Weltquantentag – Was ist der Unterschied zwischen Quantenmessung und gewöhnlicher Messung?

Der 14. April ist der Weltquantentag. Warum diesen Tag wählen? Dies liegt daran, dass eine der grundlegendsten Konstanten in der Natur, die Planck-Konstante, ungefähr 4,14 mal 10-15 Elektronenvoltsekunden beträgt. Es ist die Planck-Konstante, die uns in die Quantenwelt führt.

Heute werden wir uns eine ihrer Anwendungen ansehen: die Quantenmessung. Worin besteht der Unterschied zur gewöhnlichen Messung? Wenn Sie jemanden auf der Straße anstarren, kann es sein, dass Sie die Person damit verärgern und sie Sie fragt: „Was guckst du so?“ Kann dies vermieden werden? Dürfen. Sie werfen einen kurzen Blick darauf. Auf diese Weise fällt es anderen nicht so leicht auf, dass Sie sie ansehen.

Mit anderen Worten: Durch klassische Messungen können die Auswirkungen auf ein System minimiert werden. Daher ist die Messung in der klassischen Physik ein technisches Mittel und kein Teil der physikalischen Theorie. In der Quantenwelt sind die Dinge jedoch nicht so einfach. Ihre Messungen verändern das System. Dies liegt daran, dass bei der Untersuchung eines Systems mit einer bestimmten Wellenlänge des Lichts,

Licht hat die kleinste Energieeinheit, nämlich das Photon, und man kann ein Photon nicht in zwei Hälften zerlegen.

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In welcher Beziehung steht dies zur Planck-Konstante 414? Lichtquanten sind die Ursache für die Planck-Konstante. Plancks weltberühmte Formel: Energie ist gleich Plancks Konstante multipliziert mit der Frequenz. Die Plancksche Konstante ist das Verhältnis der Energie eines Lichtquants zu seiner Frequenz. Die Existenz der Planck-Konstante 414 zeigt uns, dass Messungen im Allgemeinen immer eine gewisse Störung des Systems verursachen, im Gegensatz zu klassischen Messungen, die die Auswirkungen auf das System minimieren können. Daher müssen wir die Messung als Teil der Theorie der Quantenmechanik betrachten.

Hier sagen wir, dass Messungen im Allgemeinen in das System eingreifen, denn tatsächlich können Sie auch anspruchsvolle Experimente so gestalten, dass Messungen manchmal keinen Einfluss auf das System haben. Obwohl wir ein Photon nicht in zwei Hälften zerlegen können, können wir den Überlagerungszustand eines Photons und null Photonen bei Messungen verwenden. Dies wird als quantenzerstörungsfreie Messung bezeichnet. An dieser Stelle ergibt sich eine Schlussfolgerung, die sogar philosophisch überraschend ist: Manchmal können wir einige Eigenschaften eines Objekts erkennen, ohne es überhaupt zu berühren. Dies ist das berühmte Gedankenexperiment zur Entschärfung einer Quantenbombe durch einen Photonenbombentest.

Obwohl die Quantenmessung für die Quantenmechanik von großer Bedeutung ist und uns die Tür zur wunderbaren Quantenwelt öffnet, ist sie nicht so magisch, wie sie im Internet dargestellt wird. Einige Leute im Internet sagten, dass dieser Wunsch die objektive Welt beeinflusst, ob wir nun beobachten wollen oder nicht. Obwohl die Quantenmechanik erst vor kurzem entstand, haben sich einige Physiker schon etwas Ähnliches überlegt: „Das Bewusstsein bestimmt die Messergebnisse.“ Aber das ist unzuverlässig.

Hier möchte ich betonen, dass es sich bei der Quantenmessung um die Wechselwirkung zwischen dem Messgerät und dem Quantensystem sowie um die Wechselwirkung zwischen Materie und Materie handelt. Es handelt sich dabei nicht um die Idee des „Messenwollens“ oder die Denkaktivität des „Sehens der experimentellen Ergebnisse“. Es handelt sich weder um eine direkte Wechselwirkung zwischen unserem Denken und dem Quantensystem, noch um eine direkte Einwirkung unseres Geistes auf die Materie. Einige Leute im Internet haben die Quantenmessung mit Diskussionen über grundlegende philosophische Fragen des Materialismus und Idealismus verknüpft, was eine Überinterpretation der Quantenmessung darstellt.

Dieser Artikel ist eine vom Science Popularization China Starry Sky Project unterstützte Arbeit

Autor: Wang Yi

Gutachter: Zhang Wenzhuo (Gründer und CEO von Quami Quantum, ehemaliges Mitglied des Mozi-Satellitenteams)

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.