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

Am 25. Januar 2023, 18 Uhr, hielt Physik-Nobelpreisträger Prof. Anton Zeilinger einen öffentlichen Vortrag an der Universität Wien über seine Pionierarbeiten in der Quantenphysik und seine Experimente mit verschränkten Photonen. Der eigentliche Vortrag von Nobelpreisträger Prof. Anton Zeilinger beginnt ab 13:44  hier anklicken

Nobelpreis-Vortrag von Prof. Anton Zeilinger: Eine Reise durch die wunderbare Welt der Quanten

schrieb:

Äh die Relativitätstheorie ist eine Lokale Theorie, keine Übertragung von Information schneller als c
www.spektrum.de/lexikon/physik/nichtlokalitaet/10329
Sie bestätigten die nichtlokalen Korrelationen verschränkter Zustände.

 

Wer sind denn "sie"? Und was soll das mit der (Nicht)-Lokalität der Wechselwirkungen zu tun haben?

schrieb:

Finde ich eigentlich nicht, Magnetismus, Gravitation, Sonnenfinsternisse wurden früher auch als Gespenstisch bezeichnet.
Inzwischen ist nichts mehr daran (an der Korrelation) Spukhaft da es dafür die nichtlokale Quantenmechanik gibt die reproduzierbare Ergebnisse liefert.

 

Die QM hat sehr wenig mit den Wechselwirkungen zu tun.
Die QFT ist eine lokale Theorie. Sie beschreibt die Wechselwirkungen durch Austauschteilchen in vollkommener Übereinstimmung mit der Relativitätstheorie.

Apropos Verschränkung...

Weiter oben in diesem Diskussionsfaden in Kommentar #132 wurde über Ideen und Überlegungen von Prof. Van Raamsdonk berichtet, dass Raum und Zeit eine Manifestation von Quantenverschränkung (engl. Quantum entanglement) sein könnten.  hier anklicken

Und in Kommentar #233 weiter oben wurde über den Nachweis von Quantenverschränkung im kosmischen Bell-Test berichtet und von Professor Dijkgraaf's Vorstellung eines holographischen Universums.  hier anklicken

Um ein Universum zu bauen, braucht man sicherlich etwas, auf oder in dem man es bauen kann. Viele Physiker sind heute der Meinung, dass die Struktur von Raum und Zeit aus etwas Tieferem entsteht - zum Beispiel könnte die Emergenz von Raum und Zeit aus Quantenverschränkung nicht durch einfache Skaleninvarianz entstehen, sondern eher durch Quantenverschränkung über viele Skalen hinweg. Das Institut für Quanteninformation und Materie (IQIM) hat hierzu ein neues Modell für Quantengravitation entwickelt.

Neues Modell für Quantengravitation | Institut für Quanteninformation und Materie (IQIM)



Kausalkeil- und Verschränkungskeilrekonstruktion der Raumzeit.
Quelle:  iqim.caltech.edu/2015/03/27/quantum-grav...or-correcting-codes/
 

schrieb:

Es Freud mich das du erkannt hast das Wechselwirkungen Lokale Ereignisse sind im Gegensatz zur Verschränkung über die ich rede.

Dann solltest Du Dich entscheiden, worüber Du redest:
Finde ich eigentlich nicht, Magnetismus, Gravitation, Sonnenfinsternisse wurden früher auch als Gespenstisch bezeichnet.
Inzwischen ist nichts mehr daran Spukhaft da es dafür die nichtlokale Quantenmechanik gibt

Anscheinend sollte sich das "dafür" nur auf die Verschränkung beziehen.

Dann scheint Dir nicht klar zu sein, dass "nichtlokal" eben spukhaft ist, auch wenn die Verschränkung nicht als Wirkung interpretiert wird, obwohl die Festlegung einer Eigenschaft durchaus diese Bezeichnung verdient, ebenso wie der Zusammenbruch der Wellenfunktion. Das em.Feld (E× der Kugelwelle kann sich dadurch in der Ferne ja nicht ändern.
Oder Du beliebst Wortspiele zu betreiben?

...weitere Ausführungen zur Emergenz von Raum und Zeit durch Quantenverschränkung über viele Skalen hinweg findet man auch im folgenden aktuellen PBS Spacetime Video.

Sind Raum und Zeit fundamental oder emergent?

 

schrieb:

Dann erläutere bitte kurz warum sie Spukhaft sein sollte.

WEIL sie nichtlokal ist.

Was genau verstehst Du unter spukhafter Fernwirkung nicht?

schrieb:

Was verstehst du unter Spukhaft ?
Es ist auch keine Fernwirkung. Es ist eine nichtlokale Korrelation.
Welche Wirkung soll den erzeugt werden ?

Dann überleg nochmal in Ruhe.

Wie meinst Du denn, dass diese Korrelation bewirkt wird?

Rainer Raisch schrieb:

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.
 

Du schreibst so, als würde ein Photon vom Sender zum Empfänger fliegen, das stimmt aber ( Meiner Meinung nach ) nicht!
ein einzelnes Photon h*nü fällt sofort in den See der virtuellen Teilchen und steigt irgendwo an unbestimmten Ort heraus. Damit ein einzelnes Photon an meinem dedizierten Empfänger ankommt, müßen mehrere Photonen eine Kugelwellenfront n*h*nü bilden, die sich während der Ausbreitungszeit auf die Energie = n*h*nü / n abschwächen kann. Sogar dieses Photon ist noch zufallsbehaftet.
Ein Photon ist nur die lokale Wechselwirkungsenergie zwischen dem Teilchen "Elektron" und dem Elektromagnetischen Feld.
Sowohl beim Sender-elektron wie beim Empfangs-elektron.
Das Senderphoton ist also nicht das Empfangsphoton auch wenn es die gleiche Energie hat.
Ich muß das jetzt mal so betonen, weil ich viel zu oft den Eindruck habe die Schreiber wüßten das zwar, formulieren aber zu ungenau.So daß sie oft selbst drauf reinfallen.
Der Rest der Welle verdünnt sich weiter, bis irgendwo wiedermal ein Photon aus dem See hüpft.

gwandt schrieb:

fällt sofort in den See der virtuellen Teilchen 

Du verwechselst immer noch virtuelle Teilchen und reelle Teilchen.

Was Du wohl meinst, sind die beiden Felder E×B.

Genau genommen existiert das Photon nur bei der Erzeugung und bei der Detektion. Dazwischen stellt es eine Anregung der Felder dar und seine Wahrscheinlichkeitsdichte kann durch die Wellenfunktion dargestellt werden. Es hat jedoch den Teilchencharakter verloren.

Diese Anregung der Felder als wandernde Welle ist jedoch vollkommen kontinuierlich verfolgbar. Am einfachsten ist es, dabei an eine Dipolantenne zu denken. Dass sich die E×B Felder sämtlicher Photonen in jeweils einem gemeinsamen Feld überlagern, stellt keinen Hinderungsgrund dar. Die Information jeder einzelnen Komponente bleibt immer und überall erhalten.

Das hat aber überhaupt nichts mit den virtuellen QF zu tun. Diese sind kurzfristige geringfügige Störungen der Felder und keineswegs verfolgbar. Insbesondere erreichen sie nicht die für eine Wirkung erforderliche Intensität.

Sie können lediglich Wechselwirkungen übertragen nicht jedoch selber wechselwirken, und bei Quantenreaktionen (Feynman Diagramme) als Mediator dienen nicht jedoch selbst Quantenreaktionen auslösen..

Anbei ein Video der International Society for Quantum Gravity, das weiterhelfen könnte zu verstehen, wie die Quantenphysik und die allgemeine Relativitätstheorie (ART) zusammenpassen könnten.
Prof. Erik Verlinde entwickelte einen quanteninformationstheoretischen Ansatz, in dem die Gravitation und Raumzeit selbst (und vielleicht der gesamte Materieinhalt des Universums) aus Quantenverschränkung über viele Skalen hinweg hervorgehen.

Sind Gravitation und Raumzeit fundamental oder emergent ? | Prof. Erik Verlinde

Moderator:
"Was sind denn nun die Grundbausteine des Universums?"

Prof. Erik Verlinde:  hier anklicken
"Verschränkte Quanteninformation ist sozusagen der Grundbaustein, aus dem Raumzeit entsteht. Raumzeit und Gravitation ergeben sich durch Quantenverschränkung von Informationen auf der einen Seite des Horizonts und der anderen Seite.
Auch wenn man an Objekte wie einen Tisch oder was auch immer denkt, ist es nur deshalb ein Objekt, weil die Moleküle auf irgendeine Weise miteinander verbunden sind. In der Raumzeit müssen wir im Grunde die gleiche Frage stellen. Wenn ich Raumzeit nehme und die Raumzeit in zwei Hälften schneide, woher weiß die rechte Seite des Raums, dass sie mit der linken Seite verbunden ist. Und jetzt haben wir verstanden, dass der Ursprung verschränkte Quanteninformation ist.
Verschränkte Quanteninformation ist die bindende Kraft, die die Raumzeit zusammenhält. Das ist die mikroskopische Sprache, in der wir jetzt anfangen müssen, den Ursprung von Raumzeit und Gravitation zu formulieren."
 

Rainer Raisch schrieb:

gwandt schrieb:

fällt sofort in den See der virtuellen Teilchen 

Du verwechselst immer noch virtuelle Teilchen und reelle Teilchen.

Was Du wohl meinst, sind die beiden Felder E×B.

Genau genommen  nur bei der Erzeugung und bei der Detektion. Dazwischen stellt es eine Anregung der Felder dar und seine Wahrscheinlichkeitsdichte kann durch die Wellenfunktion dargestellt werden. Es hat jedoch den Teilchencharakter verloren.

Diese Anregung der Felder als wandernde Welle ist jedoch vollkommen kontinuierlich verfolgbar. Am einfachsten ist es, dabei an eine Dipolantenne zu denken. Dass sich die E×B Felder sämtlicher Photonen in jeweils einem gemeinsamen Feld überlagern, stellt keinen Hinderungsgrund dar. Die Information jeder einzelnen Komponente bleibt immer und überall erhalten.

Das hat aber überhaupt nichts mit den virtuellen QF zu tun. Diese sind kurzfristige geringfügige Störungen der Felder und keineswegs verfolgbar. Insbesondere erreichen sie nicht die für eine Wirkung erforderliche Intensität.

Sie können lediglich Wechselwirkungen übertragen nicht jedoch selber wechselwirken, und bei Quantenreaktionen (Feynman Diagramme) als Mediator dienen nicht jedoch selbst Quantenreaktionen auslösen..
 

Bis jetzt denke ich die virtuellen Teilchen QF  sind solche Elektomagnetischen Überlagerungen, die im betrachteten Zeit - Raum nicht wechselwirken, ( weil sie keine passende Antenne finden  ( auch so hochfrequent dass sie nicht absorbiert werden ) )

Wenn man die Wahrscheinlichkeitsdichte der Wellenfunktion wieder "ein Photon"  h*nü nennt, wo bleibt dann die Energie das zweiten Photons ?

Die andere Möglichkeit wäre, die Kugelwelle als Wahrscheinlichkeit für eine Wechselwirkung zu betrachten, und die Überlagerungsstrecke  (mit einer zweiten Kugelwelle) ergibt sich als doppelte Wahrscheinlichkeit .
Aber was is jetzt eigentlich Spukhaft ?
 

gwandt schrieb:

Bis jetzt denke ich die virtuellen Teilchen QF  sind solche Elektomagnetischen Überlagerungen, die im betrachteten Zeit - Raum nicht wechselwirken,  

Das hat gar nichts mit dem Zeitraum zu tun.

gwandt schrieb:

Wenn man die Wahrscheinlichkeitsdichte der Wellenfunktion wieder "ein Photon"  h*nü nennt, wo bleibt dann die Energie das zweiten Photons ? 
 

Zwei Photonen haben die Energie
E = 2·f·h
Das hat gar nichts mit der Verschränkung zu tun.

gwandt schrieb:

Die andere Möglichkeit wäre, die Kugelwelle als Wahrscheinlichkeit für eine Wechselwirkung zu betrachten, und die Überlagerungsstrecke  (mit einer zweiten Kugelwelle) ergibt sich als doppelte Wahrscheinlichkeit . 

Die Wellenfront der Kugelwelle beinhaltet 99% der Wahrscheinlichkeit. In der Regel gibt es auch eine Strahlcharakteristik, also mit gebündelter Wahrscheinlichkeit. Bei der Dipolantenne ist dies zB vorzugsweise die Äquatorebene.

gwandt schrieb:

Aber was is jetzt eigentlich Spukhaft ? 

spukhaft ist die Tatsache, dass die beiden Photonen in exakt entgegengesetzter Richtung gefunden werden. Da die Polarisierung zumindest zufällig ist, wenn nicht gar eine undefinierte Üerlagerung, dann ist auch die Korrelation der beiden Richtungen bei einer Messung spukhaft.

Das hat aber nichts mehr mit der Dipolantenne zu tun, diese liefert keine verschränkten Photonen, sondern Einzeltäter (in großer Anzahl)

gwandt schrieb:

Aber was is jetzt eigentlich Spukhaft ? 

spukhaft ist die Tatsache, dass die beiden Photonen in exakt entgegengesetzter Richtung gefunden werden. Da die Polarisierung zumindest zufällig ist, wenn nicht gar eine undefinierte Üerlagerung, dann ist auch die Korrelation der beiden Richtungen bei einer Messung spukhaft.

in exakt entgegengesetzter Richtung gefunden werden. sollte "als senkrecht zueinander polarisiert -  detektiert werden"  heißen !. oder ?

Die beiden Photonen sind doch extra gleichzeitig mit der gleichen Frequenz, und senkrecht zueinander polarisiert in die beiden Glasfasern eingespeist
worden . dann muß man sich doch nicht wundern, wenn sie am andern Ende gleichzeitig und senkrecht zueinander polarisiert ankommen.
Sie laufen ja nicht im Vakuum, wo sie ihre Energie verlören.
Die Statistik ist nur notwendig, weil manche Photonen (auf Grund mangelnder Güte des Lichtleiters) verloren gehen, und weil zufällige " Fremde" dazukommen.

 

gwandt schrieb:

in exakt entgegengesetzter Richtung gefunden werden 

natürlich verschränkte Photonen breiten sich in exakt entgegengesetzter Richtung aus, zB bei der Annihilation von Antimaterie.
Darüber hinaus ist dann ihre Polarisierung verschränkt.
Ich spreche natürlich nicht von Labor Manipulationen.

Verstehe ich die "Spukhafte Fernwirkung"  jetzt richtig:
Einstein wußte nicht dass der Sender auch verschränkte photonenpaare abgibt und dachte deshalb, das Filter bei A würde die Empfangs-Wahrscheinlichkeit bei B beeinflussen !.

Ist heute also nicht mehr spukhaft. !!

gwandt schrieb:

Einstein wußte nicht dass der Sender auch verschränkte photonenpaare abgibt

Ohne diese entsteht ja gar keine "spukhafte Fernwirkung".

gwandt schrieb:

das Filter bei A würde die Empfangs-Wahrscheinlichkeit bei B beeinflussen

Es geht nicht um einen Filter, sondern um eine Messung. Der Filter misst nur die absorbierten Photonen, und weder die reflektierten noch die durchgängigen.
Das korrelierte Verhalten dachte nicht nur er, sondern das ist die Verschränkung mit einfachen Worten beschrieben.

gwandt schrieb:

Ist heute also nicht mehr spukhaft. !!

Wenn Du den Zusammenbruch der Wellenfunktion (bzw das raumartige korrelierte Verhalten) nicht als spukhaft empfindest, dann kannst du dies ja allgemeinverständlich erklären.
Damit gewinnst Du sicher den Nobelpreis.

Na, ich stell mir vor,  die Elektronen im Detektor wuseln in verschiedenen Quantenzuständen umher. Die EM Kugelwelle kann nur von so einem Elektron empfangen werden, welches gerade den richtigen  Zustand hat, um mit Hilfe der Wellenenergie in einen andren Zustand wechseln zu können.

Aus    de.wikipedia.org/wiki/Photoelektrischer_Effekt

Mit Hilfe dieser Lichtquantenhypothese konnte Einstein zunächst den Zusammenhang zwischen der Frequenz des Lichts und der Energie des Lichtquants erklären, und darauf aufbauend auch alle weiteren experimentellen Beobachtungen. Jedoch blieb die Lichtquantenhypothese umstritten, so dass Einstein erst 1921 für seine Erklärung des Effekts mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurde.

Der scheinbare Widerspruch, dass Licht in bestimmten Experimenten Wellen-, in anderen aber Teilchenverhalten zeigt (Welle-Teilchen-Dualismus), wurde erst durch die Quantenmechanik (ab 1925) und Quantenelektrodynamik (ab 1928) aufgelöst. Der photoelektrische Effekt wurde zu einem der Schlüsselexperimente zur Begründung der Quantenphysik. Allerdings wurde in den 1960er Jahren eine Möglichkeit entdeckt, den Photoeffekt semi-klassisch zu erklären:
Eine klassische elektromagnetische Welle wechselwirkt dabei mit dem quantisierten Detektor. Der Photoeffekt allein ist somit noch kein eindeutiger Nachweis für die Quantennatur von Licht.[14][15]

So, das heißt also : das Licht ist seit 1960 gar kein Quant mehr , sondern eine Welle, dann braucht man auch den Zusammenbruch der Quanten-wahrscheinlichkeitswelle nicht zu erklären.

Prof. Anton Zeilinger - "Raum und Zeit sind vielleicht nicht so solide, wie wir glauben." (Vortrag)

Interessant was Prof. Anton Zeilinger da ab genau min. 33:33 sagt! Vor allem aber mutig das so offen auszusprechen.  hier anklicken

„[…] das heißt Raum und Zeit sind sekundär, und das ist ganz wichtig. Offenbar eine der messages von dieser ganzen Geschichte ist, daß unsere Konzepte von Raum und Zeit nicht primäre Konzepte sind, sondern irgendwo abgeleitete Konzepte sind und vielleicht nicht so solide sind wie wir glauben […]“

Um es aber ganz klar zu sagen: Prof. Anton Zeilinger spricht hier lediglich davon, daß das Raumzeitkonzept für die probabilistische Quantenwelt im subatomaren Bereich nicht aufrechtzuerhalten ist. Niemand stellt das Raumzeit-Konzept für unsere täglich beobachtbare makroskopische Welt und die klassische Physik in Frage.

Die Schlüsselfrage bleibt, ob Raumzeit und Gravitation fundamental oder aus der Quantenphysik ableitbar (emergent) sind und ob die mikroskopische Quantenphysik das übergeordnete und zugrundeliegende Prinzip für die Entstehung von Raumzeit und Gravitation sein könnte. Gemäß dieser neuartigen Idee könnten Raumzeit und Gravitation aus Vielteilchen-Quantenverschränkung über viele Skalen hinweg hervorgegangen sein.  

gwandt schrieb:

So, das heißt also : das Licht ist seit 1960 gar kein Quant mehr , sondern eine Welle, dann braucht man auch den Zusammenbruch der Quanten-wahrscheinlichkeitswelle nicht zu erklären.

Wie meinst Du das denn?
Meinst Du, dass das Photon mehrmals detektiert werden kann, nur weil es eine Welle ist?
Genau DAS ist ja der unerklärliche Zusammenbruch der Wellenfunktion. Obwohl die Wandernde Welle der Felder E×B sich im Raum ausbreitet, bricht die Wellenfunktion des Photon im Falle einer Detektion im gesamten Raum zusammen. Den Feldern E×B wird man dabei keine Veränderung ansehen, sondern nur am Ort der Detektion/Absorption.

Rainer Raisch schrieb:

gwandt schrieb:

So, das heißt also : das Licht ist seit 1960 gar kein Quant mehr , sondern eine Welle, dann braucht man auch den Zusammenbruch der Quanten-wahrscheinlichkeitswelle nicht zu erklären.

Wie meinst Du das denn?
Meinst Du, dass das Photon mehrmals detektiert werden kann, nur weil es eine Welle ist?
Genau DAS ist ja der unerklärliche Zusammenbruch der Wellenfunktion. Obwohl die Wandernde Welle der Felder E×B sich im Raum ausbreitet, bricht die Wellenfunktion des Photon im Falle einer Detektion im gesamten Raum zusammen. Den Feldern E×B wird man dabei keine Veränderung ansehen, sondern nur am Ort der Detektion/Absorption.
 

Na, ich stell mir vor,  die Millionen Elektronen im Detektor wuseln in verschiedenen Quantenzuständen umher. Die EM Kugelwelle kann nur von so einem Elektron empfangen werden, welches gerade den richtigen  Zustand hat, um mit Hilfe der Wellenenergie in einen andren Zustand wechseln zu können.
mit anderen Worten : die Zufälligen EM Felder der Elektronen im Detektor überlagern sich mit denen der Kugelwelle und machen die Wechselwirkung mit einem einzelnen Elektron sehr unwahrscheinlich.
Findet trotzdem eine Wechselwirkung mit dem Elektron statt entzieht es dem weiteren Feld die Wechselwirkungsenergie so daß eine weitere Wechselwirkung unwarscheinlicher wird.
Das " wie zufällige"  auftreten einer weiteren  Wechselwirkung daneben  ist MW nicht verboten.
Aber ich merk, ich stell mir das alles viel zu einfach vor.
( Hab mich bis jetzt nur mit praktischen elektrooptischen Anwendungen beschäftigt ) Bitte entschuldige dass ich deine wertvolle Zeit in Anspruch genommen habe.