Wie passen allgemeine Relativitätstheorie (ART) und Quantenmechanik (QM) zusammen?

Im Video von Aristoteles zur Stringtheorie (Folge 42) geht es u.a. um das Quantenvakuum und Josef Gaßner sagt  hier anklicken
"Warum messen wir dann nicht das Vakuum selber? Das ist eben das Problem, empirische Wissenschaft. Nur Vakuum, das können Sie nur messen, indem Sie irgendwie wechselwirken, das heißt Sie müssen irgendetwas reinschießen in dieses Vakuum und das muss wieder herauskommen und das analysieren Sie dann. In irgendeiner Form müssen Sie mit dem Vakuum interagieren und in dem Augenblick ist es kein Vakuum mehr. Das ist das Blöde an der ganzen Sache."

Ja klar, mit klassischer Physik kommt man bei der Erforschung des Quantenvakuums wahrscheinlich nicht weiter...

Ein Quantencomputer nutzt die Gesetze der Quantenmechanik. Damit ist es möglich, Superpositionszustände und Quantenverschränkung zu erzeugen, die beide für die Informationsverarbeitung in Quantencomputern (und im Quantenvakuum) entscheidend sind.

Und wie sagte Joscha Bach (Forscher für künstliche Intelligenz) so schön in einer aktuellen Diskussionsrunde  hier anklicken
"Quantencomputer legen nahe, dass wir unter die Ebene des Teilchenuniversums vordringen und direkt auf die CPU (quantenmechanische Informationsverarbeitung) des Universums zugreifen können und dass die CPU (quantenmechanische Informationsverarbeitung) des Universums viel, viel schneller läuft als die Teilchendynamik, die wir sehen."

UN73 schrieb:

Superpositionszustände und Quantenverschränkung zu erzeugen, die beide für die Informationsverarbeitung in Quantencomputern (und im Quantenvakuum)

 

Soweit ich das verstehe, hat beides nichts mit dem Vakuum zu tun.

Sowohl Superposition wie Verschränkung sind Eigenschaften von reellenTeilchen. Beim Vakuum geht es jedoch ausschließlich um virtuelle Teilchen.

 

UN73 schrieb:

Und wie sagte Joscha Bach
 

Dein Zitat hat gar nichts mit dem Vakuum zu tun.

Soso.

ClausS schrieb in Kommentar #123:

Es gibt da noch mehr Probleme als nur die Quantisierung, etwa die Frage: Was ist Raum?
In der ART ist Raum aufgrund der Konstanz der Vakuum Lichtgeschwindigkeit etwas absolut essentielles.
In der QM spielt Raum keine besondere Rolle, es gibt sofortige Fernwirkungen über beliebige Distanzen.

Prof. Ganteför über die Nichtlokalität ("spukhafte Fernwirkung") als Folge von Quantenverschränkung | Nano Vorlesung #14

ab 1:15:00  hier anklicken
„Also, wir haben immer noch keine Erklärung…aber wir haben die Mathematik, die uns die richtigen Vorhersagen liefert.
Wir haben die Naturgesetze aufgeschrieben und damit ist ja alles gut…
Ja, ja, aber wir haben sie [die Naturgesetze der Quantenmechanik, die gegen die Annahme der Lokalität verstößt und damit gegen eine der Grundannahmen der klassischen Physik] eben nicht verstanden, wir haben sie nur aufgeschrieben…
Also, ist es jetzt nicht so, dass wir hier etwas Fundamentales so gar nicht kapiert haben?!"

ab 1:25:30  hier anklicken
„…und ich habe mich eben auch an das EPR Paradoxon [„spukhafte Fernwirkung“] gewöhnt, allerdings in der festen Überzeugung, dass sie [die Wissenschaftler] natürlich eine Lösung finden, haben sie aber nicht [seit 1935]…
Und jetzt bin ich also wirklich sauer und verärgert, die haben das nicht raus gekriegt, was da los ist, ich wollte eine Erklärung haben und nicht nur eine Formel !“

Interessant auch was Prof. Dijkgraaf (der bis zum 30. Juni 2022 Direktor des Institute for Advanced Study in Princeton, USA war) zum EPR Paradoxon und zur Nichtlokalität ("spukhafte Fernwirkung") als Folge von Quantenverschränkung zu sagen hat.  hier anklicken

UN73 schrieb:

Prof. Ganteför über die Nichtlokalität ("spukhafte Fernwirkung") als Folge von Quantenverschränkung | Nano Vorlesung #14

ab 1:15:00  hier anklicken
„Also, wir haben immer noch keine Erklärung…aber wir haben die Mathematik, die uns die richtigen Vorhersagen liefert.
Wir haben die Naturgesetze aufgeschrieben und damit ist ja alles gut…
Ja, ja, aber wir haben sie [die Naturgesetze der Quantenmechanik, die gegen die Annahme der Lokalität verstößt und damit gegen eine der Grundannahmen der klassischen Physik] eben nicht verstanden, wir haben sie nur aufgeschrieben…
Also, ist es jetzt nicht so, dass wir hier etwas Fundamentales so gar nicht kapiert haben?!"

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„…und ich habe mich eben auch an das EPR Paradoxon [„spukhafte Fernwirkung“] gewöhnt, allerdings in der festen Überzeugung, dass sie [die Wissenschaftler] natürlich eine Lösung finden, haben sie aber nicht [seit 1935]…
Und jetzt bin ich also wirklich sauer und verärgert, die haben das nicht raus gekriegt, was da los ist, ich wollte eine Erklärung haben und nicht nur eine Formel !“

Interessant auch was Prof. Dijkgraaf (der bis zum 30. Juni 2022 Direktor des Institute for Advanced Study in Princeton, USA war) zum EPR Paradoxon und zur Nichtlokalität ("spukhafte Fernwirkung") als Folge von Quantenverschränkung zu sagen hat.  hier anklicken

Dieses Paradoxon scheint nicht leicht aufzulösen zu werden, sonst hätte man es längst getan. Ein Problem dabei ist, dass wir keine wirklichen Messergebnisse dazu haben. Auf der einen Seite haben wir die experimentell gut bestätigte Relativitätstheorie mit ihrem Raum- und Zeitkonzept, auf der anderen Seite die ebenfalls experimentell gut bestätigte Quantenmechanik. Was uns fehlt, sind messbare Szenarien, in denen beide Effekte zusammen einen messbaren Einfluss auf das Messergebnis haben müssten. Somit fehlt der Anhaltspunkt, in welche theoretische Richtung zu suchen ist.

Somit sind Versuche, wie der von Professor Dijkgraaf die einzige Möglichkeit, die uns aktuell bleibt - sich einen möglichen völlig neuen Ansatz zu überlegen und zu rechnen, ob man damit etwas erreichen kann. Die Idee, Raum und Zeit aus Quanteneffekten zu konstruieren, hört sich für mich jedenfalls spannend an. Wenn sie erste Erfolge aufweist, würden wir sicher noch von ihr hören.

Auf jeden Fall gehe ich davon aus, dass wenn wir einen erfolgversprechenden Ansatz finden, dieser für die menschliche Vorstellung nicht oder nur sehr schwer greifbar sein wird. Der Mensch ist halt nur darauf spezialisiert, seine makroskopische Umgebung zu begreifen und sie sich zu erschließen. Die fehlende Verständlichkeit sollte man so einer Theorie daher dann nicht zum Vorwurf machen.

ClausS schrieb in Kommentar #232

Somit sind Versuche, wie der von Professor Dijkgraaf die einzige Möglichkeit, die uns aktuell bleibt - sich einen möglichen völlig neuen Ansatz zu überlegen und zu rechnen, ob man damit etwas erreichen kann.
Die Idee, Raum und Zeit aus Quanteneffekten zu konstruieren, hört sich für mich jedenfalls spannend an.
Wenn sie erste Erfolge aufweist, würden wir sicher noch von ihr hören.

Wir haben bereits davon gehört und im kosmischen Bell-Test wurde erfolgreich nachgewiesen, dass das Universum grundlegend und zutiefst quantenmechanisch ist.

Das Experiment (kosmischer Bell-Test) wurde 2017 unter der Leitung von Prof. David Kaiser (MIT) und Prof. Anton Zeilinger (IQOQI und Universität Wien) durchgeführt und veröffentlicht.

Dominik Rauch et al. Cosmic Bell Test Using Random Measurement Settings from High-Redshift Quasars.
In: Physical Review Letters. 121. Jahrgang, Nr. 8, 20. August 2018, S. 080403  hier anklicken
journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.080403

Kosmischer Bell-Test und Quantenverschränkung

Bell-Test: Es gibt bei klassischer Interpretation nur die von Anfang an festgelegten Ergebnisse -1, 0 und +1. Der Unterschied im statistischen Mittel ist numerisch also maximal ≤2. Die Vorhersage über cos nach dem Formalismus der Quantenmechanik (QM) ergibt aber einen größeren maximalen Wert, und zwar √8 = 2√2 ≈ 2,8, und der wurde im kosmischen Bell-Test (der Finger im Bild oben zeigt auf den experimentell ermittelten Wert von 2,6734) bestätigt. Daher ist es unmöglich, dass die einzelnen Ergebnisse von Anfang an klassisch festgelegt sind durch sog. Hidden Variables. Das Universum scheint grundlegend und zutiefst quantenmechanisch zu sein und Raum und Zeit aus Quantenverschränkung (engl. Quantum entanglement) hervorzugehen.  hier anklicken

Hallo erstmal !

Wenn ich den "mexican hat" richtig interpretiere ist die Energie der virtuellen Teilchen >0 .
Energie = Masse . haben sie also nicht auch einen realen Anteil ?
Unterliegen sie also nicht auch der Schwerkraft ? sammeln sie sich also an Massen an ?
Sind virtuelle Teilchen nicht auch polarisierbar ? in der elektrotechnik ist der virtuelle Anteil der phasenverschobene Anteil !
Sind virtuelle Teilchen sowas wie die dunkle Materie ? und der Gravitationslinseneffekt ?
Vermitteln also die virtuellen Teilchen im Raum, durch ihren Dichtegradienten, den realen Teilchen die Krümmungseigenschaft des Raumes ?
Passen Relativitätstheorie und Quantenmechanik also so zusammen ?

gwandt schrieb:

Energie = Masse . haben sie also nicht auch einen realen Anteil ?
 

Real schon, aber nicht reell. Die Masse lässt sich allerdings nicht herkömmlich bestimmen, sondern nur in Form der DE messen. (als best Fit)

gwandt schrieb:

Unterliegen sie also nicht auch der Schwerkraft ? sammeln sie sich also an Massen an ?
 

Nein, da kann sich nichts sammeln, was nur virtuell ist.
ℏ/2 > dτ·dE

gwandt schrieb:

Sind virtuelle Teilchen nicht auch polarisierbar ?
 

Das Vakuum ist polarisierbar. Es schirmt Ladungen ab.

gwandt schrieb:

in der elektrotechnik ist der virtuelle Anteil der phasenverschobene Anteil !
 

Das ist etwas ganz anderes.

gwandt schrieb:

Sind virtuelle Teilchen sowas wie die dunkle Materie ? und der Gravitationslinseneffekt ?
 

DE ist grundsätzlich homogen verteilt, und weist negativen Druck und daher gravitative Abstoßung auf, beides ist  grundätzlich gegensätzlich zur DM.

gwandt schrieb:

Vermitteln also die virtuellen Teilchen im Raum, durch ihren Dichtegradienten
 

DE ist grundsätzlich homogen und weist daher keinen Gradienten auf.

gwandt schrieb:

den realen Teilchen die Krümmungseigenschaft des Raumes ?
 

Die globale Krümmung des Raumes ist keine Folge eines Dichtegradienten, sondern der Dichte.

K = a²(κ·ρ/3+Λ/3-H²/c²)

gwandt schrieb:

Passen Relativitätstheorie und Quantenmechanik also so zusammen ?
 

Soweit ich das verstehe, fehlt die Quantelung, wie es bei der Ladung durch die Elementarladung e vorgegeben ist, bei der Schwachen Kraft der Isospin Tz und bei der Starken Kraft die Farbladung, die immer den Wert 1 hat.

Tz = ± 0,5 oder 0
Fw = αw·ℏ·c·Π.Tz/r²
Fs ≈ 150 kN ≈ ℏ·c/(rp/2)²
Fe = kC·e²/r² = Π.(Q/qP)ℏ·c/r² = α°Π.(Q/e)ℏ·c/r²
FG = G·Π.m/r² = Π.(m/mP)ℏ·c/r²
G = ℏ·c·αG/mp² = ℏ·c·αg/me² = ²(αg·αG)ℏ·c/(me·mp) = ℏ·c/mP²

Die natürliche Quantelung der Gravitation beruht also auf der Planckmasse mP mit einer Kopplungskonstante α=1

Rainer Raisch schrieb:

gwandt schrieb:

Sind virtuelle Teilchen nicht auch polarisierbar ?


 

Das Vakuum ist polarisierbar. Es schirmt Ladungen ab.


 

Vakuum = Nix + virtuelle Teilchen. " Nix " kann keine Eigenschaft ungleich Null haben. "Nix" ist also auch nicht polarisierbar ! Also müssen die virtuellen Teilchen polarisierbar sein !
 ( sorry : das ist jetzt "gesunder Menschenverstand", ( der in der Physik nicht als anwendbar gilt ) )
Wenn man aber den wabernden virtuellen Teilchen die polarisationseigenschaften zusprechen würde, wäre dann nicht auch die relativitätstheoretische  Raumzeit gequantelt ?

Zwischenfazit: Die besten Wissenschaftler der Welt haben schon seit Jahrzehnten probiert, die Allgemeine Relativitätstheorie (ART) mit der Quantenmechanik (QM) zu vereinigen, bisher ohne Erfolg.

Prof. Freeman Dyson begründet die Inkompatibilität der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) mit der Quantenmechanik (QM) mit der Nicht-Quantisierbarkeit der Gravitation.  hier anklicken

Und Prof. Maldacena in einem "Closer to Truth" Interview von Robert Lawrence Kuhn direkt gefragt, was das konkrete Problem sei, wenn versucht wird, die Allgemeine Relativitätstheorie (ART) und die Quantenmechanik (QM) zu vereinheitlichen, weist auf das Auftreten von Unendlichkeiten hin, die sich in den quantenmechanischen Gleichungen ergeben, was eine Form der Natur ist zu sagen, dass dies direkt so nicht möglich ist und weitere Annahmen (wie z.B. die Stringtheorie) erfordert.  hier anklicken

Darüber hinaus gibt es auch Ideen und Überlegungen, dass die Raumzeit irgendwie eine Manifestation von Quantenverschränkung (engl. Quantum entanglement) sein könnte.  hier anklicken

gwandt schrieb:

Vakuum = Nix + virtuelle Teilchen. " Nix " kann keine Eigenschaft ungleich Null haben. "Nix" ist also auch nicht polarisierbar ! Also müssen die virtuellen Teilchen polarisierbar sein !

 

Ja logisch sind die QF gemeint.

gwandt schrieb:

Wenn man aber den wabernden virtuellen Teilchen die polarisationseigenschaften zusprechen würde, wäre dann nicht auch die relativitätstheoretische  Raumzeit gequantelt ?

 

Nein, wieso denn?

Quantelung würde bedeuten, dass der Raum gepixelt wäre, also ein starres Gitter sozusagen. Solange dieses Gitter in der Größenordnung der Plancklänge ist, wird man es nicht verifizieren oder besser gesagt widerlegen können. Nach Heisenberg wäre diese Größenordnung deshalb dann auch gar nicht real. Doch wie sollte man sich das überhaupt vorstellen, dass ein Teilchen von einem Raumpunkt zu anderen wandert? Instantan? Oder in einem Zeitintervall mit der Geschwindigkeit Weg/Zeit? Es gibt KEINEN Weg zwischen zwei Pixeln!

Rainer Raisch schrieb:

Doch wie sollte man sich das überhaupt vorstellen, dass ein Teilchen von einem Raumpunkt zu anderen wandert? Instantan? Oder in einem Zeitintervall mit der Geschwindigkeit Weg/Zeit? Es gibt KEINEN Weg zwischen zwei Pixeln!
 

Es braucht keinen kontinuierlichen Weg, wenn sich die Quanten nur mit gewisser Wahrscheinlichkeit irgendwo manifestieren, wie z.B. ein Photon in der Quantenfeldtheorie. Sie müssen sich nicht zwingend als veritable Teilchen wie Kügelchen durch den Raum bewegen, sondern sind sozusagen überall, mehr oder weniger wahrscheinlich hier oder dort.
 

Steinzeit-Astronom schrieb:

Es braucht keinen kontinuierlichen Weg, wenn sich die Quanten nur mit gewisser Wahrscheinlichkeit irgendwo manifestieren, wie z.B. ein Photon in der Quantenfeldtheorie.
 

Ich spreche vom Zentrum der Wellenfunktion, das bei einer wandernden Welle durch den Raum wandert.
Die gesamte Wellenfunktion wäre gar keine Kurve mehr, sondern ein Treppengraf.

Eine Quantisierung des Raumes wäre jedenfalls auch nicht lorentzinvariant. Ein starres Raumgitter stellt ein ausgezeichnetes Bezugssystem dar. SOFERN das Gitter irgend eine physikalische Bedeutung HÄTTE, würde es für verschiedene Beobachter unterschiedlich wirken.

Rainer Raisch schrieb:

Steinzeit-Astronom schrieb:

Es braucht keinen kontinuierlichen Weg, wenn sich die Quanten nur mit gewisser Wahrscheinlichkeit irgendwo manifestieren, wie z.B. ein Photon in der Quantenfeldtheorie.

 

Ich spreche vom Zentrum der Wellenfunktion, das bei einer wandernden Welle durch den Raum wandert.
Die gesamte Wellenfunktion wäre gar keine Kurve mehr, sondern ein Treppengraf.
 

Die Treppenstufen wären aber nicht alle gleich hoch und für jeden Beobachter anders gebaut, also nach deutschem Baurecht unzulässig, aber die Berge funktionieren so.

Irgentwie ist mein Geist zu primitiv oder zu wenig verbildet, um die spukhafte Fernwirkung verstehen zu können. Nehmen wir an, die Verschränkung erzeugte die gleiche Information für beide Empfänger, dann wüsste Alice "instantan", was Bob auf der anderen Seite der Erde empfangen hat. Wie unterscheidet sich das vom Rundfunk ? oder der Beobachtung von Sonnenflecken ? was ist da spukhaft dran?

gwandt schrieb:

Nehmen wir an, die Verschränkung erzeugte die gleiche Information für beide Empfänger
 

Daran ist nichts Spukhaftes. Beide Teilchen verhalten sich gleich bzw entgegengesetzt. Dies ist bei einer anfänglich gleichen Ausrichtung gegeben. Die Photonen sind für dieses Experiment jedoch anfänglich nicht ausgerichtet, sondern in einer Überlagerung oder zumindest zufällig orientiert, was man statistisch feststellen kann, weil das Messergebnis immer 50% ist, egal in welcher Richtung man ein Photon misst. Dass das zweite Photon bei paarweise gleicher Messrichtung bei jeder einzelnen Messung immer dasselbe Ergebnis zeigen würde, wäre noch nicht so arg verwunderlich. Im Falle der Überlagerung, die man so noch nicht von der statistischen Zufälligkeit unterscheiden kann, wäre dies allerdings schon schwer zu erklären.

Das "Problem" entsteht dadurch, dass beide Teilchen unterschiedlich gemessen werden und sich dann gemäß dem Malus Gesetz verhalten, so wie wenn ein Teilchen zuerst parallel zur anderen Messung gemessen wird und dann erst in der anderen Richtung. Das Messergebnis ist dann nur möglich, wenn beide Teilchen vorher genau in einer der beiden Messrichtungen ausgerichtet gewesen wären. Bei jeder zufällig anderen Orientierung ergeben sich nach Malus unterschiedliche Relationen. Offensichtlich ist es die eine Messung, die das andere Teilchen ebenso ausrichtet, wie wenn es selber ebenso gemessen würde. Dies ist natürlich eine statistische Aussage mit sehr vielen Paarmessungen. Dies ist die spukhafte Fernwirkung.

Am Rande sei erwähnt, dass es sich um raumartige (|Δt| < D/c) Messungen handelt, eben um eine Wechselwirkung auszuschließen. Daher ist es wenig sinnvoll bzw willkürlich eine Reihenfolge ±Δt der beiden Messungen festzulegen, wie sie im Laborsystem beobachtet wird. Gemäß SRT ist die Reihenfolge derartiger Ereignisse bzw Messungen beobachterabhängig und somit aus objektiver Sicht beliebig.

schrieb:

Es ist also ein nicht räumlich gebundenes Gesamtsystem das keine Informationen überträgt aber miteinander korreliert.
Nichts ist spukhaft daran
 

Die Korrelation ist spukhaft.

Rainer Raisch schrieb:

schrieb:

Es ist also ein nicht räumlich gebundenes Gesamtsystem das keine Informationen überträgt aber miteinander korreliert.
Nichts ist spukhaft daran

 

Die Korrelation ist spukhaft.
 

Ich meine: Spukhaft is es dann, wenn man die n-fach kohärente EM Welle mit der Energie E= n*h*f für ein einzelnes Quant  E= h*f  hält, welches der Heisenbergschen Unschärfe unterliegt.
Aber für makroskopische Objekte ist die Korrelation ja auch normal. Ich würde diese langen, EM Wellen nicht einmal als ein Teilchen bezeichnen !

gwandt schrieb:

Ich meine: Spukhaft is es dann, wenn man die n-fach kohärente EM Welle mit der Energie E= n*h*f für ein einzelnes Quant  E= h*f  hält
 

Da verwechselst Du gleich mehreres.

Es geht bei der Verschränkung nur um dezidierte Teilchenpaare. Das hat mit der Welle (E× und schon gar nicht mit einer Vielzahl von Photonen (Lichtstrahl) irgend etwas im geringsten zu tun.

Im Grunde ist der Zusammenbruch der Wellenfunktion auch nichts anderes als die Verschränkung der kugelförmigen Welle. Wird das Photon an einem Punkt gemessen, verschwindet der Rest der Welle, man kann nichtmal sagen zugleich oder instantan, denn dies ist nach der SRT ein objektiv unbestimmter da beobachterabhängiger Begriff.

schrieb:

Inzwischen ist nichts mehr daran Spukhaft da es dafür die nichtlokale Quantenmechanik gibt die reproduzierbare Ergebnisse liefert.
 

Daran ist überhaupt nichts nichtlokal.

Es würde 499 Sekunden dauern, bis wir "spüren" würden, dass die Sonne Reißaus genommen hat.