Ist das Unsicherheitsprinzip nicht nur eine nicht fundamentale Einschränkung unserer derzeitigen Technologie, die in einer fortgeschritteneren Zivilisation beseitigt werden könnte?

Manishearths Antwort ist richtig, und dies ist nur eine kleine Erweiterung davon. Manishearth weist zu Recht darauf hin, dass das Problem Ihre Aussage ist:

Es gibt eine bestimmte Geschwindigkeit und Dynamik, wir wissen es nur nicht.

Ihre Aussage ist die Idee der versteckten Variablen , und mit freundlicher Genehmigung von Bells Theorem glauben wir derzeit, dass versteckte Variablen unmöglich sind.

Nehmen Sie das Beispiel eines Wasserstoffatoms und fragen Sie, wo sich das Elektron befindet. Das Problem ist, dass Eigenschaften wie die Position Eigenschaften von Partikeln sind. Es macht keinen Sinn, nach der Position zu fragen, es sei denn, an dieser Position befindet sich ein Teilchen. Aber das Elektron ist kein Teilchen. Die Frage, was ein Elektron eigentlich ist, mag Philosophen beschäftigen, aber für unsere Zwecke ist es eine Anregung in einem Quantenfeld und hat als solche keine Position. Wenn Sie mit dem Elektron in Wechselwirkung treten, zB indem Sie ein anderes Teilchen darauf schießen, werden Sie feststellen, dass die Wechselwirkung zwischen Teilchen und Elektron an einer genau definierten Position stattfindet. Wir neigen dazu, uns das als die Position des Elektrons vorzustellen, aber das ist es wirklich nicht: Es ist die Position der Wechselwirkung.

Die Unschärferelation gilt, weil es bei einer Wechselwirkung, wie in unserem Beispiel eines kollidierenden Teilchens, nicht möglich ist, Ort und Impuls gleichzeitig exakt zu messen. Sie haben also irgendwie Recht, wenn Sie sagen, dass es sich um eine Beobachtungsgrenze handelt, aber es ist eine grundlegende.

Es gibt eine bestimmte Geschwindigkeit und Dynamik, wir wissen es nur nicht.

Nö. Es gibt keine bestimmte Geschwindigkeit – das war die ältere Interpretation. Das Teilchen hat alle (möglichen) Geschwindigkeiten auf einmal; es befindet sich in einer Wellenfunktion, einer Überlagerung aller dieser Zustände. Dies kann tatsächlich durch Dinge wie das Doppelspaltexperiment mit einem Photon verifiziert werden - wir können Einzelphotonenstreifen nicht erklären, es sei denn, wir akzeptieren die Tatsache, dass sich das Photon in "beiden Spalten gleichzeitig" befindet.

Es ist also keine Wissensgrenze. Das Teilchen hat wirklich keine bestimmte Position/was auch immer.

Ist das nicht gleichbedeutend mit der Aussage, dass Star X nicht existiert, weil wir ihn nicht gesehen haben? Es beschränkt die Definition des Universums auf die Grenzen unserer Beobachtung!

Nein, es ist gleichbedeutend mit der Aussage: "Weil wir keine Beweise für Stern X erhalten haben, kann er existieren oder nicht - seine Existenz ist nicht eindeutig." Technisch gesehen existiert ein unentdecktes Objekt als Wellenfunktion. Obwohl es leicht philosophisch wird und auf "Wenn ein Baum in einen Wald fällt und niemand da ist, um es zu hören, macht es ein Geräusch?"

Dieser scheinbare Sprung ist eine Beschwörung des logischen Positivismus. Der logische Positivismus ist die Standardphilosophie in der Physik, er ist unverzichtbar und seit über einem Jahrhundert die Quelle nichttrivialer Ideen, die für den Fortschritt entscheidend sind.

Sie können nicht davon ausgehen, dass es im Teilchen gleichzeitig Ort und Impuls gibt, denn dieser Standpunkt würde Sie glauben machen, dass es eine Wahrscheinlichkeit für Ort und Impuls gibt und dass sich jeder mögliche Ort und Impuls unabhängig voneinander entwickelt. Dies ist mit Beobachtungen nicht vereinbar. Keine eigenständige Position, Impulsbild kann von Newtonscher, klassischer Mechanik abweichen.

Das sieht man daran, dass sich ein Wellenpaket mit nahezu bestimmtem Impuls wie das klassische Teilchen bewegt, ein Wellenpaket mit nahezu bestimmter Position an einem Punkt steht, wie ein klassisches Teilchen, also zusammen, wenn beide jederzeit wohldefiniert sind, das Teilchen würde sich von einer bestimmten Position zu einer bestimmten Position bewegen, wie in der klassischen Mechanik. Dies ist unmöglich, da es zu scharfen Bahnen und keiner Beugung von Elektronen um Objekte führen würde. Elektronenbeugung wird jeden Tag beobachtet.

Man kann immer noch behaupten, dass der Ort eine versteckte Variable ist und nicht der Impuls, aber dann ist der Impuls nur teilweise als Eigenschaft der Trägerwelle definiert. Dies geschieht in der Bohm-Theorie.

Der Grund, warum man den Teilchen in der Quantenmechanik keine versteckten Variablen auf offensichtliche Weise zuweisen kann, liegt darin, dass der Kalkül bezüglich der verschiedenen Möglichkeiten kein Wahrscheinlichkeitskalkül ist, sondern ein Kalkül von Wahrscheinlichkeitsamplituden, und Wahrscheinlichkeitsamplituden haben keine Ignoranzinterpretation.

Um dies zu sehen, betrachten Sie ein Teilchen, das von einem Zustand ausgehen kann$|0\rangle$(wobei ein physikalisches Bit, das seine Position beschreibt, 0 ist) in den Überlagerungszustand$|0\rangle+|1\rangle$und von$|1\rangle$zu$-|0\rangle + |1\rangle$in einem bestimmten Zeitraum, sagen wir 1 Sekunde. Beginnen Sie nun im Zustand ($|0\rangle+|1\rangle$), was geschieht? Durch Linearität landen Sie im definitiven Zustand$|1\rangle$. Wenn Sie also "1" als einen bestimmten Zustand betrachten, wird es unsicherer, aber in der unsicheren Kombination erstarrt es wieder, um sicher zu werden! Dies geschieht nicht mit Wahrscheinlichkeit, weil verschiedene probabilistische Zweige nicht mit einem Minuszeichen kombiniert werden können, wie sie es gerade oben in der Quantenmechanik getan haben, um das loszuwerden$|0\rangle$Komponente.

Die Vorzeichenfrage macht die Unwissenheitsinterpretation der Quantenmechanik unhaltbar – nur Wahrscheinlichkeiten sind Unwissenheit, und nur im Grenzbereich sehr großer Systeme reproduziert die Quantenmechanik (ungefähr) so etwas wie Wahrscheinlichkeit. Dazu gehört Beobachtung.

Die Art und Weise, wie die Theorie konstruiert wurde, bestand darin, den logischen Positivismus in jeder Phase sorgfältig anzuwenden, und wenn man den Positivismus nicht verinnerlicht und anwendet, versteht man die Theorie nicht. Siehe diese verwandte Antwort: Wie kann Unbestimmtheit in der Quantenmechanik aus der mangelnden Fähigkeit abgeleitet werden, eine Ursache zu beobachten?

Die Quantenmechanik beschreibt alles mit "Wellenfunktionen" oder "Zustandsvektoren", die Wahrscheinlichkeiten für Position, Geschwindigkeit usw. liefern. Wie Caraiani Claudiu sagt, machen es die mathematischen Details unmöglich, dass eine Wellenfunktion für eine bestimmte Position und a eine Wahrscheinlichkeit von 100% liefert besondere Geschwindigkeit.

Außerdem wurde auf vielerlei Weise bewiesen, dass es sehr schwierig ist, eine tiefer gehende Theorie zur Erklärung der Quantenmechanik aufzustellen – einen neuen Satz von Gesetzen vorzuschlagen, die zu einem durchschnittlichen Verhalten führen, das der Quantenmechanik entspricht. Die Theorie von David Bohm ist der einfachste Ansatz dazu, aber es ist schwierig, sie auf die Relativitätstheorie und auf Fermionen zu erweitern.

Daher versuchen die meisten Physiker zu glauben, dass die Quantenmechanik das endgültige Gerüst der Physik ist, und konstruieren Rationalisierungen für diese intellektuelle Position. Sie werden sagen, dass nichts real ist, bis man es misst, oder dass das Elektron alles gleichzeitig macht, bis man es anschaut (und dann sieht man, dass es nur eine Sache tut), oder dass wir per Definition nicht sehen, was wir sehen. Es ist uns also egal, ob die Theorie keine kohärente Darstellung dessen bietet, was zwischen den Messungen passiert.

Unter den Versuchen, der Quantenmechanik einen Sinn zu geben, sollte ich auch den Glauben an „viele Welten“ erwähnen, wonach alle Möglichkeiten in der Wellenfunktion gleichermaßen real sind und in getrennten Teilen eines „Multiversums“ stattfinden. Das sieht zumindest nach einem Versuch aus, ohne verbale Spielereien eine objektive Vorstellung von der Realität wiederherzustellen. Betrachtet man jedoch die Details, so stellt man fest, dass es keine „Viele-Welten-Theorie“ im Sinne eines in sich schlüssigen, sich selbst genügenden Satzes von Begriffen gibt. Möglicherweise könnte es eines Tages eine Viele-Welten- Theorie geben , aber im Moment ist es nur eine weitere Mauer aus Worten.

Es gibt mehrere Gründe für das Fortbestehen dieser pathologischen Situation.

Erstens funktioniert die Quantenmechanik sehr gut. Es macht nicht nur erfolgreiche Vorhersagen, es ist ein Rahmen, der erweitert werden kann, um neue Teilchen und neue Arten von Wechselwirkungen einzubeziehen, ohne die Unschärferelation und all die anderen Merkmale aufzugeben, die es als ultimative Theorie unbefriedigend machen.

Zweitens bietet es, obwohl es keine konzeptionell kohärente Darstellung der objektiven Realität bietet, einen kohärenten, in sich geschlossenen Rahmen, um Vorhersagen über beobachtbare Phänomene zu treffen , falls das alles ist, woran Sie interessiert sind.

Drittens ist die mathematische Schwierigkeit der Grundlagenphysik so groß, dass die Menschen keinen Platz in ihren Köpfen haben, um auch zu versuchen, die Quantenmechanik selbst zu erklären. Die Leute, die das versuchen, arbeiten mit sehr wenigen Ausnahmen normalerweise nicht an den fortschrittlichsten Theorien.

Und viertens muss es einfach schwierig sein, die Wahrheit darüber herauszufinden. Möglicherweise müssen wir einige völlig neue Konzepte entwickeln, um grundlegende Entitäten und ihre Eigenschaften zu verstehen. Es mag keine Teilchen geben, und es mag keine Position oder Geschwindigkeit geben, wie sie sich gegenwärtig vorstellen. Das können einfach informelle Konzepte des gesunden Menschenverstands sein, die in Bereiche geschoben werden, in denen sie eigentlich nicht zutreffen. Wann immer Sie jemanden sagen hören, die Quantenmechanik impliziere definitiv ein bestimmtes Bild der objektiven Realität (oder noch schlimmer, wenn Sie sagen, dass es impliziert, dass es keine objektive Realität gibt), hören Sie nicht die Wahrheit, Sie hören nur das Dogma, das Verlangen nach ein Mensch im Besitz der Wahrheit zu sein, auch wenn sie es nicht sind.

Nun, alles ist möglich , denn das ist Wissenschaft, und die Quantentheorie ist eine wissenschaftliche Theorie: Es könnte sich herausstellen, dass unsere Theorie der Quantenmechanik falsch ist, genauso wie sich die Newtonsche Mechanik als unzureichend erwiesen hat. Aber es gibt keinen guten Grund, darauf zu wetten , und zwar aus einem einfachen Grund:

Die Quantentheorie sieht sehr nach einer Theorie aus, die ein Universum diskutiert, in das fundamentale Informationsgrenzen eingebaut sind - die einfachste Interpretation, es sei denn und bis wir das Gegenteil mit einem Experiment beweisen, das die Theorie widerlegt, ist, dass das Universum spart ( wie es dies umsetzt , wir können es nicht mit Sicherheit wissen, da die Sprache der Quantentheorie unser Modell davon ist, und eines, das selbst nicht sehr gut mit seinen Informationen umgeht; Gott hat uns nicht den "Quellcode" gegeben, damit wir sehen können, wie es " geschieht wirklich unter der Haube"), wie viel Information es Teilchen und anderen physikalischen Einheiten zuweist und nutzt diese Ökonomisierung darüber hinaus, um Materie zu strukturieren.

Während einige versucht haben, die Quantentheorie zu interpretieren – am bekanntesten David Bohm – um zu versuchen, ein Verständnis zu finden, das damit übereinstimmt, dass es sich um zusätzliche, „versteckte“ Informationen handelt, widersprechen diese Theorien nicht den Beobachtungsbeweisen, diesen „versteckten“ Informationen versteckt bleiben muss und uns damit nicht wirklich weiterhilft: insbesondere sagt es gar nicht, dass wir dann die Begrenzung umgehen können. Schließlich erscheint eine solche Interpretation angesichts der soeben erwähnten Struktur der Theorie ziemlich künstlich und irgendwie gegensätzlich - es ist, als würde man Tachyonen in die spezielle Relativitätstheorie einfügen, eine Theorie, deren grundlegendes Postulat am elegantesten so angegeben werden kann, dass es ein Minimum gibt entfernungsabhängige Latenz in allen Kommunikationsformen.

Man kann den Grund hinter der Heisenbergschen Unschärferelation tatsächlich in einer mathematischen Eigenschaft sehen. Die Verbindung zwischen der Physik und der Mathematik wird durch die Grundlagenarbeiten von Planck und de Broglie hergestellt. Sie stellten den Zusammenhang zwischen Energie/Impuls und Frequenz/k-Vektor her.

Das allgemeine Lehrbuch der Quantenmechanik beginnt daher immer damit, Teilchen als ebene Wellen auszudrücken. Da diese ebenen Wellen eine orthogonale Basis für den dreidimensionalen Raum (oder die vierdimensionale Raumzeit) bilden, übernimmt die Quantenmechanik effektiv die Fourier-Transformation des Universums. Die Eigenschaften von Fourier-Transformationen führen dann zwangsläufig zur Heisenbergschen Unschärferelation. Es hätte nicht anders sein können.

Man könnte vielleicht argumentieren, dass die Physik grundlegender sein sollte, da es auch Fälle gibt, in denen die Heisenbergsche Unschärferelation gilt, die nicht durch eine Fourier-Transformation zusammenhängen. Diese Fälle stellen jedoch das zugrunde liegende mathematische Prinzip dar, das für die Eigenschaften der Fourier-Transformation verantwortlich ist. Dieses zugrunde liegende Prinzip ist die Tatsache, dass die Basen, die über die Fourier-Transformation in Beziehung stehen, sowie diese anderen Fälle (in Ermangelung eines besseren Begriffs) gegenseitig unvoreingenommen sind. Es ist nicht schwer zu erkennen, warum diese „gegenseitig unvoreingenommene“ Beziehung zu der mathematischen Unsicherheitsbeziehung führen würde, die sich in der Physik als Heisenberg-Unsicherheitsbeziehung zeigt.

Die Leute neigen dazu zu sagen, das ist das Heisenberg-Prinzip, dass dies etwas Tiefes ist, aber die Leute neigen dazu, etwas zu vergessen, das ist eine mathematische Tatsache und es war lange vor Heisenberg in der klassischen Fourier-Analyse. Es ist, als würde man k sin ^ 2 (x) + k sagen cos^2(x)=k ist dein Prinzip. Nun, entfernen Sie das k und Sie werden feststellen, dass dieses Prinzip lange vor Ihnen existierte.

http://www.nato-us.org/analysis2000/papers/havin.pdf