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Physik » Atom-, Kern-, Quantenphysik » Unschärferelation
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Universität/Hochschule Unschärferelation
OliverFuchs
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  Themenstart: 2022-09-03

Hallo, Ich habe vor 30 Jahren versucht Mathematik und Physik zu studieren. Dann bin ich krank geworden. Heute versuche ich zaghaft die Spur wieder aufzunehmen. Ich lese Bücher und stelle mir Fragen. Eine Frage die mir gekommen ist, ist diese: Mir ist das folgende unklar. Was meint(e) Heisenberg wenn er von der Unschärferelation spricht. 1. Möglichkeit: Jede Messung, die wir kennen, beruht darauf, dass etwas mit dem was wir messen wollen interagiert. Die Auswirkungen der Interaktion beobachten wir. Aus dieser Beobachtung schließen wir auf das Beobachtete. Lege ich diese Überlegung jeder Messung zugrunde, dann ist es unmöglich eine Messung so durchzuführen, dass diese nicht das zu Messende, über die Interaktion, beeinflusst. Das Berühmte Unschärfe-Prinzip dx*dp=konst kann nun daher rühren. Es ist dann kein Gesetz der Natur sondern der Art wie wir beobachten (können). 2. Möglichkeit: Das obige gilt zwar, aber die Unschärferelation wird als Naturgesetz postuliert. Sie würde also auch gelten, wenn wir ohne auf den Probanden Einfluss nehmen zu müssen messen könnten. Welche der beiden Möglichkeiten stimmt? Oder liege ich ganz falsch? lg Oliver


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juergenX
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  Beitrag No.1, eingetragen 2022-09-03

\quoteon(2022-09-03 13:21 - OliverFuchs im Themenstart) Hallo, Mir ist das folgende unklar. Was meint(e) Heisenberg wenn er von der Unschärferelation spricht. Oder liege ich ganz falsch? lg Oliver \quoteoff An sich sagt die Unschärferelation "nur", dass man nicht gleichzeitig Ort und Impuls eines schnell fliegenden Objektes feststellen kann.


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zippy
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  Beitrag No.2, eingetragen 2022-09-03

Die Unschärferelation macht primär eine Aussage über die möglichen Zustände eines quantenmechanischen Systems: Es gib keinen Zustand, in dem für die Unschärfen von Ort und Impuls nicht $\Delta x\cdot\Delta p\ge\hbar/2$ gelten würde. Zwischen dieser Eigenschaft von Zuständen und der Rückwirkung von Messapparaten auf das gemessene System besteht ein Zusammenhang. Sehr einfach sieht man: Gäbe es Messapparate, die den Ort und den Impuls messen können, ohne dabei die jeweils andere Größe zu stören, könnte man einen Zustand herstellen, der die Unschärferelation verletzt, indem man folgendes Verfahren anwendet: 1. Man startet mit einem Apparat, der ein System mit Unschärfen $\Delta x$ und $\Delta p$ liefert, die $\Delta x\cdot\Delta p=\hbar/2$ erfüllen. 2. Man misst $x$ und verwirft alle Systeme, bei denen der Messwert nicht näher als $\frac12\Delta x$ am Mittelwert $\langle x\rangle$ liegt. 3. Man misst $p$ und verwirft alle Systeme, bei denen der Messwert nicht näher als $\frac12\Delta p$ am Mittelwert $\langle p\rangle$ liegt. Nach Schritt 2 weiß man, dass $x$ mit Sicherheit im Intervall $\bigl[\langle x\rangle-\frac12\Delta x,\langle x\rangle+\frac12\Delta x\bigr]$ liegt. Nach Schritt 3 weiß man, dass $p$ mit Sicherheit im Intervall $\bigl[\langle p\rangle-\frac12\Delta p,\langle x\rangle+\frac12\Delta p\bigr]$ liegt. Da außerdem die Messung in Schritt 3 den Ort nicht gestört hat, liegt der weiterhin in $\bigl[\langle x\rangle-\frac12\Delta x,\langle x\rangle+\frac12\Delta x\bigr]$, so dass der resultierende Zustand die Unschärferelation verletzen würde. --zippy


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OliverFuchs
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  Beitrag No.3, vom Themenstarter, eingetragen 2022-09-03

Hallo, was mir nicht klar ist, ob das eine ontologische Aussage über die Natur oder ein systematische über unser messen ist. Impuls ist ja ein theoretische Maßtahl der Mechanik. Aber wie bildet sich die Unschärfe Relation, abgelöst von der mathematisch-ohysikaluschen Theorie direkt in die Natur ab. Was sagt sie uns über das Wesen der Natur die rund um uns herum ist? LG Oliver


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zippy
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  Beitrag No.4, eingetragen 2022-09-03

\quoteon(2022-09-03 16:06 - OliverFuchs in Beitrag No. 3) was mir nicht klar ist, ob das eine ontologische Aussage über die Natur oder ein systematische über unser messen ist. \quoteoff Da kann ich dir nicht weiterhelfen, da ich nicht einmal die Frage verstehe. Aus meiner Sicht (die eher physikalisch als philosophisch geprägt ist) gibt es keinen prinzipiellen Unterschied zwischen einer Aussage über mögliche Zustände und einer über mögliche Messapparate.


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OliverFuchs
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  Beitrag No.5, vom Themenstarter, eingetragen 2022-09-03

Hallo, Als ich die Anfänger Vorlesung Physik bei Prof. stangler hörte meinte er, die Physik will nicht mehr wissen was die Natur ist, sondern sie will die Natur nur beschreiben. Ich habe mir damals gedacht, na dann bin ich da aber falsch. Wenn sie das nicht mehr wollen, dann haben sie das Wesentliche, die Erkenntnis der Welt wie sie wirklich ist, aus den Augen verloren. Das ist traurig und mich in der großen Tradition der alten Naturphilosophie. Aber zur Philosophie wollte und will ich auch nicht wechseln. Das liegt mir nicht. Mir geht es schon um die Sache selber. Also möchte ich für mich Physik aus diesem Erkenntnis theoretischen Gesichtspunkt, evt. Von Popper angehaucht. Annähern. Es geht mir nicht um den Techentrick der dann zu guten Ergebnissen führt. Das ist auch etwas wert. Aber solche Fragen sind schwer. Zum Beispiel die Frage was Masse ist. Das geht bis zum Higgsteilchen. Scheinbar sind die Fragen so schwierig, dass darauf bis heute keine Antwort gefunden wurde. LG Oliver


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absolem
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  Beitrag No.6, eingetragen 2022-09-03

\quoteon(2022-09-03 16:52 - zippy in Beitrag No. 4) \quoteon(2022-09-03 16:06 - OliverFuchs in Beitrag No. 3) was mir nicht klar ist, ob das eine ontologische Aussage über die Natur oder ein systematische über unser messen ist. \quoteoff Da kann ich dir nicht weiterhelfen, da ich nicht einmal die Frage verstehe. \quoteoff Es geht wohl darum, ob das eine prinzipielle Geschichte ist, oder an unseren Limiten / Unvermögen liegt. Die erste Frage die man sich sofort stellt, wenn man zum ersten mal davon hört, "'Gott' weiss aber schon, wo und wie schnell sein Elektron ist?". In obigem Verständnis der Frage ist es mW so, dass es eine ontologische Aussage ist, wie ja auch tatsächlich betont wird.


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OliverFuchs
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  Beitrag No.7, vom Themenstarter, eingetragen 2022-09-04

Danke, ja und da wird es für mich spannend, aber da kenne ich mich noch zu wenig aus. Sowohl von der physikalischen als auch philosophischen Seite her. Ich glaube Harald Lesch ist in diese Richtung versiert. Danke LG Oliver


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absolem
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  Beitrag No.8, eingetragen 2022-09-04

Persönlich mag ich Lesch gar nicht. Aber ist wohl irgendwo Geschmackssache. Zu Quantenmechanik und Philosophie gibt es meinem Eindruck nach sehr, sehr viel Material. Für Philosophie oft einen sehr guten Überblick und Einsteig bietend ist für mich die "Stanford Encyclopedia of Philosophy" ein Anlaufpunkt (1). Auf youtube findest du beispielsweise Hans-Peter Dürr (2) oder Anton Zeilinger (und eine Tonne weiterer Physiker). Hab ich zwar noch nicht gelesen, aber die Autobiographie von Heisenberg, "Der Teil und das Ganze" soll lesenswert sein (3). Immer mal wieder wird der Pauli-Jung-Dialog referenziert (4). Bei Lex Friedman treten auch viele bekannte Physiker auf, Smolin, Susskind, Woit, Vafa, Carroll... da gibt es oft Abschnitte zur Quantenphysik (5). Etc. Vielleicht hier mal beispielhaft Links, aber letztlich ja besser einfach selber in einer Suchmaschine oder Videoplattform die Suchbegriffe von Interesse eingeben: (1) Philosophical Issues in Quantum Theory (2) Bsp.: Hans-Peter Dürr - Ganzheitliche Physik und Gesellschaft (2002) (3) Der Teil und das Ganze (Wiki) (4) Der Pauli-Jung-Dialog und seine Bedeutung für die moderne Wissenschaft (5) Bsp.: Sean Carroll: Quantum Mechanics and the Many-Worlds Interpretation | Lex Fridman Podcast #47 Physik mach ich auch autodidaktisch. Hab während des Studiums ein, zwei Physik-Vorlesungen freiwillig besucht wenn ich Zeit hatte, aber viel, viel zu wenig für ein "up-to-date Weltbild" (sofern das überhaupt noch möglich ist). Aber da ist unsere heutige Zeit ja einfach der absolute Wahnsinn, du findest ganze semesterlange Vorlesungen, beispielsweise bin ich momentan mitten in: Frederic Schuller - Physik 2: Theoretische Quantenmechanik Sehr gut find ich Susskind, bin ein Fan geworden, er nennt es mal "Physik für alte Leute", die keine Zeit haben, jede Formel hundertmal umzustellen: Theoretical Minimum: Quantum Mechanics


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DrStupid
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  Beitrag No.9, eingetragen 2022-09-04

\quoteon(2022-09-03 17:27 - OliverFuchs in Beitrag No. 5) die Physik will nicht mehr wissen was die Natur ist, sondern sie will die Natur nur beschreiben \quoteoff Dann hast Du das Schlimmste noch gar nicht gehört: Naturwissenschaften (nicht nur die Physik) beschreiben die Natur so, wie sie sich uns darstellt und nicht wie sie wirklich ist (was auch immer das bedeuten mag). Das Wahrheitskriterium der Naturwissenschaft ist nunmal die experimentelle Beobachtung und die bestätigt die Unschärferelation. Es mag unterhaltsam sein, über etwas zu philosophieren, was wir nicht beobachten. Aber es ist nicht unbedingt nützlich. [Die Antwort wurde nach Beitrag No.7 begonnen.]


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rlk
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  Beitrag No.10, eingetragen 2022-09-05

Hallo absolem, es steht Dir natürlich frei, Herrn Lesch nicht zu mögen, aber ist es dazu nötig, ihn in diesem öffentlichen Forum zu beleidigen? Servus, Roland


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absolem
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  Beitrag No.11, eingetragen 2022-09-05

Hallo rlk Ich hörte das nicht als Beleidigung, aber ich hab den betreffenden Nebensatz jedenfalls gelöscht.


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rlk
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  Beitrag No.12, eingetragen 2022-09-06

Hallo absolem, danke! Servus, Roland


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willyengland
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  Beitrag No.13, eingetragen 2022-09-06

\quoteon(2022-09-03 17:27 - OliverFuchs in Beitrag No. 5) Hallo, Als ich die Anfänger Vorlesung Physik bei Prof. stangler hörte \quoteoff Nur zur Info: Die Vorlesung ist komplett online hier: https://phaidra.univie.ac.at/view/o:57151 (Leider durcheinander augelistet.) "Faktisch!" 🙂


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PhysikRabe
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  Beitrag No.14, eingetragen 2022-09-06

\quoteon(2022-09-06 12:59 - willyengland in Beitrag No. 13) (Leider durcheinander augelistet.) \quoteoff Ist sie nicht (soweit ich das erkennen kann). Die chronologische und inhaltlich korrekte Reihenfolge ist hier zu finden, inklusive Stichworte zu den Inhalten jeder Vorlesungseinheit. Grüße, PhysikRabe


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willyengland
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  Beitrag No.15, eingetragen 2022-09-07

Ah, super, danke! Da war ich zu blöd oben auf das Bild zu klicken. :-)


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Hans-Juergen
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  Beitrag No.16, eingetragen 2022-09-07

Im Beitrag No. 8 enthält die Wikipediaseite [3] den hübschen, von Pauli über den Atheisten Dirac im Scherz ausgesprochenen Satz: "Es gibt keinen Gott, und Dirac ist sein Prophet."


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juergenX
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  Beitrag No.17, eingetragen 2022-09-26

\quoteon(2022-09-04 12:46 - DrStupid in Beitrag No. 9) \quoteon(2022-09-03 17:27 - OliverFuchs in Beitrag No. 5) die Physik will nicht mehr wissen was die Natur ist, sondern sie will die Natur nur beschreiben \quoteoff Dann hast Du das Schlimmste noch gar nicht gehört: Naturwissenschaften (nicht nur die Physik) beschreiben die Natur so, wie sie sich uns darstellt und nicht wie sie wirklich ist (was auch immer das bedeuten mag). Das Wahrheitskriterium der Naturwissenschaft ist nunmal die experimentelle Beobachtung und die bestätigt die Unschärferelation. Es mag unterhaltsam sein, über etwas zu philosophieren, was wir nicht beobachten. Aber es ist nicht unbedingt nützlich. [Die Antwort wurde nach Beitrag No.7 begonnen.] \quoteoff Bez. Mathe, und warum man es studiert wurde ich oft gefragt: wozu braucht man das? Ich sagte oft das erste was mir einfiel ist Kryptografie an Hand der Enigma Maschine bzw. das Knacken derselben durch die Engländer namentlich Turing glaube ich. OK, das ist natürlich eine militärische Nutzung mathematischer Prinzipien durch die Deutschen mittels Algorithmen und Vereitelung der Benutzung durch die Tommies. Alles was militärisch von Nutzen ist, wird sehr stark gefördert und sehr schnell. Warum jemand wie Wiles sich hinsetzt um jahrelang den großen Fermat zu beweisen.. verstehen die meisten nicht. Hinter "wozu braucht man das?" steht meist auch: kann man damit viel Geld verdienen? Bez. ungeklärter Phänomene sag ich immer : Warum besteigt man den Berg? Weil er da ist!


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