten nach oben gehen, eins, das beim ersten nach unten geht, auch beim zweiten und so weiter. Daraus können wir schließen, dass ein Teilchen, das hinter dem Apparat nach oben läuft auch tatsächlich den Pfeilwert “oben” hat.

Das gibt Regel 1: Ein Teilchen, dessen Pfeilwert wir gemessen haben, hat auch tatsächlich diesen Wert, denn wir messen ihn danach immer wieder. Teilchen können also einen eindeutigen Pfeilwert besitzen.

Jetzt nehmen wir einen zweiten Apparat hinzu, diesmal einen, der die Zustände Pfeil rechts und Pfeil links unterscheiden kann. Wir schicken wieder ein unbekanntes Teilchen auf den Apparat, hinterher haben wir dann ein Teilchen mit Pfeilwert rechts oder links.

Interessanter wird es, wenn wir ein Teilchen mit Pfeilwert oben (oder unten) auf den Apparat schicken, der rechts oder links unterscheiden kann. Dann bekommen wir nämlich zufällig einen Wert und zwar mit derselben Wahrscheinlichkeit von 50%. Umgekehrt genauso: Schicken wir ein Teilchen mit Zustand rechts (oder links) auf den Apparat, der oben und unten unterscheiden kann, bekommen wir mit 50% Wahrscheinlichkeit oben und mit 50% unten.

Ein Teilchen mit Pfeil oben (oder unten) hat also keinen eindeutigen Wert für die Eigenschaft rechts/links und umgekehrt genauso, misst man die Eigenschaft, ist das Ergebnis zufällig. Man sagt auch, der Zustand “oben” ist bezüglich der Eigenschaft links/rechts in einer Überlagerung. (Mehr über Überlagerungen findet ihr hier.)

Regel 2 Die Zustände oben/unten und links/rechts sind nicht miteinander vereinbar, kennt man den Wert in der einen Richtung, ist der Wert in der Richtung senkrecht dazu schlicht unbestimmt. Ein Teilchen kann also bezüglich einer bestimmten Eigenschaft keinen eindeutigen Wert haben.

So, und jetzt kommen wir such schon zur Verschränkung. Wir denken uns eine Maschine, die immer zwei Teilchen gleichzeitig aussendet, am einfachsten in entgegengesetzte Richtungen. Wenn wir die Pfeilrichtungen dieser Teilchen messen, stellen wir fest, dass sie immer genau entgegengesetzt sind, ist das eine oben, ist das andere unten, ist eins links ist das andere rechts. (Technisch lässt sich das z.B. umsetzen, indem man Elektron-Positron-Paare erzeugt, das Beispiel nimmt Feynman in den Feynman Lectures.)

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Kommentare (42)

  1. #1 Christian
    Wien
    8. Oktober 2022

    Servus Martin,
    ich versuche gerade, verborgene Variablen in der Art zu finden, dass das Quant auch noch Bewegungen beziehungsweise Schwingungen in räumlichen Richtungen macht, die uns nicht zugänglich sind. Dazu stelle ich mir eine zweidimensionale Welt vor, wo zwei sozusagen verschränkte Quanten in entgegengesetzter Richtung vom Ursprung weg einer Sinuslinie folgen. Das eine Quant schwingt hin- und her, während das andere gleichzeitig her- und hinschwingt. Würden die Quanten beispielsweise tatsächlich aber einer Schraubenlinie folgen, dann tauchen die Quanten für die zweidimensionalen Beobachter abwechselnd bei +1 und -1 auf. Aber denoch in einer vorhersehbaren Abfolge: Quant A bei +1, -1, +1, -1 usw. Und Quant B gleichzeitig bei -1, +1, -1, +1 usw.
    Wenn es sich aber gar nicht um zwei Quanten handelt, die erzeugt wurden und die der Schraubenlinie folgen, sondern um viele, die sich noch dazu mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, aber immer paarweise spiegelsymetrisch entlang dieser Schraubenlinie bewegen (ähnlich wie bei einer Explosion, wo viele Splitter mit unterschiedlicher Geschwindigkeit vom Explosionszentrum wegfliegen), dann kann das Erscheinungsmuster bei +1 und -1 für die zweidimensionalen Beobachter schon einigermaßen chaotisch aussehen. Und wenn das ganze auch noch in mehr als einer zusätzlichen Raumrichtung (und womöglich sogar noch in zusätzlichen Zeitrichtungen) erfolgt, ist es für die zweidimensionalen Beobachter dann überhaupt noch möglich, dieses scheinbar zugällige Erscheinen von einander nicht unterscheidbaren Quanten bei +1 und -1 von einem tatsächlichen zufälligen Erscheinen von bloß zwei Quanten zu unterscheiden?

  2. #2 Joseph Kuhn
    8. Oktober 2022

    Wenn das alles ganz einfach wäre, hätte es keinen Nobelpreis dafür gegeben.

    Schön, mal wieder was von dir zu lesen, auch wenn es ziemlich “unverständlich” ist. 😉

  3. #3 lioninoil
    8. Oktober 2022

    Hallo Herr Bäker,
    Bei dem schwierigen Thema bleibe ich erst mal bei der Regel 1. Zu ersten Male habe ich verstanden, was mit Überlagerung gemeint ist. Sehr gut !

  4. #4 MartinB
    9. Oktober 2022

    @Christian
    Das wären immer noch lokale verborgene Variablen. Das coole an der Bellschen Ungleichung ist, dass man damit eben zeigen kann, dass so etwas prinzipiell unmöglich ist, ohne dass man sich jedes denkbare Konstrukt angucken muss. Egal wie die lokalen verborgenen Variablen funktionieren, sie müssten ja irgendwelche Werte für die Messungen auf jeder Seite unabhängig voneinander festlegen. Und man kann zeigen, dass die Wahrscheinlichkeiten, die man in der QM bekommt, mit einem solchen Konstrukt nicht vereinbar sind.

    @Joseph
    “Unverständlich” im Sinne von “kontraintuitiv” oder “dem gesunden Menschenverstand widersprechend” ist die Sache nun mal, ich hoffe aber, dass der Artikel deutlich macht, was genau das Seltsame an der Verschränkung ist.

    @lioninoil
    Zur Überlagerung habe ich ja schon mal einen eigenen Artikel geschrieben
    https://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2020/08/11/ueberlagerungen-in-der-quantenmechanik/
    Kannst du sagen, wo es nach Regel 1 hakt, wenn du Überlagerungen verstanden hast?

  5. #5 fauv
    9. Oktober 2022

    Wenn man oben und unten vertauscht, dann wird aus rechts links und aus links wird rechts.
    Wir messen also zuerst oben und dann rechts.
    Messen wir aber zuerst rechts, dann ist das nur eine Festlegung, weil wir ja nicht wissen, ob das von oben rechts ist oder von unten rechts ist.

  6. #6 lioninoil
    9. Oktober 2022

    Nachtrag lioninoil = fauv

  7. #7 MartinB
    9. Oktober 2022

    @Fauv/Lioninoil
    Habe nicht verstanden, was mir das sagen soll. Ich nehme natürlich ein globales Bezugssystem an, in dem die 4 Richtungen eindeutig sind (N,S,O,W) oder in einem Labor Richtung Decke, Boden, Fenster, Tür oder so.

  8. #8 lioninoil
    9. Oktober 2022

    Logisch sieht es so aus
    1. Filter ……….. 2-. Filter ……….. Ergebnis
    Licht geht durch geht nicht durch . dunkel
    Licht geht durch geht durch……… hell
    geht nicht durch geht nicht durch.. dunkel
    geht nicht durch geht durch …….. dunkel

    Nur wenn beide Filter das Licht durchlassen sehen wir nach dem zweiten Filter Licht. Die Wahrscheinlichkeit dieses Falles ist 0,25, wenn der eine Filter nur senkrecht polarisiertes Licht durchlässt und der 2. Filter nur waagrecht polarisiertes Licht durchlässt.
    Wenn also die Wahrscheinlichkeit hinter dem 2. Filter größer ist als 0,25, dann ist das Licht überlagert.

  9. #9 MartinB
    9. Oktober 2022

    @Lioninoil
    Wenn du ein Polarisiertes Licht durch zwei Polfilter schickst, von denen der erste senkrecht und der zweite waagerecht ist, dann ist die Wahrscheinlichkeit immer Null, denn hinter dem ersten Polfilter ist das Photon immer senkrecht polarisiert (sonst wäre es nicht durchgekommen).

    Achtung: In meinem Artikel habe ich mit Spins argumentiert, also Spin rauf/runter sind orthogonal, erst Spin rauf, dann Spin waagerecht hat eine Wahrscheinlichkeit von 25%, wenn der Anfangszustand identische Wahrscheinlichkeit für alle Richtungen hat oder eine entsprechende Überlagerung hat. Wenn der Anfangszustand senkrecht (z.B. oben) ist, dann kommt das Teilchen durch den ersten Filter immer durch und hat dann am zweiten eine Wahrscheinlichkeit von 50%…

  10. #10 lioninoil
    10. Oktober 2022

    Martin B
    Danke, deine Erklärung ist mir zu spät eingefallen.
    Die Logik ist ein scharfes Schwert !

  11. #11 lioninoil
    10. Oktober 2022

    Also ein zweiter Versuch, die Logik zu überprüfen.
    (und nachdem ich über Spin gegoogelt habe)

    Wir haben also bei der 1. Messung ein Oben
    Bei der 2 Messung ein Rechts.
    Die Wahrscheinlichkeit ein Rechts-Oben zu haben ist 25 %.

    Wenn bei deinem Modellversuch mit der jeweilig entgegengesetzten Richtung , (das ist die wichtigste Aussage)
    festgestellt wird, dass die Letzte Messung ein Fehler war und statt rechts ein links vorliegt, dann kippen alle Ergebnisse vorher.
    Ist das deine Erklärung für Verschränkung.?

  12. #12 lion in oil
    10. Oktober 2022

    Nachtrag zur Wahrscheinlichkeit von 25 %. Das bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit nicht rechts und nicht oben = 75 % ist.
    Also , nicht rechts 50 %, nicht oben = 25 % ????

  13. #13 Cabernet
    10. Oktober 2022

    Ich dachte der ganze Quantenquatsch wäre schön längst entlarvt 🙁
    Nochmal 50 Jahre? 🙁

  14. #14 MartinB
    11. Oktober 2022

    @lioninoil
    Wenn das Teilchen am Anfang in einem Zustand ist, in dem alle Richtungen gleichwahrscheinlich sind, dann ist die Wahrscheinlichkeit, durch den ersten Filter zu kommen, 50%, hinter dem zweiten dann 25%. Das ist richtig.

    “Das bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit nicht rechts und nicht oben = 75 % ist.
    Also , nicht rechts 50 %, nicht oben = 25 % ????”
    Achtung, um das so zu rechnen, musst du ja mehrere Möglichkeiten addieren.
    1. Das teilchen wird schon im ersten Filter aufgehalten: 50%
    2. Das Teilchen wird im ersten Filter nicht aufgehalten, wohl aber im zweiten. Das ist jetzt eine bedingte Wahrscheinlichkeit und die ist 25% wie es sein muss.

  15. #15 Bernd Nowotnick
    11. Oktober 2022

    #14

    Frage: „Wenn das Teilchen am Anfang in einem Zustand ist, in dem alle Richtungen gleichwahrscheinlich sind, dann ist die Wahrscheinlichkeit…“

    Es ist nicht möglich zwischen FM- und AM-moduliert zu unterscheiden wenn man die Anfangsbedingungen nicht kennt.

    An dieser Stelle ist die allgemeine Relativitätstheorie doch schon raus, da dies nur ohne Teilchen möglich ist, oder?

  16. #16 lioninoil
    11. Oktober 2022

    Martin,
    logisch, noch eine Frage, kann das Teilchen beide Filter passieren ?

  17. #17 lioninoil
    11. Oktober 2022

    Nachtrag
    Frage zurückgezogen , muss erst einen Kaffee trinken !

  18. #18 Karl-Heinz
    Graz
    14. Oktober 2022

    Bei der quantenphysikalischen Verschränkung sind zwei Teilchen so miteinander gekoppelt, dass der Zustandswechsel des einen automatisch den des Partners verursacht. Dies geschieht instantan und unabhängig von der Entfernung.

    Was bedeutet instantan? Übersetzen ich instantan mit mit augenblicklich oder gleichzeitig habe ich bei meiner Überlegung das Problem, dass ein bewegter Beobachter, das nicht mehr gleichzeitig wegen der räumlichen Entfernung der Teilchen sieht.
    Ich hoffe meine Frage ist verständlich. 🙂

  19. #19 MartinB
    15. Oktober 2022

    @Karl-Heinz
    Gute Frage und beliebtes Problem. “Instantan” bedeutet für die Profis wie Dich “raumartiger Abstand”. Welche Messung dann das Kollabieren auslöst, ist dann nicht klar, weil ja je nach Bezugssystem die eine oder andere früher stattfindet. (Dazu steht was in meinem QM und Realität-Artikel.) Deshalb müssen Interpretationen, bei denen die WF ein tatsächlich physikalisches Objekt ist, das wirklich kollabiert (z.B: Bohm), ein bevorzugtes Bezugssystem annehmen (“preferred foliation” genannt). Das macht solche Theorien natürlich unattraktiv…
    Ein weiterer Vorteil des Superdeterminismus ist, dass man da dieses Problem nicht hat, wenn ich es richtig verstehe.

  20. #20 Karl-Heinz
    Graz
    16. Oktober 2022

    @Cabernet #13

    Ich finde es schade, dass du davon ausgehst, dass Quantenmechanik Quatsch ist. Ich vermute ein neugieriges Kind, dass mal in dir inne wohnte, ist schon lange tot. Ich mach dir aber keinen Vorwurf.

    Ich denke gerade nach was es mit der Separabilität, Separierbarkeit auf sich hat.

    Separierbarkeit = die Abtrennbarkeit von Teilen eines physikalischen Systems zu deren individueller Behandlung.

    Sie wurde in der klassischen Physik als Grundvoraussetzung der rationalen Naturbehandlung betrachtet, da zumindest eine relative Isolierung vom Rest des Universums für die Durchführung von Experimenten notwendig ist. Sowohl die nichtlineare Dynamik (kleine Variationen der Anfangsbedingungen führen zu drastisch anderen Endzuständen) als auch die Quantenmechanik (EPR-Paradoxon, Nichtlokalität) brechen allerdings mit diesem Prinzip und zeigen Nichtseparierbarkeit.

    https://de.m.wikipedia.org/wiki/Separabilit%C3%A4t_(Quantenmechanik)

  21. #21 MartinB
    16. Oktober 2022

    @Karl-Heinz
    Danke, den Begriff habe ich irgendwie bisher nicht in meinem aktiven Wortschatz gehabt, obwohl ich ja schon genau dazu geschrieben habe:
    https://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2017/08/06/die-unglaubliche-komplexitaet-des-quantenuniversums/

    Muss ich mir mal dringend merken, das Wort.

  22. #22 Karl-Heinz
    Graz
    16. Oktober 2022

    @MartinB

    Danke für den Link. Schreibst du irgendwann auch ein Buch über Quantenmechanik im Stil von Isaac oder Die Endeckung der Raumzeit?

  23. #23 MartinB
    16. Oktober 2022

    Ich habe mein Buch über QM fast fertig, aber es ist etwas/deutlich anders als Isaac – ich habe alles in eine SF-Romanhandlung verpackt, wo zwei Aliens die QM entdecken, während nebenbei die Welt unterzugehen droht…
    Was aktuell fehlt, ist ein Verlag, mal sehen.

  24. #24 Maxx
    19. Oktober 2022

    @MartinB: Danke für den Text.
    Du hast aber einen kleinen beliebten Fehler eingebaut.
    Die für meinen Geschmack etwas zu oft zittierte “spukhafte Fernwirkung” meint den Kollaps der Wellenfunktion, nicht die Verschränkung.
    Sabine hat das hier schön aufgearbeitet:

  25. #25 MartinB
    20. Oktober 2022

    @Maxx
    Ich finde das schon recht spitzfindig. Das, was bei der Verschränkung passiert, ist ja ein Kollaps der Wf, wenn ich auf einer Seite messe. MaW:
    Nicht jede spukhafte Fernwirkung ist Verschränkung, aber das, was passiert, wenn ich bei verschränkten Teilchen eine Messung mache, ist immer auch ein Kollaps und damit eine “spukhafte Fernwirkung”.
    (Es sei denn natürlich im Superdeterminismus, aber den habe ich ja explizit gesondert erklärt….)

  26. #26 Carsten
    Schwanewede
    25. Oktober 2022

    Martin hat die Bell´sche Ungleichung in dem Artikel ja schon erklärt, aber ich glaube, den Zusammenhang zwischen quantenmechanischen Interpretationen und der Bell´schen Ungleichung sollte man noch einmal klar machen. Dann ist auch der „Superdeterminismus“ nicht mehr so nebulös, sondern lässt sich besser einordnen.
    Es fing ja damit an, dass die Physiker den „Zufall“, wie er aber durch die nicht als universelles Prinzip anerkennen wollten. „Der Alte würfelt nicht“ ist eine Form des Zitats von Einstein. Die Born´sche Regel (oder Wahrscheinlichkeitsinterpretation) führt aber genau diesen Zufall in die Quantenmechanik ein. Das Ergebnis ist zufällig und folgt nur einer berechenbaren Wahrscheinlichkeitsverteilung. Der Mechanismus, der zu einem Kollaps der Wellenfunktion führt, bleibt dabei unbekannt – es ist „irgendwie“ der Messprozess in der Messkette zwischen Quanteninteraktion und Beobachter.
    Wenn ich den Zufall als Basis unserer Welt negiere, weil ich nur ein deterministisches System akzeptieren möchte, dann muss es also „verborgene Parameter“ in der Systembeschreibung geben, die ich nur nicht kenne, die aber dazu führen, dass das Messergebnis schon vor der Messung feststeht. Das ganz große Verdienst von John Steward Bell war im Jahre 1964, dass er eine Ungleichung aufstellen konnte, die es ermöglicht zu entscheiden, ob es diese verborgenen Parameter geben kann oder nicht. Das hat Martin erklärt. Und Aspect et. al. haben schlaue Experimente erdacht und durchgeführt, um am Ende festzustellen: die quantenmechanische Wahrscheinlichkeitsinterpretation stimmt, es gibt keine verborgenen Variablen. Das Messergebnis „entsteht“ im Moment der Messung. Fall erledigt.
    Es sein denn, man schaut sich die Voraussetzungen mal genauer an, die in die Bell´sche Ungleichung etwas unbewusst mit einfließen.
    Die Ungleichung ist die Folge einer klassischen Betrachtung unserer Umwelt. Sie entsteht unter der Annahme, dass Theorien lokal sind, also eine Ursache hier nicht instantan eine Wirkung an anderer Stelle hat. Die Quantenmechanik ist nichtlokal, von daher muss sie die Bell´sche Ungleichung nicht erfüllen und tut das auch nicht. Auch die Bohm´sche Interpretation der Quantenmechanik ist nichtlokal (aber enthält verborgene Parameter). Viele-Welten-Theorien umgehen das Messproblem dadurch, dass sie einfach alle Möglichkeiten als in Paralleluniversen umgesetzt betrachten.
    Auch der Superdeterminismus nutzt eine solche Lücke, um tatsächlich eine lokale Theorie mit verborgenen Variablen zu konstruieren. Dafür muss man allerdings annehmen, dass die Statistik nicht zufällig ist: der Messaufbau (bei den Photonenexperimenten die „zufälligen“ Polarisationsrichtungen) ist nicht unabhängig, sondern bereits im Vorhinein festgelegt. Der Experimentator hat in diesem Sinne keinen „freien Willen“. Was er auch tut, bereits mit dem Urknall wurde „superdeterministisch“ (eigentlich ist es einfach „deterministisch“) festgelegt, wie dieser Messaufbau einmal aussehen wird. Sabine Hossenfelder hat sich viel damit beschäftigt, und insbesondere dieser Artikel: https://arxiv.org/abs/2010.01327 zeigt, dass sich zwangsläufig (ohne finetuning) aus allgemeinen Annahmen eine Statistik in Übereinstimmung mit quantenmechanischen Vorhersagen ergibt. Es ist ja nicht unmittelbar einsichtig, dass ein Superdeterminismus ausgerechnet mit der Born´schen Regel übereinstimmen sollte. Der Superdeterminismus dieser Art müsste/könnte aber bei sehr speziellen Messproblemen Abweichungen zur Quantenmechanik zeigen – schauen wir mal. Trotzdem bleibt dieser Ansatz eine logische Spielerei. Der Preis zum Erhalt einer deterministischen und lokalen Theorie ist hoch.
    Ich hoffe, das ist eine sinnvolle Ergänzung zu Martins Artikel und hilft dem Verständnis weiter, warum man eigentlich solche Messungen an Quantensystemen macht, wie sie nun mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurden.
    Viele Grüße,
    Carsten

  27. #27 Carsten
    Schwanewede
    25. Oktober 2022

    Oh, da hat sich im ersten Satz des zweiten Absatzes aber ein böses Ding eingeschlichen. Das soll heißen:
    “Es fing ja damit an, dass die Physiker den „Zufall“ nicht als universelles Prinzip anerkennen wollten.”

  28. #28 MartinB
    25. Oktober 2022

    @Carsten
    Ich habe es entweder nicht richtig gelesen oder ich stimme zumindest in einem Punkt nicht überein: Die Entscheidende Frage ist nicht, ob man den Zufall negiert, sondern dass der Kollaps für eine nichtlokale Änderung des Zustands sorgt, die eben nicht durch lokale verborgene Variablen bestimmt sein kann. Auch eine lokal inhärent zufällige Theorie kann die Beobachtungen nicht erklären, insofern finde ich die Betonung des Zufalls ungeschickt. Einstein hatte zwei Kritikpunkte, das eine ist der Zufall, das andere die Fernwirkung. Dass die WF kollabiert, ist Fernwirkung, wie sie kollabiert, ist Zufall.

  29. #29 Carsten
    Schwanewede
    26. Oktober 2022

    @MartinB
    Ja, völlig richtig, das sind zwei verschiedene Punkte. Hätte ich wohl besser formulieren können.
    Die Born´sche Wahrscheinlichkeitsinterpretation (der Zufall) ist ein sehr fundamentaler Kritikpunkt Einsteins und betrifft die gesamte Interpretation der Quantenmechanik.
    Die Fernwirkung ist ein sehr spezieller Fall, der aus dem Formalismus der Quantenmechanik folgt und scheinbar zu Widersprüchen führt (EPR-Paradoxon). Hier konnte inzwischen gezeigt werden (durch die angesprochenen Experimente), dass der quantenmechanische Formalismus die richtigen Vorhersagen macht. Deshalb muss er nicht richtig sein, aber die einfache Vermutung von verborgenen Variablen innerhalb einer lokalen, realen Theorie ist keine Lösung – das führt zu Widersprüchen mit den Experimenten.
    Habe ich Deinen Punkt etwa getroffen?
    Grüße,
    Carsten

  30. #30 MartinB
    27. Oktober 2022

    @Carsten
    “scheinbar zu Widersprüchen” finde ich auch unglücklich. Da ist ja nichts in sich widersprüchlich (das fand auch Einstein nicht), es widerspricht eben nur unserer physikalischen Intuition und lässt sich *konzeptionell* schwer mit der Relativitätstheorie vereinbaren, auch wenn es da eben genau keine Widersprüche gibt. (Irgendwer schrieb mal von der “peaceful coexistence” von QM und RT).

    Der QM-Formalismus ist richtig, in demselben Sinne, wie die Newtonsche Mechanik richtig ist: Macht exzellente Vorhersagen. Ob die QM in Wahrheit in einer fundamentaleren Theorie aufgehen wird, die ganz andere Konzepte nutzt, ist natürlich eine vollkommen offene Frage. Aber ja, lokale Variablen in einer lokalen realen Theorie funktionieren nicht (bzw. nur mit anderen unintuitiven Ideen wie Superdeterminismus).

  31. #31 Aveneer
    2. November 2022

    Wusste nicht auf welchem alternativen Weg ich die Frage stellen kann…
    Werden deine Blogs mit scienceblogs.de verschwinden oder kann man auch danach noch zugreifen?
    Ich würde sie doch sehr vermissen. Ich lese immer wieder gerne auch deine alten Serien z.b zur QM.

  32. #32 MartinB
    3. November 2022

    @Aveneer
    Das weiß ich noch nicht. Angeblich sollen ja die Seiten zum Lesen weiter verfügbar sein. Ich werde aber auf jeden Fall alle meine Inhalte runterladen und ggf. nach einem Weg suchen, sie anderweitig zu veröffentlichen.
    Wie es ansonsten weitergeht, muss ich mal sehen, einige KollegInnen suchen ja gerade aktiv nach Alternativen, mal schauen.

  33. #33 Adam
    Berlin
    6. November 2022

    Wenn ich das alles richtig verstehe (was keinesfalls sicher ist), macht man mit (Super-)Determinismus aber eine riesige Pandorabüchse auf, sogar die größte aller Zeiten. Der Superdeterminismus ist ja schon fast eine Kapitulation der Physik.

    Nicht nur, dass dieser nicht falszifizierbar und damit streng genommen nicht mehr empirisch wäre – denn ich könnte ja niemals es bestätigen, noch das Gegenteil nachweisen, dass ich doch einen freien Willen hätte, dass das Universum nicht von Anfang an hat wissen können, wann ich was tun werde, wann ich welches Experiment mache, wann ich wohin schaue, sodass die Ergebnisse immer vorgegeben wären, ich dies bloß nicht wüsste, sondern Wissenschaft als solche wäre sogar anzweifelbar.

    Denn was ist Empirie eigentlich? Es ist das Erkennen von Gesetzmäßigkeiten, also Schemata, das Prognostizieren auf Basis dieser, die Untersuchung, ob die Prognose mit der Realität übereinstimmt und das einstweillige Akzeptieren oder Verwerfen dieser Schemata, solange nicht andere Ergebnisse daher kommen, die dies in Frage stellen, sodass man dann tiefer und weiter gucken muss, weil man offensichtlich noch etwas übersehen hat, das ebenfalls Einfluß hat.

    Da gäbe es dann aber nicht mehr zwingend solche Schemata, die Dinge wären “einfach nur” vorgegeben und die Ergebnisse würden bei mir die Illusion erzeugen, dass ich da solche Dinge erkannt hätte. In Wirklichkeit hätte ich nur das getan, das gesehen, was das Universum mich hätte zu jenem Zeitpunkt an jenem Ort und auf jene Art und Weise tun und sehen lassen. Die Tatsache, dass es da scheinbar ein Schema gäbe, wäre nur meine Illusion. Das einzige “Schema” wäre die Vorgegebenheit aller Dinge, Prozesse und Betrachtungen des Universums – die jederzeit von meiner Erwartungshaltung abweichen könnte, nur würde ich das nie sehen können, wenn es nicht vorgesehen war. Oder aber ich würde es sehen, weil genau dies vorgesehen war, daraus ein ganz anderes Schema ableiten oder mir den Wolf suchen, weil kein Schema passen würde (siehe die verzweifelte Suche nach Dunkler Materie und Dunkler Energie oder die Unverständlichkeit der friedlichen Koexistenz zwischen den beiden großen Theorien, ART und QM, obwohl sie in Widerspruch zueinander stehen und inkompatibel sind, klassische “Ich-bin-hier-und-nirgends-sonst”-Theorie auf der einen Seite, “Unbestimmtheits-Zufalls-Wahrscheinlichkeit gibt den Ton an-Dingens” auf der anderen, beide trotzdem sehr präzise, beide trotzdem sehr erfolgreich), weil es letztlich keins gibt, ich abermals nur etwas zu sehen bekam, was vorgegeben war. Ich betriebe also keine Wissenschaft, sondern Tautologie (“wenn es schneit, schneit es”), ohne es zu wissen.

    Ich bin Softwareentwickler. Nehmen wir mal an, ich mache da mal ein Game, wo, passend zu deinem Blog, ein Ritter gegen einen Drachen antritt, da wo Drachen wohnen. Ich möchte Geld verdienen, also soll das Game erfolgreich sein. Also muss ich ein bisschen mehr machen, als nur Ritter-Drache-Action. Ich will, dass wenn der Drache mal so richtig rumwütet, die Umgebung davon betroffen ist, also das Environment. Also soll jenes auf seine Aktionen reagieren, z.B. sollen Bäume entwurzelt werden und – physikalisch korrekt – einen Abhang runter rollen, jeder Baum dabei berechnet, wobei die Charakteristika des Baumes, der auf ihn wirkenden (Drachen-)Kraft, des Winkels, der Kraftvektoren, des Abhangs und vieler weiterer Faktoren berücksichtigt werden. Da ich kein Gott, sondern ein Programmierer bin (wobei wir uns einbilden, dass es dasselbe sei ;-)), bin ich faul und unwissend. Ich weiß also nicht, was der Spieler mit seinem Ritter tun wird, kann der KI (also dem Drachen) nur ein bestimmtes Verhaltensschema mit auf den Weg geben, weiß nicht, wann welcher Baum auf welche Weise betroffen sein wird oder ob überhaupt. Ich greife also auf eine Physik-Engine zurück, sprich eine Ansammlung von Funktionen, die genau diese Dinge für mich berechnen und sie umsetzen. Denen muss ich nur Parameter mit auf den Weg geben, z.B. wann, wo und wie der Drache einen Baum trifft usw und zwar genau in dem Moment, wo das geschieht. Das mache ich per Eventsteuerung, also formuliere ich zur Designzeit (Gottes Basteln am universellen Plan vor dem Urknall) einen allgemeingültigen Event, der immer dann ausgelöst wird, wenn der Drache etwas in seiner Umgebung trifft und übergebe dann die Daten an die Engine, lasse diese die Umgebung verändern, worauf hin dann KI und der Spieler in irgendeiner Form reagieren werden. Dann bin ich als Gott des Programmes zwar der Erschaffer, aber keinesfalls allwissend. Ich kann nicht sagen, wann der Spieler was tun wird und nur allgemein sagen, wie der Drache reagieren wird, nur allgemein sagen, was es bei der Umgebung zur Folge hat. Die Details laufen nach Regeln ab, aber das Ergebnis, also die Laufzeit, sprich das Spiel in Aktion, das Universum in seinem Lauf der Dinge, ist auch mir unbekannt, was den Vorteil hat, dass ich mein eigenes Spiel spielen kann, weil es spannend ist, weil ich eben nicht alles wissen kann.

    Was aber, wenn ich wirklich ein Gott wäre (was auch immer das ist) und alles wüsste? Dann wüsste ich welcher Spieler was, wann, wo machen wird. Ich bräuchte keine Physik-Engine, würde die Ergebnisse für jeden Spieler einfach “hard coden”, sprich fix vorgeben. Dabei könnte ich dann besonders gemein sein, denn ich würde vielleicht den Eindruck erwecken, dass da ein Schema zugrunde läge, das die Dinge Gesetzmäßigkeiten, also unpersönlichen, objektiven, ewiglich geltenden Naturgesetzen folgten. Tatsächlich täten sie nur das, was ich vorgesehen habe im jeweiligen Fall. Ich würde also die Illusion, dass solche vorlägen jedem Spieler lassen – nur dem Spieler MartinB nicht, bei dem liesse ich die Bäume einfach so in die Luft steigen. Aber auch nicht immer und für ihn nach keinem erkennbaren Schema. Ich wüsste, dass dieser Physiker ist, dass er es nicht für einen Bug halten wird, dass ihm niemand glauben wird, denn alle anderen hatten andere Ergebnisse und dass dieser nun nach Regeln suchen und nur Unintuitives, Unverständliches finden wird. Warum täte ich dies und warum gerade bei MartinB? Nun, ich bin doch ein Gott und damit niemanden Rechenschaft schuldig. Wäre dann halt so.

    Keine Ahnung, vielleicht habe ich alles auch falsch verstanden oder es war vorgesehen, dass ich dich mit einer Wall of Text nerven soll :D. Anderes Thema: wie ich schon Florian schrieb: warum probierst du nicht einfach einen YouTube-Channel aufzumachen? Da könntest du auf einen Privatblog verweisen und Werbung für dein Buch machen. Nur als Idee. Es wäre jedenfalls schade, nix mehr von dir zu lesen. Ich lese deine Sachen häufig, melde mich nur selten, weil die Gefahr groß ist, dass dann solche romanartigen Kommentare bei rum kommen 😉

  34. #34 MartinB
    6. November 2022

    @Adam
    Sorry, die Textwand hat mich etwas abgeschreckt, ich habe es nur überflogen.
    Nein, der Superdeterminismus ist keine Kapitulation. Er ist eine Hypothese, die einen auf der Suche nach einer grundlegenden Theorie leiten kann. Die Aussage ist ja nicht “Zustand ud Messung sind korreliert, d akann man nichts machen”, sondern “Zustand und Messung könnten korreliert sein, lasst uns versuchen, eine Theorie aufzustellen, die erklärt, wie das geht (und die dann über die gewöhnlich QM hinausgeht)”.

    Videos sind nicht so meins, ich mache die, wenn es notwendig ist (Corona-Lehre…), aber schreiben macht mir mehr Spaß. Bin auch selbst jemand, der lieber liest als Videos schaut.

  35. #35 Adam
    Berlin
    7. November 2022

    Nein, der Superdeterminismus ist keine Kapitulation

    Dann verstehe ich nicht Zeillinger, der bei der Wikipage dazu folgendermaßen zitiert wird:

    According to the physicist Anton Zeilinger, if superdeterminism is true, some of its implications would bring into question the value of science itself by destroying falsifiability:

    »We always implicitly assume the freedom of the experimentalist… This fundamental assumption is essential to doing science. If this were not true, then, I suggest, it would make no sense at all to ask nature questions in an experiment, since then nature could determine what our questions are, and that could guide our questions such that we arrive at a false picture of nature.«

    Das sind doch exakt die beiden Kritikpunkte, die ich auch brachte.

  36. #36 MartinB
    8. November 2022

    @Adam
    Ich denke, das ist so nicht richtig. Nimm an, es gäbe ein Blockuniversum, und keine Willensfreiheit und (evtl. bis auf Quantenzufälle) perfekten Determinismus. Trotzdem kann es Naturgesetze geben, die man durch Beobachtung herausfinden kann, genauso wie du die Regeln für’s Schachspiel herausfinden könntest, indem du nur genügend viele Partien anguckst, auch wenn du keine davon beeinflussen kannst. Klar, mit Beeinflussen ist es leichter (‘darf ich mit König im Schach rochieren?’ lässt sich am besten durch probieren ermitteln), aber das ist ja nicht zwingend. Es gibt ja auch genügend beobachtende Naturwissenschaften – Astrophysikerinnen können auch keine Schwarzen Löcher aufeinanderballern…

    Und selbst wenn – die Natur könnte so sein, und was kümmert es die Natur, dass das nicht zu unseren Ideen passt, wie die Welt oder Wissenschaft funktioniert. Dann müssen wir unser Bild der Wissenschaft eben anpassen.

    Das Ganze natürlich unter der Maßgabe, dass irgendwann jemand eine plausible Theorie des Superdeterminismus aufstellt, die auch funktioniert (und Vorhersagekraft hat).

  37. #37 Adam
    Berlin
    8. November 2022

    Trotzdem kann es Naturgesetze geben, die man durch Beobachtung herausfinden kann

    Jaein, denn wir verstehen darunter ja letztlich etwas, wie soll man sagen, “Unpersönliches” und Verlässliches. Da sehe ich auch den Unterschied zum Blockuniversum, denn dieses ist zwar auch vorgegeben, aber nicht potenziell willkürlich, wenn ich es richtig verstand.

    Wenn ein Stein runter fällt, dann tut er das nicht, weil gerade ich da hin gucke, sondern weil es ein von mir unabhängiges Gesetz gibt. Dieses Gesetz bleibt erhalten, solange sich nicht Elementares ändert, z.B. das Laufen von Kopplungskonstanten.

    Beim SD könnte ich das so nicht mehr sagen. Ich würde nur einen Effekt beobachten, der vorgegeben war. Ob dieser sich ändern wird, je nachdem wer wann guckt, könnte ich nicht mehr sagen, denn ich kenne nicht den universellen, vorgegeben “Plan”.

    Man würde also letztlich durch schiere Häufigkeit ein wiederkehrendes Schema erkennen, das zu einem Gesetz formulieren und darauf aufbauen. Genau das tut man seit jeher. Aber man tut es, weil man sich darauf verlässt, dass die Dinge Regeln gehorchen und nicht nur scheinbar, also letztlich willkürlich sind. Die Abkehr vom “Gottes Wege sind unergründlich”-Denken früherer Äras ist ja einer der Triebfedern der Empirie gewesen. Dieses archaische Denken würde mit SD Gefahr laufen eine Rennaissance zu erleben.

    Und selbst wenn – die Natur könnte so sein, und was kümmert es die Natur, dass das nicht zu unseren Ideen passt, wie die Welt oder Wissenschaft funktioniert. Dann müssen wir unser Bild der Wissenschaft eben anpassen.

    Verständlich, doch die Frage von Zeilinger, wie ich ihn verstand und auch mir wäre dann, ob das dann noch immer Wissenschaft in dem Sinne wäre, wie wir sie bis dato kannten. Ob es nicht zu sehr dazu einladen würde bei allem Unbekannten stets den SD vorzuschieben und zu sagen: “Das ist halt so vorgegeben”.

  38. #38 Adam
    Berlin
    9. November 2022

    Das hatte ich noch vergessen:

    (und Vorhersagekraft hat).

    Wie denn? Der SD liefert ja exakt das Gegenteil, die Unmöglichkeit von Prognosen durch Auflösung der Falsifizierbarkeit. Genau das ist doch der Kern des Problems.

    Wenn in deinem Beispiel mittels SD die Erklärung kommt, dass es schon zum Urknall hin festgelegt war, dass das verschränkte Up-Teilchen beim Side-Test links rum und das andere rechts rum läuft, dann ist die einzige “Erklärung” die Festgelegtheit des Urknalls selbst. In unseren Begrifflichkeiten wäre das also gleichzusetzen mit “Willkür”. Wie soll man auf Basis von Willkür Prognosen erzeugen?

  39. #39 MartinB
    9. November 2022

    @Adam
    An einer funktionierenden Theorie des Superdeterminismus wäre nichts willkürlich. Im Gegenteil, sie wäre ja komplett deterministisch – der Determinismus bezieht eben nur den Messaufbau mit ein. Insofern verstehe ich den Einwand nicht mal ansatzweise.

    “ob das dann noch immer Wissenschaft in dem Sinne wäre, wie wir sie bis dato kannten.”
    Wissenschaft wie wir sie bis dato kannten machen wir auch nicht, wenn wir inhärenten Zufall in der QM akzeptieren. Bis dahin hat man ja immer gesagt “Wissenschaft ist nur möglich, wenn identische Bedingungen zu identischen Ergebnissen führen.” Tun sie anscheinend nicht (wenn die QM inhärent zufällig ist), trotzdem geht Wissenschaft weiter.

    Es gab in der Geschichte sehr oft Ideen, was absolute Nowendigkeiten für die Wissenschaft oder gar Denknotwendigkeiten sind (z.B. absoluter Raum und Zeit, siehe Kant) – uund als wir herausgefunden hatten, dass das die Natur nicht beschreibt, haben wir das schlicht über Bord geworfen, unser Bild von Wissenschafft geändert und weitergemacht.

  40. #40 Carsten
    Schwanewede
    9. November 2022

    @ Adam, MartinB
    Ich denke nicht, dass der Superdeterminismus gegen das Prinzip der Falsifizierbarkeit verstößt. Schließlich besagt diese Theorie, dass alles deterministisch vorgegeben ist. Sofern ich also Vorhersagen mache, die auf dieser Theorie beruhen, kann ich sie prüfen und gegebenenfalls falsifizieren. Das Problem ist nur, dass ich nicht alle Parameter kenne, um in jedem Fall eine Vorhersage machen zu können. Hossenfelder (ich erwähnte es oben) meint aber, dass bei speziellen Messproblemen mit sehr wenigen dieser Parameter statistische Abweichungen zur Quantenmechanik auftreten müssten. Insofern gibt es hier sogar einen ersten Ansatz zu einer möglichen Falsifizierbarkeit.
    Wichtig ist: Im Superdeterminismus kann es keinen Zufall geben. Das bedeutet aber nicht, dass Messergebnisse nicht zufällig erscheinen können. Nehmen wir das einfache Beispiel des Münzwurfes. Je nach Anfangsbedingung des Wurfes wird die eine oder andere Seite der Münze oben liegen. Kenne ich diese Anfangsbedingung genau genug und/oder kann sie genau genug wiederholen, dann ist das Ergebnis nicht mehr zufällig, sondern ich kann gezielt Ergebnisse nach meinen Wünschen gestalten. Die exakten Anfangsbedingungen sind äquivalent zu den unbekannten Parametern im Superdeterminismus. Kenne ich sie nicht, dann erscheint das Ergebnis zufällig.
    In komplexen Systemen gibt es immer Faktoren, die nicht genau genug bekannt sind, aber das Verhalten des gesamten Systems schon bei kleinen Änderungen extrem beeinflussen. Etliche 10 Jahre Chaosforschung sollten das gut belegt haben. Ein Mensch ist physikalisch ein so komplexes System, dass wir es auch nicht ansatzweise beschreiben können. Damit ist jede Entscheidungsfindung physikalisch völlig zufällig, weshalb man korrekterweise im berechenbaren physikalischen Sinne von einem freien Willen sprechen darf.
    Der Superdeterminismus verneint das Prinzip der Nicht-Berechenbarkeit. Damit sind sämtliche Experimente und Messergebnisse vorherbestimmt, sie ergeben sich zwangsläufig aus den Anfangsbedingungen des Universums. Da ich das aber nicht nachvollziehen kann, sind die Messergebnisse für mich zufällig. Es gibt ja keinen großen „Vortäuscher“, der Spaß daran hat, mir gezielt falsche Statistiken unterzuschieben, damit ich falsche Naturgesetze postuliere. Es ist irrelevant, ob etwas nicht nachvollziehbar deterministisch oder tatsächlich zufällig ist. So lange, bis ein kluger Kopf daherkommt und eben doch, wie Bell mit den verborgenen Parametern, ein Experiment ersinnt, in dem sich die Statistiken der beiden Fälle unterscheiden. Bis das der Fall ist, können wir nur aus dem Bauch heraus sagen, was uns weniger unbequem ist: den quantenmechanischen Kollaps zu akzeptieren oder den Superdeterminismus hinzunehmen.

    Grüße,
    Carsten

  41. #41 Adam
    Berlin
    14. November 2022

    @Carsten, MartinB:

    Das heisst, dass auch die Everett’sche Viele-Welten-Interpretation mit SD hinfällig wäre, richtig? All die Möglichkeiten müssten nicht mehr in anderen Universen realisiert werden, wie die Theorie sagt, denn es gäbe diese Möglichkeiten nur gedacht. Tatsächlich wäre da aber nur eine einzige, die hiesige, denn der Zufall wäre nicht mehr länger existent. Das Teilchen müsste sich nicht länger “entscheiden”, denn die Vorgegebenheit des Urknalls hätte ihm die Entscheidung bereits vor sehr langer Zeit abgenommen, bzw. es hat nie die Freiheit einer Entscheidungsmöglichkeit gegeben. Also auch keine Notwendigkeit für beliebig viele andere Universen, deren Zahl jedesmal vergrössert wird, wenn es mehr als eine Möglichkeit gab. Weil es nie eine gab.

    Die Implikationen, die sich daraus ergäben, müssten doch sehr weit führen. Die Kopenhagener Deutung wäre betroffen, fusst sie doch auf dem Gegenteil, auf Indeterminismus. Retrokausalität beim Delayed Choice Experiment wäre nur eine Einbldung. Und auch, ob Schrödingers Katze tot oder lebendig ist, hat sich dann nicht das einzelne, radioaktive Isotop unvorherbestimmbar ausgesucht, sondern lag schon zu Beginn des Universums fest. Folglich kann sie auch nicht in einem Überlagerungszustand sein. Kann es dann überhaupt noch Überlagerungszustände geben oder wären auch diese nur die Folge daraus, dass man nicht alles weiß?

    Ihr habt beide super Erklärungen geliefert, vielen Dank dafür, aber ich bin mir nicht sicher, ob ich die Implikationen daraus wirklich verstehe, unabhängig von Präferenzen. Und warum wird der SD nur wenig verfolgt?

  42. #42 MartinB
    14. November 2022

    @Adam
    Klar hat SD weitreichende Auswirkungen – es ist nicht bloß eine andere Interpretation der QM, sondern ein Ansatz, eine grundlegendere Theorie zu finden.
    Die Viele-Welten-Theorie löst in meinen Augen gar nichts, dazu hat Sabine Hossenfelder diverse Artikel/Videos.
    Retrokausalität gibt es nicht, auch nicht in der Kopenhagener Deutung. Siehe dazu den Artikel von Ellermann (2015) Why delayed choice experiments do Not imply retrocausality
    “Und warum wird der SD nur wenig verfolgt?”
    Ich denke, das ist zum einen historischer Zufal, zum anderen läuft die Annahme, dass wir unsere Experimente nicht wählen können, massiv unserer Intuition zuwider (das kommt ja auch in dem zeilinger-Zitat zum Ausdruck). Es ist ja wirklich schwer vorstellbar, wie die Verwendung von Lichtquanten, die von weit entfernten Quellen vor Milliarden Jahren ausgesandt wurde, zum Steuern eines Versuchsaufbaus mit den Teilchen in diesem Aufbau so verknüpft sein soll, dass am Ende alles zur QM passt. Das klingt schon ziemlich seltsam/absurd. Aber auf der anderen Seite hat Sherlock Holmes ja gesagt “Wenn man alles andere ausgeschlossen hat, ist das, was übrig bleibt, die Wahrheit, auh wenn es noch so unwahrscheinlich ist.” Und es ist ja nicht so, dass nichtlokalität/Quantenzufall etc. nicht auch absurd wären, an die haben wir uns nur gewöhnt…
    Ich empfehle, einfach agnostisch zu bleiben. Wir wissen es nicht.