13. Quantenrealität (V). Delayed-Choice-Quantenradierer-Experiment.

von Maciej Zasada

In diesem Abschnitt werden wir uns mit den Paradoxien der Quantenmechanik befassen, die mit der Kausalität zu tun haben. Unser Modell der Quantenrealität beweist auch hier, dass es leistungsfähiger ist, als klassische Modelle, welche die Quanteneffekte mit den unmittelbaren Quanteninstanzen in Verbindung setzen. Wenn man nämlich die Eigenschaften der Signale der Vergangenheit durch das Zuschalten der Detektoren in der Gegenwart verändern kann, spricht der klassischer Quantenphysiker davon, dass bei dem Signal der Vergangenheit, die Information über die in der Zukunft stattfindende Messung schon im Augenblick der Emission vorhanden sein müsste (was zwar gegen die klassisch verstandene Kausalität spräche, aber quantenmechanisch durchaus vertretbar wäre, denn Quantenmechanik „darf“ alles – je mysteriöser sie ist, desto besser).
Die klassische Quantenphysik geht sogar von der Existenz der Information über die Beobachtung bei den Signalen der Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxien aus…kein Witz.
Wir behaupten nicht, dass das Lichtteilchen über die zukünftige Messung „weiß“ und sich entsprechend „verhält“, indem es interferiert oder nicht, wir behaupten nicht, dass die Gegenwart der Messung, die Eigenschaften des Signals der Vergangenheit beeinflussen kann – wir behaupten, dass die Messung in dem Fall gar nichts mit den Eigenschaften des Signals zu tun hat, sondern dass sie die Eigenschaften der gegenwärtigen und lokalen Raumzeit beeinflusst, der Raumzeit, deren Bestandteile ausnahmslos Bestandteile der Vergangenheit sind. Dies ist, wie wir gleich sehen werden, ein entscheidender Punkt. Doch fangen wir von Vorne an.

13.1 Das Doppelspalt-Experiment.
Die klassische Quantenmechanik unterscheidet sich von der klassischen Physik u. A. darin, dass die QM die Elementarteilchen nicht als konkrete Objekte der Realität, sondern als eine Art Wellen ansieht, welche die Wahrscheinlichkeit angeben, ein Teilchen an einem bestimmten Ort zu finden. Solange man den Zustand des konkreten Teilchens nicht misst, solange kann man nicht sagen, wo es sich tatsächlich befindet. Erst eine erfolgte Messung lässt die Wellenfunktion kollabieren und es lässt sich für das Teilchen eine konkrete räumlich-zeitliche Präsenz bestimmen.
Im Doppelspalt-Experiment (Bild 1.) wird eine Wand mit zwei eng beieinander liegenden Spalten mit Licht angestrahlt. Hinter der Wand ist ein Auslese-Schirm positioniert auf dem nicht zwei Lichtstreifen, sondern ein Interferenzmuster zu beobachten ist. Diese Form des Doppelspalts wird in der klassischen Physik als der Beweis für die Wellennatur des Lichtes interpretiert.

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Bild 1

Auch wenn man den Doppelspalt mit einzelnen Photonen beschießt und sich ihre Position auf dem Schirm merkt (Bild 2.) entsteht ein Interferenzmuster.
Dieses Phänomen wird quantenmechanisch als Interferenz der Lichtteilchen mit sich selbst interpretiert (wenn man den Doppelspalt mit einzelnen Photonen beschießt, kann nicht mehr von der Existenz einer Lichtwelle gesprochen werden – die Tatsache, dass auch einzelne Lichtteilchen ein Wellen-Interferenzmuster erzeugen, sagt scheinbar aus, dass sie einzeln durch beide Spalten durchgehen und erst beim Aufprall auf dem Schirm einen konkreten und eindeutigen Ort haben).

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Bild 2.

Werden an den Spalten Sensoren installiert (Bild 3.), welche die einzelnen Photonen den konkreten Spalten zuordnen, verschwindet das Interferenzmuster augenblicklich, werden sie ausgeschaltet, erscheint es schlagartig wieder, wie herbeigezaubert.

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Bild 3.

Nach klassischer Interpretation scheinen die Lichtteilchen über die Information zu verfügen, wann und wo sie beobachtet werden…

Wenn wir auf dem Grund der klassischen Deutung der Quantenphysik stehen und das Verhalten der Quantensysteme mit dem Verhalten der Beteiligten Teilchen assoziieren, sehen wir uns schwierigen Fragen ausgesetzt – Fragen die mit der Kausalität der Realität in Verbindung stehen.
Die klassische Quantenphysik geht hier zu Ende,

(Das Problem liegt nicht darin zu erfahren, wie die Photonen in der Vergangenheit die Information über die zukünftige Beobachtung in Erfahrung bringen, das Problem wäre vielmehr zu erfahren, wie die Realität in Erfahrung bringt, DASS wir einen Detektor am Doppelspalt installieren und diesen willkürlich ein- und ausschalten)

13.2 Delayed-Choice-Experiment.

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Versuchsanordnung:
BBO – Beta-Bariumborat Kristall erzeugt aus einem Photon, zwei identische, miteinander verschränkte Photone .
Lenklinse – lenkt die Photonen, die durch den oberen Spalt hindurchgeflogen sind (roter Pfad), so ab, dass sie zusammen mit den Photonen, die durch den unteren Spalt hindurchgeflogen sind (grüner Pfad), auf den Detektor D1 treffen.
Detektor D1 registriert das Auftreffen der Photone, ohne unterscheiden zu können, welche von ihnen durch den oberen und welche durch den unteren Spalt hindurchgeflogen sind. Ziel hierbei ist zu erfahren, ob sich als Folge der Bestrahlung ein Interferenzmuster oder ein Streifen bildet, ohne zu wissen, durch welche Spalten genau die Photone hindurchgeflogen sind.
PS ist ein einfaches Prisma, das die Lichtpfade spaltet.
BS 1-3 sind halbdurchlässige Spiegel, die 50% des Lichts reflektieren und 50% durchlassen (50/50 nach dem Zufallsprinzip). Jedes zweite Photon wird durchschnittlich Richtung Detektor abgelenkt, die anderen gelangen durch die BS hindurch und fliegen weiter.
D1-5 sind Lichtdetektoren.
Ma / Mb sind normal reflektierende Spiegel.

Betrachten wir zunächst den Doppelspalt im oberen Bild. Durch die Eintrittsspalten (rot und grün markiert) gelangen rot und grün markierte Photonenpfade hindurch. Sie werden am BBO in zwei rote und zwei grüne Pfade aufgespalten. Der rote obere Strahl gelangt durch die Lenklinse auf den Detektor D1. Der rote untere Strahl wird am Glan-Thompson-Prisma abgelenkt, trifft auf ein anderes Prisma und auf einen halbdurchlässigen Spiegel (BS2), wo 50% der Photone Richtung D5 abgelenkt werden. Die andere Hälfte der Photone gelangt durch BS2 hindurch, wird vom Mb Spiegel reflektiert und trifft den zweiten Grünen Spiegel BS3. Darin wird die Hälfte der Photone reflektiert und trifft den Detektor D3, die andere Hälfte fliegt hindurch und trifft Detektor D2.
Betrachten wir nun den grün markierten Pfad. Die Photonen gelangen durch den grün markierten Spalt hindurch und werden an BBO in zwei identische Pfade aufgespalten. Der obere grüne Strahl wird am Glan-Thompson-Prisma abgelenkt und trifft Detektor D1. Der untere Strahl dringt durch ein Prisma hindurch und trifft auf den halbdurchlässigen BS1 Spiegel. Die eine Hälfte seiner Photonen wird reflektiert und trifft den Detektor D4, die andere Hälfte fliegt hindurch, trifft den Ma Spiegel, wird reflektiert und trifft auf den halbdurchlässigen BS3-Spiegel. Die eine Hälfte der Photone des grünen Pfades wird reflektiert und trifft auf den Detektor D2, die andere Hälfte fliegt hindurch und trifft auf den Detektor D3.
Alle Ereignisse des Experiments wurden somit beschrieben.

Wir sehen mit bloßem Auge, dass Photonen, welche durch den rot markierten Spalt geflogen sind, die Detektoren D1, D2, D3, D5 erreichen können, sie können auf keinen Fall Detektor D4 erreichen. Welche Photonen, welche Detektoren erreichen hängt ab von den Zufallsprozessen, welche an den Grünen BS-Spiegeln stattfinden.
Das gleiche gilt für den grünen Pfad: seine Photonen müssen einen der Detektoren D1, D2, D3, D4 erreichen, auf keinen Fall jedoch D5. Welche Photonen welche Detektoren treffen hängt wiederum ab vom Zufall an den grünen BS-Spiegeln.
Zunächst wird klar, dass ein durch den D4 erfasstes Photon auf jeden Fall durch den unteren Spalt geflogen sein muss und ein durch D5 erfasstes Photon auf jeden Fall durch den oberen.
Es ist unmöglich zu entscheiden, durch welchen Spalt die Photonen, welche durch Detektoren D2, D3 erfasst werden, hindurchgeflogen sind, denn zu diesen Detektoren je roter und grüner Pfad führen.
Die Detektoren D2-D5 sind einfache Detektoren, welche zeigen, dass ein Photon gemessen wurde. Detektor D1 zeigt dagegen die genaue Position des detektierten Photons an – es funktioniert wie ein Schirm hinter dem Doppelspalt.

13.2.1 Deutung aus der Perspektive der klassischen Quantenphysik.
Die Photonen, welche durch die beiden Spalte des Doppelspalts hindurchfliegen werden durch den Beta-Bariumborat Kristall jeweils in zwei miteinander verschränkte, identische Partner-Photone aufgespalten. Einer der Partner wird durch die Experiment-Anordnung durchgeschickt und landet auf einem der Detektoren D2-D5, der andere dagegen trifft direkt auf den Detektor D1, bevor sein Partner den ersten Spiegel erreichen kann (der Weg, den das Photon zwischen BBO und D1 bewältigen muss ist auf jeden Fall kürzer, als der Weg, den sein Partner-Photon zwischen BBO und einem der übrigen Detektoren bewältigen muss).
Somit (wenn man die Photone einzeln durch den Doppelspalt schickt) erfolgt die Messung des Photons auf D1 immer vor der Messung seines Partners auf den übrigen Detektoren.
Dadurch, dass die einzelnen Photonen, die im Experiment teilnehmen in zwei verschränkte Partner aufgespalten sind, existiert eine logische Verbindung zwischen dem Photon, der in D1 registriert wird und seinem Partner-Photon, der auf die anderen Detektoren trifft. Diese Verbindung entsteht im Ereignis-Zähler.
Diese Instanz des Experiments hat die Fähigkeit jeden Lichtpunkt, der von einem Photon auf D1 erzeugt wurde, zu einem der Detektoren D2-D5 zuzuordnen, an dem sein Partner-Photon erfasst wurde.

Wenn man jedes einzelne Photon, das auf D1 gemessen wird, dem jeweiligen Detektor D2 – D5 zuordnet, bei dem das jeweilige Partner-Photon gelandet ist, wird auf D1 ein Muster sichtbar.

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Betrachten wir die Daten, welche Detektoren D2, D3 liefern zeigt sich auf D1 ein Interferenzmuster, während die Daten, die wir mit den Detektoren D4, D5 verbinden, kein Interferenzmuster auf D1 erzeugen. Erklärung: die Detektoren D2, D3 liefern Daten, die nicht den einzelnen Spalten des Doppelspalts zugeordnet werden können (es ist unmöglich festzustellen, durch welchen Spalt die gemessenen Photone hindurchgeflogen sind – die Information darüber wurde durch die Zufallsprozesse an den BS-Spiegeln gelöscht). Die Detektoren D4, D5 liefern Daten, die eindeutig den einzelnen Spalten zugeordnet werden können, denn sie ausschließlich von einem Photonen- Pfad angeflogen werden.

Die Analogie zum einfachen Doppelspalt ist eindeutig bis auf einen Punkt:
Die Photone, welche den Ablese-Schirm des Experiments (D1) erreichen, erreichen ihn quasi bevor ihre verschränkten Partner-Photone die Spalten des Doppelspalts erreichen. Wenn daher auf D1 ein Interferenzmuster durch einzeln auftreffende Photone gebildet wird, dann müssen diese Photone im Voraus gewusst haben, dass die Information darüber, durch welchen Spalt sie konkret durchgegangen sind, in Zukunft zerstört wird. Nur so können Sie das Erscheinen des Interferenzmusters erzwingen. Wenn ein Photon, das durch die Lenklinse abgelenkt wird und auf D1 trifft lange bevor sein Partner-Photon auf den ersten BS-Spiegel trifft Interferenzmuster erzeugt, dann geschieht die Konsequenz (Interferenz) vor der Ursache (Zufallsprozess in den grünen Spiegeln).

13.2.2 Das Quantenradierer-Experiment aus Sicht der Allgemeinen Quantentheorie der Realität

Wir merken, dass die klassische Deutung des Quantenradierer-Experiments, wie auch die der Quantentheorie insgesamt, eine ganze Reihe logischer Unstimmigkeiten enthält.
Der Grund dafür scheint in unserer Perspektive auf die Realität zu liegen. Wir betrachten sie nämlich, trotz aller Erkenntnisse, welche uns die Quantenphysik liefert, immer noch als universell und allgemeingültig. Wir sind zudem erstaunlich konservativ, wenn es darum geht, die Realität zu interpretieren. Als allgemein gültige Tatsache, muss sie aus objektiv vorhandenen, messbaren Teilen bestehen. Die Analyse dieser Teile, so hoffen wir, wird es möglich machen, das Ganze endlich zu verstehen.

Jeder von uns erlebt die Realität als etwas vertrautes, als einen unerschütterlichen Grund der eigenen und der universellen Existenz. Deshalb erachten wir es als überflüssig, etwas an unserem Bild der Realität zu verändern. Wir versuchen vielmehr, unser Realitätsbild zu retten, indem wir über seine Unstimmigkeiten und Paradoxien hinwegsehen. Wir erfinden neue Verbindungen und Kohärenzen, wir machen einen großen Bogen um die Erkenntnisse, die das Potenzial haben könnten, unser Realitätsbild zu stören.
Wir wollen nämlich in einer Welt leben, der wir vertrauen, die vorhersagbar ist und an die wir uns gewöhnt haben. Nur in einer solchen Welt besitzen wir die Macht, die uns die Vernunft gibt. Wir wollen nicht den Grund unter den Füßen verlieren, wir wollen nicht hilflos sein

Das, was für die logische Konsistenz der Realität fundamental erscheint, ist ihre Kausalität – das Prinzip von Ursache und Wirkung. Wir gehen davon aus, dass jedes Ereignis der Gegenwart eine Ursache in Vergangenheit haben muss.
Daraus entsteht das Prinzip der zeitlichen Verknüpfung der Ereignisse und auch das Prinzip der parametrischen Zeit als solcher.
Auch die räumliche Abhängigkeit spielt eine herausragende Rolle. Wir wenden die Logik des Tertium non Datur als Logik des Raumes an. Das oberste Prinzip dieser Logik ist, dass ein konkreter Gegenstand nur einen einzigen Ort im Raum und in der Zeit haben kann (ein Gegenstand kann sich sich zur Zeit t am Ort (x,y,z) befinden…oder auch nicht – eine dritte Möglichkeit ist ausgeschlossen).
Die Widerspruchsfreiheit der Realität beruht also in erster Linie auf den widerspruchsfreien Prinzipien von Raum und Zeit.
Dass die Logik dieser Prinzipien nicht absolut (dicht) ist, war spätestens dann klar, als Albert Einstein die Relativität dieser Prinzipien in seine Theorien einführte.
Doch gerade Einstein rettete die Logik der Realität, indem er die Raumzeit als ein 4-dimensionales Kontinuum statuierte, in dem die Zeit zwar mit dem Raum unzertrennlich verbunden ist, in dem aber sowohl die Zeit als auch der Raum als unabhängige Größen behandelt werden.

Die Zeit und der Raum als Grundprinzipien der Widerspruchsfreiheit der Realität konnte auch die experimentelle Quantenphysik mit ihren handfesten und verblüffenden Ergebnissen nicht verdrängen. Man entschied, dass obwohl diese Ergebnisse eindeutig der Relativitätstheorie und der Annahme der konsistenten Realität widersprechen, so liegt der Kern des Problems in der richtigen Deutung der Experimente.

Repetitorium:
In der Allgemeinen Quantentheorie der Realität gehen wir von der Existenz einer einzigen Dimension aus (welche als Begriff der Vergangenheit entspricht).
Die drei Dimensionen des Raumes können jeweils auf eine Zeitdimension (Vergangenheitstiefe) reduziert werden, sodass das räumliche Koordinatensystem zwar aus drei Parameter-Achsen x,y,z besteht, ihre Maßeinheit jedoch die zeitliche Vergangenheitstiefe ist.

Der 3-dimensionale Raum entsteht in unserem Modell künstlich aus 2-dimensionalen Quanten der Realitätswelle.

Wir gehen davon aus, dass die Realität ein informationsverarbeitendes System ist.

Wir gehen davon aus, dass die Effizienz eine Grundeigenschaft dieses Systems ist.

Wir gehen ferner davon aus, dass die Realität aus zwei Komponenten besteht: aus der Gegenwart und aus der Vergangenheit (Raumzeit).

Die Gegenwart ist real.

Die Gegenwart hat keine gemeinsame Punkte mit der Raumzeit, obwohl sie sich in ihrem zentralen Punkt befindet.

Die Gegenwart ist raum- und zeitlos. In ihr ist die Gültigkeit aller bekannten Gesetze der Raumzeit aufgehoben.

Der Raum ist die Zeit (die Zeit ist die Vergangenheit).

Der Raum und Materie sind dasselbe.

Die Zeit und Materie sind dasselbe.

Der Raum und die Zeit sind dasselbe.

In der Gegenwart findet Beobachtung statt.

Die Gegenwart beherbergt ausschließlich die Instanzen der Beobachtung.

Die Vergangenheit beherbergt ausschließlich die Instanzen der Materie…also sämtliche Objekte.

Die Gegenwart ist Geist, die Vergangenheit ist Materie

Die Quantentheorie der Realität ist keine neue Deutung der Ereignisse der Quantenmechanik, sie erklärt diese Ereignisse.

Weiter geht es im 14. Quantenrealität (VI): ERKLÄRUNG des Delayed-Choice-Quantenradierer-Experiments und des Phänomens der Verschränkung. – dort lösen wir das Rätsel vollständig.