Überlagerung und gleichzeitige Beobachtung

Die Beobachtungen auf der Ebene der Teilchen, der mikroskopischen Welt von Nanometerdimensionen, wurden mit der Quantenmechanik angepasst und verstanden, und Vorhersagen für neue Beobachtungen sind mit dieser Theorie sehr erfolgreich. Das Mikrokosmos-Gerüst ist quantenmechanisch.

Die Quantenmechanik hängt von einer Reihe von Postulaten für die Lösungen quantenmechanischer Gleichungen ab. Die Lösungen sind komplexwertige Funktionen, die Observablen sind reelle Zahlen. Die Postulate verbinden die mathematischen Lösungen mit den realen Messungen, indem sie aussagen, dass es das komplex konjugierte Quadrat der Wellenfunktion ist, eine reelle Zahl, die für Messungen relevant ist und die Wahrscheinlichkeit angibt, ein Teilchen zu einem bestimmten Raumzeitpunkt zu beobachten.

Überlagerung von Wellenfunktionen bedeutet, dass es zu Störtermen kommt, die auf die mathematische Struktur der vorgeschlagenen Lösung zurückzuführen sind. Superposition ist keine Interaktion. Es ist eine Addition von Wahrscheinlichkeiten nach der Algebra der komplexen Zahlen, um eine neue Wellenfunktion zu erhalten.

Deutlich wird dies bei Laserstrahl-Interferenzexperimenten, bei denen sich die Strahlen ohne Wechselwirkung kreuzen ( Zwei-Photonen-Interferenz ist sehr unwahrscheinlich), wenn nicht gemessen wird, aber am Schirm eine Interferenz zu sehen ist.

Vor diesem Hintergrund:

Ok, also Doppelspaltexperiment. Die mehreren Wege, die das Teilchen gleichzeitig zurücklegt, stören sich gegenseitig, aber wenn es absorbiert wird, wählt es einen "tatsächlichen" Ort, sodass das Energieniveau gleich bleibt.

Eine Beschreibung mit mehreren Pfaden ist ein mathematisches Modell, um an die Wahrscheinlichkeitsverteilung zu kommen. Teilchen sind Punktteilchen im Standardmodell der Elementarteilchenphysik. Sie sind nicht über den gesamten verfügbaren Raum für die Interaktion verteilt. Lediglich die Interaktionswahrscheinlichkeit variiert. Wenn erkannte Partikel übereinstimmend mit einem Punkt sind.

Der Bildschirm zeigt die Lösung der quantenmechanischen Gleichungen für das Experiment "Teilchenstreuung an zwei Spalten". Dies ist eine komplexe Sinusfunktion, die aufgrund der Randbedingungen quadriert das Interferenzmuster ergibt. Es ist eine Ein-Teilchen-Wellenfunktion (im Gegensatz zu den Photonen des Laserlichts oben), weil das Interferenzmuster auch jeweils ein Teilchen aufbaut. . Es bildet eine Wahrscheinlichkeitsverteilung. Die Wahrscheinlichkeit, dass das Teilchen einen der Schlitze passiert und auf den Schirm trifft, hat eine sinusförmige Verteilung, die Interferenzeffekte zeigt.

Doppelspaltexperiment Elektron für Elektron.

Kann das Teilchen nur auf überlagerte Weise mit sich selbst interagieren, denn wenn es mit etwas anderem interagiert, würde es "beobachtet" und müsste sich daher eine Sache aussuchen, mit der es interagieren möchte.

Wie oben erklärt, ist Superposition keine Interaktion . Bei der Einzelteilchenstreuung an den Spalten sind es die Randbedingungen, die die Wellenfunktion und die Eigenschaften bestimmen, die sich durch kumulierende Messungen bei gleichen Randbedingungen (Impuls, Spaltgeometrie) manifestieren.

oder schafft es das teilchen, mit zwei dingen gleichzeitig zu interagieren?

Nein, in der bestehenden Theorie, die mit Feynman-Diagrammen beschrieben wird , interagiert ein Teilchen mit jeweils einem Teilchen oder Feld.

Es gibt mehrere verwirrende Dinge in dieser Frage:

1) "Die mehreren Wege, die das Teilchen gleichzeitig zurücklegt, interferieren miteinander ..." Es sind nicht die Wege, die sich stören, wenn sich diese Wege kreuzen, dh das Wellenpaket auf dem einen Weg und das Wellenpaket auf dem anderen Weg passieren durch dieselbe Region zur GLEICHEN ZEIT.

2) "aber wenn es absorbiert wird, wählt es einen 'tatsächlichen' Ort". WER wählt? Was wir feststellen, ist, dass eine bestimmte Stelle auf der Fotoplatte geprägt wurde. Wir wissen nicht, WELCHER Teilnehmer dieses Spiels diesen Ort auswählt, das Teilchen, das Material auf der Fotoplatte oder ein anderer Teilnehmer verdunkelt uns.

3) Beobachtung und Interaktion sind verschiedene Dinge. Zur Beobachtung des Teilchens benötigen wir eine makroskopische Aufnahme, wir können das Quantenteilchen nicht direkt sehen. Eine solche Aufzeichnung impliziert, dass wir das Teilchen mit einem Material in Kontakt bringen, das eine enorme Anzahl von Teilchen enthält, für die wir keine Wellenfunktion schreiben können, weil wir ihre Entwicklung nicht verfolgen können. Ein Teil der Teilchen in einem Messgerät sind lediglich Photonen, die in die Umgebung einfliegen oder aus der Umgebung kommen.

Andererseits können wir unser Teilchen dazu bringen, mit einem anderen Teilchen oder mit mehr Teilchen zu interagieren. Solange wir ihr Verhalten verfolgen können, können wir die Wellenfunktion schreiben, aber leider können wir nicht sagen, dass wir eine Messung gemacht haben, zB eine Aufzeichnung dessen, welchen Weg unser Teilchen genommen hat.

Viel Glück!