Würzburger Quantenphysik- Konzept

G32c Quantenobjekte

Objektive Wahrscheinlichkeit  Objektive Un-be-stimmtheit

Lehrtext/Inhalt

Glossar  Versuchsliste

Im- pres- sum

Weil quantenphysikalische Teilchen keine Teilchen im klassischen Sinn sind, nennt man sie auch Quantenobjekte. Quantenobjekte sind ganz allgemein solche Objekte, für die die Quantentheorie zuständig ist. Diese sagt also vorher, welche Messwerte mit welchen Wahrscheinlichkeiten bei solchen Quantenobjekten auftreten werden, wenn Messungen vorgenommen werden.

Außer Teilchen (im Sinne der Quantentheorie) gehören also auch Teilchenzwillinge (z.B. Photonenzwillinge oder Biphotonen oder auch Elektronenzwillinge oder Atomzwillinge) und andere Objekte zu den Quantenobjekten.

Bei Teilchenzwillingen wird stets die Teilchenzahl 2 gemessen. Zu ihnen gibt es aber keine klassische Entsprechung, z.B. auch, weil ohne eine Messung die enthaltenen zwei Einzelteilchen bestimmte individuellen Eigenschaften nicht besitzen. Auch, wenn der Gesamtimpuls eines Teilchenzwillings  z.B. 0 ist, haben die beiden Einzelteilchen ohne eine Messung keinen be-stimmten Impuls. Führt man allerdings für eines der Einzelteilchen eine Impulsmessung durch und erhält z.B. für das Teilchen 1 den Impuls p, steht unmittelbar fest, dass dann das Teilchen 2 den Impuls -p haben muss. Das regelt der Impulserhaltungssatz.


Verschränkte Zustände (verschränkte Systeme) sind nichtklassische Quantenobjekte, die über die Eigenschaften des Gesamtzustands definiert sind. Nur der Gesamtzustand hat einige wenige Eigenschaften wie Gesamtimpuls oder Gesamtspin. Audretsch spricht von einem "Stoff fast ohne Eigenschaften". Für ihn gelten die "Geburtsurkunde verschränkter Systeme" und der "Dreiklang verschränkter Systeme" (beides von mir so genannt).

Die "Geburtsurkunde" legt die Eigenschaften des Gesamtzustands fest, die über dessen "Tod" bei einer Messung von Einteilchen-Eigenschaften hinaus gültig sind, also bei der Zerlegung in Einteilchen-Zustände. Vielfach in Form von Erhaltungssätzen legt sie die möglichen Kombinationen von Einteilchen-Zuständen nach einer Messung fest. Wenn der Gesamtimpuls des verschränkten Zustands 0 ist, müssen entsprechend der Geburtsurkunde auch die Einteilchen-Zustände mit entgegengesetzten Impulsen gemessen werden, ganz gleich unter welchen Impulsrichtungen.

Der "Dreiklang" besagt, dass in vielen Fällen verschränkte Systeme aus Einteilchen-Zuständen entstehen, aber nicht aus einzelnen Teilchen bestehen, jedoch bei einer Messung von Einteilchen-Eigenschaften gemäß der "Geburtsurkunde" in Einteilchen-Zustände zerfallen.

(Es gibt auch andere verschränkte Zustände, die nicht aus verschie­denen Teilchen entstehen. Ein Beispiel sind verschränkte Zustände zwischen Spin und Bahndrehimpuls des Elektrons einer Atomhülle.)

Audretsch spricht in diesem Sinn bei einem ver­schränkten System von einem "Stoff fast ohne Eigen­schaften" (Audretsch, J., Die sonderbare Welt der Quanten, Beck, 2012). Der verschränkte Zustand hat nur einige wenige Eigenschaften, die durch die „Ge­burtsurkunde“ festgelegt sind, z.B. einen Gesamtspin. Durch eine Messung kann evtl. eine andere Eigen­schaft des (Gesamt-)Zustands be-stimmt (gemacht) werden; vorher hat das System diese Eigenschaft nicht. Eigenschaf­ten von Einzelteilchen entstehen beim verschränkten Zustand erst nach seinem "Tod" durch ei­ne Messung.

Es gibt aber auch Quantenobjekte mit un-bestimmter Teilchenzahl. In der Regel liefert dann jede Teilchenzahl-Messung ein anderes Ergebnis. Eine monochromatische elektromagnetische Welle unterscheidet sich z.B. wenig von einem kohärenten Zustand mit un-bestimmter Photonenzahl.

(ergänzt 2018)