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Wie krieg ich raus was der Unterschied zwischen Beobachter und Detektor ist?

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  1. Wie krieg ich raus was der Unterschied zwischen Beobachter und Detektor ist?

    Autor: altneu 20.04.17 - 12:51

    Physik hatte ich nur in der Schule und war schlecht. Wie müssen sich denn "observer" und "detector" konzeptuell unterscheiden? Welches Material wird als Beobachter bzw. als "Kamera" eingesetzt und welches als Detektor? Und wo hat ein Beobachter im Doppelschlitz-Experiment eigentlich genau zu sein? "Stellt sich ungeschickt ins Experiment rein" kann ja nicht gerade eine Antwort sein, aber ist gerade mein ganzes Wissen darüber.

    Da "observer" und "detector" in den Erklärungen (für Laien wie mich) immer getrennt vorkommen, würde ich jetzt echt mal gerne wissen, was das für Dinger sind.

  2. Re: Wie krieg ich raus was der Unterschied zwischen Beobachter und Detektor ist?

    Autor: Yeeeeeeeeha 20.04.17 - 14:03

    Der "Observer" ist einfach das erste andere Teilchen, mit dem das ausgesendete Teilchen (nennen es wir mal Photon, geht aber auch mit anderen als Photonen) auf seinem Weg wechselwirkt. Das könnte zum Beispiel schon ein Atom in der Luft sein, weshalb das Doppelspaltexperiment im Vakuum durchgeführt werden muss - das Photon würde sonst lange bevor es den Spalt überhaupt erreicht hat schon mit Teilchen in der Luft wechselwirken, wodurch seine Richtung festgelegt würde.

    Bei einem gelungenen Doppelspaltexperiment mit hübschen Interferenzmuster auf dem Schirm ist der Observer das Atom im Schirm, auf das das Photon nach seinem wie auch immer gearteten Flug durch die Spalte trifft. Dabei ist wichtig zu verstehen, dass das Photon jedes mögliche Atom auf dem Schirm treffen wird, solange es noch auf dem Weg ist (und dank Vakuum noch nicht "gemessen" wurde), aber ein bestimmtes Atom getroffen hat, wenn es seinen Weg beendet hat. Es "entscheidet" sich also am Ende des Weges für ein bestimmtes Atom des Schirms und zwar nicht vollkommen zufällig, sondern mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit für jede Stelle auf dem Schirm. Entscheiden sich nun ganz viele Photonen, werden sich mehr von ihnen für eine Stelle mit hoher Wahrscheinlichkeit entscheiden als für eine mit niedrigerer Wahrscheinlichkeit - was dann genau das Wellenmuster ergibt, wodurch es so aussieht, als wären keine einzelnen Photonen durch die Spalte geflogen, sondern als würden dort Wellen durchgehen.

    Der "Observer" ist also das erste Teilchen, mit dem das Photon interagiert, wodurch dessen Eigenschaften festgelegt werden, insbesondere die genaue Richtung, welche es von der Aussendung bis zum Observer genommen hat.

    Der "Detector" ist nun schlichtweg irgendein Ding, welches das Ergebnis dieser "Observation" aufzeichnen kann. Im Doppelspaltexperiment ist dies der Schirm. Der Detector kann also gleichzeitig auch der Observer sein, muss es aber nicht sein (wenn ich Luft in das Experiment einfülle oder eine Glasscheibe vor die Spalte halte, ist der Detector nicht mehr Observer, denn letzterer ist dann die Luft bzw. die Glasscheibe).

    Yeeeeeeeeha - Nur echt mit 2^3 e
    Perl-Monk, Java-Trinker, Objective-C Wizard, PHP-Kiddie, unfreiwilliger FreeBSD-/Linux-Teilzeitadmin



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 20.04.17 14:20 durch Yeeeeeeeeha.

  3. Re: Wie krieg ich raus was der Unterschied zwischen Beobachter und Detektor ist?

    Autor: altneu 20.04.17 - 14:18

    Herzlichen Dank für diese Erklärung! :)

  4. Re: Wie krieg ich raus was der Unterschied zwischen Beobachter und Detektor ist?

    Autor: Pete Sabacker 20.04.17 - 18:56

    Yeeeeeeeeha schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Es "entscheidet" sich also am Ende des Weges für ein bestimmtes Atom des Schirms und zwar nicht vollkommen zufällig, sondern mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit für jede Stelle auf dem Schirm.

    Also ist die Unvorhersagbarkeit das eigentlich Absurde in der ganzen Sache? Das nimmt dem Phänomen für mich gerade seinen Mythos. Klingt einfach nur so, als würde ein Beobachter beim Fußball die Augen zu machen und sie erst beim Aufjubeln des Publikums wieder öffnen. Klingt sehr logisch und alles Andere als 'spukhaft', wenn letzteres Adjektiv auch nicht für dieses Phänomen verwendet wird.



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 20.04.17 18:58 durch Pete Sabacker.

  5. Re: Wie krieg ich raus was der Unterschied zwischen Beobachter und Detektor ist?

    Autor: Lord Gamma 20.04.17 - 20:36

    Pete Sabacker schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Yeeeeeeeeha schrieb:
    > ---------------------------------------------------------------------------
    > -----
    > > Es "entscheidet" sich also am Ende des Weges für ein bestimmtes Atom des
    > Schirms und zwar nicht vollkommen zufällig, sondern mit einer gewissen
    > Wahrscheinlichkeit für jede Stelle auf dem Schirm.
    >
    > Also ist die Unvorhersagbarkeit das eigentlich Absurde in der ganzen Sache?
    > Das nimmt dem Phänomen für mich gerade seinen Mythos. Klingt einfach nur
    > so, als würde ein Beobachter beim Fußball die Augen zu machen und sie erst
    > beim Aufjubeln des Publikums wieder öffnen. Klingt sehr logisch und alles
    > Andere als 'spukhaft', wenn letzteres Adjektiv auch nicht für dieses
    > Phänomen verwendet wird.

    Nein. Deshalb ist Schrödingers Katze auch nur eine Metapher und funktioniert in der Praxis nicht, weil die Katze immer so mit der Umwelt interagiert, dass es messbar ist.

    Hingegen funktioniert das folgende Experiment mit Licht und Polarisatoren einwandfrei (wie am Interferometer beobachtbar), da das Licht so klein ist, dass es ohne etwas explizites wie eben eine Polarisation nicht so mit der Umwelt interagiert, das sein Weg bestimmbar ist: [www.milq-physik.de]

    tl;dr;

    Ohne Polarisationsfilter sagt das Interferenzmuster: "Welle"


    Wenn beide Polarisationsfilter gleich eingestellt sind, ist ebenfalls nicht bekannt, wo das Licht lang gegangen ist, so dass das Interferenzmuster weiterhin sagt: "Welle"


    Sind die Polarisationsfilter jedoch verschieden eingestellt, so wird bekannt (auch wenn man es gar nicht überprüft!!!), wo welches Licht lang gegangen ist und der Wellenzustand kollabiert und das Interferenzmuster sagt: "Teilchen"




    7 mal bearbeitet, zuletzt am 20.04.17 20:55 durch Lord Gamma.

  6. Re: Wie krieg ich raus was der Unterschied zwischen Beobachter und Detektor ist?

    Autor: Yeeeeeeeeha 20.04.17 - 20:36

    Pete Sabacker schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Also ist die Unvorhersagbarkeit das eigentlich Absurde in der ganzen Sache?
    > Das nimmt dem Phänomen für mich gerade seinen Mythos. Klingt einfach nur
    > so, als würde ein Beobachter beim Fußball die Augen zu machen und sie erst
    > beim Aufjubeln des Publikums wieder öffnen. Klingt sehr logisch und alles
    > Andere als 'spukhaft', wenn letzteres Adjektiv auch nicht für dieses
    > Phänomen verwendet wird.

    Naja, wirklich mythisch ist es ja auch nicht. ;) Die Quantenmechanik unterscheidet sich von der klassischen Mechanik halt primär dadurch, dass eine andere Mathematik verwendet wird, um das Verhalten von einzelnen Teilchen zu beschreiben: Die Stochastik. Statt fixer Ergebnisse bekommt man halt Wahrscheinlichkeiten. Aus "Das Teilchen ist da" wird "Das Teilchen ist mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit da".

    So gesehen ist da eigentlich auch nix wirklich unvorhersehbar. Man kann zum Beispiel den Aufenthaltsort eines Teilchens ziemlich genau vorhersagen. Nur dass die Vorhersage halt kein Punkt ist, sondern eine Wahrscheinlichkeitsverteilung. Und für die gilt das Gesetz der großen Zahlen: Je mehr einzelne Ereignisse man betrachtet, desto mehr nähert sich die Verteilung der Ereignisse der vorhergesagten Wahrscheinlichkeitsverteilung an. Daher der Welle-Teilchen-Dualismus: Betrachtet man nur ein einzelnes Teilchen, macht das lauter seltsame Dinge, die nicht recht zur klassischen Physik passen und ihr sogar widersprechen. Betrachtet man aber ganz viele Teilchen, verhalten die sich gemeinsam wie Wellen im klassischen Sinn. :D

    Noch zu deiner Fussball-Analogie: Wo war denn der Ball, bevor er im Tor angekommen ist und du hingesehen hast? Falls es ein Quantenball war: Überall gleichzeitig! Aber an jedem Ort nur mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit. ;D

    Yeeeeeeeeha - Nur echt mit 2^3 e
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  7. Re: Wie krieg ich raus was der Unterschied zwischen Beobachter und Detektor ist?

    Autor: Yeeeeeeeeha 20.04.17 - 21:03

    Lord Gamma schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Sind die Polarisationsfilter jedoch verschieden eingestellt, so wird
    > bekannt (auch wenn man es gar nicht überprüft!!!), wo welches Licht lang
    > gegangen ist und der Wellenzustand kollabiert und das Interferenzmuster
    > sagt: "Teilchen"

    Interessehalber, weil ich den Versuch nicht so gut kenne: Hat das etwas mit der Unterscheidbarkeit von Teilchen zu tun?

    Teilchen im kohärenten Strahl eines Lasers müssten ja (wenn ich das richtig verstanden habe) ununterscheidbar sein, d.h. alle ihre Eigenschaften sind identisch. Teile ich den Strahl auf und schicke beide Strahlen durch einen gleich ausgerichteten Polarisationsfilter, sind die Teilchen aus beiden Strahlen noch immer ununterscheidbar. Drehe ich einen der Filter aber, kann ich Teilchen aus dem einen Strahl eindeutig von Teilchen aus dem anderen Strahl unterscheiden, sie sind nicht mehr identisch. Oder denke ich da falsch?

    Yeeeeeeeeha - Nur echt mit 2^3 e
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  8. Re: Wie krieg ich raus was der Unterschied zwischen Beobachter und Detektor ist?

    Autor: Lord Gamma 20.04.17 - 21:12

    So ungefähr; "Teilchen" im eigentlichen Sinne sind es erst, sobald die Unterscheidung möglich ist (auch wenn sie gar nicht gemessen wird), ansonsten befinden sich Quanten in einer Superposition ([de.wikipedia.org]) und werden durch eine Wellenfunktion beschrieben.

  9. Re: Wie krieg ich raus was der Unterschied zwischen Beobachter und Detektor ist?

    Autor: xnor 20.04.17 - 22:09

    @Yeeeeeeeeha: Wir reden hier von "Teilchen", die "einzeln" hintereinander durch eine Wand mit zwei Spalten oder auf einen Strahlteiler geschossen werden.

    @Lord Gamma:
    Siehe den ersten Trugschluss, den ich in meinem Thread "Retro-Kausalitätsunsinn" beschreibe.

    Eine Superposition besteht in allen der von dir gezeigten Versuchsaufbauten,
    Es ist somit unsinnig von einer Unterscheidung zwischen den Wegen zu sprechen, denn die Superposition enthält beide Wege und entwickelt sich gemäß der Schrödingergleichung weiter.

    Die Superposition wird durch die Filter so verändert, dass es kein Interferenzmuster mehr ergeben kann.
    Genauso wie auch zwei senkrecht aufeinanderstehend polarisierte Lichtstrahlen nicht interferieren.

  10. Re: Wie krieg ich raus was der Unterschied zwischen Beobachter und Detektor ist?

    Autor: Pete Sabacker 20.04.17 - 23:06

    Lord Gamma schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Wenn beide Polarisationsfilter gleich eingestellt sind, ist ebenfalls nicht
    > bekannt, wo das Licht lang gegangen ist, so dass das Interferenzmuster
    > weiterhin sagt: "Welle"
    > www.milq-physik.de
    >
    > Sind die Polarisationsfilter jedoch verschieden eingestellt, so wird
    > bekannt (auch wenn man es gar nicht überprüft!!!), wo welches Licht lang
    > gegangen ist und der Wellenzustand kollabiert und das Interferenzmuster
    > sagt: "Teilchen"
    > www.milq-physik.de

    Ich bin ein absoluter Physik-Banause, damit muss ich mich nochmal näher beschäftigen, bevor ich die ganzen Fragezeichen vor meinem geistigen Auge konkretisieren kann :D

    Yeeeeeeeeha schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Noch zu deiner Fussball-Analogie: Wo war denn der Ball, bevor er im Tor
    > angekommen ist und du hingesehen hast? Falls es ein Quantenball war:
    > Überall gleichzeitig! Aber an jedem Ort nur mit einer gewissen
    > Wahrscheinlichkeit. ;D

    Stochastik sagt mir schonmal mehr.

    Wenn Du mir das so erklärst, klingt es ganz so, als würde die Wissenschaft nur eine andere Semantik zur Beschreibung anwenden.

    Wenn wir beim Quantenball bleiben, trifft der hypothetische Physiker also nur die Annahme, dass der Ball überall *ist* - Ich als Laie würde es vermutlich so ausdrücken: Der Ball *kann* überall sein, da Borussia Dortmund aber mit zwei Mann mehr gegen den HSV antritt, befindet er sich vermutlich in der Spielfeldhälfte des HSV.

    Ist es dieselbe Aussage, getroffen von zwei unterschiedlichen Betrachtungsweisen oder ignoriere ich etwas ganz Entscheidendes?



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 20.04.17 23:08 durch Pete Sabacker.

  11. Re: Wie krieg ich raus was der Unterschied zwischen Beobachter und Detektor ist?

    Autor: xnor 20.04.17 - 23:24

    Warum so kompliziert denken? Eine klassische Analogie würde so aussehen:

    Ein Bündel (ob das aus Energie oder anderen Bestandteilen besteht ist irrelevant) kann nur als Ganzes (als "Quant") abgeschossen/gehalten werden.
    Im freien Flug zerfließt es aber wie eine Welle.

    Das war's.



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 20.04.17 23:25 durch xnor.

  12. Re: Wie krieg ich raus was der Unterschied zwischen Beobachter und Detektor ist?

    Autor: Pete Sabacker 20.04.17 - 23:52

    xnor schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Warum so kompliziert denken?

    Na, ich steh' hier immerhin wie 'n Ochs vorm Berg! :)

    > Im freien Flug zerfließt es aber wie eine Welle.

    Ist das bei Teilchen denn tatsächlich wissentlich der Fall oder herrscht darüber einfach nur Unklarheit (Stochastik)?



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 20.04.17 23:55 durch Pete Sabacker.

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