H. Dieter Zeh

Roots and Fruits of Decoherence

The concept of decoherence is defined, and discussed in a historical context. This is illustrated by some of its essential consequences which may be relevant for the interpretation of quantum theory. Various aspects of the formalism are also reviewed for this purpose.

Open Questions Regarding the Arrow of Time

Conceptual problems regarding the arrow of time in classical physics, quantum physics, cosmology, and quantum gravity are discussed. Particular attention is paid to the retardation of various kinds of correlations, the dynamical rle of the quantum indeterminism, and to different concepts of timelessness.

Physik ohne Realität: Tiefsinn oder Wahnsinn?

Ich habe in letzter Zeit des ofteren bemerken mussen, dass mir in wissenschaftlichen Publikationen und in Internet-Foren unterstellt wird, ich setze bei gewissen Argumenten zur Interpretation der Quantentheorie voraus, dass die Wellenfunktion die Realitat beschreibt, was aber „bekanntlich“ nicht zutrafe. Jedoch ist weder das eine noch das andere richtig, auch wenn die zweite Aussage noch immer ein verbreitetes Vorurteil unter Physikern ist. Denn die Wahrscheinlichkeitsinterpretation (insbesondere fur das spontane Auftreten von Partikeleigenschaften) wird allen Physikstudenten als unumstosliches Dogma ins Gehirn gebrannt. Sie ist fur viele Zwecke naturlich gerechtfertigt, beschreibt jedoch nur die halbe Wahrheit uber die Wellenfunktion und uberlasst die Anwendung der dabei zu benutzenden statistischen Regeln weitgehend der situationsbedingten Intuition (was neuerdings auch „Kontextualitat“ genannt wird).

Bestimmung der Konfigurationsmischungen im RaE aus den β−-Übergängen Pb210→Bi210→Po210

From the anomalies in theβ-decays of Pb210 and Bi210, relations between the shell model wave functions of the ground states of Pb210, Bi210 and Po210 are derived. These relations are however not satisfied by wave functions calculated under the assumption of two-body central forces of zero range. We make use of the fact that such forces seem to be a good approximation for even-even-nuclei (in our case Pb and Po), but not for odd-odd-nuclei (Bi in our case), and derive the wave function for the 1− level of Bi210 from the wave functions of Pb210 and Po210 using the relations obtained from theβ-decay anomalies.

The Nature and Origin of Time-Asymmetric Spacetime Structures

Time-asymmetric spacetime structures, in particular those representing black holes and the expansion of the universe, are intimately related to other arrows of time , such as the second law and the retardation of radiation. The nature of the quantum arrow, often attributed to a collapse of the wave function , is essential, in particular, for understanding the much discussed black hole information loss paradox . This paradox assumes a new form and can possibly be avoided in a consistent causal treatment that may be able to avoid horizons and singularities. The master arrow that would combine all arrows of time does not have to be identified with a direction of the formal time parameter that serves to formulate the dynamics as a succession of global states (a trajectory in configuration or Hilbert space). It may even change direction with respect to a fundamental physical clock such as the cosmic expansion parameter if this was formally extended either into a future contraction era or to negative pre-big-bang values.

Probleme der Quantentheorie

Makrophysik und Messprozess werden im begrifflichen Rahmen der Quantentheorie diskutiert. Die Annahme einer universell gultigen Quantentheorie fuhrt auf einige merkwurdige Konsequenzen, erklart aber die Reduktion der Wellenfunktion und die Bedeutung von Superauswahlregeln.

Wie viele Everett-Welten gibt es eigentlich?

Diese Frage wird haufig gestellt, wenn jemand zum ersten Male etwas uber die Viele-Welten-Theorie hort. Sie besitzt nicht einmal im Prinzip eine eindeutige Antwort, denn vom Standpunkt der „Vogelperspektive“ existiert nur eine einzige Quantenwelt. Da wir als Beobachter aber Teil dieser Welt sind, mussen wir uns mit der sich aus unserer Situation darin ergebenden „Froschperspektive“ begnugen, die im Rahmen einer universellen Quantentheorie erst die phanomenologischen (also separat wahrgenommenen) „Welten“ begrundet. Wir existieren als Beobachter offenbar in einer dieser sich standig verzweigenden Welten und konnen daher jeweils auch nur diese wahrnehmen. Es geht also hier um einen Zusammenhang zwischen den Welten der „klassischen“ Erscheinungen und einer Quantenwelt, uber die uns nur die Theorie etwas sagen kann. Aber auch wenn dieser Zusammenhang gar nicht eindeutig definiert ist, ist es lehrreich, wenigstens die Grunde dafur genauer zu verstehen. Die theoretische Quantenwelt beruht dabei, wie jedes kosmologische Konstrukt, auf der hypothetischen Extrapolation der uns bekannten Naturgesetze – in diesem Falle der Schrodingerschen Quantendynamik.

Wie groß ist ein Photon

Die obige Frage wurde zu meiner Uberraschung bei einem von Friedrich Herrmann im Jahre 2009 veranstalteten Symposium fur Ausbilder von Lehramtskandidaten, zu dem ich selber einen Beitrag leisten durfte [1], als ein wichtiges offenes Problem erwahnt. Mir war damals aber auch ganz neu, dass Experimente mit separaten Photonen, die unter anderem deren Bose-Statistik demonstrieren konnen, heute schon im normalen Schulunterricht durchgefuhrt werden. Das sagt aber wohl eher etwas uber meine inzwischen recht grose zeitliche Ferne zur Praxis der Lehre. Ich erinnere mich noch an wissenschaftliche Konferenzen vor etwa zwanzig Jahren, bei denen erstaunlich fundierte (wenn auch letztendlich nicht ausreichende) Zweifel an der Notwendigkeit einer eigenstandigen Quantisierung des elektromagnetischen Feldes vorgebracht wurden. Und Albert Einstein druckte es kurz vor seinem Tode besonders drastisch aus: „Jeder Hinz und Kunz meint heute, er habe verstanden, was ein Photon ist – aber sie irren sich.“

Wozu braucht man „Viele Welten“ in der Quantentheorie?

Die meisten Menschen werden davon gehort haben, dass im Bereich der Atome, der durch die Quantentheorie beschrieben wird, auserst merkwurdige Dinge passieren. So soll ein einzelnes quantenmechanisches Teilchen (also ein Elektron, Photon, Atom oder auch ein komplexes Molekul) gleichzeitig an verschiedenen Orten sein konnen – was widersinnig erscheint. Nun bestehen aber auch die uns vertrauten Objekte des Alltags aus solchen Bausteinen, weshalb sie dann ebenfalls an mehreren Orten sein konnen mussten. Dabei waren die Alternativ-Orte der einzelnen atomaren Bausteine ganz unabhangig voneinander, so dass nicht nur der Schwerpunkt eines makroskopischen Objekts, sondern auch seine innere Struktur oder „Konfiguration“, also die oftmals stabile relative raumliche Anordnung seiner Bausteine, gleichzeitig auch eine andere sein konnte. Das ist bei Molekulen tatsachlich bestatigt worden. Warum zeigt sich dieses merkwurdige, noch genauer zu erlauternde Verhalten also nur an einzelnen Atomen oder Molekulen – und was wurde es sonst uberhaupt bedeuten?

Was heißt: es gibt keine Zeit?

Die Behauptung aus Kreisen der modernen Physik, dass es eigentlich gar keine Zeit gabe, hat in den letzten Jahren einiges Aufsehen erregt. Julian Barbours Buch „The End of Time“ ist gerade zu einem Bestseller geworden, wahrend der Deutschlandfunk schon im Jahre 1994 ein Feature mit dem Titel „Die Abschaffung der Zeit“ zu diesem Thema brachte. Stephen Hawkings erfolgreiche „Kurze Geschichte der Zeit“ ist im Vergleich dazu eine recht konventionelle Angelegenheit. Doch um es vorweg zu nehmen: der Zeit, wie sie sich uns „fur alle praktischen Zwecke“ darstellt, konnen wir damit nicht entrinnen. Dagegen scheint diese neue Erkenntnis uns ein wenig mehr uber die inneren Geheimnisse unserer Welt verraten zu konnen.