Philosophische Aspekte der Quantenphysik

Kontaktadresse:

Vorläufiges Programm:

1. Grundlagen und Geschichte der Quantenphysik (entfällt) (phys) [hjm]
   
   Es sollen die grundlegenden Konzepte der Quantenphysik vorgestellt werden: Wellenmechanik, Unschärferelation, Wahrscheinlichkeitsinterpretation, Interferenzexperimente, Welle-Teilchen-Dualismus. Insbesondere sollte dabei auf experimentelle Befunde eingegangen werden, die zur Entwicklung der Quantenmechanik geführt haben.
   
   Der Vortrag sollte inhaltlich etwa das Kapitel 1 von Audretsch: Verschränkte Welt, Wiley-VCH (2002), abdecken.



2. Christina Kraus: Abstrakte Formulierung der Quantenphysik (phys!) [hjm]
   
   Am Beispiel eines einfachen Quantensystem (Spin 1/2-Teilchen oder polarisiertes Photon) soll das Konzept des (endlich-dimensionalen) Hilbert-Raumes, des Zustands-Vektors, der Projektion auf einen Unterraum beim Messen und der Verschränkung von zwei Quantensystemen erklärt werden. Ziel des Vortrags sollte es sein, den mathematischen Formalismus etwa auf dem Niveau, wie er in Audretsch's Buch verwendet wird, verstehen zu können.
   
   Der Vortrag sollte im wesentlichen auf eigenen Vorkenntnissen aufbauen. Als Quelle kann jedes Lehrbuch der Quantenmechanik dienen.
   
   Die verblüffenden Aspekte der Interferenz und des Messprozesses lassen sich sehr anschaulich, aber trotzdem mathematisch sauber, anhand der "berührungsfreien Messung" von Elitzur und Vaidman erklären. Siehe z.B. Vaidman, The Paradoxes of the Interaction-Free Measurement, quant-ph/0102049, oder auch in Kapitel 1.9. von Audretsch.
   
   Erwähnenswert im Zusammenhang mit der Verschränkung ist auch das berühmte "EPR-Gedankenexperiment" von Einstein, Podolski, Rosen, Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?, in Physical Review 47 (1935) pp 777.



3. Nico Voigtländer: Das Messproblem (phys) [hjm]
   
   Die ursprüngliche Beschreibung des Messprozesses in der Quantenphysik beruht auf einer begrifflichen Trennung zwischen dem Quantensystem und dem klassischen Messgerät. Da die Grenze jedoch in einer realen Situation gar nicht exakt definierbar ist, kommt es in der theoretischen Beschreibung zu einer Ambiguität. Schrödinger hat zur Verdeutlichung dieses Problems seine berühmte Katze erfunden. Der Vortrag soll deutlich machen, dass die Ambiguität zwar in der Theorie existiert, aber keinerlei praktische Probleme verursacht.
   
   Omnès: The Interpretation of Quantum Mechanics, Princeton Series in Physics, 1994, Kapitel 2.
   
   Schrödinger: Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik, in Die Naturwissenschaften (1935), Heft 48 S. 807, Heft 49 S. 823, Heft 50 S. 844. (als PDF)



4. Armin Kuhn: Die Quantenphysik als Herausforderung an die Philosophie (phil) [eb]
   
   Das von der Quantentheorie vorhergesagte (und experimentell sehr gut bestätigte) Verhalten von Quantensystemen steht im großen Gegensatz zu unserem Alltagsverständnis über das Verhalten physikalischer Objekte, so dass grundlegende Revisionen unseres Verständnisses von Objekten, Eigenschaften, Beobachtung, Realität, Wahrscheinlichkeit und Kausalität vonnöten zu sein scheinen. Anhand des Textes von Esfeld sollen in diesem Referat die naturphilosophischen Konsequenzen der Quantenphysik diskutiert werden.
   
   Esfeld, M.: Quantentheorie: Herausforderung an die Philosophie!, in: Audretsch, J.: Verschränkte Welt, Weinheim 2002, Kap. 9, 197-217



5. Sylvia Kreibig: Quantenphysik und Holismus (Teil 1 2 3 4) (phil) [eb]
   
   Eine wichtige naturphilosophische Konsequenz der Quantenphysik ist der Quantenholismus, wonach im Falle der Zustandsverschränkung zweier Quantensysteme zwar das Gesamtsystem für bestimmte globale Observablen (wie relativer Abstand und Gesamtimpuls) definite numerische Werte annimmt, keines der beiden Einzelsysteme jedoch einen definiten numerischen Wert (des Ortes oder des Impulses) besitzt. Betrifft dieser Holismus nur den mikrophysikalischen Bereich, oder müssen wir auch für makroskopische Objekte annehmen, dass sie in Wirklichkeit keine definiten numerischen Werte aller Eigenschaften haben und stets Verschränkungen unterworfen sind? Was bedeutet dies für die Philosophie des Geistes und die Erkenntnistheorie?
   
   Esfeld, M.: "Der Holismus der Quantenphysik: seine Bedeutung und seine Grenzen", in Philosophia Naturalis 36 (1999), 157-185.



6. Jan Jansen: Die Bohr-Einstein-Debatte (phys,phil) [eb]
   
   In dem Referat soll anhand des Textes von Held die Diskussion von Bohr und Einstein in den 20er und 30er Jahren des 20. Jahrhunderts um die angemessene Interpretation der Quantenmechanik nachgezeichnet werden.
   
   Held, C.: "Die Bohr-Einstein-Debatte und das Grundproblem der Quantenmechanik", in: Audretsch (2002), Kap. 3, 55-75. (Wer sich umfassender mit der Thematik befassen möchte, kann auch das Buch von Carsten Held: Die Bohr-Einstein-Debatte - Quantenmechanik und physikalische Wirklichkeit, Paderborn 1999, konsultieren.)



7. Tommaso Perrone: Die Krise des Objektivitätsbegriffs (phil!) [eb]
   
   ....



8. Claudia Blöser: Das Realismus-Problem der Quantenphysik (phil!) [eb]
   
   In diesem Referat sollen die philosophischen Begriffe des Realismus und Antirealismus erläutert werden und der Frage nachgegangen werden, welche Formen des Realismus bzw. Antirealismus mit den Ergebnissen der Quantenphysik in Einklang zu bringen sind.
   
   Als Textgrundlage eignet sich: Fine, A.: The Shaky Game. Einstein, Realism, and the Quantum Theory, Kap. 7-9 (112-171), Chicago 1996 (2. Aufl.)



9. Margarita Simeonova: Verschiedene Interpretationen der Quantenphysik (phys,phil) [eb]
   
   Dieses Referat soll dazu dienen, einen informellen systematischen Überblick über die verschiedenen Interpretationen der Quantenphysik (wie z.B. "Kopenhagener" Interpretation, Einsteins Theorie der "verborgenen Parameter", Bohms Deutung, "Viele-Welten" Interpretation und "Transaktionsinterpretation") zu liefern.
   
   Als Textgrundlage eignet sich: John Gribbin: Schrödingers Kätzchen und die Suche nach der Wirklichkeit, Frankfurt am Main 2003 (6. Auflage), Kap. 4 und Epilog. Es kann aber auch noch andere Literatur zu Rate gezogen werden.



10. Ermin Malic: Die Bellschen Ungleichungen (phys,math) [hjm]
    
    Wenn man annimmt, dass physikalische Objekte separierbar im Raum lokalisiert sind und wohldefinierte "reale" Eigenschaften haben, so lassen sich daraus statistische Aussagen über den Ausgang bestimmter Experimente herleiten. Die Quantenphysik widerspricht diesen Aussagen. Auf diese Weise können bestimmte Interpretationen der Quantenphysik experimentell ausgeschlossen werden.
    
    d'Espagnat: Quantentheorie und Realität, Spektrum der Wissenschaft, Januar 1980.
    
    Mermin: Is the moon there when nobody looks, Physics Today, April 1985.
    
    A. Einstein, B. Podolski and N. Rosen, Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?, in Physical Review 47 (1935) pp 777.



11. Philipp Fischer: Das EPR-Experiment (phys) [hjm]
    
    Das von Einstein, Podolski und Rosen formulierte Gedankenexperiment wurde in den 80er Jahren zum ersten Mal auch real durchgeführt. Es sollen verschiedene Versionen dieses Experimentes vorgestellt und ganz praktsche Probleme bei der Realisiation diskutiert werden. Sehr umfangreiche Informationen gibt es auf der Webseite der Arbeitsgruppe Zeilinger an der Universität Wien.
    
    A. Aspect, P. Grangier, G. Roger, Experimental test of realistic local theories via Bell s theorem, Phys. Rev. Lett. 47 (1981), pp. 460 463.
    
    A. Aspect, P. Grangier, G. Roger, Experimental realization of Einstein-Podolsky-Rosen-Bohm gedankenexperiment: A new violation of Bell s inequalities, Phys. Rev. Lett. 49 (1982), pp. 91 94.
    
    A. Aspect, J. Dalibart, G. Roger, Experimental test of Bell s inequalities using time-varying analyzers, Phys. Rev. Lett. 49 (1982), pp. 1804 1807.
    
    Gregor Weihs: Ein Experiment zum Test der Bellschen Ungleichung unter Einsteinscher Lokalität, PhD-Thesis, University of Vienna, 1999.



12. Jan Rühaak: Quantenkryptographie (phys,math) [hjm]
    
    Was sich im Rahmen der Erkenntnistheorie als Problem erweist, führt zu einer ganz praktischen Anwendung: einer absolut sicheren Verschlüsselung von Daten. Verantwortlich dafür ist das no cloning theorem, wonach es unmöglich ist, einen Quantenzustand zu kopieren.



13. Elizabete Krivcova: Kausalität und Realismus (phil) [eb]
    
    Der Text der Wissenschaftsphilosophen Chang und Cartwright enthält eine Interpretation der Quantenphysik, in der trotz der experimentellen Befunde zu den Bellschen Ungleichungen eine Theorie "verborgener Parameter" rehabilitiert wird, indem der Kausalitätsbegriff radikal neu interpretiert und die Annahme der Informationsübertragung mit höchstens Lichtgeschwindigkeit abgelehnt wird.
    
    Chang, H./Cartwright, N.: "Causality and Realism in the EPR Experiment", in Erkenntnis 38, 1993, 169-190



14. Markus Gabrysch: Statistische Häufigkeit und Quanten-Wahrscheinlichkeit (phys) [hjm]
    
    Akzeptiert man, dass die Quantenphysik nicht deterministisch ist, so gibt es in einer konkreten physikalischen Situation zwei Klassen von Wahrscheinlichkeitsaussagen, nämlich solche aufgrund von Unkenntnis (unvollständige Kenntnis des Zustandes), und solche aufgrund des Indeterminisums (Zufälligkeit von Messergebnissen). Beide lassen sich konzeptuell klar trennen. Eine genauere Betrachtung zeigt jedoch, dass eine experimentelle Unterscheidung zwischen den beiden nicht möglich ist.
    
    d'Espagnat: Conceptual Foundations of Quantum Mechanics, Kapitel 6+7, oder ein Lehrbuch nach Wahl, das die Dichtematrix behandelt.



15. Ariadna Pop: Viele Welten (phil) [eb]
    
    Das Referat soll eine (informelle) Einführung in die zentralen Ideen der Viele-Welten Interpretationen geben und auch David Deutschs viel diskutierte Theorie der Multiversen behandeln.
    
    Als Literatur empfiehlt sich z.B.: Many-Worlds-Interpretation of QM, in der Stanford Encyclopedia of Philosophy im Internet: http://plato.stanford.edu/entries/qm-manyworlds/
    
    Sehr interessant ist auch Michael Clive Price's FAQ on the Everett Interpretation im Internet.
    
    Zu Deutsch empfiehlt sich: Deutsch, D.: Die Physik der Welterkenntnis, München 2002 (2. Auflage), Kap. 2.



16. Mona Frommert: Der Quantenzustand des Universums (phys) [hjm]
    
    Die Viele-Welten-Interpretation lässt eine konsistente Beschreibung des gesamten Universums im Rahmen der Quantenphysik zu. Hier soll gezeigt werden, wie eine solche Beschreibung formal aussieht und wie sich daraus die Beschreibung eines Teilsystems durch eine Dichtematrix ohne weitere Annahmen ergibt.
    
    Everett: Relative State Formulation of Quantum Mechanics, Reviews of Modern Physics 29 (1957), pp 454-462.
    
    Graham, DeWitt: The Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanics, Princeton University Press (1973).
    
    d'Espagnat: Conceptual Foundations of Quantum mechanics, Benjamin (1971), Kapitel 23.
    
    Weitere Literatur gibt's in Michael Clive Price's FAQ.



17. Jochen Hub: Die klassische Welt (phys) [hjm]
    
    Der in den meisten Lehrbüchern zitierte Satz über den "klassischen Grenzfall" der Quantenphysik ist ein Märchen. Er stimmt zwar in seinen mathematisch-technischen Details, aber er erklärt nicht das, was er angeblich behauptet, nämlich warum wir eine durch die klassische Physik beschriebene Welt wahrnehmen. In dem Vortrag soll, wenn möglich mit Hilfe der Dichtematrix, erklärt werden, wann sich ein Quantensystem "wie ein klassisches" System verhält und wann nicht, und dass das nichts mit der Größe des Systems zu tun hat.
    
    Joos: Dekohärenz und der Übergang zur klassischen Physik, in: Audretsch, Verschränkte Welt, Wiley-VCH, 2002.



18. Jutta Ortloff: Dekohärenz (phys!!) [hjm]
    
    Die Erkenntnis, wie die klassische Welt tatsächlich aus der Quantenwelt hervorgeht, ist relativ neu. Die entscheidende Beobachtung ist, dass selbst durch eine minimale Kopplung zweier physikalischer Systemen diese in kürzester Zeit miteinander verschränkt werden. Das führt dazu, dass sich ein Quantensystem, das an den Rest der Welt gekoppelt ist, praktisch wie ein klassisches System verhält. An einfachen Beispielen lässt sich das sogar mathematisch exakt nachvollziehen.
    
    Omnès: The Interpretation of Quantum Mechanics, Princeton Series in Physics, 1994, Kapitel 7. (als PDF)
    
    Allgemeine Informationen und jede Menge Literaturhinweise gibt es auf der Dekohärenz Webseite von Erich Joos.