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Exploring the conceptual limits of quantum theory
the measurement problem, coherence and indeterminism
Flavio Del Santo
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (DissG: Physik)
Betreuer*in
Caslav Brukner
DOI
10.25365/thesis.71938
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-27796.49367.945777-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Trotz ihres enormen Erfolgs in Bezug auf empirische Vorhersagen weist die Quantentheorie immer noch eine Reihe von Interpretationsproblemen auf. Ziel dieser Arbeit ist es, einen weiteren Beitrag zum Verständnis bestimmter unintuitiver Merkmale der Quantenmechanik zu leisten und die konzeptionellen Grenzen der Theorie auszuloten. Die Arbeit gliedert sich in drei Teile, von denen jeder zur Erklärung und zur Charakterisierung signifikanter Merkmale der Quantentheorie beiträgt, nämlich des so genannten Messproblems, der Eigenschaft einzelne Systeme in eine kohärente Superposition zu versetzen sowie des Indeterminismus. Der erste Teil befasst sich mit der dem Quantenformalismus innewohnenden Zweideutigkeit, ob die von der Schrödinger-Gleichung vorgeschriebene unitäre Zeitentwicklung oder die “Kollaps”-Dynamik bei Messungen anzuwenden ist. Während es in der täglichen Praxis in Quantenlaboren unproblematisch ist, zwischen einer Messung und der standardmäßigen unitären Zeitentwicklung zu unterscheiden, vermeidet die Theorie grundsätzlich nicht, dass mehrdeutigen Situationen auftreten: Dies ist der Fall beim Wigners-Freund-Gedankenexperiment (und dessen Erweiterungen), bei dem ein Beobachter, der Quantenmessungen an einem Teilchen durchführt, seinerseits als Quantensystem betrachtet wird, welches wiederum ein Superbeobachter misst. Wir zeigen, dass dieses Problem in einer zeitlosen Formulierung der Quantentheorie neu formuliert werden kann. In dieser Formulierung verschiebt sich die Mehrdeutigkeit in in der Dynamik zu mehreren Möglichkeiten für die Wahl einer vernünftigen Regel zur Zuweisung von Wahrscheinlichkeiten für Ergebnisse zu verschiedenen Zeiten (eine Art Erweiterung der Bornschen Regel). Darüber hinaus zeigen wir, wiederum unter Berücksichtigung des Szenarios von Wigners Freund, dass die Quantentheorie eine Reihe intuitiver Annahmen verletzt, die zu dem Schluss führen, dass die Wahrnehmungen, die Wigners Freund von den eigenen Messergebnissen zu verschiedenen Zeiten hat, nicht “die gleiche Realität teilen” können. Im zweiten Teil der Arbeit führen wir eine “Kohärenzgleichung” ein, die von jeder Theorie erfüllt wird, die den Effekt der Kohärenz in einzelnen Systemen nicht aufweist (wie z.B. die klassische Mechanik), während sie bei Vorhandensein von Kohärenz (wie in der Quantentheorie) verletzt wird. Anschließend beschreiben wir die Möglichkeit, Quantenkohärenz “aus der Ferne” nachzuweisen, d. h. ohne dass ein System in einem Interferometer rekombiniert werden muss. Schließlich schlagen wir im dritten Teil eine alternative Interpretation der klassischen Physik vor, die diese Theorie grundlegend indeterministisch macht. Dies ermöglicht es, den fundamentalen Unterschied zwischen klassischer und Quantenmechanik zu relativieren. Wir weiten diese Überlegungen zum irreduziblen Indeterminismus auch auf relativistische Szenarien aus.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Quanten Messproblem Quanten-Kohärenz Indeterminismus
Schlagwörter
(Englisch)
Quantum measurement problem quantum coherence indeterminism
Autor*innen
Flavio Del Santo
Haupttitel (Englisch)
Exploring the conceptual limits of quantum theory
Hauptuntertitel (Englisch)
the measurement problem, coherence and indeterminism
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
126 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Valerio Scarani ,
Stefan Wolf
Klassifikation
33 Physik > 33.23 Quantenphysik
AC Nummer
AC16595610
Utheses ID
63010
Studienkennzahl
UA | 796 | 605 | 411 |