Die Überlagerung (quantum superposition) ist ein zentrales Konzept in der Quantenmechanik, das beschreibt, dass ein Quantenobjekt, wie ein Elektron oder ein Photon, gleichzeitig in mehreren Zuständen existieren kann, bis eine Messung durchgeführt wird. Diese Idee steht im Gegensatz zu klassischen physikalischen Konzepten, in denen ein Objekt immer in einem bestimmten Zustand ist.
Das Konzept der Quantenüberlagerung kann durch das Doppelspaltexperiment veranschaulicht werden.
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In diesem Experiment wird ein Lichtstrahl oder ein Elektronenstrahl auf eine Wand mit zwei schmalen Spalten gerichtet.
Wenn die Teilchen durch die beide Spalten schießen und keine Messung durchgeführt wird, erzeugen die Teilchen ein Interferenzmuster auf dem Beobachtungsschirm. Dieses Muster zeigt, dass die Teilchen sich wie Wellen verhalten und miteinander interferieren, sie sich in einer Überlagerung befinden und durch beide Spalte gleichzeitig gehen.
Wenn jedoch an einer der Spalte, ein Detektor installiert wird, um den Weg der Teilchen zu messen (z.B. um festzustellen, durch welchen Spalt sie gegangen sind), verschwindet das Interferenzmuster. Stattdessen registriert der Beobachtungsschirm nur zwei separate Gruppen von Teilchen, die durch die einzelnen Spalten gegangen sind, was auf ihr Teilchenverhalten hinweist.
Das bedeutet, dass ein Quantenobjekt, wie ein Elektron oder ein Photon, gleichzeitig in mehreren Zuständen existieren kann, bis eine Messung durchgeführt wird.
Hier sind einige wesentliche Merkmale der Überlagerung:
Superposition: Ein Quantenobjekt kann in einer Superposition verschiedener Zustände sein. Zum Beispiel kann ein Elektron sich gleichzeitig an mehreren Orten befinden oder verschiedene Energieniveaus gleichzeitig einnehmen. Mathematisch wird dies durch eine Kombination von Wellenfunktionen beschrieben.
Messung und Kollaps der Wellenfunktion: Wenn eine Messung durchgeführt wird, „kollabiert“ die Überlagerung der Wellenfunktionen in einen bestimmten Zustand. Das bedeutet, dass das Quantenobjekt nach der Messung in einem klar definierten Zustand erscheint, während es vorher in einer unbestimmten Kombination von Zuständen war.
Interferenz: Die Überlagerung von Wellenfunktionen führt zu einem Interferenzmuster, das die Wellencharakteristik der Teilchen demonstriert.
Quantenverschränkung: Überlagerung ist auch ein Schlüsselkonzept in der Quantenverschränkung, wo zwei oder mehr Teilchen in einer Weise miteinander verbunden sind, dass der Zustand eines Teilchens den Zustand eines anderen instantan beeinflusst, unabhängig von der Entfernung zwischen ihnen.
Zusammenfassung
Wenn wir ein Elektron durch den Doppelspalt schicken, können wir nicht sagen, wo es sich hinter dem Spalt befindet, bzw. welchen Weg es nimmt. Wir können nichts über seinen Ort sagen, da es sich in der sogenannten Superposition befindet. Es ist überall, und nicht an einem bestimmten Ort.
Erst die Messung definiert seinen Ort, und zwar weil durch die Messung der Ortskoordinate, die Überlagerung kollabiert (Kollaps der Wellenfunktion) und das Elektron sich nicht mehr in einem Zustand der Superposition befindet.
Anders gesagt, Superposition wird durch das Eingreifen mit dem Messgerät zerstört und der Ort des Elektrons wird dadurch definiert.
Hier herrscht ein wichtiger Unterschied zur klassischen Physik. Durch die Messung wird die Position nicht festgestellt, sondern erzeugt.
Welche Auswirkungen hat die Quantenüberlagerung auf unser Verständnis von Realität?
Das Elektron existiert als Energie, bzw. Wahrscheinlichkeit. Erst durch den Akt des Beobachtens (zielgerichtete Energie) kollabiert diese Energiepotenzial in ein Elektron (Materie) und manifestiert sich somit aus einer Möglichkeit in etwas Bekanntes.
In dem Moment, in dem wir unsere Aufmerksamkeit nicht mehr auf das Elektron richten, verwandelt sich das Partikel, auf Grund der Wellenfunktion, wieder in Energie, in eine Möglichkeit.
So wie wir durch unsere Beobachtung, dem Elektron eine Form geben, leitet sich daraus die Erkenntnis, dass wir, als subjektives Bewusstsein, Auswirkung auf die objektive Welt haben.
Wenn wir dem Elektron durch unsere Beobachtung eine Form geben, leitet sich daraus die Erkenntnis ab, dass wir, als subjektives Bewusstsein, Auswirkungen auf die objektive Welt haben.
Wir sind in der Lage, das gewünschte in unserem Leben zu kreieren.