Fragen zur Quantenverschränkung?
Ich habe vor etwas längerer Zeit in zwei verschiedenen Büchern über Quantenphysik zum ersten Mal etwas von der Quantenverschränkung gehört. Ich habe dieses Phänomen so verstanden, dass beispielsweise zwei miteinander verschränkte Elektronen erzeugt werden indem man ein einzelnes Elektron durch einen besonderen Kristall "schießen" lässt. So entstehen dann zwei solcher verschränkten Elektronen.
Da Elektronen einen Spin von 1/2 haben hat das eine dieser Elektronen nun einen Spin von 1/2 und das andere einen Spin von -1/2 so, dass die Differenz der beiden Spins gleich 0 ist. Wird jetzt, wie auch immer geht, der Spin eines Elektrons umgekehrt (Spin*-1) , so kehrt sich der des anderen zur selben Zeit auch um.
In der Theorie kann ich mir das auch sehr gut vorstellen. Allerdings wäre ein Versuch in der Praxis bei meinem Wissensstand sehr schwer vorstellbar. Ich habe außerdem erfahren, dass bei einem solchen Versuch mithilfe von Lasern und diesen besonderen Kristallen verschränkte Photonenpaare erzeugt wurden. Diesbezüglich habe ich einige Fragen zur experimentellen Quantenverschränkung:
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Wie werden die Spins der betroffenen Teilchen umgekehrt (wenn das überhaupt schon möglich ist)?
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Wie wird der Spin der betroffenen Teilchen gemessen? Bei meinen Recherchen im Internet bin ich außerdem auf etwas merkwürdiges gestoßen: Der Spin der Teilchen soll angeblich (wie auch bei der Superposition) erst nach der Messung feststehen. Wie kann es möglich sein, dass nach einer gezielten Umkehrung des Spins eines der Teilchen, wenn der Spin des anderen immer genau umgekehrt ist, die "Drehrichtung" (mir ist bewusst, dass es eigentlich keine Drehbewegung ist) noch unbekannt ist bzw. in einer Superposition liegt. Diese müsste doch, wenn man die "Drehrichtung" des einen Teilchens weiß, genau andersherum sein.
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Wieso verwendet man für Versuche mit der Quantenverschränkung Photonen, und keine anderen Teilchen? Liegt es daran, dass Photonen fast nicht wechselwirken oder haben sie einen dafür geschickten Spin. Eigentlich wären Photonen doch sehr unzweckmäßig, da sie sich stetig mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen.
Wenn ich etwas falsch verstanden habe, wäre ich froh, wenn ihr mich darauf hinweisen und gegebenenfalls verbessern würdet. Und wenn ihr Vorschläge habt, wo bzw. wie man sich am besten über dieses Thema informieren kann (Bücher, Internetseiten,...) ohne Physik studiert haben zu müssen, dann teilt mir diese bitte mit.
Ich würde mich sehr über Antworten freuen.
3 Antworten
Wird jetzt, wie auch immer geht, der Spin eines Elektrons umgekehrt (Spin*-1) , so kehrt sich der des anderen zur selben Zeit auch um.
Wo hast du das denn her? Das ist kompletter Unsinn. Damit könnte man ja überlichtschnell kommunizieren.
es geht hier um Messungen an einem verschränkten Zustand, nicht um Manipulationen. Nach der Messung ist der Zustand festgelegt. Wenn ich z.B als A eine Messung an
| Phi > = | 1>|2> + | 2>|1>
durchführe und |2> erhalte, wird B zwangsläufig |1> messen.
Wenn ich hingegen anschließend meinen Zustand |2> umflippe auf |1> wird dies auf den Zustand von B keinen Einfluß haben.
Genauso wird es oben aber in den Raum gestellt.
@grtgrt Vor der Messung soll der Spin doch nicht bestimmt sein (1 und -1 gleichzeitig?). Allerdings ist es doch so, dass das eine verschränkte Teilchen immer genau einen entgegengesetzten Spin des Partnerteilchens besitzt.
Wenn man also den Spin des einen Teilchens misst und er beispielsweise -1 beträgt und man dann seinen Spin umkehrt, so hat das Teilchen ja einen Spin von 1. Das andere Teilchen muss dann doch zwangsläufig einen Spin von -1 besitzen, oder?
Was also verfälscht die Messung an den Spin?
Wenn man also den Spin des einen Teilchens misst und er beispielsweise -1 beträgt ...
dann hat das partnerteilchen, wenn es das erste mal gemessen wird, den spin 1.
...und man dann seinen Spin umkehrt, so hat das Teilchen ja einen Spin von 1.
ja klar. du hast ihn ja umgedreht.
Das andere Teilchen muss dann doch zwangsläufig einen Spin von -1 besitzen, oder?
nein. das hat immer noch spin 1.
das ist genau der punkt den du verstehen musst. das andere teilchen interessiert sich einen dreck dafür, was du mit dem ersten teilchen sonst noch so anstellst.
nur die allererste spinmessung an den beiden teilchen ist korelliert.
Also erzählt Tom Campbell kompletten Unsinn?
https://www.youtube.com/watch?v=GYdyY7PmVV4&list=WL&index=91
ja - tut er. Tom Campbell ist für die Physik völlig unbedeutend. Kann gut sein, dass er an seine Thesen selbst glaubt und man ihm deswegen keine böse Absicht unterstellen kann. Seriöser wird es dadurch aber auch nicht. Ein YouTube Video kann heute schon jeder Volksschüler drehen. Ob ein Wissenschafter gut ist erkennt man aber an seinen Publikationen in namhaften Journalen? Wo sind die?
ich kenne Tom Campbell nicht, aber zu seiner verteidigung muss man sagen dass er den unsinn den er erzählt nicht notwendigerweise wirklich glaubt.
er spricht offensichtlich zu einem laienpublikum, und hier muss man manche sachverhalte natürlich stark vereinfacht darstellen.
das hat er in diesem fall auf jeden fall denkbar schlecht gemacht (das hat nichts mehr mit vereinfacht zu tun, sondern ist einfach nur grund falsch), aber ob er die "echte" physik dahinter wirklich nicht versteht, oder ob es eben nur ein ziemlich misslungener versuch einer vereinfachten erklärung ist, lässt sich an dem video nicht sagen.
Edit: also ich habe nur ca. die 1. minute des videos gesehen. keine ahnung ob er nachher noch schlimmeren blödsinn erzählt.
Ja, wie du sagst: Man kann Laien vereinfachend erklären, aber so eine Aussage, die Übertragung ginge nicht durch Physik ist einfach totaler Quatsch. Bei einem ernsthaften Publikum aus Physikern wäre der Bluff nach 5min vorbei.
Könnte ja sein, dass er wirklich eine Theorie hat die um vieles besser ist als der Standard. Wo sind dann die Publikationen?
Ernsthafte Physik sieht definitiv anders aus. Schade nur, dass Laien immer wieder so ein Unsinn aufgetischt wird.
Achso. Ich dachte, man kann sich auf das, was er behauptet verlassen. Dann lag ich da also falsch :D
als Laie kannst du nix dafür. Mir kann über Finanzwirtschaft einer auch alles erzählen und ich glaube es...
Kurze Interessensfrage: Wie alt seid ihr so?
Doch: Was hat Quantenverschränkung dann noch mit der spukhaften Fernwirkung zutun?
Quantenverschränkung ist ein Phänomen in der klassischen Quantenphysik. Was meinst du mit Witz? Versteh dich nicht...
Das Problem in der Interpretation ist, dass die Quantenphysik mit dem altbewährten Begriff einer lokalen Realität nicht vereinbar ist. Vereinfacht gesagt, gibt es keine verborgenen Parameter, die wir bloß nicht kennen, anhand derer das Ergebnis einer Messung aber eindeutig festgelegt würde. Die Bell'sche Ungleichung gibt ein Kriterium vor, das die existenz verborgener Parameter an gewisse experimentell messbare Bedingungen knüpft. Alle bisher gemachten Experimente an Quantenobjekten wiederlegen jedoch die Bell'sche Ungleichung, wodurch der Frage nach der Existenz verborgener Parameter der Todesstoß versetzt wurde. Wenn man so will irrte Einstein hier: Der Zustand eines physikalischen Systems lässt sich nicht immer in seine Einzelsysteme separieren.
guter klassischer Einsteigerartikel: http://homepage.univie.ac.at/Markus.Aspelmeyer/lecture/Am\_J\_Phys\_58\_1131\_GHZ.pdf
lohnt sich zu lesen - die Vorstellung einer lokalen Realität wird hier auf die spitze getrieben.
Ich meinte: Wenn die verschränkten Quantenobjekte nach der Entstehung nicht mehr voneinander abhängig sind (sich nicht mehr zur selben Zeit umkehren, so wie ich anfangs dachte) hat die Quantenverschränkung doch nichts mehr mit der von Einstein sogenannten "Spukhaften Fernwirkung" zutun.
"Das war ein Witz, oder?" bezog sich auf das von dir angegebene Alter. Wahrscheinlich war es das nicht (ich war nur etwas überrascht). Ich bin erst 14 :)
ich finde es gut wenn du dich mit 14 schon mit solchen Dingen beschäftigst. Ich bin tatsächlich schon so alt wie gesagt.
Ich meinte: Wenn die verschränkten Quantenobjekte nach der Entstehung nicht mehr voneinander abhängig sind (sich nicht mehr zur selben Zeit umkehren, so wie ich anfangs dachte) hat die Quantenverschränkung doch nichts mehr mit der von Einstein sogenannten "Spukhaften Fernwirkung" zutun.
Würden sich die Teilchen nach der Entstehung nicht mehr beeinflussen, wäre es ja keine "Fernwirkung" mehr. Hat sich Einstein da getäuscht?
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Und: Hast du Physik studiert oder ist es nur ein Hobby?
es ging nie darum, dass die Teilchen sich magisch beeinflussen, sondern um die Tatsache, dass man, wenn man den Zustand des einen Teilchens misst, auch mit Sicherheit weiß, wie eine Messung am anderen Teilchen ausgehen wird, egal wann sie durchgeführt wird. Die Vorstellung dass das eine Teilchen verwendet werden kann, um am anderen Teilchen etwas zu machen, ist falsch und stammt aus einer laienhaften Deutung. Quantenteleportation (ein ganz verwandter Begriff) hat auch nichts mit Beamen zu tun, obwohl es gerne so dargestellt wird.
Angenommen eine Messung an A ergibt "up". Dann wird die Messung an B "down" ergeben.
Die Problematik liegt darin, dass man nun aber nicht sagen kann, dass A immer schon im lokalen Zustand "up" und damit B im lokalen Zustand "down" war, und diese versteckte Information bloß nicht zur Verfügung stand. Nimmt man dies an (was auch Einstein intuitiv tat) so führt das zur Bell'schen Ungleichung. Diese wird aber bei Experimenten maximal verletzt, was zeigt, dass es keine versteckten Parameter gibt und die Quantenmechanik Recht hat.
Ja, ich habe in Physik promoviert.
Also ist es so, dass wenn man diese miteinander verschränkten Teilchen erzeugt, das eine Teilchen einen Up-Spin besitzt und das andere einen Down-Spin sofern der Spin eines dieser Teilchen nicht von einem Magnetfeld geändert wurde.
Wenn man den Spin des Teilchens mit dem Up-Spin umkehrt, bleibt das andere unbeeinflusst und man hat somit zwei Teilchen mit einem Down-Spin. Verstehe ich das richtig?
Und das Problem ist, dass man nicht weiß, ob eines dieser Teilchen seit seiner Entstehung schon immer denselben Spin besaß, oder?
Ein Teilchen mit Spin up/down schreibt man |+> . bzw. |->
Ein unverschränkter Zustand wäre z.B. (erstes/zweites Symbol steht für erstes/zweites Teilchen)
|+> |->
Misst man in diesem Zustand den Zustand des ersten Teilchens, so bekommt man als Ergebnis auf jeden Fall + und für das andere Teilchen -.
Ein verschränkter Zustand ist:
|+> |-> + |-> |+>
Wenn man weiß, dass dieser Zustand vorliegt, so kann man nicht sagen was eine Messung an Teilchen 1 ergeben würde: er kann + oder - sein. Zu 50% gleich wahrscheinlich. Hat man den Zustand aber erst einmal gemessen, so weiß man, dass die Messung am anderen Objekt mit 100%Sicherheit das Gegenteil ergeben wird.
Das ist Verschränkung.
wenn du nun den Spin des ersten Teilchens vor der Messung umdrehst (wie auch immer), so bekommst du als resultierenden Zustand:
|-> |-> + |+> |+>
In diesem Fall wirst du immer gleiche Spins messen.
Es ist aber nicht so, dass dann auch der andere Spin mit umgedreht wird:
|-> |+> + |+> |->
Das wäre Zauberei.
und solltest du das ganze nun nicht "begreifen" und etwas bizarr finden, dann hast du verstanden, weshalb Einstein damit ein Problem hatte ;-)
Dann ist es so, dass diese beiden Teilchen vor der Messung einen unbestimmten Spin besitzen. Bei einer Messung muss das Teilchen allerdings einen Spin "wählen". Die Chance ist dann genau gleich, dass es bei einer Messung den Spin + oder - annimmt.
Misst man nun den Spin des ersten Teilchens und erhält + als Ergebnis, so kann man mit Sicherheit sagen, dass das zweite Teilchen den Spin - besitzt, richtig?
Wenn man nun vor der Messung den Spin des ersten Teilchens auf beispielsweise - ändert, ist es sicher, dass das zweite Teilchen den Spin + besitzt, da das zweite Teilchen nach der Messung immer genau den entgegengesetzten Spin besitzt wie das erste.
Nach einer Messung ist dieser verschränkte Zustand aber zerstört und die Teilchen beeinflussen sich nicht mehr gegenseitig, da der Spin für beide Teilchen ja bereits festgelegt ist, richtig?
Bis hierher genau richtig.
Aber:
Wenn man nun vor der Messung den Spin des ersten Teilchens auf beispielsweise - ändert, ist es sicher, dass das zweite Teilchen den Spin + besitzt, da das zweite Teilchen nach der Messung immer genau den entgegengesetzten Spin besitzt wie das erste.
eben nicht !!!
Vor der Manipulation ist der Zustand der Teilchen
|+> |-> + |->|+>
Wenn du daher am einen Teilchen + misst, wirst du am anderen - messen.
Nach der Manipulation (Spinumkehr) am ersten Teilchen ist der Zustand
|-> |-> + |+>|+>
Das erste Teilchen hat sich geändert, das zweite ist durch die Manipulation unverändert. Die Spinumkehr wirkt ja nur im Teilraum des Teilchens 1.
Nach wie vor wissen wir aber nicht, was die Messung am ersten Teilchen ergibt. Ist das Ergebnis aber +, so bekommen wir mit absoluter Gewissheit auch + am zweiten Teilchen.
Die Spinumkehr hat am Prinzip daher nichts wesentlich verändert. Das Verschränkungsmuster ist nur anders.
Jedenfalls, und das ist wichtig, wirst du zum Zeitpunkt der Spinumkehr am ersten Teilchen absolut nichts am zweiten Teilchen bemerken.
Und ja: nach der Messung ist der verschränkte Zustand zerstört.
Dann beeinflussen sich die beiden Teilchen bei einer Spinumkehrung überhaupt nicht.
Wenn man bei dem ersten Teilchen vor der Manipulation - messen würde, würde man bei dem zweiten Teilchen + messen.
Wenn man den Spin des ersten Teilchens allerdings vor der Messung umkehren würde, so würde das absolut nichts an dem zweiten Teilchen verändern.
Der Spin des zweiten Teilchens würde immer noch + ergeben. Da man den Spin des ersten Teilchens allerdings umgekehrt hat, ist dieser auch +.
Nach der Manipulation haben die Teilchen also nie den entgegengesetzten Spin sondern immer denselben. Richtig?
Ja. Wenn die Manipulation als vor der Messung durchgeführt wird.
Statt Spin kann man auch die Polarisation bei Photonen nehmen.
Wird jetzt, wie auch immer geht, der Spin eines Elektrons umgekehrt (Spin*-1) , so kehrt sich der des anderen zur selben Zeit auch um.
nein. das ist leider schon einmal eine völlig falsche vorstellung.
verschränkung bedeutet, dass bei der ersten messung die beiden spins korreliert sind (also immer einer + und einer -, aber welches der teilchen welchen spin hat ist zufällig).
was du sonst mit dem einen teilchen anstellst, interessiert das andere überhaupt nicht. du kannst den spin so oft umdrehen wie du willst, das ändert am anderen teilchen gar nichts mehr.
Wie werden die Spins der betroffenen Teilchen umgekehrt (wenn das überhaupt schon möglich ist)?
man ein elektron z.B. durch eine magnetfeld schicken, wodurch sich der spin des elektrons dreht.
ändert aber wie bereits oben schon gesagt am anderen teilchen gar nichts.
Der Spin der Teilchen soll angeblich (wie auch bei der Superposition) erst nach der Messung feststehen
ein teilchen eines verschränkten paares hat in der tat keinen definierten (reinen) zustand für seinen eigenen spin (bis zur ersten messung).
bei einem "normalen" superpositionszustand ist das was anders. superposition heißt für den spin z.B. nur dass er in einer andere richtung ausgerichtet ist also ich messe.
In diesem Video aber, heißt es, dass das Teilchen seinen Spin zeitgleich umkehrt, wenn der Spin des anderen umgekehrt wird. Redet Tom Campbell völligen Unsinn oder ist bei der Übersetzung manipuliert worden?
https://www.youtube.com/watch?v=GYdyY7PmVV4&list=WL&index=91
Achso, ich dachte auf so jemanden kann man sich verlassen
Ähm eigentlich hat der Mann im Video recht. Das sagen viele andere Wissenschaftler auch so. Und das Prinzip wird sogar schon angewendet. Verschränkte Teilchen sind miteinander sozusagen "Verbunden" also ein System. Ich finde das Beispiel vom Verschränkten Würfel gut. Wenn man eine 5 würfelt ändert sich der andere Würfel (wahrscheinlich) Zeitgleich auch auf 5.
Hier wird das ab Minute 10 erklärt.
Außerdem bewirkt die Messung ja an sich (wenn man es so sagen kann) eine Änderung und sobald das eine Teilchen sich ändert dann weiss man auch wie das andere beschaffen ist, das ist so wie bei Schrödingers Katze. (Mit einfachen Worten ausgedrückt)
Mir ist aber aufgefallen das viele das unterschiedlich erklären bzw verstehen, wenn es um den Spin geht. Ich hätte auch gedacht, dass Verschränkte Teilchen unterschiedlichen Spin haben. Aber manche erklären es mit gleichen Spin. Vielleicht sind das auch verschiedene Dinge.
Hoffe das ich kein Fehler drin habe :D Jedenfalls ist es immer so zu finden diese Erklärung. Wenn es falsch ist dann hab ich es halt falsch verstanden :DD aber sollte nur ne Anmerkung sein :)
Ähm eigentlich hat der Mann im Video recht
nein, denn er sagt so etwas wie: (zitat AntonDriller)
"In diesem Video aber, heißt es, dass das Teilchen seinen Spin zeitgleich umkehrt, wenn der Spin des anderen umgekehrt wird."
und das ist einfach falsch.
Das sagen viele andere Wissenschaftler auch so
wenn sie das wirklich so sagen, dann ist es falsch. womöglich sagen sie es aber gar nicht wirklich so, sondern man muss nur genau genug hinhören um den unterschied zu erkennen.
Wenn man eine 5 würfelt ändert sich der andere Würfel (wahrscheinlich) Zeitgleich auch auf 5.
nein. lies den ersten teil meiner antwort oben.
wenn man bei einem würfel bei einer messung die zahl fünf misst, dann wird auch dere andere bei einer messung die zahl 5 zeigen. wenn man nachträglich den zustand eines der beiden aktiv ändert, dann bewirkt das am anderen genau gar nichts.
Hier wird das ab Minute 10 erklärt.
schau dir das video ab minute 10 nochmal an. dort wird nichts anderes gesagt als ich oben beschrieben habe.
vor allem so etwas wie "Wenn man eine 5 würfelt ändert sich der andere Würfel (wahrscheinlich) Zeitgleich auch auf 5. " kommt dort nicht vor.
in der erklärung in dem video zu den würfeln hörst du kein einziges mal das wort. "ändern".
Hi,
1. Es gibt den sogenannten "Spin-Flip", der bei jedem Teilchen mit Spin zufällig passiert. Dabei ist die Wahrscheinlichkeit hierfür nicht immer gleich.
2. Z.B Durch Anlegen eines Magnetfeldes, da haben Teilchen mit Spin up eine andere Flugrichtung als Spin down. Schau dir vielleicht mal den Stern-Gerlachversuch an.
3. Weil sie leicht zu erzeugen sind.
Verschränkung kannst du dir so vorstellen. Du hast zwei Teilchen Elektronen, die den Gesamtspin 0 haben. Dann hat eines 1/2, das andere -1/2. Du weißt aber nicht welches. Wenn du nun eines der beiden misst, weißt du automatisch, welchen Spin das andere hat, ohne es dir anzusehen. Das andere Elektron kann in einer anderen Galaxie sein. Dass du nur durch Messung des einen das andere "bestimmen" kannst, ohne das andere anzusehen, ist im Prinzip der Grundgedanke der Verschränkung. Mit dem umdrehen des Einen wäre ich allerdings vorsichtig, das kann schnell sehr kompliziert werden, wenn das nötige Wissen fehlt ;)
Aber kann man nicht ganz einfach sagen, dass, wenn man den Spin des einen Teilchens umkehrt, der Spin des Partnerteilchens genau andersherum ist?
Nein, so einfach ist das leider nicht, es geht eher darum, über ein Teilchen den Spin des anderen herauszukriegen (in deinem Beispiel), ohne das andere anzusehen. Das eine danach umzukehren nach der Messung ist davon dann unabhängig. Wird aber oft falsch/ unscharf dargestellt.
Was AntonDriller schrieb, ist richtig.
Dass Information dennoch nicht mit Überlichtgeschwindigkeit transportiert werden kann, liegt einfach daran, dass uns jede quantenphysikalische Messung stets nur den Zustand der miteinander verschränkten Teilchen nach der Messung nennt (aber niemals den vor der Messung).