Die Kopenhagener Deutung und die Debatte zwischen Realismus

Die Kopenhagener Deutung und die
Debatte um Realismus und
Antirealismus
Seminarvortrag am 19.05.2008
Christian Matek
Kopenhagener Interpretation
Niels Bohr
(1885-1962)
Werner Heisenberg
(1901-1976)
Wolfgang Pauli
(1900-1958)
Kopenhagener Interpretation
Historischer Hintergrund
1900: Quantisierung der Hohlraumstrahlung (Max Planck)
1905: Quantentheorie des Photoeffekts (Albert Einstein)
1913: Quantisierung der Energien im H-Atom (Niels Bohr)
1924: Wellenerscheinungen bei Materie (Louis de Broglie)
1925: Wellenmechanik (Erwin Schrödinger)
Matrizenmechanik (Werner Heisenberg)
1927: Unschärferelation (Werner Heisenberg)
Wahrscheinlichkeitsinterpretation (Max Born)
1927: Zusammenarbeit von Bohr, Heisenberg, Pauli
in Kopenhagen: Interpretation des Formalismus der QM
Wozu braucht man eine Interpretation
der Quantenmechanik ?
Zentrale Begriffe der Kopenhagener
Deutung
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Unverzichtbarkeit klassischer Begriffe
Komplementarität
Unbestimmtheit
Irreduzibler Zufall
Vollständigkeit
Realität als Information
Unverzichbarkeit klassischer Begriffe
„Wie weit auch die Phänomene den Rahmen klassisch physikalischer
Erklärung überschreiten mögen, die Darstellung aller Erfahrung [muss] in
klassischen Begriffen erfolgen.“
Niels Bohr
Jedes Objekt ist potentiell Objekt in einem Quantenphänomen. Wird es als
Messapparat eingesetzt, muss es jedoch klassisch beschrieben werden.
Komplementarität
Komplementäre Größen können nicht gleichzeitig
beliebig genau bestimmt werden.
Beispiel: Elektronenbeugung am Einfachspalt
Komplementarität von Orts- und Impulseigenschaften von Quantenobjekten
Heisenbergsche Unschärferelation
Dx · Dp ≥ ħ/2
Komplementarität in quantenmechanischen
Systemen
z-Spin
x-Spin
Anordnung in z-Richtung
orthogonal zu x
Anordnung in x-Richtung
orthogonal zu z
Weg
Interferenz
Messung der Teilchenbahn
Messung der Wellenüberlagerung
Ort
Impuls
Schmaler Spalt
Breiter Spalt
≠
„Quantenmechanisches
perpetuum mobile“
Komplementarität und Unschärfe in der
Kopenhagener Deutung
• Prinzipielle Schranke für experimentelle Bestimmung
komplementärer Größen
• Prinzipiell nicht messbare Messgrößen ?
• Komplementäre Eigenschaften existieren nicht gleichzeitig
(nicht einmal theoretisch)
• Unschärfe als Unbestimmtheit
• „Verborgene Parameter“ existieren nicht
• Elementare Rolle des Zufalls
Der Zufallsbegriff der
Kopenhagener Schule
„Subjektiver“ Zufall
Zufälliges Erscheinen aufgrund der
„Unkenntnis“ des Beobachters
Zurückführbar auf wohldefinierte
Eigenschaften („reduzibel“)
„Objektiver“ Zufall
„Irreduzibler Zufall“
Eigenschaften existieren vor der
Messung nicht als Teil der
physikalischen Realität
Kritik der fundamentalen Stellung des
Zufalls
„Der Gedanke, dass ein einem Strahl ausgesetztes
Elektron aus freiem Entschluss den Augenblick und
die Richtung wählt, in der es fortspringen will, ist mir
unerträglich.
Wenn schon, dann möchte ich lieber Schuster oder
gar Angestellter in einer Spielbank sein als
Physiker.“
Albert Einstein
Vollständigkeit
Ein Quantenmechanischer Zustand wird vollständig
durch eine Wellenfunktion y  H beschrieben.
y ist jedoch eine „Rechengröße“ und selbst kein physikalisch
reales Objekt.
Bedeutung der Wellenfunktion
„Der Gedanke, dass das Geschehen selbst nicht
zwangsläufig bestimmt sei, sondern dass die
Möglichkeit […] zu dem Geschehen selbst eine Art von
Wirklichkeit besitze […] spielt in der Philosophie des
Aristoteles eine entscheidende Rolle.
In der Quantentheorie gewinnt er neue Gestalt […] als
Wahrscheinlichkeit […] [die man] mathematisch
formulierten Naturgesetzen unterwirft.
Man kann die Wahrscheinlichkeitswellen […] als
quantitative Fassung des Begriffs der δυναμις oder der
[…] Potentia in der Philosophie des Aristoteles
interpretieren.“
Werner Heisenberg
Aristoteles (374 - 322 v.Chr. )
Information und Realität
„Die y-Funktion ist als Wissen definiert. […] Sie ist […] identisch mit dem
Ereignis, dass der Beobachter ein Faktum erkennt.“
(C. F. von Weizsäcker)
„Naturgesetze dürfen keinen Unterschied machen zwischen Information und
Wirklichkeit. Information und Wirklichkeit sind dasselbe.“
(Anton Zeilinger)
Zentrale Begriffe der Kopenhagener
Deutung
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Unverzichtbarkeit klassischer Begriffe
Komplementarität
Unbestimmtheit
Irreduzibler Zufall
Vollständigkeit
Realität als Information
„Des is wia bei jeda Wissenschaft,
am Schluss stellt sich dann heraus,
dass alles ganz anders war.“
Karl Valentin (1882-1948)