Schrödingers Katze Emilys Fax und Zeitreisen

Emily

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Nun mal was zum nachdenken

So, also die Theorie von Schrödingers Katze ist sowieso Unsinn, es gibt nur entweder oder.

Aber: Nun ist die Frage, wie kann etwas zugleich hier sein und an einem anderen Ort ?
Wenn ich ein Fax abschicke ist es einmal hier und dann aber auch woanders was ja eigentlich wieder der Quantenphysik zuzuordnen wäre da gibt es ja bekanntlich diese Zustände.

Das Fax kann ja auch sowieso nur existieren weil es eine Zeitreise in die Zukunft unternimmt, d.h. es kommt später an als es gesendet wurde. Wäre es zugleich zur selben Zeit am selben Ort würde es ja auf sich selber treffen und nach Zeitreise-Theorie wäre das ein Zustand, der unweigerlich zu einem Paradoxon führen würde und womöglich zur Auslöschung des gesamten Universums !
 
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TomS

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So, also die Theorie von Schrödingers Katze ist sowieso Unsinn ...
Nee, ist es nicht.

Zunächst mal ist das eine triviale Folge des Superpositionspinzips; auf der mikroskopischen Ebene ist es nicht nur seit 90 Jahren unstrittig sondern auch zig fach experimentell bewiesen.

Die wesentliche Frage ist, ob und warum es sich auf makroskopischer Ebene anders verhalten soll als mikroskopisch; oder ob es sich auf makroskopischer Ebene evtl. identisch verhält - im Sinne der Katze.
 

Aries

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Nun mal was zum nachdenken

So, also die Theorie von Schrödingers Katze ist sowieso Unsinn, es gibt nur entweder oder.
Solange etwas mit der übrigen Welt nicht interagiert, gibt es da für uns nur einen Möglichkeitsbereich in welchem Zustand es ist. Aber man kann das ganze ja auch mal aus der Sicht der Katze betrachten: Diese ist für sich selbst zu jedem Zeitpunkt entweder tot oder lebendig. Da sie aber mit der übrigen Welt für eine gewisse Zeit nicht interagiert, ist der Zustand der übrigen Welt für sie für diesen Zeitraum nicht genau festgelegt. Überspitzt ausgedrückt: Aus Sicht der sind wir sowohl tot als auch lebendig. Und zwar solange bis wieder Interaktion herrscht, und beide Teilwelten für die Interaktion den breiten Möglichkeitsbereich verlassen und wieder eine konkrete Form annehmen müssen. Möglich dass die ausgeschiedenen Möglichkeiten aber dennoch weiter existieren, allerdings in Paralelluniversen.
 

TomS

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Dass der Formalismus der QM besagt, dass die Katze in einer Superposition aus leben und tot existiert. Und dass es „die“ Katze insofern nicht gibt, sondern immer nur diese Superposition.

Und es ist eben gerade nicht so, dass die Katze nicht mit der Umgebung interagiert. Sie interagiert praktisch immer mit der Umgebung, und gerade durch diese Wechselwirkung werden und bleiben diese Komponente der Superposition stabil und wechselweise unsichtbar.
 

Aries

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Dass der Formalismus der QM besagt, dass die Katze in einer Superposition aus leben und tot existiert.
Ja, ist wie bei einer imaginären Zahl.

TomS schrieb:
Und es ist eben gerade nicht so, dass die Katze nicht mit der Umgebung interagiert. Sie interagiert praktisch immer mit der Umgebung, und gerade durch diese Wechselwirkung werden und bleiben diese Komponente der Superposition stabil und wechselweise unsichtbar.
Also beim Doppelspaltexperiment ist es ja so, dass das Ergebnis ein anderes ist, je nach dem ob man zwischendrin misst, wo das Licht langfliegt. Indem man durch die Messung mit dem Licht interagiert zwingt man es vorzeitig eine konkrete Position einzunehmen. Weil das Licht sich in Superposition aber anders verhält, ist dadurch das Ergebnis später ein anderes.

Dieser merkwürdige Effekt wird im Gedankenexperiment mit der Katze auf größere Dinge übertragen. Es ist dabei aber nur sinnvoll, wenn sichergestellt ist, das der Raum von der Außenwelt komplett abgeschirmt ist. Wenn man zwischendurch von außen irgendwie messen kann, was im Raum passiert, dann wird dadurch die Superposition ja genauso verhindert wie beim Doppelspaltexperiment, wenn man misst. Hier stellt sich die Frage, was eigentlich mit der Gravitation ist. Über die Gravitation muss der Raum ja weiterhin mit der Außenwelt wechselwirken. Aber vielleicht handelt es sich bei der im Raum in Superposition befindlichen Materie ja um dunkle Materie (Spekulation).
 

Aries

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Durch bestimmte Wechselwirkungen werden Superpositionen aufgelöst, siehe Doppelspaltexperiment. Ob Gravitation auch zu diesen Wechselwirkungen zählt, weiß ich nicht. Für denkbar halte ich beide Möglichkeiten. Zählt sie dazu, kann etwas wie Schrödlingers Katze, das Gravitation ausübt, sich allerdings nicht in Superposition befinden. Zählt sie nicht dazu, könnte sich Schrädlingers Katze hingegen in Superposition befinden. Aber in diesem Fall würde eben etwas Gravitation ausüben, dass ansonsten nicht wechselwirkt und dass sich nicht an einem konkreten Ort befindet. Das erinnert an dunkle Materie. Vielleicht gehen die Aufenthaltswahrscheinlichkeiten, die nicht eintreten, wenn Superpositionen aufgelöst werden, auch nicht verloren, sondern werden zu dunkler Materie. Wäre zumindest eine Erklärung für dunkle Materie. Aber das ist nur die Spekulation eines Nichtphysikers.
 

TomS

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... beim Doppelspaltexperiment ist es ja so, dass das Ergebnis ein anderes ist, je nach dem ob man zwischendrin misst, wo das Licht langfliegt. Indem man durch die Messung mit dem Licht interagiert zwingt man es vorzeitig eine konkrete Position einzunehmen.
Das ist das, was im Experiment beobachtet wird.

Dieser merkwürdige Effekt wird im Gedankenexperiment mit der Katze auf größere Dinge übertragen. Es ist dabei aber nur sinnvoll, wenn sichergestellt ist, das der Raum von der Außenwelt komplett abgeschirmt ist. Wenn man zwischendurch von außen irgendwie messen kann, was im Raum passiert, dann wird dadurch die Superposition ja genauso verhindert wie beim Doppelspaltexperiment, wenn man misst.
Auch das ist wieder die Brschreibung dessen, was man beobachtet.

Es geht aber zum einen um die Beobachtung, zum anderen um den Formalismus. Und dieser Formalismus besagt zunächst, dass die Messung oder irgendeine Wechselwirkung diese Superposition nicht zerstört, sondern dass diese weiterhin existiert. Da dies nun in einem krassen Widerspruch zur Beobachtung zu stehen scheint, benötigt man eine Lösung, warum man trotz Superposition dieselbe nicht beobachtet. Dazu gibt es diverse Interpretation, die beiden wichtigsten - inklusive diverser Varianten - dürften sein:
a) orthodoxe / Kopenhagen- / Kollapsinterpretation: im Falle einer (wiederholten) Messung bzw. im Falle makroskopischer Systeme - jedoch nicht im Zuge einer beliebigen Wechselwirkung - wird der Formalismus dergestalt modifiziert, dass im Widerspruch zur Schrödingergleichung ein Kollaps auf einen Eigenzustand postuliert wird
b) Everettsche Interpretation: im Falle einer Messung wird kein Kollaps postuliert, die Schrödingergleichung gilt vollumfänglich auch im Zuge einer Messung, die Superposition bleibt bestehen

Aufgrund der Dekohärenz, die aus dem Formalismus ohne Kollaps folgt, ist auch dieser Superpositionszustand mit der Beobachtung verträglich, wenn auch für makroskopische Systeme ontologisch sehr umstritten.

Deswegen ist die Aussage „die Theorie von Schrödingers Katze ist sowieso Unsinn, es gibt nur entweder oder falsch“ - oder zumindest unpräzise, wenn nicht klar ist, was „gibt“ bedeutet.

Und die Aussage „
aber man kann das ganze ja auch mal aus der Sicht der Katze betrachten“ führt zu nichts, solange „Katze“ nicht spezifiziert wird. Außerdem bleibt hier ja explizit unklar, was mit der Katze nach Beginn des Experiments jedoch vor der Beobachtung geschieht. Der Formalismus besagt - egal ob (a) oder (b) - dass eine Superposition vorliegt, solange nicht gemessen wird. Und eine experimentelle Prüfung vor bzw. ohne eine Beobachtung ist grundsätzlich nicht möglich.


 
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TomS

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Durch bestimmte Wechselwirkungen werden Superpositionen aufgelöst, siehe Doppelspaltexperiment.
Du musst hie präzise formulieren. Quantenmechanische Wechselwirkung folgen der Schrödingergleichung, d.h. sie heben die Superpositionen gerade nicht auf. Was die Superpositionen im Falle von (a) auflöst ist eine Messung, die jedoch gerade nicht einer Wechselwirkung gemäß der Schrödingergleichung entspricht.

Daher sind deine Überlegungen zur Gravitation immer unter dem Vorbehalt zu sehen, ob du jetzt über eine Wechselwirkung oder eine Messung redest.

Man kann die Gravitation als äußeres Potential betrachten; daraus folgt ein Zusatzterm in der Schrödingergleichung. Die Effekte kann man berechnen und messen! Man findet eine Interferenz zwischen Zuständen mit unterschiedlichem (mittleren) Gravitationspotential. Die Superposition kann somit an mikroskopischen Systemen nachgewiesen werden.

https://www.spektrum.de/lexikon/physik/cow-experiment/2605
https://arxiv.org/abs/1207.2953
https://arxiv.org/abs/1701.00259


 
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Aries

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Du musst hie präzise formulieren. Quantenmechanische Wechselwirkung folgen der Schrödingergleichung, d.h. sie heben die Superpositionen gerade nicht auf. Was die Superpositionen im Falle von (a) auflöst ist eine Messung, die jedoch gerade nicht einer Wechselwirkung gemäß der Schrödingergleichung entspricht.
Was unterscheidet hier eine quantenmechanische Wechselwirkung, die der Schrödlingergleichung folgt, von einer Messung? Ist eine Messung nicht auch eine quantenmechanische Wechselwirkung? Ich vermute mal, der Unterschied liegt darin, dass mit ersterem Wechselwirkungen innerhalb eines abgeschlossenen Systems gemeint sind, während mit einer Messung eine Wechselwirkung mit der (auswertenden) Außenwelt gemeint ist.

Und die Aussage „aber man kann das ganze ja auch mal aus der Sicht der Katze betrachten“ führt zu nichts, solange „Katze“ nicht spezifiziert wird.
Nehmen wir mal an, der ganze Raum mit der Katze wäre ein abgeschlossenes System, dann wäre der ganze Raum für Außenstehende in Superposition, auch wenn innerhalb des Raumes Dinge miteinander wechselwirken. Erst wenn der Raum mit den Außenstehenden wieder wechselwirkt, also von ihnen "gemessen" wird, kollabiert aus deren Sicht die Superposition, oder verabschiedet sich eben nach der Everett-Interpretation in "viele Welten".

Aber aus Sicht der Katze in dem Raum, ist doch hingegen die Außenwelt das abgeschlossene System, das sich in Superposition befindet. Die Katze misst sich ja die ganze Zeit selbst, und ist irgendwann halt entweder tot oder lebendig (oder auch beides in unterschiedlichen Welten). Und die Superposition der Außenwelt kollabiert aus ihrer Sicht, wenn diese mit dem Raum wieder in Wechselwirkung tritt.
 

Alex74

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TomS: Schrödingers Katze selbst ist in der Form widerlegt. Das Konstrukt besagt dass die Katze isoliert ist - de fakt ist das unmöglich da sie nunmal ständig mit dem Universum interagiert und es keine realistische Schachtel gibt die man so konstruieren könnte dass sie nicht mehr interagiert. Stichwort Gravitation.
 

TomS

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Schrödingers Katze selbst ist in der Form widerlegt. Das Konstrukt besagt dass die Katze isoliert ist - de fakt ist das unmöglich da sie nunmal ständig mit dem Universum interagiert und es keine realistische Schachtel gibt die man so konstruieren könnte dass sie nicht mehr interagiert.
Dies bedeutet lediglich, dass die kohärente Superposition gemäß Dekohärenz durch makroskopisch stabile, nicht mehr interferenzfähige Zweige ersetzt wird. Es bedeutet jedoch immer noch eine Superposition. Diese musst du entweder per Postulat eliminieren oder akzeptieren. Der Formalismus ist da sehr präzise und unumstritten.
 
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TomS

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Was unterscheidet hier eine quantenmechanische Wechselwirkung, die der Schrödlingergleichung folgt, von einer Messung? Ist eine Messung nicht auch eine quantenmechanische Wechselwirkung? Ich vermute mal, der Unterschied liegt darin, dass mit ersterem Wechselwirkungen innerhalb eines abgeschlossenen Systems gemeint sind, während mit einer Messung eine Wechselwirkung mit der (auswertenden) Außenwelt gemeint ist.
Zunächst mal existiert kein formaler Unterschied - auch nicht bzgl. offener oder geschlossener Systeme, das ist letztlich irrelevant. Natürlich ist eine Messung erst mal eine Wechselwirkung quantenmechanischer Systeme, die zuvor getrennt waren. Gerade deswegen empfinden es viele Physiker - insbs. die Anhänger Everett’s - als unbefriedigend, ad hoc eine zusätzliche Regel für die Messung zu postulieren. Hier muss man Farbe bekennen: entweder die fundamentalen Gleichungen der QM sowie deren Konsequenzen inkl. Dekohärenz uneingeschränkt ernst nehmen, oder für eine Messung - die formal nicht von einer anderen Wechselwirkung unterschieden werden kann - ein Zusatzpostulat einführen, das speziell für diesen Fall die Schrödingergleichung außer Kraft setzt.

Nehmen wir mal an, der ganze Raum mit der Katze wäre ein abgeschlossenes System, dann wäre der ganze Raum für Außenstehende in Superposition, auch wenn innerhalb des Raumes Dinge miteinander wechselwirken. Erst wenn der Raum mit den Außenstehenden wieder wechselwirkt, also von ihnen "gemessen" wird, kollabiert aus deren Sicht die Superposition, oder verabschiedet sich eben nach der Everett-Interpretation in "viele Welten".

Aber aus Sicht der Katze in dem Raum, ist doch hingegen die Außenwelt das abgeschlossene System, das sich in Superposition befindet. Die Katze misst sich ja die ganze Zeit selbst, und ist irgendwann halt entweder tot oder lebendig (oder auch beides in unterschiedlichen Welten). Und die Superposition der Außenwelt kollabiert aus ihrer Sicht, wenn diese mit dem Raum wieder in Wechselwirkung tritt.
Versetz‘ dich mal selbst in die Situation der Katze. Offenbar empfindest oder beobachtest du dich - unabhängig von der Außenwelt - nie in einer derartigen Superposition. Das ist nicht erst dann der Fall, wenn jemand die Kiste öffnet.

Der Außenstehende hat die Freiheit, den Kollaps irgendwann anzusetzen, aber du hast diese Freiheit nicht. Für dich findet die Messung nicht beim Öffnen der Kiste statt, sondern sozusagen kontinuierlich. Das wird auch durch die Dekohärenz genauso beschrieben: du selbst als makroskopisches System misst dich selbst kontinuierlich und befindest dich daher in einer Superposition nicht interferenzfähiger, wechselweise unsichtbarer Zweige. D.h. es gibt “dich” in zwei verschiedenen Weisen - “Aries als Ganzes” in dieser Superposition aller Zweige, sowie “Aries als die je Zweig wahrgenommene Person”.

Wie gesagt, dies ist kein Postulat, dies ist eine schlichte Konsequenz der Schrödingergleichung. Wem diese Konsequenz nicht gefällt, der darf ein Kollapspostulat einführen oder andere Interpretation bemühen; dies ist jedoch logisch nicht notwendig, da die Dekohärenz genau das liefert, was wir beobachten.

Die Gravitation sowie die Außenwelt spielen für diese Überlegung keine wesentliche Rolle. Im Zuge einer Theorie der Quantengravitation könnte sich dies ändern, allerdings sind die meisten der heutigen Ansätze hier sehr konservativ, d.h. nehmen die QM formal unverändert an, was dann an den o.g. Konsequenzen nichts ändert.
 
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Alex74

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Ich werd versuchen das Paper zu finden, aber gib mir Zeit, das ist schon ein paar Jahre her nun; es wurde gezeigt, dass für makroskopische Objekte keine Superposition möglich ist. Der Clou ist, dass solche Objekte nunmal ständig mit ihrer Umwelt interagieren und de fakto Information aus der Schachtel herausdringt, die wir lediglich nur nicht lesen können. Die Schachtel ist eine idealisierte Annahme, die so nie existieren kann in genau dem selben Rahmen wie man ein makroskopisches Objekt isolieren kann.
 

Aries

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Wem diese Konsequenz nicht gefällt, der darf ein Kollapspostulat einführen oder andere Interpretation bemühen; dies ist jedoch logisch nicht notwendig, da die Dekohärenz genau das liefert, was wir beobachten.
An der Logik scheitert es nicht. Die entscheidende Frage ist aber nicht, ob einem das gefällt oder nicht, sondern ob es irgendwelche im Prinzip messbaren Folgen für unsere Welt hat. Also können Paralellwelten auch wenn sie nicht interferenzfähig sind noch irgendwie auf unsere Welt wirken? Da hatte ich z. B. die Idee mit der dunklen Materie. Aber falls Parallelwelten nicht auf unsere Welt wirken können, enthalte ich mich bei der Frage einfach, ob es sie gibt oder ob sie kollabieren. Superpositionen bei kleinen abgeschlossenen Systemen wie beim Doppelspaltexperiment scheinen hingegen auf jeden Fall zu existieren.
 

TomS

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Ich werd versuchen das Paper zu finden, aber gib mir Zeit, das ist schon ein paar Jahre her nun; es wurde gezeigt, dass für makroskopische Objekte keine Superposition möglich ist. Der Clou ist, dass solche Objekte nunmal ständig mit ihrer Umwelt interagieren ...
... doch, es liegt eine Superposition vor, jedoch zwischen nicht-interferenzfähigen Zweigen - und zwar aufgrund Dekohärenz als Konsequenz der Wechselwirkung mit der Umgebung.
 

TomS

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An der Logik scheitert es nicht. Die entscheidende Frage ist aber nicht, ob einem das gefällt oder nicht, sondern ob es irgendwelche im Prinzip messbaren Folgen für unsere Welt hat.
Nun ja, wenn es aber keine beobachtbaren Konsequenzen hat, dann ist es eben doch wieder Geschmacksache ;-)

Ich bin zwar die Meinung, dass die Everettsche Interpretation kombiniert mit Dekohärenz logisch stringent und einfacher als andere Interpretationen ist, aber ich muss akzeptieren, dass diese Kriterien letztlich zweitrangig sind, solange keine weiteren beobachtbaren Konsequenzen existieren.
 

Aries

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Nun ja, wenn es aber keine beobachtbaren Konsequenzen hat, dann ist es eben doch wieder Geschmacksache ;-)
Man muss hier Wissen und Glauben auseinanderhalten. Für eine wissenschaftliche Bestandsaufnahme spielt der Geschmack keine Rolle, aber dennoch kann es sinnvoll sein aufgrund des persönlichen Geschmacks daran zu glauben. Ob der Gedanke an Parallelwelten nützlich ist, hängt aber meines Erachtens stark von der Situation ab. Jemand der gerade durch ein großes Unglück einen seiner Nächsten verloren hat, den tröstet vielleicht der Gedanke, dass der Angehörige in 99% der seit dem Zeitpunkt X vor dem Unglück abgezweigten Parallelwelten noch lebt. Für einen armen Bettler, der im Lotto gewinnt, wird der Gedanke daran, dass er in 99% der Parallelwelten immernoch ein armer Bettler ist vermutlich weniger erbaulich sein.

Eventuell kann man durch den Gedanken an Parallelwelten auch seine eigene Risikobereitschaft manipulieren. Manchmal ist man in seinem Handeln vielleicht vor allem darauf bedacht bestimmte Worst-Case-Szenarien zu verhindern. (Gibt wohl auch Optimisten, die sich umgekehrt zu sehr auf die Best-Case-Szenarien fokussieren) Wenn man aber vor einem Ereignis daran denkt, dass alle möglichen Ausgänge entsprechend ihrer Wahrscheinlichkeit in irgendeiner Welt auch tatsächlich eintreten werden, dann fällt es einem vielleicht leichter sich zu dem objektiv besten Verhalten mit dem höchsten Erwartungswert durchzuringen.
 
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