zur Problematik der Interpretation der Quantenmechanik

[TomS]

Ich möchte zunächst die Problemstellung im mehreren Schritte grob umreißen.

1. Messung nach von Neumann

Sehr häufig wird die Messung sowie die Notwendigkeit eines Kollapses im wesentlichen wie folgt dargestellt:

Gemessen werde eine Observable eines Quantensystems mittels eines Makrosystems d.h. einem Messgerät, wobei die Messung als Wechselwirkung des Quantensystems mit dem Makrosystem zunächst mittels der unitären und linearen Zeitentwicklung gemäß der Schrödingergleichung beschrieben werde.

Das Messgerät sei so konstruiert, dass zu jedem möglichen Messwert = Eigenwert bzw. Eigenzustand der Observable des Quantensystems ein entsprechender Zeigerzustand des Messgerätes existiere. Im Zuge einer Messung an einem Eigenzustand des Quantensystem gehe das gekoppelte System aus Quantensystem plus Messgerät in einen Gesamtzustand über, der für das Messgerät den entsprechenden Zeigerzustand enthält.

Aufgrund der linearen Zeitentwicklung folgt dann für die Messung an dem in einem Superpositionszustand präparierten Quantensystem ein entsprechender Superpositionszustand für das gekoppelte System. Dies entspricht offensichtlich nicht der Beobachtung. Von Neumann postuliert daher zusätzlich den statistischen Kollaps entsprechend der Bornschen Regel auf genau einen der in der Superposition enthalten Zeigerzustand. Dieser Kollaps ist offensichtlich nicht-unitär und nicht-linear, d.h. explizit unverträglich mit der linearen, unitären und deterministischen Schrödingergleichung.

Diese Darstellung ist – ungeachtet der praktischen Anwendbarkeit – für das fundamentale Verständnis aus vielen Gründen völlig wertlos.

1. Obwohl es sich bei dem Messgerät ebenfalls um ein Quantensystem handelt, erfolgt die Behandlung von Messgerät und zu messendem Quantensystem völlig unterschiedlich.
2. Es ist nicht einsichtig, wenn eine Wechselwirkung zweier Quantensysteme eine Messung darstellt und wann nicht, d.h. wann ein Kollaps zu erfolgen hat und wann nicht.
3. Die Auszeichnung der Eigenzustände wird postuliert; sie folgt nicht aus der Dynamik des Messgerätes; d.h. die Quantenmechanik kann die Funktion eines quantenmechanischen Messgerätes nicht vollständig erklären – im Gegensatz zur klassischen Physik und einem klassischen Messgerät
4. Der nicht-unitäre Kollaps selbst ist nicht mit der unitären Zeitentwicklung verträglich; nicht-Unitarität könnte allenfalls ins Spiel kommen, wenn es sich um ein offenes System handeln würde.
5. Da es sich bei dem Messgerät um ein makroskopisches Quantensystem handelt, müsste es als Vielteilchensystem beschrieben werden; tatsächlich wird seine Struktur jedoch nicht betrachtet, der Zeigerzustand unterscheidet sich mathematisch nicht vom Quantenzustand eines einzelnen Quantenobjektes.
6. Die Forderung, dass der Kollaps in einen Eigenzustand des gemessenen Systems zu erfolgen hat, ist in vielen haltlos; z.B. liegt nach der Messung der Energie eines Photons gar kein solches mehr vor – es wurde absorbiert; die kontinuierliche Ortsmessung von Teilchen in einer Nebelkammer würde nach dem o.g. Formalismus über dem isotropen Ortseigenzustand nie zu gerichteten Spuren führen und kann daher gerade nicht mittels des Kollapses beschrieben werden – umgekehrt kann man diese Spuren explizit ohne Kollaps herleiten (Mott, noch vor von Neumann)
7. …

Die Unzulänglichkeiten dieses Ansatzes sowie die unklare Rolle des Beobachters wurden mannigfaltig demonstriert (Einstein, Schrödinger, Wigner …)

D.h. die orthodoxe Lehrbuchdarstellung der Quantenmechanik zeigt die in der Praxis meist funktionierende Anwendung, erklärt jedoch weder, wann und warum diese funktioniert, noch wo ihre Grenzen liegen.

 

[Bernhard]

D.h. die orthodoxe Lehrbuchdarstellung der Quantenmechanik zeigt die in der Praxis meist funktionierende Anwendung, erklärt jedoch weder, wann und warum diese funktioniert, noch wo ihre Grenzen liegen.

von Neumann war ein Zeitgenosse Werner Heisenbergs. Damit ist es nicht übermäßig überraschend, dass die damals entwickelten Grundlagen heute etwas "verstaubt" erscheinen, aber "Spaß" beiseite. Dekohärenz wurde hier im Forum ja bereits erwähnt und speziell zum nun geöffneten Thema möchte ich erneut den Internettreffer vom Nachbarthema zitieren: On the measurement problems in (relativistic) quantum mechanics . Der Titel sollte nicht abschrecken, weil in der Arbeit wirklich einige interessante Aspekte bezüglich der verschiedenen Interpretationen beschrieben sind:

1) Es wird versucht die Messung komplett in der Sprache der Quantenmechanik und ohne Kollaps der Wellenfunktion zu beschreiben.
2) Quantensystem und Umgebung (inklusive Messgerät) werden nicht als unabhängige Systeme, sondern als wechselwirkende Systeme betrachtet. In der Sprache der Quantenmechanik sind das Verschränkungen, die sich leicht durch klassische Messgrößen, wie zB den Gesamtdrehimpuls der beiden Systeme motivieren lassen.

 

[TomS]

Einen interessanten jedoch letztlich unzureichenden Zwischenschritt liefert

2. Maudlin's Trilemma

1. The wavefunction specifies completely the physical properties of a physical system
2. The wavefunction evolves linearly according to Schrödinger's equation
3. Experiments have definite outcomes

sowie die Erkenntnis, "the measurement problem is the fact that the conjunction of [these] three propositions is a contradiction.

From the measurement problem to the primitive ontology programme

The paper retraces the development from the measurement problem to the primitive ontology programme. It assesses the contribution of the GRW theory to this programme and discusses the pros and cons of the GRWm matter density ontology and the GRWf flash ontology in comparison to the Bohmian...

arxiv.org

Der Sinn des Trilemmas erschließt sich letztlich durch die Lösungsansätze, eine der drei Behauptungen zu streichen. Tut man dies, so gelangt man zu

1. There is more to the physical systems than what is represented by the wave function. This “more” is traditionally known as "hidden variables".
2. One replaces the Schrödinger dynamics with a dynamics that includes the [non-linear] collapse of the [dynamics of the] wave function.
3. One denies that measurements have outcomes. More precisely, all possible outcomes of any measurement are in fact realized, albeit in different branches of the universe, which do not interfere with one another. This [many-worlds] solution goes back to Everett.

Der Punkt ist, dass Maudlin letztlich eine Problemstellung analysiert, ohne einige der im ersten Beitrag genannten Punkte wirklich zu sehen: möglicherweise sind einige Probleme nicht fundamental sondern lediglich unzureichenden Modellen und Näherungen geschuldet.

Kein explizit betrachtetes d.h. konkret durchgerechnetes Modell kommt ohne Idealisierung oder Näherung aus, d.h.

1. "the wavefunction specifies completely the physical properties of a physical system" trifft in der Praxis nie zu, da die praktisch betrachtete Wellenfunktion nie alle Freiheitsgrade umfasst – ohne dass dies zu neuen Theorien mit "hidden variables" führen würde
2. "the wavefunction evolves linearly according to Schrödinger's equation" trifft in der Praxis nicht zu, wenn Freiheitsgrade ausgespurt wurden und daher in einem effektiven Modell Nichtlinearitäten resultieren, ohne dass dies zu "one replaces the Schrödinger dynamics …" auf fundamentaler Ebene führen würde
3. "experiments have definite outcomes" kann durchaus zutreffen, da sämtliche untersuchte Modelle extrem grobe Vereinfachungen beinhalten, so dass die Schlussfolgerung "all possible outcomes of any measurement are in fact realized" nicht "in fact" sondern lediglich "in oversimplified models" zutrifft.

Worauf ich hinauswill ist, dass diverse Fragestellungen rund um das Messproblem keineswegs ein fundamentales Problem zum Gegenstand haben müssen, sondern möglicherweise lediglich den bisher unzureichenden Modellen, Ansätzen und Methoden geschuldet sein könnten. Insbs. das Messproblem wäre demzufolge ein Artefakt, jegliche Interpretation verfrüht.

 

[Bernhard]

From the measurement problem to the primitive ontology programme

The paper retraces the development from the measurement problem to the primitive ontology programme. It assesses the contribution of the GRW theory to this programme and discusses the pros and cons of the GRWm matter density ontology and the GRWf flash ontology in comparison to the Bohmian...

arxiv.org

Lesenswertes pdf, das klar zeigt, dass die Ontologie der QM eine recht harte "Nuss" ist.

Wir hatten dazu auch mal das Thema von Tangle: Das Fadenmodell für Teilchen, Eichkräfte und Gravitation, welches auch einen gewissen Ansatz mit delokalisierten, grundlegenden physikalischen Objekten versucht.

Worauf ich hinauswill ist, dass diverse Fragestellungen rund um das Messproblem keineswegs ein fundamentales Problem zum Gegenstand haben müssen, sondern möglicherweise lediglich den bisher unzureichenden Modellen, Ansätzen und Methoden geschuldet sein könnten. Insbs. das Messproblem wäre demzufolge ein Artefakt, jegliche Interpretation verfrüht.

Ja, das ist naheliegend. Das zeigt aber auch, dass es schwierig ist, Experimente zu finden, die uns diesbezüglich weiter bringen könnten. AFAIK gibt es nur im Umfeld von GRW konkrete Vorschläge. Neue Erkenntnissse könnten sich auch aus angedachten Experimenten mit schwachen Gravitationsfeldern ergeben.

 

[TomS]

Ein paar Konsequenzen aus den zuletzt genannten Punkten, weitgehend aus Diskussionen mit Prof. Neumaier:

• Die unitäre Dynamik gilt nur für abgeschlossene Quantensysteme.
• In der Praxis sind alle betrachteten Quantensysteme offen.
• "Offen" bedeutet nicht unbedingt "räumlich offen" sondern offen dahingehend, dass zwei Subsysteme sehr schwach miteinander gekoppelt sind, wobei eines davon praktisch vollständig vernachlässigt wird. Tatsächlich findet jedoch eine Wechselwirkung statt, deren Vernachlässigung für das in der Betrachtung verbleibende Subsystem zu einer effektiv nicht-unitären und ggf. nicht-linearen Dynamik führt.
• Bekannte Beispiele wären Restgase oder thermische Photonen, die nie vollständig vermeidbar sind.
• Dies bedeutet insbesondere, dass im in der Betrachtung verbleibenden Subsystem die Möglichkeit nicht-linearer Effekte und insbs. eines "Kollapses" nicht ausgeschlossen werden kann.
• Die Quantenmechanik wäre fundamental deterministisch. Der wahrgenommene stochastische Charakter wäre den unbekannten Anfangszuständen sowie der effektiven nicht-linearen Dynamik geschuldet.

Zusammenfassend besteht also die Möglichkeit, dass die prinzipiell unitäre, lineare und deterministische Dynamik abgeschlossener Systeme eine nicht-lineare effektive Dynamik offener makroskopischer Subsysteme induziert, was zu einer eindeutigen und scheinbar stochastischen Lokalisierung der Zustände des Subsystems im Ortsraum führt.

Einige Anmerkungen:

• Die Quantenmechanik wäre auf einzelne Systeme anwendbar, nicht nur im stochastischen Sinn auf Ensembles von Systemen.
• Die Notwendigkeit eines Kollapspostulates entfiele. Stattdessen wäre der "Kollaps" ein tatsächlicher physikalischer Prozess im Zuge der Wechselwirkung spezieller Subsysteme, insbs. zunächst delokalisierter und isolierter mikroskopischer Subsysteme mit Messgeräten.
• Die Dekohärenz ist dafür nicht ausreichend, da sie zwar entsprechend der Dynamik des Gesamtsystems eine Auszeichnung von "Zeigerzuständen" sowie von "klassisch erscheinenden Zweigen" liefert, diese jedoch aufgrund der strikt linearen Dynamik in Superposition verbleiben.
• Die Notwendigkeit "neuer Physik" wie künstlicher Zusatzterme, fundamental stochastischer Prozesse, expliziter Erweiterungen a la GRW o.ä. entfiele.

So würde ich kurz die Hypothese der Thermal Interpretation Neumaiers zusammenfassen.

Wichtig zu erwähnen ist, das es sich hierbei noch nicht um eine fertige Theorie oder Interpretation derselben handelt.

 

[Bernhard]

So würde ich kurz die Hypothese der Thermal Interpretation Neumaiers zusammenfassen.

Vielen Dank für diese prägnante und gut verständliche Zusammenfassung.

EDIT: Du verwendest recht oft den Konjunktiv "wäre". Die genannten Konsequenzen müssten sich doch rechnerisch recht eindeutig nachweisen lassen. Gibt es dazu nicht bereits konkrete Rechnungen und Beispiele? Ein Einstieg dazu müsste das empfohlene Lehrbuch von Breuer & Petruccione "The Theory of open quantum systems" sein.

 

[TomS]

Vielen Dank für diese prägnante und gut verständliche Zusammenfassung.

Danke.

Du verwendest recht oft den Konjunktiv "wäre". Die genannten Konsequenzen müssten sich doch rechnerisch recht eindeutig nachweisen lassen. Gibt es dazu nicht bereits konkrete Rechnungen und Beispiele?

Nein.

Ich habe Prof. Neumaier explizit gefragt, ob und wie der dritte Punkt seiner Lösung des Messproblems – dass diese eindeutige Lokalisierung zustande kommt – mathematisch konkret bewerkstelligt wird. Er hat auf einige Arbeiten von Kollegen verwiesen, die mit großer Mühe kleine Fortschritte erzielen, und er hat klar gesagt, dass er bei den ihm vertrauten Methoden in QM und QFT aktuell nicht sieht, wie man da vorankommen kann.

Ich suche die Diskussion mal raus, war ca. Anfang des Jahres.

 

[Bernhard]

Er hat auf einige Arbeiten von Kollegen verwiesen, die mit großer Mühe kleine Fortschritte erzielen, und er hat klar gesagt, dass er bei den ihm vertrauten Methoden in QM und QFT aktuell nicht sieht, wie man da vorankommen kann.

Denkbar wäre da die Wechselwirkung zwischen zwei Typen von Systemen:
1) Spin eines einzelnen Elektrons oder ein angeregter Zustand eines Elektrons in einem atomaren System
2) thermisches Photonenfeld
Falls es um so einen Ansatz geht, wäre zumindest die Herkunft der Bezeichnung "thermische Interpretation" klar. Die zugehörigen Rechnungen sind aufwändig, aber machbar.

 

[TomS]

Im folgenden betrachte ich eine wesentliche Spielart des Messproblem in der Variante der thermal Interpretation: "wie resultiert aus einem von einer Quelle erzeugten 'Teilchen' genau ein Detektorereignis in genau einem Detektorelement?"

Dazu einige weitere Details, die im Rahmen der thermal Interpretation als wichtig identifiziert werden, für deren Betrachtung jedoch nach heutigem Kenntnisstand keine geeigneten mathematischen Methoden zur Verfügung stehen:

Das System "Quelle plus Detektor" muss immer durch einen mikroskopischen Vielteilchen-Quantenzustand beschrieben werden. Der Quantenzustand eines 'Teilchens' als isolierter Zustand ist dabei eine unzulässige Idealisierung; das 'Teilchen' ist bzw. wird immer mit dem komplexen Zustand der Quelle bzw. im Zuge der Registrierung mit dem des Detektors verschränkt. Viele Rechnungen ignorieren dies, sie skizzieren Einteilchen-Quantensysteme und Zeigerzustände. Die darauf aufbauenden Interpretationen betrachten völlig unzureichende Spielzeugmodelle.

Der Quantenzustand des Systems "Quelle plus Detektor" kann aus mehreren Gründen nicht exakt bekannt sein: Der Zustand ist zu komplex, nicht alle Freiheitsgrade können betrachtet werden, man muss dies notwendigerweise auf Subsysteme reduzieren – s.o. Der Detektorzustand, der bei Wechselwirkung mit dem von der Quelle erzeugten Teilchenzustand ein Detektorereignis produziert, kann dem Experimentator erst dann theoretisch bekannt sein wenn er in dessen Vergangenheitslichtkegel liegt.
Die vernünftige Hypothese, dass zufällige unbekannte Fluktuationen des Detektors zufällig verteilte jedoch immer streng lokalisierte eindeutige Detektorereignisse für 'ein Teilchen' erzeugen, müsste anhand hinreichend genauer und zugleich lösbarer Modelle des in der Praxis unbekannten Quantenzustand des Systems "Quelle plus Detektor" überprüft werden.

Die Quantenfeldtheorie betrachtet üblicherweise stationäre Quellen, Teilchenstrahlen etc. und daraus resultierende Reaktionsraten. Die Lösung des o.g. Problems erfordert jedoch die Betrachtung instationärer Quellen für 'einzelne Teilchen' und einzelne Ereignisse; dies wird praktisch nie betrachtet.


Auf meine Frage (08/2024), wie die thermal Interpretation zeigt, dass ein Teilchen zu genau einem lokalisierten Detektorereignis führt, lautet die Antwort, dass diese Berechnungen noch nicht durchgeführt wurden.

Auf meine Frage zu den besten Referenzen zu derartigen Rechnungen lautet die Antwort, dass keine Quellen bekannt sind, die das betrachten, was für die TI benötigt wird, da bisher niemand Probleme löst, die erst durch die TI interessant werden.

Jahrelange Arbeit anhand eines guten Dutzends effizienter Methoden, um mit unitärer Dynamik beginnend anhand idealisierte Modelle – wobei diese einfach genug für konkrete Berechnungen jedoch ausreichend komplex für die o.g. Dinge wären – hat noch nicht zu quantitativen Ergebnissen im Sinne der o.g. Hypothese geführt.

Die Frage, wie die Detektorantwort auf ein System in einem Einteilchenzustand aussieht, wird dadurch kompliziert, dass bereits die Modellierung dieses Problems im Rahmen der QFT unklar ist – es sind also noch nicht mal die zu lösenden Gleichungen bekannt.


Der eigentlich spannende Punkt, warum mich die thermal Interpretation trotz dieses auf den ersten Blick ernüchternd Status so interessiert, ist folgende: sie ist ehrlich! Keine andere Interpretation liefert eine derart detaillierte Analyse der Unzulänglichkeiten aller bisherigen Betrachtungen – stattdessen springen sie anhand völlig unzureichender Modelle auf eine philosophische Ebene. Die Tatsache, dass die thermal Interpretation bisher keine positiven Antworten auf die o.g. Hypothese und die dadurch aufgeworfenen offenen Fragen hat, kann man auch umgekehrt lesen: keine andere Interpretation liefert auch nur ansatzweise Ergebnisse, die die oben genannte Hypothese widerlegen könnten – man hat sich noch nicht einmal damit befasst. Die thermal Interpretation liefert eine Analyse, die keine andere Interpretation ignorieren kann, und sie ist damit ein Aufruf, endlich die Hausaufgaben erledigen.

Meine Vorlieben [bzgl. möglicher Interpretationen der Quantenmechanik] gehen inzwischen gegen Null, weil in die meisten Interpretationen implizite Annahmen eingehen, die diese von vorne herein wertlos erscheinen lassen.

Jede Interpretation, die zu den oben genannten Punkte keine Antworten oder Widerlegungen aufweisen kann, ist für mich wertlos.

Das ist zunächst mal meine Dekonstruktion der Interpretationen auf physikalischer Ebene. Die philosophische folgt.

 

[Bernhard]

Die Frage, wie die Detektorantwort auf ein System in einem Einteilchenzustand aussieht, wird dadurch kompliziert, dass bereits die Modellierung dieses Problems im Rahmen der QFT unklar ist – es sind also noch nicht mal die zu lösenden Gleichungen bekannt.

Ich hatte da eher eine Modellierung der Entstehung von Wahrscheinlichkeiten im Sinn. Man könnte ein thermisches Photonenfeld mit zufälligen Störungen betrachten und dann die Wechselwirkung auf ein eingebettetes "Wenig-Teilchensystem"/Einteilchensystem betrachten. Aber ich weiß schon: Ein Aufgabe ist oftmals viel schneller formuliert und umrissen als sauber modelliert

Die Wechselwirkung eines Strahlungsfeldes mit Materie gehört zu den notorisch komplizierten Problemen der Physik.

Die eigentlich spannende Frage, warum mich die thermal Interpretation trotz dieses auf den ersten Blick ernüchternd Status so interessiert, ist folgende: sie ist ehrlich! Keine andere Interpretation liefert eine derart detaillierte Analyse der Unzulänglichkeiten aller bisherigen Betrachtungen – stattdessen springen sie anhand völlig unzureichender Modelle sofort auf eine philosophische Ebene. Die Tatsache, dass die thermal Interpretation bisher keine positiven Antworten auf die o.g. Hypothese liefert, kann man auch umgekehrt lesen: keine andere Interpretation liefert auch nur ansatzweise Ergebnisse, die die oben genannte Hypothese widerlegen könnten. Bevor man die Antworten also in Metaphysik oder neuer Physik sucht, sollte man erst mal seine Hausaufgaben erledigt haben.

Die Herangehensweise ist interessant. Ja.

 

[TomS]

Ich hatte da eher eine Modellierung der Entstehung von Wahrscheinlichkeiten im Sinn.

Das ist erledigt.

Man könnte ein thermisches Photonenfeld mit zufälligen Störungen betrachten und dann die Wechselwirkung auf ein eingebettetes "Wenig-Teilchensystem"/Einteilchensystem betrachten.

Letzteres. Und zwar nicht für Wahrscheinlichkeiten.

Die Aufgabenstellung ist letztlich, im Rahmen der QFT ein lösbares Modell zu finden, in dem eine Quelle und ein Detektor zu (höchstens) einem lokalisierten Detektorereignis führen, wobei der genau Ort desselben von zufälligen Anfangsbedingungen im Detektor abhängt, und wobei ein Ensemble-Mittel über dieselben zu den bekannten Intensitätsmustern führt.

Aber ich weiß schon: Ein Aufgabe ist oftmals viel schneller formuliert und umrissen als sauber modelliert.

Vor allem, wenn sich kaum jemand die Mühe macht, das anzugehen.

 

[Bernhard]

Das ist erledigt.

Dann kann man die zugehörigen Ergebnisse auf das kompliziertere Problem der Wechselwirkung eines thermischen Photonenfeldes mit einer Quelle und einem Vielteilchensystem (Detektor) übertragen und erhält damit im Umkehrschluss auch eine Zuordnung zwischen scheinbar zufälligen Detektorergebnissen und einer bestimmten Gesamtkonstellation und damit dann auch ein gewisses Modell für:

Die Aufgabenstellung ist letztlich, im Rahmen der QFT ein lösbares Modell zu finden, in dem eine Quelle und ein Detektor zu (höchstens) einem lokalisierten Detektorereignis führen, wobei der genau Ort desselben von zufälligen Anfangsbedingungen im Detektor abhängt, und wobei ein Ensemble-Mittel über dieselben zu den bekannten Intensitätsmustern führt.

Die Aspekte, die in den herkömmlichen und vereinfachten Modellen vernachlässigt werden, führen dann zu einem bestimmten Ergebnis im Detektor. Es geht also um die Hypothese, dass ein ausreichend komplexes Modell nur eindeutige Messergebnisse zulässt.

 

[TomS]

Dann kann man die zugehörigen Ergebnisse auf das kompliziertere Problem der Wechselwirkung eines thermischen Photonenfeldes mit einer Quelle und einem Vielteilchensystem (Detektor) übertragen …

Nein, leider nicht.

Meine Aussage ist lediglich, dass sich das für 1) stationäre Inputs d.h. im Mittel rechnen lässt, und dass man die jeweiligen Wahrscheinlichkeiten erhält.
Jedoch: für 2) eine nicht-stationäre Quelle, die sporadisch einzelne "Teilchen" emittiert, kennt niemand diese Rechnungen je Teilchen; das Ensemble-Mittel darüber sollte dann eher einfach sein.

1) Was wir seit Jahrzehnten können:

Realität ⟶ einfaches Modell "im Mittel" ⟶ Wahrscheinlichkeiten, Streuquerschnitte …

2) Was wir nicht können:

Realität ⟶ genügend realistisches und zugleich lösbares Modell je "Teilchen" ⟶ Einzelereignisse ⟶ Ensemble-Mittel ⟶ Wahrscheinlichkeiten, Streuquerschnitte …

im Sinne von

... einem im Rahmen der QFT lösbaren Modell für eine Quelle und ein Detektor mit (höchstens) einem lokalisierten Detektorereignis, wobei der genau Ort desselben von zufälligen Anfangsbedingungen im Detektor abhängt, und wobei ein Ensemble-Mittel über dieselben zu den bekannten Intensitätsmustern führt.

 

[Bernhard]

2) Was wir nicht können:

Realität ⟶ vollständiges Modell je "Teilchen" ⟶ Einzelereignisse ⟶ Ensemble-Mittel ⟶ Wahrscheinlichkeiten, Streuquerschnitte …

Auf ein vollständiges Modell würde ich prinzipiell nie hoffen, aber immerhin auf gute Begründungen und einen gewissen Erkenntnisgewinn.

 

[TomS]

Bevor ich mich der Das ist zunächst mal der philosophischen Dekonstruktion der Interpretationen zuwende, hier eine Zusammenfassung der Literatur zur Thermal Interpretation:

Foundations of quantum physics I. A critique of the tradition

This paper gives a thorough critique of the foundations of quantum physics in its mainstream interpretation (i.e., treating pure states as primitives, without reference to hidden variables, and without modifications of the quantum laws). This is achieved by cleanly separating a concise version...

arxiv.org

Foundations of quantum physics II. The thermal interpretation

This paper presents the thermal interpretation of quantum physics. The insight from Part I of this series that Born's rule has its limitations -- hence cannot be the foundation of quantum physics -- opens the way for an alternative interpretation -- the thermal interpretation of quantum physics...

arxiv.org

Foundations of quantum physics III. Measurement

This paper presents the measurement problem from the point of view of the thermal interpretation of quantum physics introduced in Part II. The measurement of a Hermitian quantity $A$ is regarded as giving an uncertain value approximating the q-expectation $\langle A\rangle$ rather than (as...

arxiv.org

Foundations of quantum physics IV. More on the thermal interpretation

This paper continues the discussion of the thermal interpretation of quantum physics. While Part II and Part III of this series of papers explained and justified the reasons for the departure from tradition, the present Part IV summarizes the main features and adds intuitive explanations and new...

arxiv.org

Foundations of quantum physics V. Coherent foundations

This paper is a programmatic article presenting an outline of a new view of the foundations of quantum mechanics and quantum field theory. In short, the proposed foundations are given by the following statements: * Coherent quantum physics is physics in terms of a coherent space consisting of...

arxiv.org

Quantum tomography explains quantum mechanics

Starting from a new principle inspired by quantum tomography rather than from Born's rule, this paper gives a self-contained deductive approach to quantum mechanics and quantum measurement. A suggestive notion for what constitutes a quantum detector and for the behavior of its responses leads to...

arxiv.org

 

[TomS]

Auf ein vollständiges Modell würde ich prinzipiell nie hoffen, aber immerhin auf gute Begründungen und einen gewissen Erkenntnisgewinn.

Sagen wir "genügend realistisch und zugleich lösbar".

 

[ralfkannenberg]

Der eigentlich spannende Punkt, warum mich die thermal Interpretation trotz dieses auf den ersten Blick ernüchternd Status so interessiert, ist folgende: sie ist ehrlich! Keine andere Interpretation liefert eine derart detaillierte Analyse der Unzulänglichkeiten aller bisherigen Betrachtungen (...)

Hallo Tom,

danke, das war mir bislang gar nicht bewusst. Ich hatte bislang bei der stillen Lektüre Eurer Gedanken immer den Eindruck gewonnen, dass die thermal Interpretation völlig unzulänglich sei, aber ja - diese von Dir genannte Ehrlichkeit ist statt dessen tatsächlich eine grosse Stärke der thermal Interpretation, zumindest zum jetzigen Zeitpunkt.


Freundliche Grüsse, Ralf

 

[aveneer]

Wenn der Kuchen spricht, dann…Aber ich möchte doch was dazu sagen…

In der thermalen Interpretation TI - wird eine Messung als physikalischer Vorgang verstanden, der (nur?) lokal zu einem wohldefinierten Eigenwert führt (im Unterschied zur Kollapsvorstellung).

Ich frage mich, ob man diesen Vorgang so deuten könnte:
Eine Messung erzeugt ein lokales Ruhesystem, in dem ein beobachteter Zustand (z. B. Spin oder Chiralität) realisiert wird. Der Übergang in dieses Ruhesystem erfolgt durch nicht direkt beobachtbare Wechselwirkungen (off-shell) – vergleichbar mit dem, was das Higgsfeld in der Standardmodellphysik leistet?

Nur mal Gedanklich angenommen: Würde das Higgsfeld verschwinden, so wäre die Verteilung von Chiralität (L/R) bei Fermionen spontan wieder 50/50 – also ohne Massenterm. Das legt nahe, dass jedem Fermion eine „wahre“ Chiralität anhaftet, die im masselosen (v = c) Grenzfall eindeutig ist.

Könnte man also in der TI sagen: Eine Messung realisiert lokal ein Ruhesystem, in dem das Higgsfeld (formal) „ausgeblendet“ wird (Formal v=c Grenzfall vorliegt) und dadurch ein bestimmter Spinwert (über Impulsrichtung + wahre Chiralität) realisiert wird?
Die Unbestimmtheit läge dann nicht im Eigenwert selbst, sondern in der fehlenden Kenntnis der wahren Chiralität vor der Messung.

Die massenbedingte Helizitätsumkehr, wie sie in der SRT beschrieben wird, könnte als Effekt der Kopplung an das Higgsfeld verstanden werden. In dieser Sicht wären sowohl linkshändige als auch rechtshändige Zustände gleich real – so wie auch verschiedene Gleichzeitigkeiten in der SRT als gleichberechtigt real gelten, je nach Bezugssystem. Diese Realität kann durch die Bildung eines lokalen Ruhesystems – bestehend aus Messgerät und Messobjekt – „festgelegt“ werden, wobei die ursprüngliche Vieldeutigkeit in diesem Zusammenhang lokal verloren geht.

Wäre das aus Sicht der TI sinnvoll oder verfehlt dieser Gedanke die TI?

 

[Bernhard]

Eine Messung erzeugt ein lokales Ruhesystem, in dem ein beobachteter Zustand (z. B. Spin oder Chiralität) realisiert wird. Der Übergang in dieses Ruhesystem erfolgt durch nicht direkt beobachtbare Wechselwirkungen (off-shell)

AFAIK können das auch Wechselwirkungen sein, die innerhalb oder auf dem Lichtkegel liegen, also ganz klassische kausale Verknüpfungen, in der Art "elektromagnetische Störung bewirkt einen unitären "Kollaps" der lokalen Wellenfunktion".

Dazu wäre dann allerdings noch anzumerken, dass es neben der zentralen Annahme der TI auch anderslautende Annahmen gibt. Gemäß Lehrbuch können die Wahrscheinlichkeiten auch mit der Natur der Quantenobjekte selbst zusammenhängen. Um die physikalische Ursache der Wahrscheinlichkeiten zu verstehen, wäre es demnach notwendig zusätzliche Eigenschaften der Quantenobjekte zu definieren, also entweder hidden variables und/oder zusätzliche und bisher vernachlässigte geometrische Eigenschaften a la Fadenmodell.

 

[TomS]

In der thermalen Interpretation TI - wird eine Messung als physikalischer Vorgang verstanden, der (nur?) lokal zu einem wohldefinierten Eigenwert führt (im Unterschied zur Kollapsvorstellung).

In der TI wird eine Ortsmessung – und sehr viele Energie-, Impuls- oder Spinmessungen sind letztlich nur Ortsmessungen – verstanden als eine ganz normale Wechselwirkung zwischen dem zu messenden und dem messenden Subsystem.

Eine Überlagerung verschiedener Messergebnisse d.h. Orte – wie seit Jahrzehnten immer wieder erzählt – liegt nicht vor. Diese Superpositionen sind mathematisch Artefakte völlig unzureichender Modelle und Näherungen. Demzufolge muss weder ein Kollaps postuliert werden (orthodoxe Interpretation u.a.m.) noch muss die Superposition interpretiert werden (viele Welten), und schon gar nicht trifft die QM nur auf Ensembles zu.

Neumeier u.a. zeigen explizit – jedoch anhand immer noch unzureichender Modelle – dass in Vielteilchen-Quantensystemen nicht-lineare, stochastische Effekte für Subsysteme induziert werden können. In speziellen multi-stabilen Systemen resultieren tatsächlich Lokalisierungs-Effekte, während man in zu stark vereinfachten Modellen nur eine stochastische Mittelung erhält und keine Lokalisierung sieht.

Die Hypothese der TI lautet also, dass man durch sorgfältige Modellierung und verbesserte Lösungsmethoden den Kollaps als Konsequenz der Dynamik spezieller Subsysteme – nämlich Messgeräte – im Rahmen der Quantenmechanik berechnen kann. Das Messproblem ist damit vollständig entmystifiziert.

Nun ist man in der TI zwar noch weit von einer umfassenden Bestätigung dieser Hypothese entfernt, es gibt jedoch Indizien anhand einfacher Modelle – siehe oben – dass das funktionieren kann. Umgekehrt ist die TI also ein Aufruf an die Zweifler, diese Hypothese zu widerlegen – beides wäre ernsthafte Wissenschaft – anstatt Märchen und Schwurbelei zu verbreiten.

"Quantum theory is a user’s manual. Its entire purpose is to guide agents in taking actions on the world and in updating their beliefs based on the consequences of those actions."
= Quantum Bullshit

Ich frage mich, ob man diesen Vorgang so deuten könnte:
Eine Messung erzeugt ein lokales Ruhesystem, in dem ein beobachteter Zustand (z. B. Spin oder Chiralität) realisiert wird. Der Übergang in dieses Ruhesystem erfolgt durch nicht direkt beobachtbare Wechselwirkungen (off-shell) – vergleichbar mit dem, was das Higgsfeld in der Standardmodellphysik leistet?

Nein – auch zu dem folgenden. Siehe stattdessen oben.

Wäre das aus Sicht der TI sinnvoll oder verfehlt dieser Gedanke die TI?

Letzteres.