Quantenphysik

Zweifellos sind die säkularen Humanisten unter Ihnen bereits sauer auf diesen Artikel, nur weil er unter die Überschrift der Religion gestellt wird.
Aber welche andere Klassifizierung ist für eine Reihe von Überzeugungen möglich, die niemals durch direkte Beobachtung verifiziert werden können? In welcher direkten Beobachtung wird die Gültigkeit der Beobachtung automatisch negiert? In welchen unsichtbaren Kräften laufen die Newtonschen Gesetze der Thermodynamik zuwider und ermöglichen alles von Zeitreisen über Bilokation, Teleportation bis hin zu freier Energie (auch als Nullpunktextraktion bekannt)?
OK OK OK. Es ist wahrscheinlich unfair, die Quantenphysik als Religion zu klassifizieren. (Wahrscheinlich nicht, aber tun wir einfach so, als ob es darum geht, die säkularen Humanisten zu besänftigen. Zwinker, zwinker.)
Das 20. Jahrhundert war Schauplatz der erstaunlichsten Entdeckungen und Umkehrungen in der Geschichte der Wissenschaft. Was einst für eine Welt von zu festem Fleisch gehalten wurde, verschmolz stattdessen zu einem Miasma aus mehreren Möglichkeiten, erstarrten Wahrscheinlichkeiten und nachprüfbaren Unmöglichkeiten.
Der Wissenschaftler Isaac Newton aus dem 17. Jahrhundert hatte ein Weltbild streng überprüfbarer Gesetze definiert, alles an seiner Stelle und die meisten Dinge, die durch eine Reihe von mathematischen Gleichungen auf der Ebene der Mittelstufe definiert werden konnten. Trotz der Tatsache, dass er den größten Teil seines Lebens mit der inzwischen völlig diskreditierten „Wissenschaft“ der Alchemie verbracht hatte, definierte Newton 200 Jahre lang die Existenzparameter für praktisch jeden westlichen Wissenschaftler.
Aber im 20. Jahrhundert kam eine neue Generation von Wissenschaftlern auf die Bühne. Albert Einstein war der berühmteste von diesen; Er entdeckte, dass Zeit und Raum nicht die geraden Linien waren, die Newtons Gesetze verlangten. Einstein brachte die radikale Idee zum Ausdruck, dass Raum und Zeit gekrümmt seien, und er hatte die Mathematik, um seine Ideen zu untermauern.
Ebenso wichtig, aber der Öffentlichkeit weniger bekannt, waren schockierende neue Entwicklungen einer Kerngruppe von Wissenschaftlern, die das Verhalten des Universums in sehr kleinen Maßstäben untersuchten – auf der Ebene des Atoms und noch kleiner.

Zu dieser Gruppe von hauptsächlich Männern gehörten Einstein selbst, Max Planck, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger und Dutzende andere. Zusammen und oft dramatisch voneinander getrennt entwickelten diese Männer das Studium dieser sehr kleinen Phänomene zu dem, was wir heute Quantenphysik nennen.
Die Grundprinzipien der Quantenphysik sind relativ einfach, aber ihre Auswirkungen sind unglaublich verwirrend. Die folgende grobe Vereinfachung wird zu Ihrer Unterhaltung dargestellt:

• Bei sehr kleinen Maßstäben verhalten sich die Dinge anders als bei sehr großen Maßstäben. Mit anderen Worten, nichts von dem, was wir zuvor als „Gesetze der Physik“ angesehen haben, gilt auf subatomaren Skalen.
• Energie wie Licht existiert gleichzeitig als Teilchen und Wellen (mehr dazu weiter unten).
• Das Beobachten von etwas bewirkt eine Veränderung der beobachteten Sache.

Aus diesen Grundsätzen ergibt sich eine Menge Verrücktheit. Bei subatomaren Größen werden die Dinge bizarr, aber auf relativ vorhersehbare Weise. Denken Sie daran, dass all dies zwar eine ziemlich mathematische Abstraktion ist, sich jedoch tatsächlich in der realen Welt bewährt hat, mit verblüffenden und wahnsinnigen Konsequenzen für unser kleines Leben.
Das Grundkonzept des Atoms reicht bis in die christliche Zeit zurück, aber das spezifische Verständnis des Atoms (das die meisten von Ihnen in der High School gelernt haben), das wir heute entwickelt haben, hat sich erst im 19. und frühen 20. Jahrhundert entwickelt. Leider ist das spezifische Verständnis (das die meisten von Ihnen in der High School gelernt haben) ein Scheißkerl.

Nimm das Elektron. Erinnerst du dich, wie du gelernt hast, dass das Elektron das Atom umkreist? Mist. Wie wäre es mit Licht? Erinnern Sie sich an die Diskussion darüber, ob Licht aus Wellen oder Teilchen oder aus beidem besteht? Mist.
In der Quantenphysik ist keines dieser Dinge so, wie es scheint. Trotz der viszeral anmutenden Erfahrung, von einem Blitz getroffen zu werden, gibt es keine Elektronen in einem vernünftig sinnvollen Sinne, geschweige denn diese Atome umkreisen.
Der Wurzelwiderspruch der Quantenphysik ist ein Prinzip, das Komplementarität genannt wird. Komplementarität bedeutet, dass bestimmte Eigenschaften nicht gleichzeitig gemessen werden können. Normalerweise bedeutet dies, dass Sie weder den Ort noch die Flugbahn eines Partikels messen können. Wenn Sie eine dieser Eigenschaften messen, hört die andere mehr oder weniger auf zu existieren.
Wenn wir also zum Beispiel über einen Baseball in der Luft sprechen, können Sie nicht sowohl die Richtung messen, in die er sich bewegt, als auch seine Position. Während dies intuitiv seltsam erscheinen mag, ist es eigentlich nicht so schwer zu groken. Um die Flugrichtung eines Baseballs zu messen, müssen Sie ihn an mindestens zwei verschiedenen Orten beobachten, oder? Sie können also technisch gesehen nicht gleichzeitig einen einzelnen Ort und eine Flugbahn messen.
Was in der Quantenphysik anders ist, ist, dass nach den meisten Versionen der Geschichte der Standort des Baseballs nicht nur nicht messbar ist, sondern auch keine Bedeutung mehr hat. Trotz der nicht messbaren Position des Baseballs können Sie ihn immer noch von einem Schläger oder Ihrem Kopf abprallen lassen, und es fühlt sich ziemlich bedeutungsvoll an. Wenn Sie jedoch versuchen, die Flugbahn eines Elektrons zu messen, während es theoretisch das Zentrum eines Atoms umkreist, mutiert der Ort zu etwas völlig anderem.
Der Ort eines Elektrons wird in diesem Fall als „Wolke der Wahrscheinlichkeiten“ beschrieben. Dies bedeutet, dass das Elektron nicht an einem Ort existiert, sondern als eine Art Phantom an jedem möglichen Ort auf einmal das Elektron wie eine Wolke umgibt, anstatt es wie einen Planeten zu umkreisen.

Sobald Sie sehen, dass so etwas passiert, wie Sie sich vorstellen können, setzt der Dominoeffekt ein und die Verrücktheiten beginnen sich zu vermehren.
Nehmen Sie das Photon, ein Lichtteilchen. Es ist ein lustiges Tier, das sich auf seinen Reisen durch das Universum jeder Logik entzieht. Das Photon ist ein Teilchen. Wir wissen das sicher. Es ist ein messbares, definierbares Teilchen. Sie wissen, wie Sie diesen Artikel lesen? Photonen. Wenn das Photon kein messbares Teilchen wäre, würden Sie auf einen leeren Bildschirm starren, was sinnlos wäre, da die Netzhaut in Ihren Augen auch nicht funktionieren würde. Damit Fernseher, Computermonitore, Fernbedienungen, Glasfasern, Augen, Bräunungskabinen und Solarenergie überhaupt funktionieren, muss Licht ein Partikel sein.
Nur dass es auch eine Welle ist. Wenn Sie nun wie ich auf die falsche Schule gegangen sind, hat Ihnen dies wahrscheinlich jemand erklärt, indem er sagte, dass Licht tatsächlich eine Welle aus Partikeln ist (genauso wie Wellen aus Wasser aus Wassermolekülen bestehen). Dies ist eine elegante Erklärung. Falsch, aber elegant.
Sehen Sie, Licht ist ein Teilchen, aber es existiert als Teil einer Welle der „Wahrscheinlichkeit“. Mit anderen Worten, es gibt eine Wellenform, die jede mögliche Flugbahn beschreibt, in die sich das Photon bewegen kann. Dieser Teil ist einfach genug. Der schwierige Teil ist, dass die Wahrscheinlichkeitswelle nicht nur ein abstraktes Konzept ist, sondern eine tatsächliche physische Existenz hat – und die Wahrscheinlichkeiten können tatsächliche Objekte und Ereignisse beeinflussen, selbst wenn sie technisch nicht existieren.
Es gibt ein berühmtes quantenphysikalisches Experiment namens „Doppelspaltexperiment“, das einer der ersten Beweise dafür war, dass all diese verrückte Scheiße tatsächlich wahr war. Im Doppelspaltexperiment strahlen Sie ein Licht durch ein Stück Pappe mit zwei kleinen Schlitzen, durch die das Licht hindurchtreten kann. Auf der anderen Seite des Kartons befindet sich ein Stück Film. Wenn das Photon auf den Film trifft, hinterlässt es einen Punkt, sodass Sie messen können, wo die einzelnen Photonen landen.
Intuitiv ist das ziemlich einfach: Ein Photon, zwei Schlitze. Das Photon muss durch den einen oder anderen Schlitz gehen. Was Sie also erwarten würden, ist, eine ganze Reihe von Photonen zu finden, die in der Nähe jedes der Schlitze gruppiert sind, da die Photonen offensichtlich entweder den einen oder den anderen Schlitz durchlaufen haben.

Und wenn Sie nur einen Schlitz haben, bekommen Sie tatsächlich einen Klumpen Photonen in der Nähe des Schlitzes. ES GIBT KEINE WELLE!
Aber wenn Sie zwei Schlitze haben, wird alles verrückt. Anstelle von zwei Klumpen erhalten Sie ein Muster, als hätte eine Welle gleichzeitig beide Schlitze getroffen, durchgegangen und wäre zu zwei Wellen geworden, die sich gegenseitig störten. ES GIBT EINE WELLE! ABER ES GIBT ES NICHT! Es gibt nur Photonen nacheinander.
Wenn das Photon nur einen Spalt durchlaufen kann (ein möglicher Verlauf), bewegt sich nur ein Photon in einer Linie. Wenn es mehr als eine Möglichkeit gibt, existiert das einzelne Photon nicht mehr; es wird eine Welle von imaginären Photonen, die sich auf verschiedenen möglichen Wegen bewegen. Wenn das Photon schließlich auf dem Film landet, gibt es jedoch nur ein Photon. Wenn Sie jeweils nur ein Photon freisetzen, erhalten Sie immer noch das Interferenzmuster, obwohl nicht mehr als ein Photon gleichzeitig auf dem Pfad sein kann.
ARGH! Ist dein Kopf schon explodiert?
Die Welle ist eine echte Sache. Es beeinflusst, wo das Photon landet. Aber der einzige Weg, wie es real sein kann, ist, wenn das Photon tatsächlich an jedem möglichen Ort existiert, an dem es gleichzeitig existieren könnte, was es eindeutig nicht tut. Das Experiment funktioniert jedoch genau so, wie es beschrieben wurde, was bedeutet, dass all dies wahr ist.
Ab diesem Zeitpunkt sind alle Wetten ungültig. Sobald Sie das Paradox akzeptieren, dass nicht realisierte Wahrscheinlichkeiten eine greifbare Existenz haben, wird fast alles möglich.
Wenn Sie die Quantenphysik aus diesem zentralen Paradox heraus erweitern, werden viele Science-Fiction-Konzepte potenziell real, darunter:

• Teleportation: Wie die Wahrscheinlichkeitswelle andeutet, können Sie von Punkt A nach Punkt C gelangen, ohne unbedingt durch Punkt B zu gelangen. Kleine Partikel können von einem Ort zum anderen springen, ohne sich tatsächlich durch den Raum zwischen den Punkten zu bewegen, was manchmal als „Quantensprung“ bezeichnet wird . “ Theoretisch könnte dies auf größere Partikel ausgedehnt werden.
• Telepathie: Während das lustige Geschäft, das bis zu diesem Punkt diskutiert wurde, mit tatsächlichen Teilchen wie Elektronen und Photonen zu tun hat, kann es auch auf Informationen angewendet werden. Auf der Quantenebene können Informationen ohne physikalische Verbindung von einem Teilchen zu einem anderen Teilchen übertragen werden. Dieses Prinzip wird verwendet, um „Quantentelefone“ zu entwickeln, die sicherlich eines der seltsamsten Produkte in dieser modernen Welt sein würden.
• Telekinese: Wenn Sie das oben erläuterte Doppelspaltexperiment durchführen, aber an jedem Spalt einen Detektor anbringen, um sicher zu bestimmen, durch welchen Spalt das Photon gegangen ist, verschwindet das Interferenzmuster und Sie erhalten die erwarteten Photonenklumpen. Mit anderen Worten, das einfache Wissen, durch welchen Spalt das Photon gegangen ist, verändert das Ergebnis des Experiments. Daher könnte ein bestimmter Zustand des mentalen Wissens im Prinzip (aber nicht in der derzeit vorstellbaren Praxis) theoretisch eine Änderung der physischen Zustände ohne direkte Störung verursachen.
• Zeitreise / Die Zukunft sehen: Wenn das Doppelspaltexperiment Ihr Gehirn nicht bereits über die Bergung hinaus gebraten hat, bedenken Sie Folgendes: Wenn Sie mit den Details des Experiments herumalbern, erhalten Sie ein noch bizarreres Ergebnis. Wie bereits erwähnt, ändern Sie bei Messungen das Ergebnis des Experiments. Wenn Sie jedoch NACH DER TATSACHE Messungen durchführen, reagiert das Photon mit demselben veränderten Ergebnis. Mit anderen Worten, das Photon scheint im Voraus zu „wissen“, ob Sie die Messung durchführen werden oder nicht. Zumindest deutet dies stark darauf hin, dass Informationen durch die Zeit zurückgehen können. Das ist so verwirrend frustrierend, dass einige relativ gut ausgebildete Physiker die Schlussfolgerung immer noch einfach ablehnen, weil sie denken, dass es scheiße ist.

Natürlich wäre es eine noch bizarrere Welt, ganz zu schweigen von der tödlichen Langeweile, wenn Menschen mit begrenzten Vorstellungen die Realität einfach auslöschen könnten, indem sie sie nicht mögen. Die Quantenphysik ist hier, um zu bleiben, nach Jahrzehnten pissiger, uninspirierter Physiker haben sie ihr Bestes getan, um jeden Aspekt davon zu diskreditieren.
Und es wird jeden Tag seltsamer. Hast du den Werbespot für den Volkswagen Passat gesehen, in dem der Typ den Anruf von seinem zukünftigen Ich bekommt? Warten Sie einfach, bis Sie das Quanten-Handy bekommen … Sky ist die Grenze …