Das Doppelspaltexperiment ist wohl das berühmteste Experiment überhaupt und gleichzeitig das am meisten missverstandene. In diesem Video erkläre ich, warum es selbst Physiker verwirrt. Ich erkläre, was das Doppelspaltexperiment mit Einsteins unheimlicher Wirkung zu tun hat, was Elon Musk daran falsch verstanden hat und warum Sabine ständig schlecht gelaunt ist. Die typische Veranschaulichung des Doppelspaltexperiments sieht ungefähr so ​​aus. Hätten Teilchen keine Quanteneigenschaften, würden sie sich wie kleine Kugeln verhalten und einfach zwei Streifen auf dem Schirm bilden. Besitzen sie jedoch Quanteneigenschaften, erzeugen sie ein Interferenzmuster, das sich aus einzelnen Teilchen aufbaut. Okay, aber was bedeutet das nun? Es zeigt lediglich, dass Teilchen Welleneigenschaften besitzen. Teilchen sind keine kleinen Punkte. Sie breiten sich wie Wellen aus. Daher können sie gleichzeitig durch beide Spalte hindurchgehen. Und deshalb können sich die Wellenanteile, die von jedem einzelnen Spalt kommen, selbst für ein einzelnes Teilchen überlappen. Dadurch entsteht das Muster. Das Einzige, was daran seltsam ist, ist, dass manche Leute denken, Elementarteilchen sollten sich wie kleine Kugeln verhalten. Die Erklärung besagt, dass das Merkwürdige daran ist, dass sich die Teilchen nicht mehr wie Wellen verhalten, sobald man beobachtet, durch welchen der Spalte sie gegangen sind . Sie bilden dann nur noch zwei Streifen auf dem Schirm. Das ist teilweise richtig und teilweise falsch. Falsch ist die Annahme, dass sich die Teilchen dann nicht mehr wie Wellen verhalten oder zwei Streifen auf dem Schirm bilden. Das passiert einfach nicht. Beobachtet man, durch welchen Spalt das Teilchen gegangen ist, beispielsweise den rechten, verhalten sich die Teilchen weiterhin wie Wellen. Sie durchlaufen dann nur noch einen Spalt. Dabei entsteht ein Beugungsmuster auf dem Schirm, das ebenfalls ein Interferenzphänomen ist. Dasselbe gilt für den rechten Spalt. Beobachtet man die Teilchen, erhält man keine zwei Streifen auf dem Schirm, sondern eine Überlagerung der beiden Beugungsmuster. Richtig ist, dass man, wenn man weiß, durch welchen Spalt das Teilchen gegangen ist, keine Interferenz von beiden Spalten erhält, sondern die Summe der Interferenzmuster von linkem und rechtem Spalt. Beim Doppelspaltexperiment ist es so, dass die Summe der Wellenfunktionen, die nur durch den rechten Spalt erzeugt wurden, nicht dem Ergebnis entspricht, als wären beide Spalte gleichzeitig geöffnet. Die mathematische Erklärung dafür ist recht einfach: Bei zwei Spalten addiert man die Wellenfunktionen beider Spalte. Da die Wahrscheinlichkeit aber dem Betragsquadrat entspricht und das Quadrat der Summe nicht die Summe der Quadrate ist, erhält man beim Doppelspaltexperiment einen zusätzlichen Term – den Interferenzterm. Das Doppelspaltexperiment scheint also zu besagen, dass man, wenn man weiß, dass das Teilchen jeweils nur durch einen Spalt geht, auch nur das Wellenmuster eines Spalts erhält. Und nun möchte ich fragen: Was ist daran überraschend? Das Überraschende am Doppelspaltexperiment ist, dass man, nachdem man das Teilchen gestartet hat, entscheiden kann, durch welchen Spalt es geht oder nicht . Angenommen, man startet das Teilchen von hier aus. Es gibt immer einige Teilchen, die außerhalb der Spalte auftreffen, aber diese sind irrelevant und können vernachlässigt werden. Man platziert einen Detektor in einem der Spalte, beispielsweise im rechten. Der Detektor kann entweder ausgeschaltet bleiben oder eingeschaltet werden, nachdem das Teilchen die Quelle verlassen hat und bevor es auf dem Schirm erscheint. Das haben wir gerade gesehen, um zu erklären, was auf dem Schirm passiert. Wenn wir nicht wissen, durch welchen Spalt das Teilchen gegangen ist, muss es durch beide gehen. Wenn wir wissen, durch welchen Spalt es geht, geht es nur durch einen. Das Problem ist nun, dass sich die Wellenfunktion des Teilchens an beiden Spalten schlagartig ändert, sobald der Detektor eingeschaltet wird . Sie springt von einer Wellenfunktion, die beide Spalte gleichzeitig durchläuft, zu einer, die entweder nach links oder nach rechts geht, aber nicht durch beide. Diese Änderung erfolgt instantan, schneller als die Nacht. Einstein nannte dies eine spukhafte Fernwirkung. Man führt eine Messung an einem Spalt durch, und die Wellenfunktion am anderen Spalt ändert sich sofort. Beachten Sie, dass dies auch dann der Fall ist, wenn das Teilchen den Detektor nicht auslöst . Wenn es nicht in den Detektor gelangt, wissen Sie, dass es den anderen Spalt passiert haben muss. Wenn das Teilchen aber den anderen Spalt passiert hat, sind Sie nie mit ihm in Kontakt gekommen. Sie haben es nicht berührt. Das Teilchen. Es wusste einfach, dass du es versuchen würdest. Die einzige Möglichkeit, diese Überlichtgeschwindigkeit der Wellenfunktion zu vermeiden, besteht darin, dass das Teilchen weiß, ob du es messen wirst, bevor du dich überhaupt für oder gegen eine Messung entschieden hast . Das nennt man Superdeterminismus. Und genau das ist das Merkwürdige am Doppelspaltexperiment. Entweder du akzeptierst eine Überlichtgeschwindigkeit der Wellenfunktion, die sogenannte „spukhafte Wirkung“, oder du akzeptierst, dass die Zukunft bereits vollständig determiniert ist. Und nein, das hat tatsächlich nichts mit dem zu tun, was auf dem Schirm passiert. Der Schirm ist lediglich der Beweis für das, was an den Spalten geschah. Ich weiß, du hast dich immer über mich lustig gemacht, weil ich jedes Mal in meine Armlehne beiße, wenn jemand die Quantenmechanik falsch erklärt. Deshalb freue ich mich, dir mitteilen zu können, dass ich einen neuen Stuhl von unserem heutigen Sponsor FlexiSpot habe. Dieser Stuhl heißt C7 Max und ist wirklich großartig. 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Es geht darum, dass das Teilchen gewusst haben muss, ob man es misst oder nicht, bevor man es selbst wusste – oder es passiert etwas Überlichtschnelles. Apropos Missverständnisse: Elon Musk äußerte sich kürzlich zum Doppelset-Experiment. Es steht im Einklang mit der Simulationshypothese. Wie in einem Videospiel werden Objekte zufällig generiert, ihre Position ist jedoch erst bei der Beobachtung feststellbar. Die Simulationshypothese besagt, dass das gesamte Universum, einschließlich uns selbst, eine Computersimulation ist. Das Problem dabei ist, dass niemand genau weiß, was das bedeutet. Deshalb ist alles damit vereinbar. Sie ist nicht einmal falsch, wie Pi so treffend sagte. Das zweite Problem ist, dass Objekte in Videospielen üblicherweise nicht wirklich zufällig generiert werden. Prinzipiell ist dies zwar möglich, in der Praxis jedoch selten, da die einzigen wirklich zufälligen Prozesse die Quantenmechanik sind. Videospielalgorithmen sind meist pseudozufällig, d. h. sie werden algorithmisch erzeugt, und zwar durch einen Algorithmus, der sehr schwer vorherzusagen ist. Sollten die Teilchen in einem Doppelset-Experiment tatsächlich wie in Videospielen nach einem deterministischen Algorithmus generiert werden, widerspräche dies der gängigen Interpretation der Quantenmechanik, und ich würde diesen Algorithmus wirklich gerne kennen. Und drittens stimmt es nicht, dass die Messung eines Objekts dessen Position bestimmt; das hängt davon ab, was man misst. Misst man den Impuls, so ist es der Impuls, der Position bestimmt wird, nicht die Position. Wo wir gerade dabei sind: Es gibt zwei weitere häufige Missverständnisse bezüglich des Doppelsitz-Experiments. Zum einen wird angenommen, es habe etwas mit Bewusstsein zu tun. Das stimmt nicht. Die Messung muss also nicht von einem bewussten Beobachter durchgeführt werden. Manche Beobachter reichen aus. Zum anderen herrscht oft Verwirrung unter Physikern bezüglich der Impulserhaltung. Angenommen, die ursprünglich ausgesendeten Teilchen flogen geradeaus auf die Platte zu, und man misst nun ein Teilchen an einer anderen Stelle. Offensichtlich hat es seine Richtung geändert. Das sollte aber unmöglich sein. Es widerspricht der Impulserhaltung. Betrachtet man nun den Mittelwert aller Teilchen, so ist der Gesamtimpuls wieder geradeaus gerichtet, und das ist in Ordnung. Trotzdem scheint es, als sei der Impuls in einzelnen Messungen nicht erhalten. Das ist falsch. Tatsächlich verschränkt sich das Teilchen mit dem Doppelsitz selbst. Wenn das Teilchen einen kleinen Impulsstoß in diese Richtung erhält, erfährt der Schirm einen kleinen Impuls in die andere Richtung und Ganz im Gegenteil. Der Impuls bleibt in jedem einzelnen Durchlauf erhalten. Nur weil der Doppelspalt so viel schwerer ist als ein einzelnes Teilchen, kann man diesen winzigen Impuls nicht messen. Und das Problem ist: Wäre der Spalt so klein, dass man seinen Impuls messen könnte, würde das die Interferenz zumindest teilweise zerstören. Das ließe sich aber mit einzelnen Atomen als Spalten erreichen. Genau das wurde in einer kürzlich erschienenen Arbeit gemacht, über die ich in einem früheren Video gesprochen habe. Sabines ständige schlechte Laune rührt daher, dass der Großteil der Behauptungen, die Quantenmechanik sei angeblich seltsam, einfach Unsinn ist. Und jedes Mal, wenn ich nachsehe, finde ich noch mehr Unsinn. Und all dieser Unsinn ist der Grund, warum wir bei dem einen wirklichen Problem nicht weiterkommen: Wie lässt sich die instantane Aktualisierung der Wellenfunktion mit Einsteins Lichtgeschwindigkeitsgrenze vereinbaren? Das ist ein völlig offensichtliches Forschungsproblem, an dem praktisch niemand arbeitet, obwohl es das einzige Thema ist, das die Grundlagen der Physik wieder relevant machen könnte. Aber wenigstens habe ich jetzt einen neuen Stuhl. 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