Kommen wir zu der Quantenmechanik zurück und wie wir sie einsetzen können.

Unsichtbare Sicht

Okay, Sie fühlen sich Kaffee, Sie sind fast wach. Deine Augen sind bereit für Tageslicht, sie blinzeln und lassen etwas Licht herein. Wenn Sie darüber nachdenken, sind die Lichtteilchen, die in Ihr Gesicht und Ihre Augen eindringen, vor einer Million Jahren im Zentrum der Sonne entstanden, als unsere Vorfahren mit dem Einsatz von Feuer begannen. Die Sonne würde nicht einmal Teilchen senden, die als Photonen bezeichnet werden, wenn sie nicht für dasselbe Phänomen benötigt würden, das die Grundlage unseres Geruchs, des Quantentunnels, sein könnte.

Über 150 von Millionen von Kilometern trennt Sonne und Erde, Photonen brauchen nur acht Minuten, um diese Entfernung zu überwinden. Die meisten ihrer Reisen finden in der Sonne statt, wo ein typisches Photon Millionen von Jahren damit verbringt, zu fliehen. Die Masse wird in der Mitte unseres Sterns gespeichert, wo Wasserstoff etwa 13-mal dichter ist als Blei, und Photonen können nur einen unendlich kleinen Bruchteil einer Sekunde wandern, bevor Wasserstoffionen absorbiert werden, die dann ein Photon auf einen Sonnenpfad schießen usw. Nach etwa einer Milliarde Solche Wechselwirkungen bilden schließlich ein Photon auf der Oberfläche der Sonne, das seit Millionen von Jahren scheint.

Quantenmechanik (© Jay Smith)

Photonen würden niemals entstehen und die Sonne würde nicht scheinen, wenn das Quantentunneln nicht wäre. Die Sonne und alle anderen Sterne erzeugen Licht durch Kernfusion, brechen Wasserstoffionen und erzeugen Helium durch einen Prozess, der Energie freisetzt. Jede Sekunde wandelt sich die Sonne in etwa 4 von Millionen Tonnen Masse um. Nur Wasserstoffionen haben wie einzelne Protonen positive elektrische Ladungen und stoßen sich ab. Wie können sie miteinander verschmelzen?
Beim Quantentunneling können sich die Protonen aufgrund ihrer Wellennatur manchmal leicht überlappen, da sich Wellen mit der Oberfläche des Teichs verbinden. Durch die Überlappung werden die Protonenwellen so nahe gebracht, dass zusätzliche Stärke, wie beispielsweise eine starke Kernkraft, die nur bei sehr kurzen Entfernungen wirkt, die elektrische Abstoßung der Partikel überwinden kann. Die Protonen kollabieren dann und setzen ein Photon frei.

Unsere Augen sind sehr empfindlich gegen Photonen

Unsere Augen haben sich entwickelt, um sehr empfindlich auf diese Photonen zu reagieren. Einige kürzlich durchgeführte Experimente haben gezeigt, dass wir sogar einzelne Photonen detektieren können, was eine interessante Option darstellt: Könnten Menschen spezielle Fälle der Quantenmechanik entdecken? Bedeutet das, dass ein Mann, wie ein Photon oder ein Elektron oder Schrödingers unglückliche Katze, gleichzeitig tot und lebendig ist, wenn er direkt in die Quantenwelt eingreift? Wie könnte eine solche Erfahrung aussehen?

Das menschliche Auge

"Wir wissen es nicht, weil niemand es versucht hat", sagt Rebecca Holmes, Physikerin am Los Alamos National Laboratory in New Mexico. Vor drei Jahren, als sie an der University of Illinois in Urbane-Champaign studierte, war Holmes Teil eines Teams, das von Paul Kwiat geleitet wurde, der zeigte, dass Menschen einen kurzen Blitz von drei Photonen erkennen können. In 2016 fand sie heraus, dass eine konkurrierende Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung des Physikers Alipawa Vaziri an der Rockefeller University in New York feststellte, dass die Menschen tatsächlich einzelne Photonen sehen. Wir sehen jedoch, dass die Erfahrung möglicherweise nicht genau beschrieben wird. Vaziri, sie hatte versucht, die Photonenblitze zu sehen, und sagte dem Nature Magazine: "Es ist nicht so, als würde man das Licht sehen. Es ist fast ein Gefühl an der Schwelle der Fantasie. "

Quantenmechanik - Experimente

In naher Zukunft erwarten Holmes und Vaziri Experimente, um zu testen, was Menschen wahrnehmen, wenn Photonen in spezielle Quantenzustände eingefügt werden. Beispielsweise können Physiker ein einzelnes Photon mit einer sogenannten Überlagerung verknüpfen, bei der Photonen gleichzeitig an zwei verschiedenen Orten existieren. Holmes und ihre Kollegen schlugen ein Experiment mit zwei Szenarien vor, um zu testen, ob Menschen die Überlagerung von Photonen direkt wahrnehmen können. Im ersten Szenario würde ein Photon entweder die linke oder die rechte Seite der menschlichen Netzhaut erreichen und man würde bemerken, auf welcher Seite der Netzhaut ein Photon gefühlt wurde. Im zweiten Szenario würde das Photon in eine Quantenüberlagerung gebracht, die es unmöglich erscheinen lassen würde, gleichzeitig zur rechten und linken Seite der Netzhaut des Auges zu fliegen.

Würde man Licht auf beiden Seiten der Netzhaut finden? Oder würde die Photonenwechselwirkung im Auge dazu führen, dass die Überlagerung zusammenbricht? Wenn ja, wäre es so oft rechts wie links, wie die Theorie vermuten lässt?

Rebecca Holmes sagt:

"Basierend auf der Standard-Quantenmechanik würde das Photon der Überlagerung wahrscheinlich nicht anders aussehen als das tatsächlich zufällig gesendete Photon nach links oder rechts."

Wenn sich herausstellt, dass einige der Versuchsteilnehmer das Photon tatsächlich an beiden Orten gleichzeitig wahrgenommen haben, bedeutet das, dass sich die Person selbst in einem Quantenzustand befand?

Rebecca Holmes fügt hinzu:

"Man könnte sagen, dass der Beobachter in einer sehr kurzen Zeit alleine in einer Quantenüberlagerung war, aber es hat noch niemand ausprobiert, also wissen wir es nicht wirklich. Deshalb können wir so ein Experiment machen. "

Sie nehmen Ihren eigenen Weg wahr

Kommen wir jetzt zurück zur Tasse Kaffee. Sie fühlen den Becher als festes Material, das fest mit Ihrer Haut in Kontakt kommt. Aber es ist nur eine Illusion. Wir berühren niemals etwas, zumindest nicht im Sinne der beiden festen Materiestücke, die sich berühren. Mehr als 99,9999999999 Prozent eines Atoms besteht aus einem leeren Raum, wobei fast die gesamte Masse im Kern zentriert ist.

Quantenmechanik (© Jay Smith)

Wenn Sie eine Tasse mit den Händen halten, scheint es seine Die Stärke ergibt sich aus dem Widerstand der Elektronen im Becher und in der Hand. Die Elektronen selbst haben überhaupt kein Volumen, sie sind nur die scheinbaren Nullabmessungen des negativen elektrischen Ladungsfeldes, das Atome und Moleküle wie eine Wolke umgibt. Die Gesetze der Quantenmechanik sind auf bestimmte Energieniveaus um Atome und Moleküle beschränkt. Wenn die Hand die Tasse ergreift, drückt sie Elektronen von einer Ebene zur anderen und erfordert die Energie der Muskeln, die das Gehirn als Widerstand interpretiert, wenn Sie etwas Festes berühren.

Unser Tastgefühl beruht auf einer äußerst komplexen Wechselwirkung zwischen den Elektronen um unsere Körpermoleküle und den Molekülen der Objekte, die wir berühren. Aus diesen Informationen erzeugt unser Gehirn die Illusion, dass wir einen festen Körper haben, der sich in einer Welt voller fester Objekte bewegt. Der Kontakt mit ihnen gibt uns keinen genauen Realitätssinn. Es ist möglich, dass keine unserer Wahrnehmungen dem entspricht, was wirklich geschieht. Donald Hoffman, ein kognitiver Neurologe an der University of California in Irvine, glaubt, dass sich unsere Sinne und unser Gehirn entwickelt haben, um die wahre Natur der Realität zu verschleiern, nicht um sie zu enthüllen.

"Meine Idee ist, dass die Tatsache, was immer es ist, zu kompliziert ist und dass es zu viel Zeit und Energie erfordert, um sie zu verarbeiten."

Vergleich eines Weltbildes im Gehirn mit einer grafischen Benutzeroberfläche am Computer

Hoffman vergleicht das Bild der Konstruktion der Welt in unserem Gehirn mit der grafischen Benutzeroberfläche auf dem Computerbildschirm. Alle Farbsymbole auf dem Bildschirm, wie z. B. Korb, Mauszeiger und Dateiordner, stehen in keinerlei Zusammenhang mit den tatsächlichen Vorgängen im Computer. Es sind bloße Abstraktionen, Vereinfachungen, die es uns ermöglichen, mit komplexer Elektronik zu kommunizieren.

Nach Hoffmans Ansicht hat die Evolution unser Gehirn so verändert, dass es wie eine grafische Benutzeroberfläche funktioniert, die die Welt nicht ganz treu produziert. Evolution unterstützt nicht die Entwicklung genauer Wahrnehmung, sie verwendet nur das, was Überleben erlaubt.

Wie Hoffman sagt:

"Form dominiert die Realität."

Hoffman und seine Doktoranden haben in den letzten Jahren Hunderttausende von Computermodellen getestet, um ihre Ideen in Simulationen künstlicher Lebensformen zu testen, die nur begrenzte Ressourcen nutzen. In jedem Fall sind die Organismen so programmiert, dass sie der körperlichen Fitness den Vorzug geben, wenn die Realitäten nicht mit denen übereinstimmen, die für eine genaue Wahrnehmung gemacht werden.

Wenn z. B. ein Organismus die Gesamtmenge an Wasser in der Umgebung genau wahrnehmen soll, trifft er auf einen Organismus, der so eingestellt ist, dass er etwas Einfacheres wahrnimmt, z. B. die optimale Wassermenge, um am Leben zu bleiben. Während also ein Organismus eine genauere Form der Realität schaffen könnte, erhöht diese Eigenschaft seine Überlebensfähigkeit nicht. Hoffmans Studie führte ihn zu einer bemerkenswerten Schlussfolgerung:

"Soweit wir darauf eingestellt sind, das Leben aufrecht zu erhalten, werden wir nicht auf die Realität abgestimmt sein. Wir können es nicht tun. "

Quantentheorie

Seine Ideen stimmen mit dem überein, was einige Physiker für die zentrale Idee der Quantentheorie halten - die Wahrnehmung der Realität ist nicht völlig objektiv, wir können uns nicht von der Welt trennen, die wir beobachten.

Hoffman sieht diese Ansicht vollständig:

"Raum ist nur eine Datenstruktur, und physische Objekte sind an sich die Datenstrukturen, die wir im Flug erstellen. Wenn ich einen Hügel betrachte, erstelle ich diese Datenstruktur. Dann schaue ich woanders hin und breche diese Datenstruktur auf, weil ich sie nicht mehr brauche. "

Wie Hoffmans Arbeit zeigt, haben wir die volle Bedeutung der Quantentheorie und ihre Aussagen über die Natur der Realität noch nicht berücksichtigt. Während des größten Teils seines Lebens versuchte Planck selbst, die Theorie zu verstehen, die er mitgestaltet hatte, und er glaubte immer an eine objektive Wahrnehmung des Universums, die unabhängig von uns existierte.

Er schrieb einmal darüber, warum er sich gegen den Rat seines Lehrers entschied, sich der Physik zu widmen:

"Die Außenwelt ist etwas, das vom Menschen unabhängig ist, es ist etwas Absolutes, und die Suche nach den Gesetzen, die für diese Anwendung gelten, scheint mir absolut die höchste wissenschaftliche Erfahrung des Lebens zu sein."

Vielleicht wird es ein weiteres Jahrhundert dauern, bis eine andere Revolution in der Physik beweist, ob er Recht oder Unrecht hatte, wie sein Professor Philip von Jolly.