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Quantenmechanik 4: Wahrscheinlichkeitswellen
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- Опубліковано 4 гру 2022
- Alles ist Teilchen und Welle zugleich. Also auch Elektronen und Fußballmoleküle können wie Wellen interferieren. Ziemlich schräg! In diesem Video wird es aber noch schräger. Wir sehen uns nämlich an, was passiert, wenn man Teilchen einzeln hintereinander durch einen Doppelspalt schießt. Dabei tritt ein geheimnisvoller Effekt auf, der ziemlich sicher niemals völlig enträtselt werden kann.
Das ist die beste und klarste Erklärung zum Thema Doppelspalt und Co.
😘
Super Kanal, endlich beginne ich dieses Dilemma mit dem Doppelspalt zu verstehen :) Der Punkt an dem die Simulationstheorie sich versucht zu erklären. Ich schaue einfach weiter Ihre Super informativen Clips.
Danke, danke! Alle Videos anzusehen, ist auf jeden Fall ein guter Plan! 😎
Sehr gute Videos. (Alle, nicht nur dieses). Eine Schande dass sie nicht mehr Views haben.
Vielen Dank für die gewogene Einschätzung! Man muss geduldig sein. Letztlich ist es ein Ansparsystem. Je mehr Views man hat, desto weiter wird man auch in der Suche nach oben gereiht. Kanal also bitte unbedingt weiter empfehlen 😎
Das ist das vierte Video einer Videoserie über die Quantenmechanik. Die Videos können einzeln angesehen werden, aber sie sind aufbauend konzipiert und haben einen roten Faden. Deshalb ist es günstig, sich die Videos der Reihe nach anzusehen.
Im fünften Video geht es um die berühmte Heisenberg'sche Unschärferelation:
ua-cam.com/video/deEyG4Nm9MA/v-deo.html
👍👍👍"Immer dann, wenn man den Weg der Elektronen durch den Doppelspalt weiß, immer dann verschwindet das Interferenzmuster" - Höchst interessant! Den Effekt hätte ich gern mal als Experiment gesehen. Sucht man danach, findet man nur Skizzen oder Animationen.
Das liegt wahrscheinlich daran, dass die quantenmechanischen Versuchsaufbauten so komplex sind, dass man das eigentliche Experiment gar nicht wirklich sieht 😅
Ich habe mich sofort abonniert, Sie sind sehr gut !
Daaanke!
Sehr interessant, wie immer toll gemachtes Video. Es gibt auch im alltäglichen Leben Ereignisse, die für mich nicht greifbar sind und doch offensichtlich.
Zum Beispiel: Ein Fahrradfahrer fährt los, und hält eine gewisse Geschwindigkeit, sagen wir 12 km/h.
Kurz darauf fährt ein zweiter Fahrradfahrer los, er beschleunigt und erreicht, sagen wir 15 km/h.
Wann genau haben die beiden Fahrradfahrer die exakt gleiche Geschwindigkeit?
Grob kann man das messen, aber je genauer man misst umso kürzer ist dieser Zeitraum.
Es muss aber beim Überschreiten der 12 km/h des zweiten Fahrers einen kurzen Zeitraum geben! Aber er ist nicht messbar, weil er unendlich kurz ist und damit eigentlich nicht existiert.
Und trotzdem passiert die gleiche Geschwindigkeit irgendwann und zwar sobald der zweite Fahrradfahrer die 12 km/h erreicht und überschreitet.
großartig
🙏🏻
Nun, der Effekt ist vielleicht nicht enträtselbar, solange man noch an Dinglichkeit von wirklichkeit glaubt, also sowas wie "Energie", "Wellen" oder "Partikel" und ähnliches. So würde ich mal das originale delayed Quantum Choice Eraser von john archibal wheeler empfehlen, von welchem das Zitat stammt: "it from bit", und auch die vereinfachte Version des DQCEE von der ANU durchgeführt (27 May 2015, Titel:"Experiment confirms quantum theory weirdness"), wo Tuscott unter anderem sagt: "The atoms did not travel from A to B. It was only when they were measured at the end of the journey that their wave-like or particle-like behavior was brought into existence."
Diese wirklichkeit basiert auf information, und wenn wir glauben, es ist "physisch echt" hier, unterliegen wir einer Illusion.
"wirklichkeit ist lediglich eine Illusion, allerdings eine äußerst hartnäckige"
albert einstein
"Die wirklichkeit ist keine der Dinge oder der Fakten, sondern der Wahrscheinlichkeiten und der Möglichkeiten"
werner heisenberg
"Alles, was wir als wirklich betrachten, setzt sich aus etwas zusammen, was nicht als wirklich in Betracht gezogen werden kann"
nils bohr
Kann es nicht sein, dass in diesem Experiment der Doppelspalt allein schon reicht um aus der Welle ein Teilchen zu machen?
Das heißt es fliegt als Welle durch den Spalt und dannach wird es zum Teilchen und bildet daher das Inteferenzmuster.
Ausgezeichnetes Video! Mir bleiben ein paar Fragen - aber ich möchte mich nicht zu negativ anhören.
Grundsätzlich ist die Wahrscheinlichkeit, ein Teilchen exakt an einer bestimmten Stelle zu finden, immer Null; aber ich kann verstehen, dass man nicht auch noch das Konzept der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion im Video erwähnen möchte, so als sei das Leben nicht schon schwer genug. Man vereinfacht also.
Man bewegt sich an der Stelle sowieso ein bisschen auf dünnem Eis, weil Wahrscheinlichkeitsverteilungen, wenn überhaupt, dann erst ein Jahr später unterrichtet werden; dieses Thema wird den Schülern zu dem Zeitpunkt einfach um die Ohren gehauen.
Warum ist man dann aber bei 3:48 nicht so großzügig und trifft die stillschweigende Vereinbarung, dass man die entsprechende Wellenfunktion bereits normiert hat?
Die Wahrscheinlichkeit wäre dann nicht nur "proportional zu |Psi|^2", sondern direkt gleich.
Fehlt an der Stelle nicht die Ortsvariable, wenn man schon besonders deutlich sein will? Also "Aufprallwahrscheinlichkeit an der Stelle x gegeben durch |Psi(x)|^2 ?
Wie sieht das Experiment konkret aus, wo das Interferenzmuster verschwindet? Wer hat es als Erster konkret durchgeführt?
Es ist doch logisch das der Ort des Kleinsten, nur in einem Bereich sein kann , welcher größer als dieses Kleinste ist.
Das bedeutet aber nicht, dass dieses Kleinste über diesen größeren Bereich irgendwie wellenartig "verschmiert" ist oder sich an verschiedenen Orten in diesem Bereich "gleichzeitig" aufhält , sondern lediglich , dass man es gar nicht anders verorten kann .
5:30 Meine Interpretation des Kollabierens des Interferenzmusters beim Messen am Doppelspalt ist, dass Bewusstsein Wellen zu Materie kondensieren lässt. Das Elektron tritt sowohl am Doppelspalt bei der Messung als auch am Fotoschirm, wo es am Ende auch gemessen wird, als Teilchen auf. Wird es nicht gemessen (also dem Bewusstsein des Beobachters ausgesetzt) verhält es sich als Welle.
Mit dem Bewusstsein hat es aber nichts zu tun. Wenn man das Experiment zum Beispiel für einen automatischen Ablauf vorbereitet und dann sterben plötzlich alle Menschen auf der Welt und das Experiment läuft sozusagen alleine ab, hätte man trotzdem das selbe Ergebnis. Es geht immer nur darum, ob Information darüber vorhanden ist, welche Weg das Teilchen genommen hat. Bewusstsein ist nicht nötig.
Vielleicht liegt das Missverständnis im im Begriff "Messen", das Messen ist hier KEIN passiver Vorgang, dabei werden die Elektronen mit Licht bestrahlt, anschließend wird die Ablenkung der Photonen detektiert.
5:08 Gibt es Fotos von dem Resultat; oder kann man das aus irgendwelchen Gründen (bspw. weil man nur einzelne Teilchen auf die Art messen könnte - oder sowas) nicht sehen?
Finde nur welche mit Inferenzmuster.
Ich kenne keine publizierten Aufnahmen. Ich denke mal, dass das auch damit zu tun hat, dass diese Aufnahmen langweilig sind, weil es ein "zerflossener" Streifen ist, der sich nach außen hin ausdünnt. Die einzelnen Teilchen werden ja auch gebeugt, wie man in der Animation bei 5:08 sieht.
@@MartinApolin Ah ok. Vielen Dank für die Antwort! :)
Hallo zusammen, ich habe bezüglich der Wahrscheinlichkeiten eine Frage.
Es wird in der Quantenphysik immer gesagt, dass solange keine Messung erfolgt, ein Quant z.B. ein Photon oder Elektron keine bestimmte Position haben kann, somit sich im Überlagerungszustand von mehreren Möglichkeiten befindet und erst durch die Messung einen definierten Zustand einnimmt.
Ab wie kann man das beweisen wenn wenn man es nicht messen kann. Das Quant könnte sich doch definiert bewegen und je nach Zeitpunkt der Messung stellt man die Position dann fest. Wieso muss es vorher rein zufällig sein.
Die Messung müsste doch nicht den Zustand festlegen sondern einfach die Position bekannt geben.
Durch die Messung würde dann wie be jeder Messung nicht die Wellenfunktion zusammenbrechen sondern unser Mangel an Unwissenheit. Wie kann man also diesen reinen Zufall beweisen?
Man kann das deshalb behaupten, weil Ort und Impuls sein Teilchen generell unscharf sind. Das hat mit der Unschärferelation zu tun, die man experimentell bestens belegen kann. Der Bahnbegriff verliert in der Quantenmechanik komplett seine Bedeutung. Ich rate, dazu dieses Video anzusehen: ua-cam.com/video/deEyG4Nm9MA/v-deo.htmlsi=6GX4NcZ9F-4LRIby
Danke Ihnen
Zu der Wechselwirkung von Teilchen am Spalt stelle ich mir gerne einen Menschen vor, der mit moderater Geschwindigkeit versucht durch eine Tür zu gehen, die gerade groß genug ist diesen durchzulassen.
In der Folge werden die wenigsten Leute perfekt durchkommen und erfahren beim durchtreten eine Art Ablenkung. Die Orientierung der Vorderseite des Menschen ändert sich. Geht man nun weiter gerade aus wird man mitunter wo anders stehen als direkt vor der Öffnung. In meinem Kopf spielt dabei also nicht nur die Spaltgröße eine Rolle, sondern auch die Geschwindigkeit der Teilchen. Allerdings ist das nur ne Vorstellung zu der ich mich gerne von einem Experten belehren lasse. Welche Rolle die Geschwindigkeit bei diesen Spaltexperimenten hat ist für gewöhnlich ja nicht berücksichtigt. Beugung am Gitter hängt dabei ja von anderen Dingen ab (Wellenlänge, Gitterkonstante, Einfallswinkel, Beugungsordnung).
Ich bin mir zwar nicht sicher, aber wenn man den Weg der Elektronen versucht zu bestimmen, kann es doch sein, dass man zum Beispiel mit der Bestrahlung der Photonen auf die Elektronen das quantenmechanische System stört, weswegen es dann zu keinem Interferenzmuster kommt oder?
Das stimmt im Prinzip eh so. Allerdings genügt es sogar, die Teilchen so zu präparieren, dass man den Spalt, durch den sie gegangen ist, messen KÖNNTE. Man muss gar nicht messen. Trotzdem verschwindet dann das Interferenzmuster, etwa wenn man Photonen bei den beiden Spalten unterschiedlich polarisiert. Das ist komplett verrückt. Und wenn man die Information hinterher wieder löscht, ist das Streifenmuster wieder da. Das können Sie zum Beispiel hier nachlesen: psi.physik.kit.edu/50.php
Schade, dass
Sie nicht an der Uni Genf lehren, dann könnte ich an Ihren Vorlesungen teilnehmen
Danke für das nette Kompliment!
1:27 Also die Kausalität, dass wenn das Elektron nur durch einen Spalt geht an der Wand nur 2 Streifen entstehen dürften, diese Kausalität besteht doch überhaupt nicht. Genauso die Aussage dass wenn das Elektron durch beide Spalte geht dass dadurch das Interferenzmuster entsteht. Auch die Aussage ein Teilchen könnte mit sich selbst interferieren, da drehts mir den Magen um.
Wenn das Interferenzmuster entsteht kann es trotzdem sein dass das Elektro nur durch einen Spalt geht.
Die Behauptung dass es durch beide Spalte geht beruht doch nur darauf weil der Wahrscheinlichkeitsbereich wo sich das Elektron befindet durch beide Spalte geht. Das heißt aber noch lange nicht dass das Teilchen selbst durch beide Spalte geht .
Nur so aus Interesse: Auf welche fachliche Ausbildung können Sie zurückgreifen?
@@MartinApolin ich hatte den Kommentar schon geschrieben, als ich die Aussagen gehört hatte und noch nicht das ganze Video gesehen habe. Sie sprechen ja später selbst noch von Wahrscheinlichkeitswelle, was ja dem eher entspricht. Fachliche Ausbildung: Ich hatte zwar Physik im Studium aber es war jetzt nicht mein Hauptfach. Aber mich interessiert des Doppelspaltexperiment schon seit sehr vielen Jahren.
@@OMPTraxxsNachdem der Kanal für die Sek II in der Schule gedacht ist - wie man leicht in der Beschreibung nachlesen kann - fasse ich (als promovierter Physik-Didaktiker) gesicherte Erkenntnisse der Physik zusammen und bereite sie didaktisch auf. Alles das, was sie in Ihrem ersten Posting kritisieren und bei dem sich Ihnen "der Magen umdreht", kann man in der gängigen QM-Literatur so nachlesen. Das ist seit Jahrzehnten bekannt. Deswegen gehe ich gar nicht auf Ihre einzelnen Statements ein sondern rate Ihnen nur: Informieren Sie sich in der Basisliteratur zur QM.
@@MartinApolin Den Eintrag müssten sie mir erst noch zeigen dass das Teilchen durch beide Spalte geht. Ich denke sie werden nur die Beschreibung finden dass die Warscheinlichkeitswelle durch beide Spalte geht. Könnte ja sein dass sie die QM-Literatur falsch verstanden haben.
@OMPTraxxs das behaupte ich auch nicht! Bei 1:25 sage ich: Ein Teilchen kann klarer Weise nicht durch beide Spalte durchgehen.
Die Verteilung an der Rückwand entspricht ja schon der Gauß-Normalverteilung. In dieser Verteilung zeigt sich ja noch zusätzlich das Interferenzmuster. Könnte man das Muster evtl erzeugen in dem man in dem folgenden Video die Kugeln in Rotation (mit bestimmter Rotationsgeschwindigkeit) versetzt, bevor man sie losschickt?
ua-cam.com/video/vmGjLJZvbgQ/v-deo.html&ab_channel=Erfolgskanal-Communityf%C3%BCrFinanzen%26Wirtschaft
Nur ein Gedankenexperiment
Es wird immer gesagt, dass die Welt der Quanten die großen Gegenstände in unserer Welt nicht beinflusst.
Dass wenn man eine Doppelspaltexperiment mit Tennisbällen macht, diese nicht wie Wellen ein Inteferenzmuster bilden ist mir klar. Aber kann es nicht sein, dass durch die Quantenfelder alle Materie sich ständig in einem Potenzial der Verwandlung befindet, das mit dem Beobachter zusammenhängt? Wenn ein Beobachter diese Kraft nutzen könnte währen Phänomene wie das Verwandeln von Wasser in Wein oder aus Bronze Gold herszustellen nicht denkbar? Die Teilchen könnten sich jederzeit anders manifestieren, wenn ein Beobachter sie dazu anregen würde. Oder habe ich einen Denkfehler?
Uhh - da müsst Ihr aber noch viel nach holen 🤣🤣
5:36 Wieso denn nicht? Das wäre nach Ockhams Rasiermesser das Vernünftigste. Man kann annehmen, daß "Teilchen" als solche nicht existieren. Was wir als Teilchen realisieren, ist nichts weiter als eine Wirkung. Da in der makroskopischen Welt eine Welle nie weit kommt und durch Interaktion ihr Wirkungspotential sofort entfaltet, kommen die Welleneffekte nicht spürbar vor.
Stellen wir uns ein Teilchen als Seifenblase vor, die sich ausbreitet. An einer Stelle berühren wir sie und stellen fest: "Hier habe ich das Teilchen gefunden." Die Blase platzt und wird nirgendwo anders mehr gemessen. Vom Ort der Wirkung breitet sich erneut eine Blase aus, bis wieder eine Interaktion mit der Umwelt stattfindet.
2:19 "wellt sich nichts Reales". Naja, was ist denn "real"? Besser ausgedrückt wäre vielleicht "nichts Wirkliches", nichts, was bereits eine Wirkung entfaltet hat, aber noch entfalten kann. Real dürfte es wohl durchaus sein, sonst gäbe es den Effekt auch nicht.
Wir müssen unterscheiden zwischen der erlebbaren Welt der Wirkungen und dem Mechanismus dahinter, der Wirkungen erzeugt. Die Mechanik dahinter können wir, die wir Entitäten der Wirkung sind, nicht unmittelbar messen, eben erst dann, wenn die Wirkung auftritt.
Quantenmechanik kann natürlich unterschiedlich interpretiert werden, ich lasse Ihnen daher gerne Ihre Meinung. Aber es gibt stichhaltige Belege, dass immer Teilchen und Wellen gemeinsam auftreten. In der Quantenfeldtheorie heißt es "Teilchen sind die Quanten von Feldern". Also hat man das Feld (Welle) und seine Anregungen (Teilchen). Ein weiterer Hinweis, dass Welle und Teilchen gemeinsam auftreten, ist die Formel für die Energieschwankung bei einem schwarzen Strahler, die Einstein 1909 aus dem Planck'schen Strahlungsgesetz berechnet hat: Sie enthält zwei Terme, der erste entspricht 1/(Anzahl der Photonen im Volumen), der zweite 1/(Anzahl der Schwingungsmoden im Volumen). Aus dem Wien'sches Strahlungsgesetz (Näherung der Planckformel für kleine Wellenlängen, entspricht eher der Teilchennatur) erhält man nur den ersten Term. Aus dem Rayleigh-Jeans-Gesetz (Näherung der Planckformel für große Wellenlängen, entspricht eher der Wellennatur) erhält man nur den zweiten Term.
Ihr Vergleich mit der Seifenblase hinkt allerdings. Die Seifenblase zieht sich ja nicht zu dem Punkt zusammen, wo Sie diese berühren, sondern die Sauerei ist überall auf dem Tisch. Beim Doppelspalt manifestiert sich aber die gesamte Energie an der Einschlagstelle, das ist etwas ganz anderes.
@@pinkeHelga Jetzt bekomme ich aber schon den Eindruck, dass Sie krampfhaft auf der Suche danach sind, einen "Fehler" zu finden. Ich mache hier ja keine philosophischen Diskurse, sondern Videos für die SchülerInnen in der Sek II.
@@MartinApolin Ich wußte gar nicht, daß die Sekundarstufe heute schon mit Themen über die klassische Physik hinaus konfrontiert ist.
Ich rege gerne an, über die Kopenhagener Interpretation hinaus zu denken und Begriffe wie Nichtlokalität etwas zu entmystifizieren.
Modelle sind immer nur ein Hilfskonstrukt für die Vorstellungskraft. Tatsächliche Quanteneigenschaften einer Seifenblase abzufordern, macht keinen Sinn. Das Bohrsche Atommodell wird ja auch immer noch herangezogen, obwohl es quasi widerlegt ist, weil man damit gewisse Eigenschaften erklären kann. Bei Elektronenmodellen in Form von Kügelchen kann man genauso sagen, daß es hinkt, denn das Elektron hat ja wohl keine Ausdehnung. Gleichermaßen ist jedes Modell nur eine Veranschaulichung. Natürlich ist eine Blase auch nicht instantan verschwunden, wie man es von der Wellenfunktion fordern muß.
Ich habe die Quantenvideos (12 sind es bis jetzt) mit einem roten Faden so konzipiert, dass sie einen guten Überblick über den modernen Stand der Quantenmechanik geben, der über die Kopenhagener Interpretation hinausgeht. Das nächste Video wird übrigens eines über Nichtlokalität sein.
Super erklärt. Aber bitte doch das Gendern lassen! Man muss wirklich nicht extra betonen, dass nicht nur Männer, sondern auch Frauen sich über das Teilchenverhalten wundern (min. 4:40). Das nervt einfach nur!
Aber trotzdem herzlichen Dank für Ihre sehr guten Erklärungen.