Jürgen Audretsch

 4.3 Sterne bei 3 Bewertungen

Alle Bücher von Jürgen Audretsch

Verschrankte Welt

Verschrankte Welt

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Erschienen am 07.06.2002
Transdisziplinäre Kommunikation.

Transdisziplinäre Kommunikation.

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Erschienen am 01.01.2008
Die sonderbare Welt der Quanten

Die sonderbare Welt der Quanten

 (1)
Erschienen am 17.09.2012
Der Schöpfung auf der Spur

Der Schöpfung auf der Spur

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Erschienen am 01.03.2004
Die andere Hälfte der Wahrheit

Die andere Hälfte der Wahrheit

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Erschienen am 01.01.1998

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PhilippWehrlis avatar

Rezension zu "Verschrankte Welt" von Jürgen Audretsch

Was die Welt zusammen hält.
PhilippWehrlivor einem Jahr

Verschränkung ist einer der ganz fundamentalen Begriffe unseres Universums. Das kristallisierte sich in den letzten Jahren immer klarer heraus. Leonard Susskind erklärt etwa: „Die Raumzeit wird durch Verschränkung zusammen gehalten.“  Verschränkung ist also nicht nur ein exotisches Phänomen, an dem man sich belustigen kann. Vielmehr ist es möglicherweise der Kernbegriff, um den herum eine Theorie von Allem aufgebaut werden muss – in Kombination mit dem Begriff der Information, der eng mit ersterem zusammen hängt. So ist es sehr erfreulich, von einer Reihe kompetenter Autoren unter der Regie von Jürgen Audretsch über die Hintergründe dieser Begriffe lesen zu können.

Verschränkungen entstehen immer, wenn zwei oder mehr Quantenobjekte miteinander wechselwirken. Bei der Wechselwirkung bleiben verschiedene Grössen erhalten, etwa die Energie, der Impuls und der Spin. Nach der Wechselwirkung ist aber im allgemeinen nicht mehr klar, wie diese Grössen auf die beteiligten Teilchen verteilt sind. Wir können für diese Verteilung nur Wahrscheinlichkeiten angeben.  Nach der Heisenbergschen Unbestimmtheitsrelation beruhen diese Wahrscheinlichkeiten nicht auf unserem Unwissen, sondern sie sind unausweichlich. Schon bei einem einzelnen Teilchen ist nur entweder der Impuls oder der Aufenthaltsort exakt bestimmt.

Diese Behauptung führte zu einer berühmten Debatte zwischen Albert Einstein und Niels Bohr, die von Carsten Held im hier besprochenen Buch sehr erfrischend dargestellt wird. Einstein war überzeugt, dass es in der Natur keinen Zufall gibt. Denn nach der von ihm entwickelten Relativitätstheorie ist die Zeit eine Illusion, und ohne Zeit hat auch der Zufall keinen Platz. Deshalb betonte Einstein immer wieder: „Gott würfelt nicht!“ Um zu beweisen, dass die Quantentheorie unvollständig ist, konstruierte er zusammen mit Nathan Rosen und Boris Podolsky das Einstein-Podolsky-Rosen Gedankenexperiment, das den Höhepunkt der Quantenphilosophie bildet und die ganze Seltsamkeit der Verschränkungen zeigt. Es scheint bei diesem Experiment, als würden die zwei verschränkten Teilchen über weite Distanzen irgendwie verbunden bleiben und Information austauschen.

Diese seltsame Verschränkung und der ungewohnte Begriff der Quanten-Information werden in Quantencomputern ausgenützt. Dies ist das Thema der Kapitel 4 bis 7. Gleichzeitig kriegt der Leser in diesen Kapitel ein Gefühl dafür, was Quanten--Information ist, und wie sie sich von klassischer Information unterscheidet.

Das Hauptproblem bei Quantencomputern besteht darin, die Teilchen so von der Umwelt abzuschirmen, dass die Verschränkung erhalten bleibt. Denn bei der geringsten Wechselwirkung mit der Umgebung, breitet sich die Verschränkung aus. Wie dies genau vor sich geht, beschreibt die Dekohärenz-Theorie, die von Erich Joos in Kapitel 8 bemerkenswertem philosophischem Durchblick vorgestellt wird.

Joos zeigt auf, dass die Quantentheorie keineswegs in einen klassischen Grenzfall übergeht, wenn die Objekte grösser werden. Vielmehr gibt es im Formalismus der Quantentheorie keinen Grund, weshalb Schrödingers Trauma nicht wahr sein sollte, dass nämlich eine Katze gleichzeitig tot und lebendig sein kann. Theoretisch müsste sogar jede Katze gleichzeitig tot und lebendig sein und dieser Zustand ist theoretisch sogar experimentell nachweisbar. Das ist eine Kernaussage des offiziellen Formalismus der Quantentheorie, mit dem jeder Quantenphysiker heute täglich rechnet (mit dem Formalismus, nicht mit den lebendig-toten Katzen).

Die Dekohärenz-Theorie erklärt, weshalb ein solches Experiment in der Praxis völlig unmöglich ist. Wir müssten dazu sämtliche beteiligte Teilchen exakt ausmessen und miteinander verrechnen. Und diese sind sehr rasch über Millionen von Kilometern im Weltraum verteilt, wenn nur z. B. die lebende Katze mehr Wärmestrahlung abgibt, als die tote. Erich Joos rechnet vor, wie die Dekohärenz bei einem Staubkorn abläuft, und wie ein Gravitationsfeld zu Dekohärenz führt. Bereits sehr kleine Objekte sind mit der Umgebung durch so komplizierte Wechselwirkung verbunden, dass die Überlagerungen nicht mehr beobachtbar sind, obwohl sie nach der Dekohärenz-Theorie nach wie vor existieren.

Wie sieht es aber im Gehirn aus? – Der Beobachter spielt in der Quantentheorie eine besondere Rolle. Mehrere grosse Physiker haben sich deshalb überlegt, ob Quanteneffekte bei der Erklärung des Bewusstseins eine Rolle spielen. Bereits Wolfgang Pauli vermutete, dass eine Synchronizität wie bei verschränkten Teilchen im Gehirn eine Rolle spielt und dass durch solche Effekte gar telepathische Fähigkeiten möglich seien. Esoteriker saugen diese Vorlage wie Schwämme auf, und Quanten sind heute der Schlüsselbegriff für eine breite Palette von Humbug.

Sehr schön deshalb, dass Joos auch auf diese Ideen eingeht. Der Punkt ist: Im menschlichen Gehirn geschieht gerade das Gegenteil der Abschottung, wie wir sie im EPR Experiment haben. Im Einstein-Podolsky-Rosen Experiment und in Quantencomputern betreibt man grossen Aufwand, um die Dekohärenz zu verhindern. Nur deshalb können wir dort das nicht-klassische Verhalten der Quanten beobachten. Ein  EPR Teilchenpaar verhält sich nur solange synchron, wie es von der Umgebung völlig isoliert ist.

Im Gehirn dagegen sind Abertausende von Neuronen eng vernetzt. Wenn nur schon ein einzelnes Neuron einen elektrischen Impuls abgibt, sind unzählige Atome beteiligt. Es ist vollkommen undenkbar, dass in diesem Getümmel ein verschränkter Zustand so sauber erhalten bleibt, dass die Verschränkung beobachtbar wäre. Max Tegmark berechnete, dass ein überlagerter Zustand, bei dem ein Neuron gleichzeitig feuert und nicht feuert, nach etwa 0,000'000'000'000'000'000’01 Sekunden verschwindet. Joos notiert: „Das heisst, wir haben gar keine Chance, „seltsame“ Wahrnehmungen zu machen, da obige Superposition viel zu instabil ist."

Viele Physiker glauben, mit der Dekohärenz-Theorie seien die Interpretionsfragen der Quantenphysik gelöst. Joos zeigt auf, dass diese Probleme nur umso grösser werden, wenn wir grössere Objekte betrachten. Die Dekohärenz-Theorie erklärt, weshalb wir keine überlagerten Katzen sehen können. Sie geht aber klar davon aus, dass die Überlagerungen weiter bestehen. Die Dekohärenz-Theorie beweist, dass wir die Quantentheorie nicht ergänzen müssen. Wir können durchaus annehmen, die Quantentheorie sei vollständig. Das bedeutet aber, dass die Überlagerungen bestehen bleiben, obwohl wir sie nicht mehr beobachten können. Dies ist die sogenannte Viele-Welten Interpretation. Wer damit nicht zufrieden ist, muss der heutigen Beschreibung ein weiteres Element hinzufügen, das die nicht beobachtbaren Welten verschwinden lässt.

Im Abschlusskapitel diskutiert Michael Esfeld die philosophischen Herausforderungen, die sich durch die Quantentheorie stellen. Und auch er liegt wohl richtig, wenn er nicht die Frage nach dem Zufall in den Fokus rückt, der die Debatte zwischen Bohr und Einstein dominierte. Vielmehr stellt er fest, dass wir uns angewöhnt haben, Systeme in Teile zu zerlegen, während in der Quantenphysik Verschränkungen fundamental sind. Das Ziel muss sein, eine Naturphilosophie der Relationen zu entwickeln. Dies ist übrigens genau, was die Loop-Theorie macht.

Insgesamt ein inspirierendes Buch zu Aspekten der Quantenphysik, die andere Autoren etwas vernachlässigen. Die verwendete Mathematik ist überschaubar: Man sollte mit komplexen Zahlen umgehen können. Zustandvektoren und Dirac-Klammern (Bra-Kets) werden eingeführt. Vermisst habe ich lediglich ein Kapitel zur Thermodynamik an Horizonten, etwa zur Hawking-Strahlung, bei der Verschränkungen ebenfalls eine entscheidende Rolle spielt.

Für Vollblutphysiker empfehle ich von Jürgen Audretsch: ‚Verschränkte Systeme – Die Quantenphysik auf neuen Wegen’.   

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HeikeGs avatar

Rezension zu "Die sonderbare Welt der Quanten" von Jürgen Audretsch

Rezension zu "Die sonderbare Welt der Quanten" von Jürgen Audretsch
HeikeGvor 10 Jahren

Unbestimmtheitsrelationen
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Vor 100 Jahren bestand die Physik noch aus der anschaulichen Mechanik und der Elektrodynamik, und alles befand sich im besten Einklang mit der Natur, so wie sie täglich sicht- und erfahrbar war. Alle Probleme der Physik schienen gelöst. Man glaubte, dass die bis dato unerklärlichen Phänomene nur einer konsequenteren Anwendung der klassischen Naturgesetze entbehrten. Der Kanon der Physik schien abgeschlossen.
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Doch dann kam die Quantenmechanik ins Spiel. Sie ist neben Einsteins Relativitätstheorie eine der revolutionären neuen Theorien des 20. Jahrhunderts und hat unser Verständnis von der Realität revolutioniert. Mikroobjekte verhalten sich nicht so, wie wir es von Makroobjekten gewohnt sind: Sie besitzen weder Ort noch Weg, können miteinander verschränkt sein und in mehreren Zuständen gleichzeitig existieren.
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Diese sonderbaren Eigenschaften sind die Grundlage für viele technische Geräte, die wir im Alltag benutzen (werden). So hätte die Lasertechnik ohne die Kenntnisse der Quantentheorie nicht zu einem so hohen technischen Standard entwickelt werden können. Und auch beim Verschicken einer E-Mail, die ihren Weg um die halbe Welt antritt, hat die Quantenlehre erheblichen Anteil. Eine Atomuhr steuert die Taktfrequenzen einer Funkuhr, Halbleiterbauelemente in allen Geräten mit Chips bearbeiten, verstärken und wandeln Signale. Die Entwicklung der allermeisten modernen Technologien, einschließlich Fernseher und Computer, ist heute ohne Quantentheorie nicht vorstellbar.
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Die klassische Welt wird durch die Quantenwechselwirkung konstruiert: Aus den Möglichkeiten der Quantenwelt werden die Fakten der klassischen Welt. Für ein Verständnis und die Fortentwicklung nanotechnologischer Bauelemente ist es daher auch für Nichtphysiker immer wichtiger, die ersten Schritte in die Quantenwelt zu wagen. Jürgen Audretsch - pens. Professor für Physik an der Universität Konstanz - wendet sich mit seinem Buch "Die sonderbare Welt der Quanten" an Natur- und Geisteswissenschaftler (zum Beispiel Philosophen, Studenten, Lehrer und Schüler), aber auch an Leser ohne detailliertes Fachwissen in Mathematik und Physik, um einen ersten Einblick in die manchmal verwirrende und zugleich faszinierende Welt der Quantenmechanik zu geben.
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"Wie wirklich ist die Quantenwelt? Was ist das eigentlich für eine Welt und warum ist sie anders als alles, was wir von der Alltagswelt her gewohnt sind?", stellt sich Audretsch selbst die Fragen. Auf zwei Wegen versucht er einen Zugang zu finden. Zum einen beschreibt er, wie sich die Quantentheorie und ihre Wirklichkeitsvorstellungen in das Gesamtschema der theoretischen Physik eingliedern und wie sie von daher plausibel sind. Zum anderen stellt der Autor Experimente mit einem einfachen Quantensystem - der linearen Polarisation von Photonen - vor. Sie stellen das Kernstück des schmalen Buches dar und dienen zur Ablesbarkeit der Eigenarten der Quantenwelt.
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Zu Beginn macht der Jürgen Audretsch einen Ausflug in die klassische Mechanik. Dieser dient zur Vorbereitung auf die folgenden Kapitel, denn die Quantentheorie setzt die klassische Physik voraus. Newtonsche Mechanik, elektrisches Feld, elektromagnetische Wellen und polarisiertes Licht sind die Themen, bevor der Autor zu den einzelnen Quantensystemen übergeht und diese Schritt für Schritt mittels einfacher Versuchsaufbauten erläutert. Dabei darf natürlich auch Schrödingers berühmte Katze nicht fehlen.
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Ans Ende seines Buches stellt Jürgen Audretsch ein naturphilosophisches Gespräch, das er mit Hans-Dieter Mutschler, dem derzeitigen Inhaber des Lehrstuhls für Naturphilosophie an der philosophisch-pädagogischen Hochschule Ignatianum in Krakau, Polen, führte. Eine weitere Annäherung von Geistes- und Naturwissenschaften.
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Trotz relativ gut nachzuvollziehender Beschreibungen und Erläuterungen ist eine mehrfache Lektüre unumgänglich, um eine gewisse Vorstellungskraft für das "unlogisch Erscheinende" zu entwickeln. Aber wie stellte bereits Niels Bohr fest: "Wer über die Quantentheorie nicht entsetzt ist, der hat sie möglicherweise nicht verstanden."
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Fazit:
"Die sonderbare Welt der Quanten" ist mit Sicherheit keine Unterhaltungslektüre und bringt für den Laien auch nicht gleich beim ersten Mal den sogenannten Aha-Effekt. "Die Bereitschaft zum Mitdenken und zur Auseinandersetzung mit dem Stoff ist notwendig, wenn das Hauptziel dieses Buches erreicht werden soll", so Audretsch. Alles in Allem ist das Buch jedoch ein gute Einführung, um mit dem "verwirrenden" Mikrokosmos der Quanten umgehen zu können und das Unverständliche verstehbar zu machen, denn: Selber denken macht Spaß.

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C

Rezension zu "Transdisziplinäre Kommunikation." von Jürgen Audretsch

Rezension zu "Transdisziplinäre Kommunikation." von Jürgen Audretsch
civetta81vor 10 Jahren

Ein weg-weisendes Buch.
Profunde Beiträge zum Phänomen Kommunikation von Physik bis Theologie.
Es sollte in keiner KoWi-Bibliothek fehlen.

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