Kann "man" Quanten nicht berechnen oder können nur wir es nicht?

Hallo :)

Bekanntlich kann man die Quantenmechanik ja nicht berechnen. Meine Frage ist, ob es wirklich nicht möglich ist diese zu berechnen, oder ob die Menschheit einfach nur noch nicht die passenden Variablen kennt ?

Auch ich denke eigentlich, dass Gott nicht würfelt und dass die Physik nicht einfach ohne Regeln nach lust und Laune handelt.

edit// Ach mist jetzt hab ich direkt in der Überschrift einen Tippfehler... kann ich den verbessern ?

Gott kümmert sich auch bestimmt nicht um Quanten :vv:
Denke, dass es nicht möglich ist, da sie bestimtmen nicht berechenbaren Prozessen unterworfen werden - sonst könnte man den Zufall berechenen

Die Unschärferelation ist nur Teil der Quantenphysik. Der Satz "Lässt sich die Quantenmechanik berechnen" ist also nicht ganz korrekt.

Und es sind nicht Quanten die dort bestimmt werden sondern die Eigenschaften von Teilchen wie z.b. den präzisen Ort.

Wikipedia: Heisenbergsche Unschärferelation

Lese dich bitte hier ein und google etwas, um darüber diskutieren zu können.

Was Gott damit zu tun haben soll erschließt sich mir nicht ganz, ebenso wenig wieso du annimmst die Teilchen unterlägen keinen Regeln.

berlingo schrieb:Bekanntlich kann man die Quantenmechanik ja nicht berechnen.

Doch, mit Wahrscheinlichkeitsfunktionen.

Einer der größten Irrtümer überhaupt: Die Quantenmechanik wäre total unverständlich, alles ist zufällig und keiner kann sie verstehen. Das Gegenteil ist der Fall:
Die Quantemechanik ist mathematisch sauber erfasst und macht die präzisesten Berechnungen die man sich in der Physik vorstellen kann. Die Vorhersagen sind unübertroffen und es gab nicht eine falsche Aussage über die Realität bis zum jetzigen Zeitpunkt. Die QT ist des weiteren streng deterministisch, d.h. es gibt keine Zufälle, alles läuft nach bekanntem Schema ab. Die Mathematik ist darüber hinaus zwar anspruchsvoll, aber man kommt rein. Und wenn man drinnen ist dann versteht man auch die Struktur der Quantenmechanik.

Das einzige was zufällig ist ist der Übergang zu einem klassischen System: Die Quantenmechanik beschreibt eine sehr empfindliche und feinfühlige Welt im ganz kleinen. Ein Messgerät bestehend aus 10^30 Teilchen zu benutzen um etwas über ein Quantensystem aussagen zu wollen ist so, als ob man versucht die Tiefe eines kleinen Teiches zu bestimmen, indem man einen Meteorit hineinschießt.
Wenn ein Quantensystem so massiv und unvorhersehbar beeinflusst wird kann man nur noch statistische Betrachtungen einbeziehen.

Merke: Quantensysteme sind nicht zufällig; klassische Systeme, bestehend aus Abermillionen von Teilchen, sind zufällig. Zufällig, weil es unmöglich ist sie ebenfalls exakt als ein Quantensystem zu beschreiben. Ginge das könnte man den exakten Ausgang vorhersagen. (Dazu bräuchte man aber irgendwann das ganze Universum). So kann man nur schätzen wie das klassische System sich im Mittel verhält, die genaue Wellenfunktion ist unbekannt.

Das ganze wird viel zu sehr mystifiziert, auch und insbesondere von älteren Professoren. Da steckt einfach noch viel zu viel von dem Weltbild der klassischen Physik in den Köpfen der Leute.

Übrigens gabs ja jetzt auch für eine Verfahren um ein Quantesystem mit etwas mehr Fingerspitzengefühl zu bearbeiten und zu vermessen den Nobelpreis :)

HYPATIA schrieb:Die Quantemechanik ist mathematisch sauber erfasst und macht die präzisesten Berechnungen die man sich in der Physik vorstellen kann.

Genau das wollte ich auch gerade schreiben. (Danke Ray - das ist schon das zweite mal heute :D )

Ich finde sogar, dass die Mathematik hinter der Quantenmechanik ziemlich simpel ist und, dass man, wenn man mit den Formalismen umgehen kann, diese auch relativ einfach anwenden kann.

Das große Problem ist, dass man nicht verstehen kann, warum die Natur so ist. Wir sind es gewohnt, dass das, was wir wahrnehmen und messen auch so ist und, dass wir nicht sehr stark eingeschränkt sind. Wir können von Hamburg nach Köln fahren und wissen immer, wo wir sind und wie schnell wir sind. Auch wenn wir ein Papierbällchen durch die Luft schnipsen, können wir es erfassen. Diese Erfahrung, die wir eigentlich jeden Tag machen, zählt plötzlich nicht mehr. Wir können nicht mehr alles herausfinden. Nicht, weil wir nicht genau genug messen, sondern weil wir durch das Messen die Welt beeinflussen.

Dieses, was unserer Intuition widerspricht, führt zu Sätzen wie diesem:
Anyone who is not shocked by the quantum theory has not understood it.
- Niels Bohr
(Jeder, der nicht von ihr geschockt ist, hat sie nicht verstanden.)

Ich mag sie nicht, und es tut mir leid, jemals etwas damit zu tun gehabt zu haben.
- Erwin Schrödinger

I think I can safely say that nobody understands quantum mechanics.
- Richard P. Feynman
(Ich denke, dass ich mit Sicherheit sagen kann, dass niemand die Quantenmechanik versteht.)

Ich kann […] nicht ernsthaft daran glauben, weil die Theorie mit dem Grundsatz
unvereinbar ist, dass die Physik eine Wirklichkeit in Zeit und Raum darstellen soll,
ohne spukhafte Fernwirkung.
- Albert Einstein

Dennoch ist diese Theorie (wie @HYPATIA schon schrieb) eine der - wenn nicht gar die - am besten experimentell bestätigte Theorie in der modernen Physik. Wir benutzen sie jeden Tag. Sie funktioniert. Und das sehr gut.

Heizenberch schrieb:Das große Problem ist, dass man nicht verstehen kann, warum die Natur so ist.

Etwas, was die Physik auch nicht interessiert :) Die behandelt stets nur das "wie", niemals das "warum". Da sind wir ganz bescheiden.

Heizenberch schrieb:Ich finde sogar, dass die Mathematik hinter der Quantenmechanik ziemlich simpel ist und, dass man, wenn man mit den Formalismen umgehen kann, diese auch relativ einfach anwenden kann.

Ein befreundeter Mathematiker von mir beschäftigt sich mit irgendwelchen abgefahrenen Mannigfaltigkeiten in denen Operationen nicht mehr vertauschen und allerlei sonstiges lustiges Zeug passiert, der benutzt Quantenmechanische Zustände immer als simples Beispiel für seine Studenten ;)

Bzgl. der Zitate, insbesondere von Einstein: Das ist eben die alte, klassische Denkweise der Physik. So schlimm sich das anhören mag, Leute wie Einstein oder Bohr könnte man heutzutage in der Physik einfach nicht mehr brauchen, egal wie groß ihre Leistungen früher einmal waren. Neue Ideen brauchen neue Köpfe, weil alte Ideen nicht ersetzt werden können, sondern nur aussterben.

@fregman
@Heizenberch
@HYPATIA
=> nur ein Lob, weil ihr das sehr schön formuliert habt.

HYPATIA schrieb:Etwas, was die Physik auch nicht interessiert :) Die behandelt stets nur das "wie", niemals das "warum". Da sind wir ganz bescheiden.

Ich finde auch, dass das "Warum" nicht in die Physik gehört. Doch ich philosophiere gerne etwas. Und wenn ich mir da ein paar große Physiker anschaue, scheinen viele nebenbei mal über so etwas nachzudenken ;)

Ein befreundeter Mathematiker von mir beschäftigt sich mit irgendwelchen abgefahrenen Mannigfaltigkeiten in denen Operationen nicht mehr vertauschen und allerlei sonstiges lustiges Zeug passiert, der benutzt die Quantenmechanische Zustände immer als simples Beispiel für seine Studenten ;)

Ja, das kann ich mir ziemlich gut vorstellen - nicht kommutierende Größen sind da ein (für die Mathematik) sehr bildliches Beispiel. Oft ist es für die Mathematik ja nicht so einfach ein vorstellbares Beispiel zu finden :D

HYPATIA schrieb:Bzgl. der Zitate, insbesondere von Einstein: Das ist eben die alte, klassische Denkweise der Physik. So schlimm sich das anhören mag, Leute wie Einstein oder Bohr könnte man heutzutage in der Physik einfach nicht mehr brauchen, egal wie groß ihre Leistungen früher einmal waren.

Klar. Wir lernen das alles heute als selbstverständlich. Irgendwann wird mal jemand als "in seiner Ansicht festgefahren" bezeichnet, wenn zB die Relativitätstheorie nurnoch ein Spezialfall in einer größeren Theorie ist, wie die Klassische Mechanik es heute von der RT ist. Wer weiß, inwiefern wir uns noch hochirren müssen ;)

@HYPATIA

Bei vielem stimme ich mit dir überein, bei einigen Sachen aber nicht.

HYPATIA schrieb:Die Quantemechanik ist mathematisch sauber erfasst

Ist sie eher nicht. Vielleicht aus der Sicht eines Physikers, aber mathematisch gesehen, nein. Man macht hier große Fortschritte, gerade in letzter Zeit, aber mathematisch sauber ist da wenig (vielleicht etwas überspitzt). Wie groß der mathematische Apparat hinter der Quantenmechanik eigentlich ist merkt man erst, wenn man den algebraischen Zugang wählt und welcher Student der Physik macht das schon?

HYPATIA schrieb:Die QT ist des weiteren streng deterministisch, d.h. es gibt keine Zufälle, alles läuft nach bekanntem Schema ab.

Sie ist kausal, aber deterministisch? Vielleicht sollte man an dieser stelle klären, was man damit eigentlich meint. Für mich bedeutet Determinismus: Gegebene Anfangsbedingungen + Bewegungsgleichung = Trajektorie exakt bestimmbar. D.h. ich kann zu jedem Zeitpunkt den exakten Ort eines Teilchens vorausbestimmen.

Das kann die Quantenmechanik wahrlich nicht, abgesehen eben von einer Wahrscheinlichkeitsverteilung. Aber dann wären wir wieder beim Zufall, den es ja laut deiner Aussage hier nicht gibt. Zufällig ist aber definitiv der Ort an dem dein Photon nach dem Doppelspalt auf den Schirm trifft und das hat nichts mit irgendwelchen aber Milliarden von Teilchen meiner Messapparatur zu tun.

Zwangsneurose schrieb:Ist sie eher nicht. Vielleicht aus der Sicht eines Physikers, aber mathematisch gesehen, nein

Da sprech ich natürlich nur für die Physiker ;)

Zwangsneurose schrieb: Für mich bedeutet Determinismus: Gegebene Anfangsbedingungen + Bewegungsgleichung = Trajektorie exakt bestimmbar

Die QT kennt keine Teilchen, nur Quantenobjekte. Diese haben keinen festen Ort oder einen festen Impuls, sondern werden durch eine Funktion beschrieben. Wenn du am klassischen Teilchen festklammerst dann kann die QT tatsächlich keine Aussagen treffen. Aber es gibt keinen Grund an zu nehmen, dass es Teilchen gibt. Die Objekte der Quantenmechanik sind Anregungen von Feldern die postuliert werden, und diese Felder können zeitlich vollständig beschrieben werden.

Dein nicht-Determinismus rührt meiner Meinung nach von einer eher zufällig gewählten Interpretation her als von den tatsächlichen physikalischen Vorgängen. Bloß weil du als Mensch in deinem Kopf Dinge vereinfacht zu Teilchen mit festem Ort reduzierst muss das ja nicht der Realität entsprechen. Die Physik hat uns aber über unsere Wahrnehmungsgrenzen hinaus geführt und uns gezeigt, dass es Teilchen im klassischen Sinne nicht gibt.

Dein Photon bekommt doch nur deshalb einen "Ort", den du als Mensch als solchen interpretierst, weil es mit den unzähligen Teilchen interagiert und dabei eine starke Dekohärenz auftritt. Der Unterschied in der Ansicht liegt demnach nur darin, ob ich die mathematischen Strukturen als "Wahrheit" interpretiere, oder das was ich mit einem klassischen Messsystem feststelle. Sieht für mich eher nach einer philosophischen Frage aus ;)

Die Berechenbarkeit bezieht sich in aller Regel nur auf Wahrscheinlichkeiten - gilt daher nur für eine große Anzahl an Quantenobjekten. Sicher wollte der Fragesteller wissen, ob man für ein einzelnes Quantenobjekt bestimmte Eigenschaften vorausberechnen kann. Einstein hat daran geglaubt und viele Jahre seines Lebens dafür aufgewendet (ich weiß nicht so genau ob er nicht sogar dieses Thema seine größte Eselei nannte?). U.A. John Bell hat mit seiner Bell'schen Ungleichung herausgefunden dass, ein quantenphysikalisches Objekt, welches bei einer Messung bestimmte Eigenschaften aufweist (Spin), diese Eigenschaft vor der Messung nicht hatte.

HYPATIA schrieb:Die QT kennt keine Teilchen, nur Quantenobjekte. Diese haben keinen festen Ort oder einen festen Impuls, sondern werden durch eine Funktion beschrieben. Wenn du am klassischen Teilchen festklammerst dann kann die QT tatsächlich keine Aussagen treffen

Die entsprechenden Funktionen sind Wahrscheinlichkeitsfunktionen und daher nur gültig (und richtig) für eine große Anzahl Quantenobjekte. Für ein einzelnes Objekt kann weder die klassische Physik noch die heutige Quantentheorie eine Aussage treffen.

Weide schrieb:Die entsprechenden Funktionen sind Wahrscheinlichkeitsfunktionen

Das ist reine Interpretationssache.

Weide schrieb:und daher nur gültig (und richtig) für eine große Anzahl Quantenobjekte.

Das ist falsch. Gerade der Doppelspaltversuch zeigt, dass einzelne Photonen sich quantenmechanisch verhalten.

@HYPATIA
schön wär's ;-)

Weiteres Beispiel: Elektronenorbitale sind nicht reine Wahrscheinlichkeiten der Aufenthaltsorte, sondern die tatsächliche Geometrie der Elektronen und damit der Ladungsverteilung. Ein einzelnen Elektron beeinflusst das Verhalten des Atoms in Molekülen, und zwar nur dadurch erklärbar, dass das Elektron keine Punktladung ist sondern eine Wellenfunktion.

Das ist keine Wahrscheinlichkeit, wo es sein "könnte", sondern das Elektron ist zu jedem Zeitpunkt über den Raum verschmiert. Und wirkt auch dementsprechend verteilt. Sich an punktförmige Objekte festklammern ist längst überholt.

HYPATIA schrieb:Elektronenorbitale sind nicht reine Wahrscheinlichkeiten der Aufenthaltsorte, sondern die tatsächliche Geometrie der Elektronen und damit der Ladungsverteilung

aber natürlich sind Elektronenorbitale reine Aufenthaltswahrscheinlichkeiten - das ist sogar fast das beste Beispiel dafür! Und natürlich sind diese Wahrscheinlichkeiten auch abhängig von "echten", also makroskopischen physikalischen Eigenschaften (Elektronenanzahl auf bestimmen Orbitalen ("Schalen") etc.).

HYPATIA schrieb: ... sondern das Elektron ist zu jedem Zeitpunkt über den Raum verschmiert. Und wirkt auch dementsprechend verteilt. Sich an punktförmige Objekte festklammern ist längst überholt.

Hier sagt Du es doch selbst (komisch?!). Das (einzelne) Elektron ist über den Raum verschmiert - richtig. Bei bestimmten Molekülen, z.B. Dipolmolekülen, befinden sich natürlich nicht bestimmte Außenelektronen fest an der Seite, an der sie mit dem anderen Atom gebunden sind, aber die Aufenthaltswahrscheinlichkeit für diesen Ort ist hoch, aber immer noch bestimmt durch eine Wahrscheinlichkeitswelle.

Es ist z.B. auch so, dass bei einem Spiegel quantenphysikalisch für Photonen nicht mehr Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel gilt. Die Wahrscheinlichkeit ein Photon im Ausfallswinkel anzutreffen ist zwar riesengroß, aber eben nicht 100%

Weide schrieb:Es ist z.B. auch so, dass bei einem Spiegel quantenphysikalisch für Photonen nicht mehr Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel gilt. Die Wahrscheinlichkeit ein Photon im Ausfallswinkel anzutreffen ist zwar riesengroß, aber eben nicht 100%

Gibt es denn ueberhaupt sowas wie einen idealen Spiegel, abseits von quantenmechanischen Effekten?

@berlingo

Ich weiss zwar nicht ob sich deine Frage darauf bezieht aber neben des Unschaerfeproblems gibts da auch so ein Komplexitaetsproblem, naemlich dass man fuer groessere Systeme noch nichtmal den Zustand selbst repraesentieren kann. Fuer ein kleines System mit einer Handvoll Quanten mag das eventuell noch gehen (und selbst hier sagt mir mein Halbwissen, dass das schon Probleme geben koennte). Ein einzelnes Haar hat schon zuviele Variabeln. Von daher sind konkrete Vorhersagen von in der makroskopischen Ebene schonmal nicht moeglich.

@HYPATIA

Dein erster Beitrag war, von der Sache mit dem Probabilismus abgesehen, noch prima, was dann folgte hättest du lieber weglassen sollen. Bezüglich des Themas solltest du dich zum fundamentalen Postulat der probabilistischen Natur der Quantenmechanik noch einmal informieren und die Kopenhagener Deutung vielleicht noch einmal aufwärmen.

@Zwangsneurose

Im Rahmen der Theoretischen Physik ist es durchaus üblich die Lösungen für spezielle Systeme auch algebraisch zu gewinnen. In meiner Theorievorlesung zur Quantenmechanik wurde dies zum Beispiel für den Harmonischen Oszillator in aller formalen Strenge durchexerziert. Fazit: Die Auf- und Absteigeoperatoren sind eine geniale Sache und führen auch bei scheinbar ausweglosen Ausdrücken noch zu Ergebnissen - gestern erst wieder auf einem Übungzettel zur Quantenstatistik am eigenen Leibe erfahren ...

Passt ganz gut:

Quatenmechanik verstehen Teil I
http://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2013/01/05/quantenzustaende/

und
Quatenmechanik verstehen Teil II
http://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2013/01/10/quantenmechanik-verstehen-ii-noch-mehr-zustande/

lest das aufmerksam! Danach fühlt man sich tatsächlich etwas schlauer, und hat (zumindest) ein bisschen was verstanden. Inklusive der Rechnerei!!