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#1

Paralleluniversen könnten bizarre Quantenphänomene erklären

in Aus der Welt der Wissenschaft 05.11.2014 10:42
von franzpeter | 8.079 Beiträge

Mittwoch, 5. November 2014
Paralleluniversen könnten bizarre Quantenphänomene erklären


Brisbane (Australien) - Mit einer neuen und radikalen Theorie stellen drei Physiker die Grundlagen des bisherigen Standardmodells der Quantenphysik in Frage. In Ihrer Theorie postulieren Professor Howard Wiseman und Dr. Michael Hall vom Centre for Quantum Dynamics an der Griffith University in Brisbane und Dr. Dirk - André Deckert von der University of California und der Ludwig-Maximilians-Universität München die Existenz einer Vielzahl von teilweise mit unserer eigenen Realität interagierenden Paralleluniversen, wodurch einige der immer noch rätselhaften Quantenphänomene erklärt werden können.

Wie das Forscher-Trio aktuell im Fachjournal "Physical Review X" (DOI: 10.1103/PhysRevX.4.041013) berichten, würden sich einander nahe liegende Universen nicht gänzlich unabhängig voneinander entwickeln, sondern sich gegenseitig durch eine leichte Abstoßungskraft beeinflussen. Laut den Autoren könnte eine solche Interaktion die bizarren Phänomene der Quantenmechanik erklären.

Mittels der Quantentheorie versuchen Wissenschaftler zu erklären, wie das Universum auf mikroskopischer Ebene funktioniert, die sich jedoch rückwirkend auf alle Arten von Materie auswirkt. Doch gerade in der Welt der Quanten stoßen Forscher immer wieder auf Phänomene und das Verhalten von Teilchen, für die die Newton'sche Physik keine Erklärung hat liefert.

Der nun jedoch von Wiseman, Hall und Deckert entwickelte Ansatz knüpft an dem schon seit 1957 von dem Physiker Hugh Everett vorgeschlagenen Konzept der "Viele-Welten-Interpretation" (Many Worlds Interpretation) an, unterscheidet sich jedoch zugleich davon grundlegend. Dieses sieht vor, dass sich jedes Universum selbst wieder in eine Vielzahl von neuen Universen aufspaltet, sobald eine Quantenmessung durchgeführt wird. "Auf diese Weise werden alle sich daraus ergebenden Möglichkeiten Realität", zitiert die Pressemitteilung der Griffith University Wiseman und führt weiter aus: "In einigen Universen verfehlt der die Dinosaurier ausrottende Asteroid die Erde. In anderen wurde Australien von den Portugiesen kolonialisiert."


"Kritiker stellen diese Vorstellung jedoch unter anderem deshalb in Frage, da diese Universen unser eigenes Universum in keinster Weise beeinflussen. Aus diesem Grund ist unser Ansatz der "Viele-Interagierende-Welten" (Many Interacting Worlds) auch ein völlig anderer und neuer", so die Forscher und erläutern:

- Unser Universum ist nur eines in einer gigantischen Anzahl von Universen. Einige sind mit dem unseren nahezu identisch, andere sind sehr unterschiedlich.
- In unserer "Many Interacting Worlds" gibt es keinen Aufspaltungsmechanismus. Die Anzahl der Welten ist fest.

- Alle diese Welten sich gleichwertig real, existieren fortwährend durch die Zeit und besitzen präzise definierte Eigenschaften.

- Alle Quantenphänomene gehen aus einer universellen Kraft der Abstoßung zwischen sich nahen (d.h. ähnlichen) Welten hervor und unterscheiden diese dadurch voneinander."
Zugleich stelle die neue Theorie die einzigartige Möglichkeit in Aussicht, die Existenz anderer Universen zu testen: "Das schöne an unserem Ansatz ist, dass wenn es nur ein Universum geben würde, sich unsere Theorie auf die Newton'sche Mechanik reduzieren würde. Gibt es aber eine gewaltige Anzahl paralleler Welten, so gelangen wir zur Quantenmechanik", erläutert Hall. "Dazwischen sagt unsere Theorie dann etwas Neues voraus, das weder Newton'sche noch Quantentheorie ist.

Wir glauben auch, dass durch das Beschreiben einer neuen Vorstellung von Quanteneffekten, es auch möglich sein wird, Experimente so zu planen, um Quantenphänomene zu testen und zu nutzen."

Tatsächlich könnte die Fähigkeit, sich der Quantenevolution zu nähern, in dem man eine bestimmte Anzahl von Welten nutzt, bedeutende Auswirkungen für die Molekulardynamik haben, die wiederum für unser Verständnis chemischer Reaktionen und die Wirkung von Medikamenten von großer Bedeutung ist.

grenzwissenschaft-aktuell.de


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franzpeter
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#2

Professor Howard Wiseman und Dr. Dirk - André Deckert über die Konsequenzen seiner Theorie interagierender Parallelunivsersen

in Aus der Welt der Wissenschaft 07.11.2014 23:15
von franzpeter | 8.079 Beiträge

Samstag, 8. November 2014
GreWi-Interview: Professor Howard Wiseman und Dr. Dirk - André Deckert über die Konsequenzen seiner Theorie interagierender Parallelunivsersen

Saarbrücken (Deutschland) - Mit ihrer neuen Theorie von einer gewaltigen Anzahl parallel existierender und teilweise miteinander interagierender Universen, stellen drei Physiker die bisherigen Grundlagen der Quantenphysik in Frage. Bizarre Quantenphänomene könnten demnach das Ergebnis der Interaktion unseres Universums mit einem oder mehreren Nachbaruniversen sein (...wir berichteten). "Grenzwissenschaft-Aktuell" hat dem Direktor des Centre for Quantum Dynamics an der Griffith University, Professor Howard Wiseman und Dr. Dirk - André Deckert von der University of California und der Ludwig-Maximilians-Universität München zu den möglichen Konsequenzen dieser Theorie - auch für grenzwissenschaftliche Phänomene - befragt.

GreWi: Herr Professor Wiseman und Dr. Deckert, in Ihrer Publikation, beschreiben Sie u.a. Ihre Simulation des Doppelspaltexperiments als eines jener Qunatenphänomene, die vor dem Hintergrund ihrer Theorie erklärt werden können. Können Sie uns dies kurz erläutern und dabei auch erklären, wie Ihre Theorie dieses im Gegensatz zur bisherigen Quantenphysik erklärt?

Professor Howard Wiseman: Wir haben das Doppelspalt-Interferenzmuster unter der Voraussetzung der Existenz von 42 Universen mit Bahnen simuliert, wie sie in der beigefügten Grafik zu sehen sind und wie sie sich aus der Quanten-Zwischenkraft (quantum interstitial force) ergeben. Die Schattierung stellt die Dichte der Welten dar, wie sie anhand der Bahnen berechnet wurde.



In Standardmodell der Quantenmechanik, wird die Interferenz mittels der Wellenfunktion erklärt, die in diesem Fall eines einzelnen Teilchens im gewöhnlichen dreidimensionalen Raum existiert. Sind beide Spalten geöffnet, so bewegt sie sich auch durch beide Spalten hindurch und bestimmt dabei die Wahrscheinlichkeit, an welchem bestimmten Punkt das Teilchen detektiert wird. Das Teilchen selbst geht aber weder durch den einen, noch durch den anderen Spalt. Seine Position wird alleine durch den Vorgang der Beobachtung bestimmt.
Professor Howard Wiseman. | Copyright: Griffith University

In unserer Theorie bewegt sich nun ein/das Teilchen tatsächlich durch einen Spalt. Allerdings gibt es zeitgleich viele, sich leicht voneinander unterscheidende Parallelwelten, in denen das Teilchen einen Spalt jeweils an einem anderen Punkt oder auch den anderen Spalt durchquert.

Diese parallelen Welten/Universen interagieren nun aber miteinander und erzeugen so die Bahnen, wie sie in der Grafik dargestellt werden. Auf diese Weise erkennt also ein Teilchen, das sich in einem dieser Universen durch den unteren Spalt bewegt, ob der obere Spalt geöffnet ist, durch den Einfluss einer Parallelwelt, in der sich das Teilchen durch eben diesen oberen Spalt bewegt hat.

Dr. Dirk - André Deckert: In der herkömmlichen Formulierung der Quantenmechanik wird die Statistik der Teilchenorte mittels der Lösung der Schrödinger Gleichung, der sogenannten Wellenfunktion, beschrieben. Vereinfacht kann man sich die Wellenfunktion als Wellen auf einer Wasseroberfläche vorstellen. Wenn eine Wellenfront auf den Doppelspalt trifft, werden an beiden Spaltöffnungen Wellenpakete erzeugt, die sich dahinter weiter, ähnlich wie Wasserwellen, gemäß
der Schrödingergleichung ausbreiten. Diese zwei Wellen überlagern sich und erzeugen nach einiger Zeit das bekannte Interferenzmuster.
Dr. Dirk - André Deckert. | Copyright: N. Daria

Die eigentlichen Teilchen, die man durch den Doppelspalt schickt, reiten auf dieser Wellenfunktion, wie Surfer auf einer Welle, und werden dadurch auf bestimmte Bahnen gelenkt. Man kann dann zeigen, dass die Statistik der Teilchenorte durch das Absolutquadrat der Wellenfunktion gegeben ist. Das Bewegungsgesetz der Teilchen ist also durch die Wellenfunktion allein bestimmt.

In unserer Formulierung gibt es keine Wellenfunktion mehr. Es gibt nur eine bestimmte Anzahl von Welten, die jeweils aus einer bestimmten Anzahl von Teilchen bestehen. Das Bewegungsgesetz, dass diese Teilchen auf ihren Bahnen führt, ist durch die klassische Newtonsche Gleichung, Masse x Beschleunigung = Kraft, gegeben. Die Kraft setzt sich aber zum einen aus der klassischen Kraft, die der Wechselwirkung der Teilchen innerhalb der jeweiligen Welten entspricht, und zum anderen aus einer neuartigen Kraft zusammen. Letztere lässt die Welten
direkt miteinander wechselwirken, und ihre Natur ist es, lokale Anhäufungen von Welten, wie z.B. bei den Spaltöffnungen, entgegen zu wirken und sie auseinander zu treiben. Macht man nun Statistik über die Orte, der durch dieses Bewegungsgesetz geführten Teilchen, entsteht hinter dem Doppelspalt wieder das bekannte Interferenzmuster.

Dieses stimmt mit dem der Quantenmechanik im hypothetischen Limes unendlicher Welten exakt überein. Wir zeigen anhand zweier Beispiele (Grundzustand des harmonischen Oszillators und Doppelspaltexperiment), dass in speziellen Situationen aber schon geringe Anzahl von Welten ausreicht, um gute Vorhersagen machen zu können.

Im Hinblick auf die numerische Berechnung von Lösungen, scheint unser neues Bewegungsgesetz Vorteile zu haben, denn es müssen nur eine bestimmte Anzahl von wechselwirkenden Weltenbahnen berechnet werden, wofür es effiziente Algorithmen gibt. Im Gegensatz dazu ist es z.B. sehr aufwendig die Schrödinger-Gleichung für mehr als drei Teilchen numerisch zu lösen, denn die Wellenfunktion nimmt für jede Teilchenkonfiguration einen Wert an, der in jedem Zeitschritt berechnet werden muss. Die Interpretation der von uns vorgeschlagenen Formulierung außen vor gelassen, sieht es so aus, also ob sich daraus schnelle numerische Algorithmen ableiten lassen könnten, die z.B. in der Quantenchemie dringend gebraucht werden.
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GreWi: Glauben Sie, dass die Ergebnisse Ihrer Arbeit und die Konsequenzen Ihrer Theorie auch einige sogenannte paranormale Erfahrungen und Phänomene derart erklären könnten, dass es sich dabei um das Ergebnis der Interaktion eines Paralleluniversums mit dem unsrigen handeln könnte? Ich denke da jetzt mal an Geistererscheinungen oder vielleicht auch Kornkreise sozusagen als Abdrücke oder "Rückstände" einer solchen Interaktion etwa in Form eines Interferenzmusters.

Wiseman: Nein, ich würde nicht sagen, dass diese Dinge das Ergebnis unserer Theorie sein könnten.

Ich kann mir aber vorstellen, dass einigen Autoren von Science-Fiction unsere Theorie gefällt, da sie Parallelwelten möglich und real hält. Ich kann mir auch vorstellen, dass uns der eine oder andere Autor unterstellen wird, dass die beschriebene Interaktion zwischen einigen dieser Welten nicht so abläuft, wie wir es postulieren und dass diese Interaktionen unter bestimmten Umständen eine wie auch immer geartete Kommunikation zwischen den Parallelwelten ermöglicht, die dann wie paranormale Phänomene erscheinen können.

Aber nochmals: Ich selbst sehe in diesen Dingen keine Konsequenz unserer Theorie und würde sie auch nicht als Argument für diese Phänomene bezeichnen.

Deckert: Diese Unschärfe im Begriff (des Paranormalen) ist einer der Gründe, warum ich fürchte, dass keine wissenschaftliche Methode, und schon gar nicht unsere vorgeschlagene Formulierung der Quantenmechanik, jemals im Studium dieser Phänomene irgendwie hilfreich sein wird. Die Antwort auf Ihre Frage ist also weder "ja" noch "nein", weil die Frage nicht wohl definiert ist.

Wissenschaftliche Methoden benötigen scharf definierte Objekte, um erfolgreich arbeiten zu können, und um scharfe Antworten, wie "ja" und "nein" zu finden. Zum Beispiel, Teilchen als Objekte die einen Ort haben, oder Felder, die an jedem Raumpunkt einen Wert haben, welcher wieder einer klar definiertem Eigenschaft der Natur an diesem Ort entspricht, usw. Dann kann man für scharf definierte Anfangswerte klare Vorhersagen über die Zukunft machen, oder ein
beobachtetes Phänomen anhand der Theorie verstehen, oder Objekte beschreiben, die wohl sind, aber sich unseren direkten Sinneseindrücken entziehen (dies fängt z.B. schon beim Mond an, von dem wir wissen, das er ist, obwohl wir ihn manchmal gar nicht sehen - und hört bei den Atomen nicht auf).

Wenn Sie mich also fragen, ob unserer vorgeschlagenen Formulierung der Quantenmechanik nach, andere Welten direkten Einfluss auf die unsere haben, dann ist die Antwort klarerweise "ja", denn diese Wechselwirkung steht ja im Bewegungsgesetz der Teilchen. Wenn Sie mich aber fragen, ob z.B. unserer Formulierung nach Kornkreise als Abdruck der Wechselwirkung mit anderen Welten erscheinen würden, so ist die Antwort sicherlich "nein". Diese neue Wechselwirkung beeinflusst vorwiegend Phänomene auf viel kleineren Skalen, wie z.B. die, der Atome.

Um mit einer Frage doch antworten zu dürfen, dessen Antwort vielleicht hilfreich ist, meinen Punkt zu der Beschreibung "paranormaler" Phänomene zu verstehen: Warum reicht Ihnen denn weder die Religion, noch die klassische Physik aus, um solche Phänomene befriedigend zu beschreiben?
GreWi: Sie und Ihre Kollegen beschreiben mit ihrer Theorie Effekte auf der Quantenebene. Wenn also nicht im Paranormalen, könnte Ihre Theorie dann grundsätzlich auch Auswirkungen auf der Makroebene und damit in der für uns Menschen alltäglich erfahrbaren Natur und Realität haben?

Wiseman: So wie wir es bislang formuliert haben, können wir nur Effekte auf der Quantenebene erwarten. Es könnte aber vielleicht subtile Unterschiede geben, die dann auch beobachtbar wären. Allerdings haben wir diese Fragestellung noch nicht untersucht. Es gibt also noch viel zu tun.
GreWi: Professor Wiseman, Herr Dr. Deckert, besten Dank für Ihre Zeit und Ausführungen.

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