Gegeben seien zwei kleine Objekte, eines davon hier auf Erden und das andere in einem Abstand von einigen Lichtjahren. Würden Sie der Behauptung zustimmen, daß sich die Eigenschaften des Objektes auf der Erde nicht verändern, wenn das entfernte Objekt eine Wechselwirkung erfährt?
ZusammenfassungGegeben seien zwei kleine Objekte, eines davon hier auf Erden und das andere in einem Abstand von einigen Lichtjahren. Würden Sie der Behauptung zustimmen, daß sich die Eigenschaften des Objektes auf der Erde nicht verändern, wenn das entfernte Objekt eine Wechselwirkung erfährt?Es erscheint nur natürlich, diese Frage zu bejahen, aber die moderne Physik hat gezeigt, daß dies in speziellen Fällen unzutreffend sein muß. Notwendigerweise muß dann entweder der Raum weitgehend eine Sinnestäuschung sein oder Reisen in die Vergangenheit sind möglich oder irgendetwas anderes muß grundlegend verändert werden.
Albert Einstein konnte sich, obwohl er selbst fundamentale Beiträge zur Entwicklung der Quantentheorie erbracht hat, mit dem seinem Wesen nach indeterministischen Charakter dieser neuen Form der Naturbeschreibung zeitlebens nicht abfinden. „Gott würfelt nicht“ war seine innerste Überzeugung. Seiner Meinung nach war die Quantentheorie erst ein Provisorium. Seine Zweifel an der Vollständigkeit der quantenmechanischen Beschreibung fanden einen prägnanten Ausdruck in einer im Jahre 1935 gemeinsam mit Podolsky und Rosen (Einstein, Podolsky u. Rosen 1935) verfaßten Arbeit. In ihr wurde sehr scharfsinnig ein Gedankenexperiment analysiert, das als Paradoxon von Einstein, Podolsky und Rosen Berühmtheit erlangt und die Gemüter der Theoretiker immer wieder erregt hat.
Einer der faszinierenden Aspekte der Bose-Einstein-Kondensation ist, dass sie selbst in idealen, d.h. wechselwirkungsfreien, Bose-Gasen auftritt, wodurch sie sich grundlegend von allen Phasenübergängen unterscheidet, bei denen eine langreichweitige Ordnung des Systems durch Wechselwirkung erzeugt wird - wie beispielsweise beim Ferromagnetismus. Viele der Schwierigkeiten, die sich bei der experimentellen Realisierung der Bose-Einstein-Kondensation ergeben haben, haben ihren Ursprung darin, dass es tatsächlich nur wenige physikalische Systeme gibt, die einem idealen Bose-Gas nahe kommen: So ist supraflüssiges Helium recht weit entfernt von einem idealen Bose-System, was sich unter anderem daran zeigt, dass hier der Besetzungsgrad des Grundzustands auf 8% limitiert ist. Atomare Gase sind nur bei extrem starker Verdünnung schwach wechselwirkend. Die in typischen Experimenten mit ultrakalten Alkaligasen verwendeten geringen Dichten ziehen extrem kleine Übergangstemperaturen nach sich, was erhebliche Ansprüche an die verwendeten Kühltechniken stellt. Das vielleicht beste Beispiel eines idealen Bose-Gases ist die Schwarzkörperstrahlung. Die Schwarzkörperstrahlung zeigt allerdings keine Bose-Einstein-Kondensation bei niedrigen Temperaturen, was daran liegt, dass hier nicht nur die spektrale Verteilung der Photonen von der Temperatur abhängt, sondern auch die Photonenzahl insgesamt. Wenn die Temperatur abgesenkt wird, so verringert sich gleichzeitig die Photonenzahl und verhindert damit das Auftreten einer Kondensation. Ein verändertes Tieftemperaturverhalten ergäbe sich nur dann, wenn Thermalisierungsprozesse gefunden werden könnten, bei denen die Photonenzahl erhalten bleibt. Vorgeschlagen wurde beispielsweise ein Thermalisierungsprozess durch Photon-Photon-Stöße in einem nichtlinearen Medium und auch die momentan viel beachteten Experimente zur Kondensation von Exziton-Polaritonen, bei denen ebenfalls binäre Stöße einen Thermalisierungsprozess bewirken, können in diesem Zusammenhang genannt werden. Gegenstand der vorliegenden Arbeit sind Untersuchungen zur Thermodynamik von paraxialem Licht in einem Farbstoff-Mikroresonator. Durch Kontakt mit einem Wärmebad (mehrfache Absorptions-Emissionszyklen in einem Farbstoff) gelangt das Licht in ein thermisches Gleichgewicht mit dem Resonatoraufbau und übernimmt so dessen Temperatur (Raumtemperatur). Anders als in einem Schwarzkörperstrahler ist im vorliegenden Experiment die Dynamik der Photonen durch die modifizierte Spontanemission im Mikroresonator auf Änderungen der transversalen Freiheitsgrade beschränkt. Formal wird das Photonengas dadurch äquivalent zu einem zweidimensionalen atomaren Bose-Gas, das zudem effektiv einem Fallenpotential unterworfen ist. Darüber hinaus verläuft der Thermalisierungsprozess photonenzahlerhaltend, d.h. anders als in einem Schwarzkörper wird die Photonenzahl nicht durch die Temperatur eingestellt. Experimentell kann die Thermalisierung des Photonengases durch die Beobachtung thermisch verteilter optischer Frequenzen im Mikroresonator (Bose-Einstein-Verteilung), sowie einer räumlichen Relaxierung der Photonen in das Fallenzentrum nachgewiesen werden. Ab einer bestimmten Photonenzahl im Resonator kann zudem ein Sättigungsverhalten der transversal angeregten Photonenzustände festgestellt werden, begleitet von einer makroskopischen Besetzung des transversalen Grundzustands. Die experimentell ermittelte Photonenzahl, bei der die Kondensation einsetzt ist, entspricht sehr genau der kritischen Teilchenzahl, die man für eine Bose-Einstein-Kondensation theoretisch erwarten würde. Auch die erwartete Abhängigkeit von den Geometrieparametern des Resonators kann experimentell bestätigt werden. Außerdem kann aufgrund der räumlichen Relaxierung der Photonen auch dann eine Kondensation im Fallenzentrum beobachtet werden, wenn das Pumplicht keinen Überlapp mit dem Grundmoden besitzt. Diese experimentellen Beobachtungen lassen den Schluss zu, dass in der vorliegenden Doktorarbeit erstmals ein Gleichgewichtsphasenübergang in einem Photonengas beobachtet wurde, der im engeren Sinn als Bose-Einstein-Kondensation von Licht zu betrachten ist.
Albert Einstein konnte sich, obwohl er selbst fundamentale Beiträge zur Entwicklung der Quantentheorie erbracht hat, mit dem seinem Wesen nach indeterministischen Charakter dieser neuen Form der Naturbeschreibung zeitlebens nicht abfinden. „Gott würfelt nicht“ war seine innerste Überzeugung. Seiner Meinung nach war die Quantentheorie erst ein Provisorium. Seine Zweifel an der Vollständigkeit der quantenmechanischen Beschreibung fanden einen prägnanten Ausdruck in einer im Jahre 1935 gemeinsam mit Podolsky und Rosen [EIN 35] verfaßten Arbeit. In ihr wurde sehr scharfsinnig ein Gedankenexperiment analysiert, das als Paradoxon von Einstein, Podolsky und Rosen Berühmtheit erlangt und die Gemüter der Theoretiker immer wieder erregt hat.
Abstract Dieser Kommentar stellt eine erkenntnistheoretische Antwort auf David Deutsch dar und untersucht die begrifflichen Fehlannahmen, die entstehen, wenn Licht, Teilchen oder Photonen so behandelt werden, als könne man sie unmittelbar „sehen“. Die Antwort argumentiert, dass physikalische Gleichungen nicht über Wirklichkeit sprechen, sondern über die Regeln unserer Beschreibung, und dass Beobachten stets ein Wechselspiel aus Frage, Grammatik und Interpretation ist.Ausgehend von der AWIRES-Perspektive wird gezeigt, dass Wahrnehmung keine passive Registrierung äußerer Objekte ist, sondern ein semantischer Prozess, in dem Bedeutung entsteht. Die zentrale These lautet: Nicht das Licht bestimmt, was wir sehen, sondern die innere Bereitschaft und Reife eines Wesens entscheidet, welche Aspekte der Welt sich zeigen können — unabhängig davon, ob wir bewusst fragen oder ob sich etwas von selbst offenbart. Der Text positioniert sich im Spannungsfeld zwischen Physik, Sprache und Erkenntnistheorie und formuliert eine alternative Sicht auf das Verhältnis von Beobachter, Gleichung und Erscheinung.
In einer vollständigen Theorie gibt es zu jedem Element der Realität stets ein entsprechendes Element. Eine hinreichende Bedingung für die Realität einer physikalischen Größe ist die Möglichkeit, sie mit Sicherheit vorherzusagen, ohne das System zu stören. In der Quantenmechanik schließt im Falle von zwei physikalischen Größen, die durch nicht-kommutierende Operatoren beschrieben werden, das Wissen von der einen das Wissen von der anderen aus. Dann ist entweder (1) die Beschreibung der Realität, die durch die Wellenfunktion in der Quantenmechanik gegeben wird, nicht vollständig oder (2) diesen beiden Größen kann nicht gleichzeitig Realität zukommen. Die Betrachtung des Problems, Vorhersagen bezüglich eines Systems auf der Grundlage von Messungen zu machen, die an einem anderen System, das zuvor mit dem ersteren in Wechselwirkung stand, ausgeführt wurden, führen auf das Ergebnis, daß wenn (1) falsch ist, dann auch (2) falsch ist. Man wird so zu dem Schluß geführt, daß die Beschreibung der Realität, wie sie von der Wellenfunktion geleistet wird, nicht vollständig ist.