Wie verschränkt man Photonen?

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Wie verschränkt man Photonen?

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Wie funktioniert Quantenverschränkung?

Warum stürzen Elektronen nicht in den Atomkern?

Existieren wissenschaftliche Erkenntnisse über Teilchen, die selbst über Lichtjahre hinweg miteinander verbunden sind?

Ist die Standard-Interpretation der Quantenmechanik lokal oder nichtlokal?

Wie vereint die Bohm’sche Interpretation Zufälligkeit und Determinismus und welche Vorteile bietet das Modell?

Warum werden masselose Photonen durch Gravitation beeinflusst?

Sind Lichtteilchen masselos?

Was ist eine Verschränkung?

Um was geht es bei Schrödingers Experiment?

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Photonen können durch verschiedene Methoden verschränkt werden, wobei die häufigsten Techniken die spontane parametrische Fluoreszenz (SPDC) und die Quantenpunkt-Emissionsmethode sind. 1. **Spontane parametrische Fluoreszenz (SPDC)**: - Ein nichtlinearer Kristall wird mit einem Laserstrahl bestrahlt. - Der Kristall wandelt einfallende Photonen in zwei verschränkte Photonen um, die als Signal- und Idler-Photonen bezeichnet werden. - Diese Photonenpaare sind in Bezug auf bestimmte Eigenschaften wie Polarisation, Energie und Impuls verschränkt. 2. **Quantenpunkt-Emissionsmethode**: - Quantenpunkte sind nanoskalige Halbleiterstrukturen, die Photonenpaare emittieren können. - Durch geeignete Anregung können diese Quantenpunkte verschränkte Photonenpaare erzeugen. Beide Methoden nutzen die Prinzipien der Quantenmechanik, um sicherzustellen, dass die erzeugten Photonenpaare in einem verschränkten Zustand sind, was bedeutet, dass die Messung eines Photons sofort den Zustand des anderen beeinflusst, unabhängig von der Entfernung zwischen ihnen.

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Quantenverschränkung ist ein Phänomen der Quantenmechanik, bei dem zwei oder mehr Teilchen so miteinander verbunden sind, dass der Zustand des einen Teilchens unmittelbar den Zustand des and... [mehr]

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Quantenverschränkung ist ein Phänomen der Quantenmechanik, bei dem zwei oder mehr Teilchen so miteinander verbunden sind, dass der Zustand des einen Teilchens unmittelbar den Zustand des anderen beeinflusst – selbst wenn sie weit voneinander entfernt sind. Das funktioniert so: Wenn zwei Teilchen (z. B. Photonen, Elektronen) durch einen quantenmechanischen Prozess miteinander verschränkt werden, beschreibt ihr gemeinsamer Zustand nicht mehr die einzelnen Teilchen unabhängig voneinander, sondern nur noch das Gesamtsystem. Das bedeutet, dass bestimmte Eigenschaften (wie Spin, Polarisation oder Impuls) der Teilchen miteinander korreliert sind. Ein Beispiel: Zwei verschränkte Photonen werden erzeugt. Misst man bei Photon A die Polarisation und erhält z. B. "horizontal", dann steht sofort fest, dass Photon B "vertikal" polarisiert ist – und umgekehrt. Das gilt unabhängig davon, wie weit die Photonen voneinander entfernt sind. Wichtig: Die Quantenverschränkung verletzt nicht die Lichtgeschwindigkeit als maximale Informationsübertragungsrate, da keine klassische Information übertragen wird. Die Korrelationen zeigen sich erst, wenn die Messergebnisse beider Teilchen verglichen werden. Die Quantenverschränkung wurde vielfach experimentell bestätigt und ist Grundlage für Anwendungen wie Quantenkryptographie und Quantencomputer. Sie widerspricht unserem klassischen Alltagsverständnis von Ursache und Wirkung und ist eines der faszinierendsten Phänomene der modernen Physik.

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Elektronen stürzen nicht in den Atomkern, weil sie sich nach den Gesetzen der Quantenmechanik verhalten, nicht nach den klassischen Gesetzen der Physik. In der klassischen Physik würde ein n... [mehr]

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Elektronen stürzen nicht in den Atomkern, weil sie sich nach den Gesetzen der Quantenmechanik verhalten, nicht nach den klassischen Gesetzen der Physik. In der klassischen Physik würde ein negativ geladenes Elektron, das sich um einen positiv geladenen Kern bewegt, ständig Energie abstrahlen und schließlich in den Kern stürzen. Das passiert aber nicht. Die Quantenmechanik beschreibt Elektronen als Wellenfunktionen, nicht als kleine Teilchen, die auf festen Bahnen kreisen. Es gibt bestimmte erlaubte Energieniveaus (Quantenzustände), auf denen sich Elektronen aufhalten können. Das niedrigste dieser Niveaus nennt man Grundzustand. Ein Elektron im Grundzustand kann keine Energie mehr abgeben, weil es schon die geringstmögliche Energie hat. Es gibt also keinen noch niedrigeren Zustand, in den es "hineinstürzen" könnte. Außerdem verhindert die Heisenbergsche Unschärferelation, dass das Elektron gleichzeitig einen genau bestimmten Ort (im Kern) und eine genau bestimmte Geschwindigkeit hat. Würde das Elektron im Kern sitzen, wären Ort und Impuls beide exakt bestimmt, was laut Unschärferelation unmöglich ist. Deshalb bleiben Elektronen in einer "Wolke" um den Kern verteilt und stürzen nicht hinein.

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Ja, es gibt solche Erkenntnisse – das bekannteste Beispiel ist das Phänomen der **Quantenverschränkung** (englisch: *quantum entanglement*). Dabei handelt es sich um einen quantenmecha... [mehr]

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Ja, es gibt solche Erkenntnisse – das bekannteste Beispiel ist das Phänomen der **Quantenverschränkung** (englisch: *quantum entanglement*). Dabei handelt es sich um einen quantenmechanischen Effekt, bei dem zwei oder mehr Teilchen so miteinander verbunden sind, dass der Zustand des einen Teilchens instantan mit dem Zustand des anderen Teilchens korreliert ist, selbst wenn sie durch große Entfernungen – theoretisch sogar Lichtjahre – getrennt sind. **Wichtige Punkte dazu:** - **Verschränkung:** Wenn zwei Teilchen verschränkt sind, ist ihr gemeinsamer Zustand definiert, nicht aber der Zustand der einzelnen Teilchen. Misst man z.B. den Spin des einen Teilchens, ist der Spin des anderen sofort festgelegt, unabhängig von der Entfernung. - **Keine Informationsübertragung:** Obwohl die Korrelation instantan ist, kann keine Information schneller als das Licht übertragen werden. Das wurde in zahlreichen Experimenten bestätigt. - **Experimente:** Die berühmten Bell-Experimente (nach John Bell) haben gezeigt, dass diese Korrelationen nicht durch klassische, lokale Theorien erklärt werden können. - **Praktische Anwendungen:** Quantenverschränkung ist die Grundlage für Quantenkryptographie und Quantencomputer. **Weiterführende Informationen:** - [Quantenverschränkung – Wikipedia](https://de.wikipedia.org/wiki/Quantenverschr%C3%A4nkung) - [Bell-Experiment – Wikipedia](https://de.wikipedia.org/wiki/Bell-Experiment) Zusammengefasst: Ja, es gibt einen quantenmechanischen Zusammenhang zwischen Teilchen über beliebig große Distanzen, aber dieser Zusammenhang kann nicht zur Übertragung von Informationen genutzt werden.

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Die Standard-Interpretation der Quantenmechanik, oft als Kopenhagener Interpretation bezeichnet, ist tatsächlich **nicht lokal** im strengen physikalischen Sinn. Das liegt am sogenannten **Kollap... [mehr]

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Die Standard-Interpretation der Quantenmechanik, oft als Kopenhagener Interpretation bezeichnet, ist tatsächlich **nicht lokal** im strengen physikalischen Sinn. Das liegt am sogenannten **Kollaps der Wellenfunktion**. **Begründung:** - In der Quantenmechanik beschreibt die Wellenfunktion den Zustand eines Systems und kann sich über große Entfernungen erstrecken (z.B. bei verschränkten Teilchen). - Wenn eine Messung an einem Teil des Systems durchgeführt wird, „kollabiert“ die Wellenfunktion augenblicklich auf einen bestimmten Zustand – und zwar überall, auch an weit entfernten Orten. - Dieser Kollaps ist nicht durch ein lokales, kontinuierliches Signal erklärbar, sondern geschieht instantan, was eine Form von **Nichtlokalität** darstellt. **Beispiel:** Beim berühmten EPR-Experiment (Einstein-Podolsky-Rosen) oder bei Bell-Experimenten zeigt sich, dass Messungen an verschränkten Teilchen Korrelationen aufweisen, die sich nicht durch lokale Theorien erklären lassen. Die Ergebnisse an einem Ort scheinen instantan das Ergebnis am anderen Ort zu beeinflussen, unabhängig von der Entfernung. **Wichtige Einschränkung:** - Diese Nichtlokalität erlaubt **keine Übertragung von Information** mit Überlichtgeschwindigkeit und verletzt daher nicht die spezielle Relativitätstheorie. - Die Nichtlokalität bezieht sich auf die mathematische Beschreibung und die Korrelationen, nicht auf ein physikalisches Signal. **Fazit:** Die Standard-Interpretation der Quantenmechanik ist nicht lokal, weil der Kollaps der Wellenfunktion eine nichtlokale Veränderung des Zustands beschreibt. Das ist ein zentrales und bis heute diskutiertes Merkmal der Quantenmechanik. Weitere Infos: - [Wikipedia: Kopenhagener Deutung](https://de.wikipedia.org/wiki/Kopenhagener_Deutung) - [Wikipedia: Quantenmechanische Nichtlokalität](https://de.wikipedia.org/wiki/Nichtlokalit%C3%A4t_(Quantenmechanik))

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Die Bohm’sche Interpretation (auch de-Broglie-Bohm-Theorie oder Pilotwellen-Theorie genannt) ist eine alternative Interpretation der Quantenmechanik. Sie versucht, die scheinbare Zufälligke... [mehr]

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Die Bohm’sche Interpretation (auch de-Broglie-Bohm-Theorie oder Pilotwellen-Theorie genannt) ist eine alternative Interpretation der Quantenmechanik. Sie versucht, die scheinbare Zufälligkeit quantenmechanischer Messungen mit einem zugrundeliegenden Determinismus zu vereinen. **Wie bringt die Bohm’sche Interpretation Zufälligkeit und Determinismus zusammen?** - **Determinismus:** In der Bohm’schen Interpretation bewegen sich Teilchen immer auf wohldefinierten Bahnen, die durch die sogenannte „Pilotwelle“ (die Wellenfunktion) gesteuert werden. Die Entwicklung dieser Bahnen ist vollständig durch die Anfangsbedingungen und die Schrödinger-Gleichung bestimmt – also deterministisch. - **Zufälligkeit:** Die scheinbare Zufälligkeit in Messergebnissen entsteht dadurch, dass wir die exakten Anfangsbedingungen (also die genaue Anfangsposition der Teilchen) nicht kennen. Die Verteilung dieser Anfangspositionen entspricht der Wahrscheinlichkeitsverteilung der Wellenfunktion (dem Betragsquadrat). Dadurch stimmen die statistischen Vorhersagen mit denen der Standard-Quantenmechanik überein. **Vorteile der Bohm’schen Interpretation:** 1. **Klarer Realismus:** Sie bietet ein anschauliches Bild der Quantenwelt, in dem Teilchen immer existieren und sich auf bestimmten Bahnen bewegen – unabhängig von Beobachtung oder Messung. 2. **Keine Messproblem:** Das sogenannte Messproblem der Quantenmechanik (Wann und wie „kollabiert“ die Wellenfunktion?) wird umgangen, da es keinen Kollaps gibt. Die Wellenfunktion entwickelt sich immer nach der Schrödinger-Gleichung weiter. 3. **Deterministische Grundlage:** Für diejenigen, die mit echter Zufälligkeit in der Natur hadern, bietet die Bohm’sche Interpretation eine deterministische Alternative. 4. **Gleiche Vorhersagen:** Sie macht dieselben experimentellen Vorhersagen wie die Standard-Quantenmechanik, ist also empirisch äquivalent. **Nachteile und Komplexität:** - Die Theorie ist nicht lokal: Die Bewegung eines Teilchens kann instantan von der Konfiguration anderer Teilchen beeinflusst werden (Nicht-Lokalität). - Sie ist mathematisch und konzeptionell aufwändiger als die Standardinterpretation. - Die Erweiterung auf relativistische Quantenfeldtheorien ist schwierig. **Fazit:** Die Bohm’sche Interpretation vereint Determinismus und Zufälligkeit, indem sie die Zufälligkeit auf Unkenntnis der Anfangsbedingungen zurückführt, während die zugrundeliegende Dynamik vollständig deterministisch ist. Ihr Vorteil liegt in einem klaren, realistischen Bild der Quantenwelt und der Vermeidung des Messproblems – allerdings um den Preis erhöhter Komplexität und Nicht-Lokalität. Weitere Informationen findest du z.B. auf [Wikipedia: Bohmsche Mechanik](https://de.wikipedia.org/wiki/Bohmsche_Mechanik).

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Photonen sind tatsächlich masselos, besitzen also keine Ruhemasse. Dennoch werden sie durch Gravitation beeinflusst, weil Gravitation nach der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Eins... [mehr]

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Photonen sind tatsächlich masselos, besitzen also keine Ruhemasse. Dennoch werden sie durch Gravitation beeinflusst, weil Gravitation nach der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein nicht einfach eine Kraft zwischen Massen ist, sondern eine Krümmung der Raumzeit selbst. Laut Einstein bewegen sich alle Objekte – auch masselose wie Photonen – immer entlang der sogenannten Geodäten, also der "geradesten" möglichen Linien in der gekrümmten Raumzeit. Wenn also ein massereiches Objekt wie ein Stern oder ein schwarzes Loch die Raumzeit krümmt, wird auch der Weg eines Photons entsprechend "gebogen". Das bekannteste Beispiel dafür ist die Ablenkung von Licht durch die Sonne, was 1919 bei einer Sonnenfinsternis erstmals beobachtet wurde. Zusammengefasst: Photonen werden nicht durch eine Kraft im klassischen Sinn beeinflusst, sondern folgen einfach dem Verlauf der gekrümmten Raumzeit – und das gilt für alles, egal ob mit oder ohne Masse.

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Ja, Lichtteilchen – auch Photonen genannt – sind masselos. Sie besitzen keine Ruhemasse, bewegen sich aber immer mit Lichtgeschwindigkeit (im Vakuum etwa 299.792.458 Meter pro Sekunde). Tr... [mehr]

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Ja, Lichtteilchen – auch Photonen genannt – sind masselos. Sie besitzen keine Ruhemasse, bewegen sich aber immer mit Lichtgeschwindigkeit (im Vakuum etwa 299.792.458 Meter pro Sekunde). Trotzdem tragen sie Energie und Impuls, was sie beispielsweise in der Lage versetzt, Druck auf Oberflächen auszuüben (Strahlungsdruck).

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Eine Verschränkung ist ein Begriff aus der Quantenphysik. Er beschreibt ein Phänomen, bei dem zwei oder mehr Teilchen so miteinander verbunden sind, dass der Zustand des einen Teilchens unmi... [mehr]

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Eine Verschränkung ist ein Begriff aus der Quantenphysik. Er beschreibt ein Phänomen, bei dem zwei oder mehr Teilchen so miteinander verbunden sind, dass der Zustand des einen Teilchens unmittelbar den Zustand des anderen beeinflusst – selbst wenn sie weit voneinander entfernt sind. Das bedeutet, dass Messungen an einem Teilchen sofort Auswirkungen auf das andere haben, unabhängig von der Entfernung zwischen ihnen. Dieses Verhalten widerspricht den klassischen Vorstellungen von Lokalität und Kausalität und ist eines der zentralen Merkmale der Quantenmechanik. Ein bekanntes Beispiel für Verschränkung sind verschränkte Photonenpaare, die in Experimenten zur Quantenkommunikation und Quantenkryptographie verwendet werden.

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Schrödingers Experiment, bekannt als Schrödingers Katze, ist ein Gedankenexperiment in der Quantenmechanik, das von Erwin Schrödinger 1935 formuliert wurde. Es veranschaulicht die Konze... [mehr]

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Schrödingers Experiment, bekannt als Schrödingers Katze, ist ein Gedankenexperiment in der Quantenmechanik, das von Erwin Schrödinger 1935 formuliert wurde. Es veranschaulicht die Konzepte der Überlagerung und der Messung in der Quantenmechanik. In diesem Experiment wird eine Katze in eine geschlossene Box mit einem radioaktiven Atom, einem Geigerzähler, einer Giftampulle und einem Hammer gesetzt. Wenn das Atom zerfällt, wird der Geigerzähler aktiv, der Hammer zerbricht die Ampulle und die Katze stirbt. Wenn das Atom nicht zerfällt, bleibt die Katze am Leben. Laut der Quantenmechanik befindet sich das Atom bis zur Messung in einem Überlagerungszustand, was bedeutet, dass es sowohl zerfallen als auch nicht zerfallen sein kann. Daraus folgt, dass die Katze bis zur Öffnung der Box gleichzeitig lebendig und tot ist. Dieses Gedankenexperiment soll die Paradoxien und die seltsame Natur der Quantenmechanik verdeutlichen, insbesondere die Probleme, die mit der Interpretation von Quantenzuständen und der Rolle des Beobachters verbunden sind.