Naja, wie dem auch sei. Ich löse jetzt meine zwei Fragen auf (lasst euch nicht durch die lange Erklärung abschrecken und vor allem nicht vor der noch längeren Erklärung des neuen Rätsels. Mir hat es Spaß gemacht, zu versuchen, die Frage zu beantworten. Ich muss aber zugeben, dass ich selbst nicht darauf gekommen bin
):
Was beschreibt das EPR-Paradoxon (wiedermal ein Gedankenexperiment)?
Und wie lässt sich diese Erscheinung erklären?
Beim EPR-Paradoxon (ein von
Einstein,
Podolsky und
Rosen entwickeltes Gedankenexperiment) werden zwei gleichartige Quanten, z.b. Photonen gleichzeitig von einer Lichtquelle ausgesandt. Wichtig dabei ist, dass sie gleichzeitig von der Quelle abgegeben werden und in entgegengesetzter Richtung fliegen.
Nun wartet man, bis sich die Teilchen weit voneinander entfernt haben. Die Entfernung muss und sollte dabei nicht nur 100 km sein, sondern mehrere Lichtjahre.
Jetzt betrachtet man die quantenmechanischen Eigentschaften der Teilchen, beispielsweise den Spin. Da die Teilchen gleichzeitig von der gleichen Quelle abgegeben wurden, sind die Photonen miteinander verschränkt. Und um diese Verschränkung dreht sich das Experiment. Vor einer Messung kennt man den Spin der Teilchen nicht, das heißt, es gibt zwei Möglichkeiten:
I.Teilchen 1 hat Spin oben, Teilchen 2 Spin unten
II. Teilchen 1 hat Spin unten, Teilchen 2 Spin oben
Das ergibt sich daraus, dass die Summe der Spins (+1/2 = Spin oben; -1/2 = Spin unten) Null ergeben muss. Noch einmal zur Erinnerung: Die Spins sind unbekannt, vor der Messung haben also beide Teilchen beide Spins (Superposition). Führt man jetzt aber eine Messung an einem der Teilchen durch, so führt dies dazu, dass man automatisch auch den Spin des anderen Photons kennt. Doch, nun stellt sich die Frage, woher Teilchen 2 weiß, dass Teilchen 1 gemessen wurde (sie sind ja Lichtjahre weit voneinander entfernt und eine Kommunikation ist auf diese Strecke in der kurzen Zeit nicht möglich.
Das EPR-Paradoxon beschreibt eine Verbindung verschränkter Teilchen. Es scheint, als wären die Photonen miteinander verbunden, etwa durch eine Welle. Einstein nannte dies "Geiserhafte Fernwirkung". Eine solche Verbindung ist in der Physik als Nichtlokalität bekannt.
Eine Erklärung ist noch nicht bewießen (und es lässt sich vermutlich auch in näherer Zukunft nicht beweißen). Allerdings gibt es die Interpretation., dass, wie eben erklärt, verschränkte Quanten miteinander verbunden sind und somit voneinander abhängen. Eine andere Vermutung ist die, dass die Information durch Wurmlöcher übertragen wird. Wurmlöcher sind "Tunnel" in unserer Raumzeit. Wo wir einen großen Umweg nehmen müssten, können diese "Tunnel" auf direktem Weg zum Ziel. Dadurch könnten beispielsweise aus 10 Lichtjahren Entfernung 1 pm (Pikometer; das millionstel eines tausendstel Millimeters) werden. Naja, der neue Abstand spielt eigentlich keine große Rolle, wichtig ist nur, zu wissen, dass der Abstand kleiner wird.
Ich hoffe, ich konnte es aureichend und gut erklären.
Nun zu einem neuen Rätsel (und wieder ein Gedankenexperiment, allerdings dieses mal ist es eher ein Rätsel, als eine Wissensfrage). Für dieses Rätsel werde ich allerdings das Doppelspaltexperiment genauer erkläutern:
Im Versuchsaufbau hat man eine kleine Lichtquelle, eine Platte mit zwei Schlitzen (Spalten) und dahinter ein Abfangschirm, auf dem man die auftreffenden Photonen sehen kann. Ist nur ein Spalt offen, so sollte jedem klar sein, welches Bild man sehen kann. Die Stelle, an der die Photonen durch den Spalt fliegen können, ist hell, der Rest ist als Schatten erkennbar. Öffnet man nun den zweiten Spalt, könnte man meinen, man hat eben zwei helle Streifen am Abfangschirm, dem ist aber nicht so. Es entsteht ein sog. Interferenzmuster, also ein Bild mit abwechselnd hellen und dunklen Streifen. Das lässt sich durch den Welle-Teilchen-Dualismus des Lichts erklären. Das Photon "teilt sich" und geht durch beide Spalte gleichzeitig. Die Wellen überlagern sich und es entsteht das genannte Interferenzmuster. Prüft man nun mit einem Detektor, welchen Spalt das Photon passiert (es sei erwähnt, dass man die Photonen auch einzeln abschicken kann), verschwindet das Interferenzmuster und es entsteht das vermutete Bild mit zwei hellen Streifen (mit dem Detektor kann man feststellen, dass die Hälfte der Photonen beispielsweise den oberen Spalt wählen, der Rest die untere Hälfte, also im Verhältnis 1:1. Diese Erkenntnis ist allerdings eher unbedeutend).
Bei jedem Versuch, den Weg festzustellen, verschwindet das Interferenzmuster. Wir müssen uns also zwischen Interferenzmuster und Kenntnis über den Weg entscheiden. In diesem Fall spricht man davon, dass Interferenzbild und Weg komplementär sind. Man kann also nicht beide Eigenschaften gleichzeitig kennen.
Einstein (der im Übrigen so denkt, wie ich) wollte nicht glauben, dass es unmöglich ist, beide Eigenschaften gleichzeitig zu kennen (also Weg und Interferenz bzw. bei Quantenteilchen ist Komplementarität eher bekannt als Impuls (Geschwindigkeit des Teilchens) und Ort, daher auch Orts- und Impulsunschärfe). Er ließ sich dazu ein Gedankenexperiment einfallen, zu dem ich auch meine Rätselfrage stellen werde.
Zwischen Lichtquelle und Doppelspalt stellt man eine Weitere Wand, an der ein weiterer Spalt mit zwei Zugfedern befestigt ist (warum die Zugfedern wichtig sind, erkläre ich gleich). Diesen justiert man auf eine bestimmte Höhe, und zwar so, dass er höhenmäßig betrachtet genau zwischen dem Doppelspalt liegt und wartet, bis sich die Federn ausgependelt haben, sich also nicht mehr bewegen. Nun Einsteins Überlegung:
Tritt ein Photon durch den ersten Spalt, so stößt es gegen die untere Spaltseite und wird dadurch nach oben abgelenkt oder eben umgekehrt. So kennt man den Weg, den das Photon nimmt (wir vernachlässigen nun die Photonen, die an der zweiten Wand, also ander Wand mit den zwei Spalten hängen bleiben und keinen der zwei Spalte passieren). Durch den Aufprall am ersten Spalt, schwingt der Spalt entweder nach unten, oder nach oben, je nach dem, wo die Photonen aufprallen (dazu benötigt man die Zugfedern). Durch die Schwingung nach unten kann man sagen, dass das Photon nach oben abgelenkt wurde und somit den oberen Spalt passiert und umgekehrt. Stößt ein Lichtteilchen auf den Spalt, so wartet man, bis der Spalt wieder zur Ruhe kommt (also nicht mehr schwingt) und schickt das nächste Photon ab. Man erhält also ohne eine wirkliche Messung Information über den Weg.
Nun die Frage:
Wir haben Informationen über den Weg erhalten, haben allerdings keine wirkliche Messung durchgeführt.
Verschwindet das Interferenzmuster oder nicht? Warum könnte es verschwinden oder warum könne es weiterhin zu sehen sein (bitte mit guter Begründung für eure Entscheidung)