Die Quantenmechanik ist eine der am genauesten überprüften Theorien der Wissenschaft, sie hat aber noch nie erklärt, was sie für die Realität bedeutet. Nun will ein Professor für theoretische Physik das ändern.
Jonathan Halliwell, der am Imperial College London lehrt, hat seine Karriere damit verbracht, die Grundlagen der Quantentheorie zu studieren. In einer neuen Episode von The Joy of Why erklärt er dem Moderator Steven Strogatz, warum quantenmechanisches Verhalten klassisch wird. Die Episode trägt den Titel Where Does the Quantum World End and Ours Begin? (Wo endet die Quantenwelt und wo beginnt unsere?)
Das Problem mit Beobachtern
Halliwell begann seine Forschung in der Quantenkosmologie, wo die Quantenmechanik auf das gesamte Universum angewendet wird. Das warf eine seltsame Frage auf: Wenn das gesamte Universum ein Quantenobjekt ist, gibt es keinen externen Beobachter, der es messen kann.
Strogatz fragte Halliwell direkt, warum das die Grundlagen so unwiderstehlich macht. Halliwell antwortete, dass der ursprüngliche Impuls für die Quantenkosmologie vom Urknallmodell ausging. Dieses Modell vermischt Quantenmaterie mit klassischer Gravitation, und je weiter man in der Zeit zurückgeht, zeigen Theoreme von Stephen Hawking und Roger Penrose, dass das frühe Universum eine Singularität erreicht – eine Region unendlicher Gravitation und Krümmung.
Um das zu vermeiden, benötigen Wissenschaftler eine Quantentheorie der Gravitation. Halliwells Arbeit nahm einige Elemente des Gravitationsfelds, wie z. B. die Größe des Universums und einige Verzerrungsparameter, und quantisierte sie.
Decoherence Erklärt
Die Schlüsselidee, die Halliwell diskutiert, ist Decoherence (Dekohärenz). Es ist der Prozess, durch den fragiles quantenmechanisches Verhalten durch Wechselwirkungen mit der Umgebung verteilt wird. Decoherence ist das, was quantenmechanisches wellenartiges Verhalten in die feste, makroskopische Welt der Objekte und des Universums im großen und ganzen verwandelt.
Halliwell beschreibt den „histories“-Ansatz, um diesen Übergang zu verstehen. Er nimmt auch einige tiefe Paradoxien unter die Lupe.
Kein Bedarf an einem bewussten Beobachter
Eines dieser Paradoxien ist die Frage, ob der Übergang von der Quanten- zur klassischen Welt einen bewussten Beobachter benötigt. Halliwell argumentiert, dass dies nicht der Fall ist.
Ein weiteres ist Einsteins berühmte Frage: Ist der Mond wirklich da, wenn niemand hinschaut? Auch das behandelt Halliwell.
Yoga und Meditation)
Das Gespräch endet damit, dass Halliwell erklärt, wie Yoga und Meditation ihm helfen, mit dem Mysterium konkurrierender Perspektiven in der Wissenschaft zu leben.
Eine Frage, die sich nicht beantworten lässt)
Die Episode ist auf Apple Podcasts, Spotify, TuneIn und anderen Podcast-Apps verfügbar, oder Sie können sie von Quanta streamen. Es ist eine eingehende Auseinandersetzung mit einer Frage, die seit Jahrzehnten unbeantwortet geblieben ist.
Das Protokoll zeigt, dass die Moderatoren selbst zugeben, es gibt keine kohärente Interpretation der Quantenmechanik, obwohl diese auf bemerkenswert hohe Präzision getestet wurde. Sie scherzen, dass das Behaupten, es zu verstehen, ein Zeichen dafür ist, dass man es eigentlich nicht versteht.
Das ist die ehrliche Position. Die Theorie funktioniert, die Experimente bestätigen sie, aber die Bedeutung bleibt unklar.
Kasten mit den wichtigsten Fakten)
- Moderator: Steven Strogatz
- Gast: Jonathan Halliwell, Professor für theoretische Physik am Imperial College London
- Episodentitel: Wo endet die Quantenwelt und wo beginnt unsere?
- Verfügbar auf Apple Podcasts, Spotify, TuneIn und Quanta
Die Episode ist eine Erinnerung daran, dass die Wissenschaft oft weiß, wie man berechnet, ohne zu wissen, was sie berechnet. Die Quantenmechanik ist eine Maschine, die funktioniert, aber die Maschine selbst schweigt über den Grund, warum sie funktioniert.
Halliwells Ansatz – Historien, Dekohärenz, Quantenkosmologie – bietet einen Weg nach vorn. Die Frage, ob der Mond existiert, wenn niemand hinsieht, ist eine schwierige, und Halliwell klärt sie hier nicht.
Was klar ist, ist, dass die Frage erneut gestellt werden wert ist.
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