Wigners Freund durch den Doppelspalt schicken!

Hallo, Liebe Foristen,

Vielleicht kennen Sie bereits das Gedankenexperiment "Wigners Freund": Wigners Freund misst ein Quantenphänomen in einer isolierten Kammer, kommt dann raus und erzählt Wigner davon. Wenn Wigner aber überlegt, welches Resultat er erwarten sollte, stellt er fest, dass sein Freund eigentlich mit dem Quantenphänomen verschränkt sein sollte und somit in einer Superposition, bis er ihm das Ergebnis mitteilt. Also fragt Wigner: "wie hat sich das angefühlt, in einer Überlagerung zu sein?" Und Wigners Freund sagt: "Hä? Ich war doch nicht überlagert!"

Wigner schlussfolgert, dass bewusste Beobachter vielleicht die Naturgesetze verletzen können.

Soweit ich verschiedene Interpretationen verstehe, wird heute als Erklärung eher Dekohärenz herangezogen: auf der makroskopischen Ebene sorgen unzählige Interaktionen dafür, dass das System "Quantenphänomen + Wigners Freund" in einen bestimmten Zustand kollabiert.

Hier nun meine Überlegung:

Wenn Wigner nun aber auf dem Mond lebt, dann haben diese ganzen Interaktionen, die das System aus der Kohärenz schubsen, ja noch gar nicht stattgefunden für eine Sekunde, weil es ja eine Sekunde dauert, bis sich diese Interaktionen mit Lichtgeschwindigkeit bis zu Wigner herumsprechen. Könnte in diesem Fall Wigners Freund vielleicht aus Wigners Sicht tatsächlich in einer Superposition sein und könnte man das nicht herausfinden, indem man sozusagen (und sehr lose gesprochen) "Wigners Freund durch einen Doppelspalt schickt" und nach Interferenz sucht? Die die Kohrenz bwahrende Isolation zwischen Wigner und seinem Freund wäre schlicht durch räumliche Distanz hergestellt.

Als physikalischer Laie maße ich mir zwar nicht an, die Berechnungen durchführen zu können, aber philosophisch klingt das nach einer logischen Konsequenz, wenn man die relationale Interpretation der Quantenmechanik heran zieht. Wenn meine Intuition stimmt, wäre das ein echtes, testbares Kriterium, das diese Interpretation von Kopenhagen, Bohm'scher Mechanik oder Theorien des objektiven Kollapses unterscheiden sollte.

en.wikipedia.org/wiki/Relational_quantum_mechanics

Anachron schrieb:

Vielleicht kennen Sie bereits das Gedankenexperiment "Wigners Freund": Wigners Freund misst ein Quantenphänomen in einer isolierten Kammer, kommt dann raus und erzählt Wigner davon. Wenn Wigner aber überlegt, welches Resultat er erwarten sollte, stellt er fest, dass sein Freund eigentlich mit dem Quantenphänomen verschränkt sein sollte und somit in einer Superposition, bis er ihm das Ergebnis mitteilt.

Bislang kenne ich Verschränkung beispielsweise von zwei auseinanderfliegenden Teilchen mit Gesamtspin 0, wo eine Messung eines Teilchens instantan den Spin des anderen Teilchens festlegt.

Wenn ich beispielsweise einen Teilchenspin in einer isolierten Kammer messe, dann ist diese Messung damit abgeschlossen. Wieso sollte dann das Messergebnis mit mir verschränkt sein? Oder verstehe ich etwas falsch?

Sorry, Gedankensprung. Ich entnehme diese Interpretation der Many-Worlds-Theory.



Aus Sicht von Wigner hat die Messung ja gerade eben *noch nicht* stattgefunden. Zum Beispiel könnten Wigner und sein Freund auf zwei Raumstationen im gleichen Referenzsystem sein, eine Lichtminute entfernt voneinander, mit synchronisierten Uhren und die beiden verabreden sich, dass das Experiment stattfindet, wenn ein Countdown 0 anzeigt. Wigner ist dann gezwungen, für eine ganze Minute das Experiment *und* seinen Freund *und* die gesamte Umgebung seines Freundes als *ein* Quantensystem zu modellieren, das konsistent ist mit dem Messergebnis. Sprich: wenn Spin up eine Bombe hochgehen lässt und Spin down nicht, dann ist Wigner für korrekte statistische Vorhersagen gezwungen, sich das gesamte Versuchslabor in einer Superposition aus zerstört und heile vorzustellen und die Wellenfunktion entsprechend fortzupflanzen, bis die Information ihn nach einer Minute erreicht. Alles, was an Dekohärenz stattgefunden haben könnte und das System in einen der beiden Zustände gezwungen haben könnte, hat für Wigner ja noch gar nicht stattgefunden. Es geht darum, ob und wie wir Interferenz zwischen allen möglichen Messergebnissen nachweisen können - und zwar für den Messvorgang, bei dem Wigner seinen Freund vermisst, nicht, wo Wigners Freund das Teilchen vermisst.

Dass Wigners Freund sich nicht in einer Superposition wahrnimmt, liegt dann schlicht daran, dass er nie in einer Superposition war, sondern die Wellenfunktion beschreibt, wie Wigners Vorhersage sich in seinem Bezugsystem entwickelt, und zwar aufgrund einer Verabredung, dass zum Zeitpunkt 0 ein Experiment stattfindet. Aber für Wigner findet es genau genommen erst zu Zeitpunkt 1 statt und 0 ist nur der Startschuss für die Wellenfunktion in seinem Kopf oder Computer oder sonst wo.

Clauss schrieb:

Wenn ich beispielsweise einen Teilchenspin in einer isolierten Kammer messe, dann ist diese Messung damit abgeschlossen. Wieso sollte dann das Messergebnis mit mir verschränkt sein?

Eine Messung ist eine (ausreichend intensive) WW zwischen zwei Objekten. Diese werden dadurch (theoretisch) miteinander verschränkt.
Für ein drittes Objekt sind diese beiden in einer gemeinsamen Überlagerung unterschiedlicher Merssergebnisse. Erst wenn das dritte Objekt eine WW mit den beiden austauscht, wird es selbst mit diesen verschränkt und alle sehen ein gemeinsames Messergebnis der ersten Messung.

Natürlich ist es in der Praxis so, dass "alles" sowieso längst mittels WW miteinander verschränkt ist, bevor wir es messen.

Rainer Raisch schrieb:

Eine Messung ist eine (ausreichend intensive) WW zwischen zwei Objekten. Diese werden dadurch (theoretisch) miteinander verschränkt.

Wieso sollten sie durch eine Messung verschränkt werden?

Anachron schrieb:

wenn Spin up eine Bombe hochgehen lässt und Spin down nicht, dann ist Wigner für korrekte statistische Vorhersagen gezwungen, sich das gesamte Versuchslabor in einer Superposition aus zerstört und heile vorzustellen und die Wellenfunktion entsprechend fortzupflanzen, bis die Information ihn nach einer Minute erreicht. Alles, was an Dekohärenz stattgefunden haben könnte und das System in einen der beiden Zustände gezwungen haben könnte, hat für Wigner ja noch gar nicht stattgefunden.

Es hat natürlich stattgefunden. Ein Ereignis findet auch dann statt, wenn kein Wigner davon Notiz nimmt. Wigner kennt bloß das Messergebnis noch nicht, aber es existiert als Information im Universum.
Es ist wie mit Schrödingers Katze: Wenn man schließlich in die Kiste schaut, kann es leicht sein, dass man einen penetranten Verwesungsgeruch wahrnimmt, weil die Katze schon lange tot ist. Nur wusste man das vorher nicht. Es ist ja nicht so, dass sie ggf. erst dann schlagartig stirbt, wenn man die Kiste öffnet, weil die Natur nicht vorher entscheiden könnte was Sache ist.

Ganz so einfach ist es halt auch wieder nicht. Aus Wigners Sicht gilt: keine versteckten Variablen! Wenn der Versuchsaufbau in einem festen Zustand wäre (aus Wigners Sicht), dann wäre das eine versteckte Variable.

Es ist *nur* aus Sicht von Wigners Freund und seiner Umgebung korrekt, den Zeitraum zwischen dem Ausgang des Experiments und der Ausbreitung der Information bis zu Wigner als eine einzige Geschichte zu modellieren - zumindest, wenn die relationale Interpretation der QM stimmt. Wenn stattdessen Wellenfunktionen tatsächlich instantan global kollabieren, dann *und nur dann* kann Wigner annehmen, dass ein Freund eben nicht in einer Superposition ist und seine Erwartung mit klassischen versteckten Variablen und klassischer Statistik modellieren.

Wenn diese Überlegung stimmt und die verschiedenen Interpretationen der Quantenmechanik an dieser stelle tatsächlich verschiedene Vorhersagen machen, dann gilt es hier nicht, zu spekulieren, sondern einen Versuchsaufbau zu erarbeiten, mit dem man vielleicht tatsächlich nachweisen könnte, dass ein raumartig entfernter Wigner seinen Freund in irreduzibler Weise mit quantenmechanischen Gleichungen modellieren *muss*, also eine Art Bell-Test für diesen speziellen Versuchsaufbau. Dann wäre man einen Schritt weiter, weil man dann einige Interpretationen kategorisch ausschließen könnte. Also, *wenn* die Überlegung stimmt und das wirklich eine Sollbruchstelle zwischen den Interpretationen ist, die bisher noch nicht entdeckt wurde. Dazu (also dafür oder dagegen) hätte ich halt gerne überzeugende Argumente oder vielleicht sogar Berechnungen, die ich als physikalischer Laie nicht leisten kann.

Anachron schrieb:

wenn die relationale Interpretation der QM stimmt.

Die kenne ich nicht. Verstehe überhaupt nicht was du meinst. Was hat das denn mit versteckten Variablen zu tun und mit der Zeit, die es vielleicht dauert, bis jemand Kenntnis erlangt von einem Messergebnis? Es findet eine Messung statt und damit steht das Ergebnis 100% fest, hier und jetzt am Ort der Messung. Vorher halt nur mit gewisser Wahrscheinlichkeit < 100%. Wenn Wigner mit seinem Freund die Messung vereinbart hat, mit ihren synchronisierten Uhren bei t=0, dann hat Wigner nichts mehr zu modellieren. Er kann getrost davon ausgehen, dass er das Ergebnis demnächst erfahren wird und dass es 100%ig das ist, was der Freund schon vorher kannte.

Anachron schrieb:

Wenn stattdessen Wellenfunktionen tatsächlich instantan global kollabieren

Na wenn im Fußball ein Tor fällt, dann ist es so. Wer käme auf die Idee, dass danach noch irgend eine Überlagerung existiert? Nur weil jemand warten muss, bis die Information ausgestrahlt wird und über Funk/Fernsehen/Internet einen Empfänger erreicht? Verstehe wirklich nicht, was du da meinst^^.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Wieso sollten sie durch eine Messung verschränkt werden?

Weil sich danach beide über das Messergebnis einer bestimmten Eigenschaft einig sind.

A misst B. Nun misst C, dass B grün ist, und weiß sofort, dass auch A weiß, dass B grün ist. Ebenso, wenn nun D bei A auf das Messergebnis schaut. Aus der Sicht von E sind nun A,B,C und D hinsichtlich der Farbe von B miteinander verschränkt.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Es hat natürlich stattgefunden. Ein Ereignis findet auch dann statt, wenn kein Wigner davon Notiz nimmt. Wigner kennt bloß das Messergebnis noch nicht, aber es existiert als Information im Universum.

Die Information ist nur den Teilen des Universums bekannt, die damit eine (ausreichende) WW hatten. Für andere Teile des Universums gibt es nach wie vor beide Möglichkeiten. Niemand weiß vorher, "in welchem Paralleluniversum er sich befindet".
Mit "ausreichend" ist gemeint, dass diese WW so stark sein muss, dass sie eine Unterscheidung beider Fälle innerhalb der Messgenauigkeit überhaupt ermöglicht.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Wenn man schließlich in die Kiste schaut, kann es leicht sein, dass man einen penetranten Verwesungsgeruch wahrnimmt, weil die Katze schon lange tot ist. Nur wusste man das vorher nicht. Es ist ja nicht so, dass sie ggf. erst dann schlagartig stirbt, wenn man die Kiste öffnet, weil die Natur nicht vorher entscheiden könnte was Sache ist.

Das ist natürlich richtig, auch das zeitliche Moment ist Teil der Überlagerung.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Na wenn im Fußball ein Tor fällt, dann ist es so.

Das ist unser makroskopisches Verständnis.
In der Quantenphysik ist es eher so, dass sich das Ergebnis erst entscheidet, auch wenn es zurückdatiert ist, wenn wir es erfahren.
 

Rainer Raisch schrieb:

Steinzeit-Astronom schrieb:

Wieso sollten sie durch eine Messung verschränkt werden?

Weil sich danach beide über das Messergebnis einig sind.

A misst B. Nun misst C, dass B grün ist, und weiß sofort, dass auch A weiß, dass B grün ist. Ebenso, wenn nun D bei A auf das Messergebnis schaut.

Das ist nach meinem Verständnis keine Verschränkung. Dass B nach der Messung von A grün ist, ist für C eine versteckte Variable, denn grün steht nach der Messung von A 100% fest. C kannte das Ergebnis zwar vorher nicht, aber es stand trotzdem fest. Statt es selber zu messen hätte C es auch von A oder B erfahren können, die es ihm einfach auf klassischen Weg mitteilen.

Bei einer Verschränkung ist es anders. Da gibt es kein vorher feststehendes Ergebnis, keine versteckten Variablen. Man kann das Ergebnis auf keinem anderen Weg als durch eigene Messung erfahren.

Rainer Raisch schrieb:

Steinzeit-Astronom schrieb:

Es hat natürlich stattgefunden. Ein Ereignis findet auch dann statt, wenn kein Wigner davon Notiz nimmt. Wigner kennt bloß das Messergebnis noch nicht, aber es existiert als Information im Universum.

Die Information ist nur den Teilen des Universums bekannt, die damit eine (ausreichende) WW hatten. Für andere Teile des Universums gibt es nach wie vor beide Möglichkeiten. Niemand weiß vorher, in welchem Paralleluniversum er sich befindet.

Achso, Paralleluniversen... naja. Das sind nur Teile des einzigen Universums.

Steinzeit-Astronom schrieb:

denn grün steht nach der Messung von A 100% fest

Nur in dieser Parallelwelt.
C kann zu einem anderen Ergebnis kommen und A und B sind mit ihm dann einig ... in einer anderen Parallelwelt.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Achso, Paralleluniversen... naja. Das sind nur Teile des einzigen Universums.

Nein, diese Paralleluniversen sind vollständige Kopien mit winzigen Unterschieden. Sie bilden gemeinsam die vollständige Schrödinger Gleichung mit allen sich widersprechenden Möglichkeiten.

Ich finde diese Veranschaulichung jedenfalls am einfachsten.

Rainer Raisch schrieb:

C kann zu einem anderen Ergebnis kommen und A und B sind mit ihm dann einig ... in einer anderen Parallelwelt.

Oha... hätte nicht gedacht, dass man das in einem seriösen, wissenschaftlichen Forum schreiben darf. Mir ist es schon vor langer Zeit aufgefallen, auch ohne QM. Wenn man weiß wie, dann kann man sich gelegentlich das passende "Universum" aussuchen. Eine zugegeben kaum zu beweisende These, weshalb ich sie auch kaum jemandem auf die Nase binde, und wenn, dann nur mit Augenzwinkern. Wenn es QM hergibt, auch recht... ein Indiz mehr. 

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die quantenmechanischen Formeln zu interpretieren. Solange sie keine unterschiedlichen Vorgaben machen, sind diese nicht widerlegbar.

Persönlich bin und bleibe ich (solange nicht widerlegt) Anhänger der Kopenhagener Interpretation. Multiversen oder Paralleluniversen sind nicht mein Fall. Aber das ist Geschmackssache.

Clauss schrieb:

Multiversen oder Paralleluniversen sind nicht mein Fall.

Für mich auch nicht. Für den Beobachter gibt es immer nur ein Universum, die Paralleluniversen sind lediglich ein Erklärungsmodell für den Zusammenbruch der Wellenfunktion. Es bleibt die Frage offen, in welchem Teil man sich dann wiederfindet.

Steinzeit-Astronom schrieb:

kann man sich gelegentlich das passende "Universum" aussuchen

Naja, ob das klappt, ist halt die Frage. Zumindest ist es so, dass man nur das erlebt, wo man nicht stirbt.
Jedenfalls habe ich manchmal den Eindruck, dass die Schnittmenge der günstigen Paralleluniversen mehrerer Personen mit der Zeit stark schrumpft.

Steinzeit-Astronom schrieb:

Oha... hätte nicht gedacht, dass man das in einem seriösen, wissenschaftlichen Forum schreiben darf.

Naja Hugh Everett ist doch salonfähig und in aller Munde.

Rainer: Die Information ist nur den Teilen des Universums bekannt, die damit eine (ausreichende) WW hatten. Für andere Teile des Universums gibt es nach wie vor beide Möglichkeiten. Niemand weiß vorher, "in welchem Paralleluniversum er sich befindet".
Mit "ausreichend" ist gemeint, dass diese WW so stark sein muss, dass sie eine Unterscheidung beider Fälle innerhalb der Messgenauigkeit überhaupt ermöglicht.

Oder sogar mehr als zwei (Optionen). Analog beim "Tor schießen" wenn man es als "Messung" und als Analogie versteht. Vorher ist nicht nur vorbeischießen möglich, sondern auch plötzliches Versterben eines Sportlers usw. was die Phantasie hergibt - abgesehen davon, dass Makro-und Mikrowelt eigenen Gesetzen folgen.
Der Mond ist auch „da“ wenn man nicht hinsieht. "Die Information" ist Bestandteil des Universums, bis Wesen wie (iz.B.) Homo Sapiens (und niemand sonst, soweit wir aktuell wissen) sie auswerten können=10.0ptIst Philosophie wieder erlaubt by the way? Nur mal so gefragt.=12.0pt.

 @Anachron

Selbst wenn Wigner auf dem Mond ist, gibt es Interaktionen (z.B. thermische Strahlung, kosmische Einflüsse), die Dekohärenz bewirken können. Eine vollständige Isolation, die den makroskopischen Freund in einer Superposition hält, ist physikalisch extrem schwer umzusetzen, denke ich.

Laut RQM existiert die Superposition nicht absolut, sondern relativ zum Beobachter. Wigners Freund wäre also in seiner eigenen Realität in einem eindeutigen Zustand, während Wigner (auf dem Mond) ihn als verschränkt sieht, bis eine Lichtgeschwindigkeitssignalisierung erfolgt.

Die Idee, "Wigners Freund durch einen Doppelspalt zu schicken“ - - - - haha, Mikro- und Makrowelt folgen eigenen (und verschiedenen) Gesetzen – aber schönes Gedankenexperiment - - - - - - scheitert daran, dass der Freund als makroskopisches Objekt sehr schnell Dekohärenz erfährt. Selbst wenn Wigner ihn als Superposition betrachtet, ist der makroskopische Zustand des Freundes praktisch immer klassisch definiert. Solche Tests wären also deshalbb experimentell unrealistisch.

Deine Intuition, dass RQM neue Wege zur Unterscheidung von Interpretationen bieten könnte, finde ich richtig. Aber die Praktikabilität solcher Tests hängt davon ab, ob es gelingt, kohärente Quantensysteme in großem Maßstab zu isolieren.

Mondlicht2 schrieb:

Ist Philosophie wieder erlaubt

solange es nicht philosophisch wird )