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Kopenhagener Deutung

Quantenmechanik - ist zwar ausgezeichnet und ist die am besten überprüfte Theorie; aber ihre mathematische Beschreibung bedarf einer physikalischen Deutung. Da die Quantenmechanik jedoch nicht intuitiv verständlich ist und sich dem menschlichen Verstand entzieht, entstanden deshalb mehrere Interpretationen der Quantenmechanik. Einer dieser Interpretationen ist - Kopenhagener Deutung. Ihre Begründer waren Niels Bohr und Werner Heisenberg.

Kopenhagener Deutung ist dem Indeterminismus unterlegen. Es ist somit nicht möglich, genaue Vorhersagen über die Observablen (solche wie Ort oder Impuls) zu machen. Messgrößen werden also mittels Wahrscheinlichkeiten angegeben. Beschreibung mit Hilfe von Wahrscheinlichkeiten kommt - so die Kopenhagener Deutung - nicht aufgrund der Unkenntnis der Quantenwelt, sondern ist ein Bestandteil der prinzipiell indeterministischen Quantenwelt. Diese Art der Wahrscheinlichkeit ist also mit der klassischen Wahrscheinlichkeit des Alltags nicht vergleichbar! Würfel-Beispiel: Bei Kenntnis aller wirkenden Kräfte beim Werfen eines Würfels ist eine genaue Vorhersage des Würfelergebnisses möglich. In einer indeterministischen Welt jedoch, wo die Wahrscheinlichkeit nicht der Unwissenheit unterliegt, ist die Kenntnis aller Kräfte nicht ausreichend, um eine genaue Vorhersage über das Ergebnis machen zu können.

Bei Anwendung der Kopenhagener Deutung auf das Doppelspalt-Experiment, ist nur eine Aussage über die auftretenden Messergebnisse auf dem Detektor möglich, nicht jedoch über ihre Entstehung. Laut Kopenhagener Deutung existieren weder der Impuls noch der Ort des Teilchens, solange keine Messung stattgefunden hat. Erst der Messvorgang selbst, erzeugt eine Observable beim Teilchen. Nach der Kopenhagener Deutung können wir nicht sagen, wo sich das Teilchen hinter dem Spalt befindet, bzw. welchen Weg es nimmt. Schickt man ein Quantenobjekt (z.B. Elektron) durch den Doppelspalt, so kann keine präzise Aussage über seinen Ort gemacht werden, da es sich in der sogenannten Superposition befindet. Es befindet sich sozusagen überall und nicht - wie bei einem klassischen Teilchen - an einem bestimmten Ort. Erst die Messung definiert seinen Ort und zwar, weil durch das Messen der Ortskoordinate, die Wellenfunktion kollabiert, welche den quantenmechanischen Zustand des Elektrons beschreibt. Beim Messen findet also ein Kollaps der Wellenfunktion statt! Anders gesagt: Superposition wird durch unser Eingreifen mit dem Messgerät zerstört und die Ortskoordinate des Elektrons definiert. Wie genau der Kollaps passiert, wird durch die Kopenhagener Deutung nicht beschrieben. Der Unterschied zur klassischen Physik liegt darin, dass durch die Messung der Ort nicht festgestellt, sondern erzeugt wird!

Bei Kopenhagener Deutung werden nur Messergebnisse als real betrachtet, die Wellenfunktion ist dagegen rein epistemisch und hat keinen Anspruch auf Realität. Außerhalb der Wellenfunktion gibt es keine verborgenen Variablen, wie das Albert Einstein vermutete, also z.B. Teilchenpositionen, die wir mit unseren Messgeräten nicht messen können und dadurch die Quantenmechanik unvollständig erscheint. Die Wellenfunktion ist aber laut Kopenhagener Deutung vollständig! Sie entwickelt sich nach der Schrödingergleichung und verändert sich auf unbekannte Weise während des Wellenkollapses. Die Wellenfunktion selbst ist also nicht real, sondern lediglich eine abstrakte mathematische Funktion. Erst, wenn diese Funktion quadriert wird, entsteht eine reale beobachtbare Wahrscheinlichkeitsdichte, die angibt, mit welcher Wahrscheinlichkeit ein Quantenobjekt an einem bestimmten Ort am Detektor ankommt. Die eindeutigen Vorhersagen sind in dieser Interpretation nicht möglich!

Klassische Physik zeichnet sich dadurch aus, dass sie sowohl Separabilität als auch Lokalität nicht verletzt. Was heißt das? Und wie sieht es bei der Kopenhagener Deutung aus?

Separabilität - sagt aus, dass zwei physikalische Systeme voneinander unabhängige Eigenschaften besitzen müssen, wenn sie beispielsweise weit voneinander entfernt werden. Beide Systeme müssen getrennt voneinander beschrieben werden können. Gesamtzustand muss sich ohne Informationsverlust in seine Teilzustände zerteilen.

Kopenhagener Deutung gibt die Separabilität auf, was wiederum heißt: zwei physikalische Systeme hängen immer voneinander ab; unabhängig von ihrer Entfernung zueinander. Warum in dieser Interpretation die Separabilität aufgegeben wird, sieht man deutlich im Fall der Verschränkung. Zwei miteinander verschränkte Photonen befinden sich laut Niels Bohr, in einem Gesamtzustand. Wird bei einem Photon die Polarisationsrichtung gemessen, dann wird beim anderen Photon die entgegengesetzte Polarisationsrichtung gemessen; und zwar ohne Verzögerung; ganz egal, wie weit die beiden Photonen voneinander entfernt sind; ohne Berücksichtigung der Lichtgeschwindigkeitsgrenze! Sie "beeinflussen sich" instantan.

Lokalitätsprinzip - sagt aus, dass zwei physikalische Systeme nur durch physikalischen Kontakt, durch Austauschteilchen beeinflusst werden können. Eine spukhafte Fernwirkung mit Überlichtgeschwindigkeit ist nach diesem Prinzip ausgeschlossen!

In der Kopenhagener Deutung wird Lokalitätsprinzip nicht verletzt und zwar, weil der Wellenkollaps in dieser Interpretation nicht als ein physikalischer Prozess angesehen wird. Es findet also keine physikalische Interaktion zwischen zwei raumartig voneinander getrennten Photonen statt, nachdem die Wellenfunktion kollabiert ist.

Ein wichtiger Bestandteil der Kopenhagener Deutung ist der Welle-Teilchen-Dualismus, denn das Quantenobjekt 'Elektron' wird einerseits durch die Wellenfunktion beschrieben, anderseits sehen wir beim Doppelspaltexperiment Punkte auf dem Schirm, die auf Teilchencharakter hindeuten...

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