Wie verhalten sich Quanten in der Superposition?

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Du musst den Fachjargon der Quantenphysiker richtig deuten:

Wenn sie sagen, ein Quant (oder Schrödingers Katze) befinde sich im Überlagerungszustand (Superposition) oder sei undefiniert, so bedeutet das nur, dass man den wirklichen Zustand des Quants nicht kennt.

Lies auch https://ggreiter.wordpress.com/2015/03/25/schrodingers-katze-warum-das-gleichnis-hinkt/ .

Richtig ist, dass ein Quant - beispielsweise ein Photon - an vielen Stellen gleichzeitig ist (das Photon als elektromagnetisches Potential).

Jedes Photon breitet sich um die Lichtquelle herum aus als Kugelwelle, deren Radius mit Lichtgeschwindigkeit wächst. Es ist also überall dort, wo sich die Oberfläche jener Kugelwelle gerade befindet. 

Da diese Feldanregung nun aber um Hindernisse herum gebeugt wird, bekommt die Kugelwelle zunehmend verbeultere Form. Erst wenn das Photon aufhört zu existieren - d.h. sich als Portion von Energie mit einem anderen Quant vereinigt - geschieht dies an einer bestimmten Stelle, die dann oft nahezu sofort als neue Lichtquelle wahrgenommen wird (da die Vereinigung des Photons mit dem seine Energie aufnehmenden Elementarteilchen als Energieportion meist sofort wieder zerfällt und so neue Elementarteilchen aussendet).

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Quanten ohne Ruhemasse breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus, solche mit Ruhemasse (wie etwa das Elektron) mit kleinerer Geschwindigkeit.

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@grtgrt Ah, danke sehr informativ der Beitrag und danke für das beantworten der Frage mit der Geschwindigkeit

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Soweit ich mitgekriegt habe, nehmen Quanten, solange sie nicht beobachtet werden, eine Superposition ein, bei der sie an einem X-beliebigen Ort sind.

Die Meinungen sind tatsächlich geteilt. Jedes Teilchen hat zugleich einen Wellencharakter, lässt sich durch eine Wellenfunktion ψ(|x›,t) beschreiben.

Einige Physiker und Naturphilosophen halten ψ für ein bloßes mathematisches Hilfsmittel und das eigentliche Teilchen für einen Punkt, der irgendwo sei, wir wüssten nur nicht, wo. Man könnte sie „Quantensubjektivisten“ nennen.

Das Wort ist freilich missverständlich und könnte ebensogut für das genaue Gegenteil stehen: Leute, die meinen, es gebe keine äußere, vorfindliche Realität.

Ich halte das für unbegründet. Wie sollte „ein bloßes mathematisches Hifsmittel“ ohne eine von ihm beschriebene physikalische Realität ganz reale und beobachtbare Auswirkungen haben?

Ich bin „Quantenrealist“, d.h., ich glaube, dass das Teilchen ψ ist und das es sich dabei in Wahrheit um die Anregung eines Materiefeldes handelt wie ein Ton auf einer Guitarrensaite, nur dass sie eben elementar ist und bei einem Detektorschirm nur von einer Zelle ganz und von den anderen gar nicht registriert werden kann, was aber nichts damit zu tun hat, es sei dort in Wahrheit auch gar nicht gewesen.

Vielmehr fällt bei einer Messung die Entscheidung für eine Detektorzelle. Wichtig ist mir dabei, dass mit „Beobachten“ nicht erst das Hingucken gemeint ist, sondern die Wechselwirkung mit einer Außenwelt. Findet die statt, so fällt die Entscheidung, auch wenn man nicht hinguckt.

Aber zurück - worum geht es eigentlich?

Vorgeschichte: Licht

Hier war die Entwicklung der Theorien förmlich dialektisch:

Es gab eine These (Licht als Korpuskeln) und eine Antithese (Licht als Wellen), die Maxwell und Hertz zur elektromagnetischen Wellentheorie präzisierten. Die Synthese schuf Planck 1900: Um das Spektrum der Hohlraumstrahlung erklären zu können, postulierte er, dass es stets in Energieportionen (Quanten, heute auch Photonen genannt) zu

(1) ϵ = h·f = ħ·ω

mit der Frequenz f und dem Wirkungsquantum h≈6½×10⁻³⁴Js respektive der Kreisfrequenz ω und ħ=h/2π absorbiert oder emittiert wird.

Er hielt diese These für vorläufig, 'h' steht für „Hilfsgröße“. Dem widersprach Einstein 1905 und bestätigte (1) als Eigenschaft des Lichts selbst, mit der er den Photoeffekt erklärte.

Die Portionen haben zugleich einen Impuls

(2) |p› = ħ·|k›

mit dem Wellenvektor |k›, dessen Betrag k=2π/λ mit der Wellenlänge λ ist.

Verallgemeinerung der Quantentheorie

In den 1920er Jahren postulierte de Broglie, dass auch Materieteilchen einen Wellencharakter habenund für sie die Beziehungen (1) und (2) gelten. So erklärte er vor allem die diskreten - also nicht kontinuierlichen - Zustände des Elektrons in einem Atom. In den 1930er Jahren bestätigten US-Physiker die Wellennatur des Elektrons durch Beugung von Elektronen.

Bereits 1926 stellte Schrödinger eine Art Wellengleichung für ein massives Teilchen auf, die allerdings nur für kleine Geschwindigkeiten brauchbar ist.

Deren Lösung heißt Wellenfunktion ψ(|x›,t) und beschreibt den Zustand eines Teilchens. Im Allgemeinen hat sie komplexe Zahlenwerte.

Das Betragsquadrat ψ*ψ = |ψ|² ist die Wahrscheinlichkeitsdichte dafür, das Teilchen bei einer Messung in einem bestimmten Raumbereich zu lokalisieren, etwa durch einen Detektor.

Oft wird |ψ|² als Aufenthaltswahrscheinlichkeit bezeichnet. Anders als oben suggeriert dieses Wort, dass sich das Teilchen im Sinne der erstgenannten Auffassung genau an einem bestimmten Ort befinde, was ich für eine Fehldeutung halte.

Keine Bewegung des Quants

Nun, können die Quanten überall sein?

Ja. Wohl bekerkt: Dies ist keine Fortbewegung!

E=mc² würde ja nur zu lassen, dass sie sich auf einer Kugel mit der Lichtgeschwindigkeit ausbreiten könnten.

Nicht E=mc², sondern die Spezielle Relativitätstheorie, deren konsequente Anwendung letztlich forthin führt.

E=mc² selbst besagt, dass Masse und Energie Größen gleicher Art sind, die nur „dank“ eines Artefakts des Messsystems in unterschiedlichen Maßeinheiten gemessen werden.

Die Sonne strahlt beispielsweise jede Sekunde 3,6 Millionen Tonnen Licht aus.

Die Spezielle Relativitätstheorie besagt aber vor allem, dass Ereignisse, bei denen

(3) Δt² – ‹Δx|Δx› < 0

ist, sog. raumartig getrennte Ereignisse, einander nicht kausal beeinflussen können, da nicht einmal ihre zeitliche Reihenfolge festliegt. Dies geschieht allerdings bei einer Messung des Ortes des Quants auch nicht, auch nicht im Falle einer sogenannten Verschränkung.

Es hat nicht wirklich mit der Geschwindigkeit eines Quanten zu tun. Solange die Quanten nicht beobachtet werden, können sie sich an zwei Orten befinden, weil sie ja in einer Superposition befinden. Wenn man es wieder beobachtet, besteht eine 50/50 Chance, dass ein Quantum auf der linken oder auf der rechten Seite des Raumes befindet. 

Es ist wie Schrödingers Katze, bei der die Katze in einer Superposition ist, heisst: Entweder lebt die Katze oder sie ist tot. Du kannst es aber nicht wissen, solange du es nicht beobachtest.

Das ist mir klar, aber stell dir mal vor:

Du beobachtest ein Quantum, dann hörst du für eine Sekunde auf. wie weit entfernt können die beiden Suoerpositionen dann sein?

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@NebenwirkungTod

Ich glaube, es kommt auf den Raum an, den du nicht beobachtest. Die Grösse kann beliebig sein.

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Es ist wie Schrödingers Katze, bei der die Katze in einer Superposition ist, heisst: Entweder lebt die Katze oder sie ist tot. Du kannst es aber nicht wissen, solange du es nicht beobachtest.

Bei einer Katze ist das so. Wäre es aber bei Teilchen auch so, könnten m.E. keine Beugungs- oder Interferenzmuster entstehen. 

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