Die Quantenmechanische Bedeutung des Begriffes Realität
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Formal Metadata
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| Number of Parts | 340 | |
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| License | CC Attribution - NonCommercial - NoDerivatives 4.0 International: You are free to use, copy, distribute and transmit the work or content in unchanged form for any legal and non-commercial purpose as long as the work is attributed to the author in the manner specified by the author or licensor. | |
| Identifiers | 10.5446/52609 (DOI) | |
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Geometrical opticsHalyardEwerGenerationQuantum mechanicsMeasurementForceBeobachter <Kybernetik>Process (computing)MixtureNegative predictive valuePhysical lawBelt (mechanical)ModifizierungSuperposition principleSpecific weightTelecommunications linkBlinkleuchteVillaMagnetismBoring (earth)GasBezugsstoffKolonneGreen roofDirection (geometry)Nuclear fissionMagnetic momentPrecessionBruchVerlegung <Technik>ButtercreamWave functionRoofSawSystems <München>KranbauVacuumRainDensity matrixInterstellarer RaumMeasuring instrumentLorentz-InvarianzHidden variable theoryBäckerVisibilityElectric power transmissionQuantum stateTheory of relativityGangLogic gateCastleCenters of gravity in non-uniform fieldsRäumenElectric dipole momentPrägenWeekTurningVeränderlicher SternForgeUlrich <Familie>Physical quantityMatrix (printing)PhysicistStream bedEquations of motionRing (jewellery)SingingMatPower inverterEintritt <Raumfahrt>AtomBakeryEnergieMomentumMatrix (printing)MinivanClassical mechanicsLoamGlassMultipole expansionAnfangsbedingungLagerStitching awlLight cone
Transcript: German(auto-generated)
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Als ich hier ankam und das Programm sah, war ich sehr unangenehm überrascht über den Titel meines Vortrages.
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Doch hat man mir bald gezeigt, dass ich den Gegenstand selber vorgeschlagen habe. Und dieses erinnert mich natürlich daran, was Lévi Leblond gesagt hat.
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Und was er gesagt hat ist, wenn der Wissenschaftler die Reife erreicht hat, so wendet sich sein Interesse mehr und mehr an allgemeine Fragen. Er wird bald ein Philosoph. Das ist heute besonders wahr, da sich die Physik so ausgebreitet hat, dass man einen viel kleineren Teil dessen beherrscht.
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Einen viel weniger über Physik weiß, als man über Physik wusste, als man ein Junge war und Physik sein Interesse beherrscht hat.
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Trotzdem kann ich und möchte ich Ihnen berichten, dass mir die vorangegangenen Vorträge großes Vergnügen gebracht haben. Ich habe sie sogar verstanden.
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Ich möchte auch sagen, dass ich sehr glücklich bin, dass Herr Lehm vor mir gesprochen hat. Denn er hat vieles gesagt, wovon ich angenommen habe, dass es bekannt ist und dass Sie es wissen und was ich nicht wiederholen muss jetzt.
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Nun möchte ich zu meinem wirklichen Gegenstande drehen.
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Der Begriff der Realität. Was bedeutet Realität? In manchen Fällen ist es sehr offenbar, ob dieses Wasser Realität hat, ist nicht fraglich.
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Aber ich habe oft die Frage gestellt, ob ein Magnetfeld im leeren Raum Realität hat. Man kann wirklich nicht wissen, ob es dort ist. Ich würde sagen, dass ich das endgültige Benehmen des leeren Raumes viel besser beschreiben kann,
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wenn ich die Annahme mache, dass das Magnetfeld schon dort war. Sonst muss ich irgendwie erklären, wie das Magnetfeld dort hineingerutscht hat.
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So ist es natürlich gut anzunehmen, dass das Magnetfeld schon existiert hat, bevor ich das Glas geöffnet habe und mein Apparat zur Messung des Magnetfelds hineingetragen habe.
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Aber das ist wirklich nicht überzeugend. Was ich sagen möchte, ist, dass der Begriff der Realität nicht sehr konkret ist, in Fällen, wo man nicht etwas so einfaches hat, wie zum Beispiel dieses Glas Wasser.
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In Fällen des Magnetfelds ist es besonders klar. Sie wissen, dass eine Theorie vorgeschlagen wurde von einem Kollegen. John Wheeler, dass Magnetfelder überhaupt nicht existieren.
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Die Kräfte werden übertragen im Vakuum und mit einer Verzögerung, und das ist alles. Was existiert, sind materielle Objekte, die bewegen sich und beeinflussen ihre gegenseitige Bewegung direkt und nicht durch Felder.
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Das ist sehr klar und zeigt sehr wirklich, dass Realität von abstrakten Dingen eine sehr schwierige philosophische Frage ist.
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Sie wissen auch, dass da sehr viel Streit darum war, ob die Seele existiert. Viele politische Prinzipien sind ganz dagegen, dass die Seele existiert.
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Ich beklatsche diese Prinzipien nicht. Ich werde auf diese Frage kommen. Wenn wir das völlig akzeptieren, ist es nicht unmöglich,
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die Quantenmechanik in einer scheinbar allgemeinen und logischen Weise zu interpretieren. Diese Interpretation sagt, dass die Wellenfunktion nicht die Realität darstellt, sondern nur ein Mittel ist, um die statistischen Relationen
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zwischen meinen eigenen Beobachtungen zu ermitteln. Das ist, glaube ich, die einzige völlig logische und unmögliche Interpretation der Realität, die die Quantenmechanik überdeckt.
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Ich möchte aber zugeben, dass ich nicht mit dieser Interpretation zufrieden bin. Erstens ist sie offenbar schrecklich solipsistisch.
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Sie spricht zu sehr über mich. Wenn ich daran glauben würde, würde ich gerne einen Vortrag an sie halten. Denn ihre Empfindungen sind nicht in der Quantenmechanik enthalten.
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Und sicherlich weiss ich nicht durch Quantenmechanik, dass ich an sie spreche und dass sie mir vielleicht sogar zuhören. Natürlich ist es wahr, dass wenn die Theorie all meine Beobachtungen,
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das heißt alle meine Eindrücke, wirklich beschreiben würde, wäre sie in einem gewissen Sinne vollständig. Vielleicht vollständig, aber nicht wirklich befriedigend. Wir alle fühlen, dass die Realität sich viel weiter entschreckt als meine Eindrücke,
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wenn es auch möglich ist zu behaupten, dass für mich diese die volle Realität enthalten. Es ist möglich, dies zu behaupten, aber es ist nicht angenehm und nicht schön und nicht praktisch. Es ist aber schwer und für mich wirklich unmöglich,
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in der Weise zu denken, die ich eben angedeutet habe, und zum Beispiel den Eindrucken meiner Freunde keine Realität zuzuschreiben. Wenn das so wäre, würde ich nicht an euch reden. Außerdem müssen wir natürlich zugeben, dass die meisten meiner Eindrücke
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nicht durch die Quantenmechanik beschrieben sind. Und endlich, dass ich weiß, dass meine Eindrücke oft einen Irrtum darstellen. Mein Augenglass kann verschoben sein, ich kann etwas falsch hören,
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vieles kann mich täuschen, sodass meine Eindrücke in einem gewissen nicht die Realität darstellen, obwohl, wenn ich wirklich solipsistisch bin, ist das nur die einzige Realität. Ich will hier einen krassen Fall beschreiben,
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der es vielleicht am karsten zeigt, dass wir nicht wirklich an dieser Interpretation der Quantenmechanik in unserem Herzen glauben. Obwohl die Annahme, dass die heutige Quantenmechanik allgemein gültig ist, zu dieser Annahme zwingt.
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Der Zustand, den ich beschreiben werde, wird oft erwähnt als Wigner's Friend. Das heißt, mein Freund. Es wird so benannt, obwohl ich sicher nicht der Einzige, noch der Erste bin,
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der diese Schwierigkeit erkannt hat. Der Zustand, den ich beschreiben will, ist, dass eine Messung ausgeführt wird, das mit ungefähr gleichen Wahrscheinlichkeiten zu zwei verschiedenen Resultaten führt. Das erste Resultat führt zu einem Lichtstrahl von links und das andere Resultat zu einem Lichtstrahl von rechts.
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Für einen Freund von mir, der das beobachtet. Wenn wir an der Gültigkeit der Quantenmechanik wirklich glauben, so ist der Gegenstand der Messung eine Superposition von zwei Wellenfunktionen.
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Der Zustand des gemessenen Objektes ist in einem Zustand multipliziert mit dem Sehen meines Freundes.
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Der Zustand des gemessenen Objektes im zweiten Zustand und mein Freund in dem Zustand, wo er den Lichtstrahl von rechts gesehen hat.
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Im Wesentlichen hat er ihn weder rechts noch links gesehen. Natürlich, wenn ich meinen Freund durch etwas sehr primitives Quantenmechanisches ersetze, so ist das wirklich wahr. Es ist in keinem der beiden Zustände.
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Ich kann wirklich nicht glauben, dass mein Freund nicht schon früher den Lichtstrahl gesehen hat. Entweder links oder rechts und dass er nicht in einer Superposition ist.
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In dieser Weise ist die Quantenmechanik meiner Ansicht nach wirklich nicht gültig. Um diese Ungültigkeit zu überwinden, werde ich am Ende eine andere Modifikation der Quantenmechanischen Gleichung vorschlagen.
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Eine Modifikation der Gleichung, die uns sehr schön erklärt hat. Denn ich bin überzeugt, dass Dinge wirklich mit einer Wahrscheinlichkeit geschehen
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und die Quantenmechanische Theorie der vollen Kausalität nicht gilt. Und die Ursache davon werde ich auch versuchen zu erklären. Wie gesagt, wir glauben, dass der Freund schon bevor er uns erklärt hat, wo er den Lichtstrahl gesehen hat,
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dass er dort sah, dass sein Sehen das Lichtsignal Realität hat und dass sein Bewusstsein nie in einer Superposition zweier Eindrücke war. Vielleicht darf ich auch hier schon erwähnen, dass die Modifikation, die ich erwähnen werde,
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diese Schwierigkeit eliminiert, obwohl sie, wie ich gerne zugebe, keine allgemeine Gültigkeit hat. Aber sie ist nicht deterministisch und führt nicht zu einer Superposition der beiden Wellenfunktionen,
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die ich beschrieb, sondern führt entweder zu der einen oder zu der anderen Wellenfunktion. Sie gibt Wahrscheinlichkeiten für den linken oder den rechten Resultat. Bevor ich aber diesen Vorschlag beschreibe, das werde ich dort tun,
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möchte ich noch zwei andere Schwierigkeiten der jetzigen quantenmechanischen Messtheorie erwähnen. Die erste dieser Schwierigkeiten hat tatsächlich schon Herr Lehm betont. Nämlich, dass es gesagt wird, dass jede Selbstadjunkte, ist das richtig?
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Dass jeder hermetische Operator gemessen werden kann, aber man sagt nicht, wie er gemessen werden soll.
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Und ich bin überzeugt, dass nicht alle Messungen postuliert ausführbar sind. Ich will nicht jetzt auf diese Einzelheiten eingehen. Es sind viele Artikel darüber geschrieben worden, auch von Herrn Wigner.
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Ich nehme an, dass Sie mir glauben, dass es beweisbar ist, dass viele in der Tat die Mehrzahl der Messungen nicht genau ausführbar sind. Sie widersprechen primitiven Beobachtungen und diese heißen Supersagection-Rule.
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Ich weiss nicht, wie ich das so sagen würde. Und die anderen beruhen darauf, dass die Energie und Impulse und andere Dinge konserviert sind.
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Und das widerspricht der Möglichkeit der Messungen. Die zweite Schwierigkeit, die ich erwähnen will, stammt daher, dass zur Zeit, als die Messentheorie geschaffen wurde, in ihrer formalen Form, wie schon erwähnt von Herrn Lehm, wurde sie von Johann von Neumann geschaffen,
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die Quantenmechanik noch eine nicht relativistische Theorie war. Damals hat man sich noch nicht darum geplagt, sie wirklich relativistisch zu machen. Deshalb hat man angenommen, dass die Messung momentan über den vollen Raum ausgeführt werden kann,
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dass sie zu einer Wellenfunktion führt, die den Zustand zu einer bestimmten Zeit angibt. Das ist, so scheint es mir, im Widerspruch mit der Relativitätstheorie,
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wonach man keine Signale von einer Entfernung momentan erhalten kann. Dies ist meiner Ansicht nach auch die Ursache, dass die Messung der Lage nicht nur zu experimentellen, sondern auch zu theoretischen Schwierigkeiten führt.
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Die Findung, dass das Partikel in einem gewissen Zeitpunkt an einem gewissen Ort ist, sollte eine invariante Wellenfunktion geben, mit Hinsicht auf Lorenz-Transformationen um den Raum-Zeitpunkt, wo er gefunden worden ist.
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Aber so eine Wellenfunktion existiert aber nicht. Deshalb finde ich, dass es sehr wichtig wäre – und das sage ich, obwohl das nicht mein Gegenstand ist –
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dass es sehr wichtig wäre, die Theorie der Messung und überhaupt die quantenmechanischen Gleichungen etwas anders zu formulieren. Besonders die quantenmechanische Messung des Ortes ist im Gegensatz zur Relativitätstheorie.
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Was ich dagegen finde, dass man messen könnte, ist der Punkt, wo das Teilchen, das wir betrachten, meinen negativen Lichtkegel durchstreicht,
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wo er durch meinen negativen Lichtkegel durchgeht. Ich weiss nicht, ob wir hier eine Tafel haben, was sehr glücklich ist.
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Ich will das aufzeichnen, obwohl ich nicht weiss, ob das notwendig ist. Hier bin ich im Augenblick. Ich kann nicht messen, wo das Teilchen, das ist X und das ist die Zeit.
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Es ist klar, dass ich momentan nicht feststellen kann, wo das Partikel zu dieser Zeit war.
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Denn das widerspricht der Relativitätstheorie. Was ich vielleicht bestimmen kann, ist, wo sie diesen negativen Lichtkegel durchgedrungen hat.
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Das widerspricht nicht der Relativitätstheorie, dass man das feststellen kann. Ob man das wirklich feststellen kann, weiß ich nicht.
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Wenn ich aufrichtig bin, glaube ich es auch nicht. Es sind sehr viele Schwierigkeiten damit verbunden. Wie Sie vielleicht wissen, wird in der nächsten Woche eine Konferenz in Starnberg stattfinden,
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wo der Titel wenigstens sagt, das quantenmechanische Problem des Raumzeitkonzepts. Das bedeutet meiner Ansicht nach, und ich bin damit sehr einverstanden,
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dass genaue Messungen von Raumzeit und sogar die Stelle, wo das durchgedrungen wird, nicht möglich sind. Vielleicht darf ich aber damit fragen, dass ich Wellenfunktionen machen kann,
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die diese Art von Messung beschreiben. Diese Schwierigkeiten, die mit der Messung dieses Punktes bewerten, sind nicht vorhanden. Denn hier kann ich eine Wellenfunktion machen, die das hier an dieser Stelle durchgedrungen hat.
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Diese Kräfte sind auf Wellenfunktionen, die an anderen Stellen durchgedrungen haben, und relativistisch in Variant sind in Bezug auf Lorenz-Transformationen um diesen Punkt.
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Ich möchte das erwähnen, weil es zeigt, dass die Theorie der quantenmechanischen Messung erstens unrelativistisch und in vielen Beziehungen wirklich nicht genügend kontrolliert ist.
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Und das ist etwas, was wir nicht vergessen sollen. Sie wissen auch, und das soll ich vielleicht nicht erwähnen, aber ich tue es doch, dass eine Arbeit von Bohr und Rosenfeld existiert, in der sie behaupten,
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dass sie erklären, wie man das elektrische Bild in einem Raumzeitpunkt messen kann. Aber wenn man das liest, hat man den Eindruck, dass das vielleicht unmöglich ist.
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Es ist nicht? Nein, ich glaube, es ist unmöglich. Sie nehmen an, dass man Ladungspunkte hat, die ungeheuer leicht sind, aber ungeheuer große Ladung enthalten.
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Wenn wir nun zugeben, dass mein Freund das Lichtsignal entweder links oder rechts gesehen hat, dass also das Prinzip des Determinismus für eine Beobachtung nicht gilt,
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so müssen wir die Quantenmechanik etwas modifizieren. Und das werde ich jetzt vorschlagen und damit zu meinem wirklichen Gegenstand zurückkehren. Natürlich könnte man anstatt dessen annehmen, dass die Ursache der Unbestimmtheit des Ausgangs
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seiner Beobachtung darauf beruht, dass sein ursprünglicher Zustand nicht bestimmt war. Und das ist richtig, sein ursprünglicher Zustand war nicht bestimmt.
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Und man könnte vielleicht hoffen, dass wenn er in einem Zustand ist, so sieht er das Lichtsignal links. In einem anderen Zustand ursprünglich sieht er das Lichtsignal rechts. Und dass diese Wahrscheinlichkeiten so bestimmt sind,
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dass sie der quantenmechanischen Reihung für die Wahrscheinlichkeiten genügen. Ich will das nicht widerlegen, aber ich will Ihnen sagen, dass dies der Linearität der quantenmechanischen Bewegungsregungen widerspricht.
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Und deshalb nicht möglich ist. Das ist auch vielfach in der Literatur gezeigt. Und die ganze Idee, was man hier als verborgene Parameter nennt,
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war wunderschön und außerordentlich klar widerlegt von J.S. Bell in 1970. Und deshalb finde ich, dass es klar ist, dass das Prinzip der Kausalität
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in einer originellen Form nicht aufrecht erhalten werden kann. Nun, das war schon von vielen Leuten, das war schon von fünf Minuten. Gut, dann werde ich mich etwas beeilen.
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Das war von vielen Leuten erkannt. Und man hat vorgeschlagen Gleichungen für die Wellenfunktion, die nicht linear sind. Und ich habe diese Sünde selber begangen. Aber jetzt glaube ich, dass eine andere Ursache für diese Wahrscheinlichkeit existiert.
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Und dass diese besser dargestellt werden, wenn wir anstelle einer Wellenfunktion eine density, eine Dichtermatrix zu unserer Betrachtung benutzen,
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wie das auch von Herrn Lenz schon vorgeschlagen worden ist. Nun, die Ursache, die ich vorbringen will, wurde von, Entschuldigung, der Name fällt mir im Augenblick nicht hervorgehoben.
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Und er betonte und hat klare Gründe dafür gegeben, dass ein makroskopisches Objekt nicht isoliert sein kann. Und die quantenmechanischen Gleichungen beziehen sich alle auf isolierte Objekte.
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Und sie sind, soll ich aufhören? Ja, ich möchte das bald benutzen. Ich werde mich jetzt wirklich beeilen. Alles dauert länger, als man denkt.
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Und dass die statistische Natur der Messungvorgänge darauf beruht, dass jedes makroskopische Instrument von außen beeinflusst wird.
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Und da wir die ganze Welt nicht in unsere Anfangsbedingungen einführen können, eine statistische Natur hat, denn es wird beeinflusst von weiten. Ich werde sehr schnell erklären, warum ich eine Gleichung vorschlage,
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die verschieden ist von dieser, die hier steht, für die Dichtematrix Ro. Das ist die bekannte Gleichung, die, ich hoffe, an allen Studenten bekannt ist.
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Nun möchte ich fragen, wie wird ein makroskopisches Objekt am stärksten von außen beeinflusst? Und das will ich sagen, indem ich zuerst ein Beispiel nehme,
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nämlich eine Wellenfunktion f x plus a plus f x minus a. F x plus a ist ein Zustand, ja, und f ist eine Funktion, die in einem ziemlich kleinen Bereich, insbesondere im kleinen Vergleich mit a, eingeschränkt ist.
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Dann ist das eine Superposition. Vielleicht tue ich das auch hier. Eine Gleichung für die Lage des Gegenstandes, die ungefähr so aussieht.
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Nicht wahr? Das ist minus a, das ist null, das ist a. Nun, was geschieht mit diesem? Dieser Teil wird ganz anders von der Umgebung beeinflusst wie dieses. Ich könnte erklären, was die hauptsächlichen Einflüsse sind, aber Sie können mir glauben, dass das natürlich so ist.
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Zum Beispiel könnte dies von einem Atom getroffen werden, und das dauert selbst im interstellaren Raum nicht lange.
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Aber von Lichtwand wird sie in ein millionstel Sekunden schon gestrichen. Nun, was geschieht zu dieser Wellenfunktion? Sie geht über in eine Mischung zweier Zustände. Der eine Zustand hat diese Wellenfunktion, der andere Zustand hat diese Wellenfunktion.
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Und es ist dann nicht mehr eine Superposition dieser beiden Zustände, sondern eine Mischung dieser beiden Zustände. Und das ist ein sehr großer Unterschied.
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Und das bezieht sich auch, das ist, was diese Gleichungen hier erklären wollen, aber ich glaube, ich habe es genügend dargelegt. Nun, das bezieht sich auch auf Messinstrumente. Demgemäß ist das, wenn das Messinstrument einen Zeiger hat, sagen wir, in dieser Richtung,
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und die andere Auskunft, das andere Resultat der Messung in dieser ist.
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So wird das Messinstrument bald nicht in einer Superposition dieser zwei Lagen sein, also nicht in einer Wellenfunktion dieser Art, sondern entweder in dieser oder in dieser. Wie können wir das quantenmechanisch beschreiben?
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Ich finde, dass es am einfachsten ist, eine lineare Gleichung für die Dichtermatrix einzuführen und die Variablen, die Folgenden zu wählen. Erst damit viele, viele Variablen. Nicht, weil es handelt sich um einen makroskopischen Körper.
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Die Anzahl der Variablen ist ungeheuer groß. Die ersten drei Variablen sollen den Schwerpunkt darstellen. Ich tue das hier her. L01 ist X0, L02 ist Y0, L03 ist Z0.
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L11 wird dann das Dipollmoment sein, das Dipollmoment in der X-Richtung. L12, das Dipollmoment in der Y-Richtung und so weiter.
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L2 von 1 bis 5 werden die Quadrupolmomente sein und so weiter. Und so, dass R0 jetzt abhängt von L01, L02 und so weiter, das sind die Beschreibungen der Zeilen und die sind die Beschreibungen der Spalten.
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Und ich schlage vor, dass anstatt der Gleichung, die ich vorher gezeigt habe, nämlich ih, d rho dt h rho minus rho h, ich jetzt andere Glieder hinzufüge,
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die die oft nicht-diagonalen Elemente dieser Variablen verkleiden. Sie sehen, hier ist das minus ih, das heißt minus epsilon r, was ist positiv. Die Differenz der Indizes der Spalten und der Kolonnen, nein, Kolonnen ist so recht, der Kolonnen Quadratmal.
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So, dass es in Bezug auf die makroskopischen Variablen nicht mehr eine Superposition ist, sondern eine Mischung.
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Und ob man das experimentell recht bestätigen kann, weiß ich nicht. Aber ich glaube schon, ich muss zugeben und ich will das gerne tun,
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dass diese Gleichung nicht allgemeingültig ist, sie ist eine Ernährung. Oh, ich habe vergessen zu sagen, dass die epsilon rs, ich habe schon gesagt, dass sie alle positiv sind, aber sie sind ungekehrt proportional dem Quadrat des Moments,
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also kleiner vor dem Quadrat des Moments als vor dem Quadrat des Moments, als vor dem Quadrat des Moments, noch kleiner vor dem Quadrat des Quintus des Moments als vor dem Quadrat des Moments, und so weiter, und auch ungekehrt proportional der zweieilten Potenz einer Länge.
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Ja, gut. Wie gesagt, ich will gerne zugeben und soll zugeben, dass diese Gleichung nicht allgemeingültig sein kann.
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Denn das Benehmen, die Abwendung von Wellenfunktion zur Dichtermatrix hängt sehr von der Umgebung ab. Und die Umgebung ist sehr verschieden. Außerdem ist diese Gleichung Galilei invariant.
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Wenn ich hier bin, ist die Umgebung nicht Galilei invariant. Nun, ich will beenden mit der Bemerkung, dass die vorgeschlagene Gleichung enthält die Tatsache,
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dass die makroskopischen Koordinaten, makroskopische Systeme kleine, keine entfernten Korrelationen behalten. Und so beschreibt sie das statistische Verhalten des Beobachtungsprozesses.
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Sie beschreibt in keiner Weise das Eindringen von Information in unser Bewusstsein, wie ganz allgemein die Existenz und das Verhalten unseres Bewusstseins heute noch ebenso außerhalb des Gebietes der Physik steht, wie das zu Neutenszeiten für das Verhalten der chemischen Kräfte der Fall war.
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Vielleicht wird sich das ändern. Vielleicht werden die zukünftigen Generationen der Physiker dies ändern können. Vielleicht werden die Gesetze des Lebensprozesses mit der heutigen Physik vereinigt und werden ein Teil davon,
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so wie die chemischen Kräfte heute ein Teil der Physik sind. Aber wir wissen das nicht. Wir können es aber hoffen. Dankeschön.