Unterschied Quantenphysik und klassischen Physik
Klassische Physik
Die klassische Mechanik kann weitgehend mit den menschlichen Sinnesorganen überprüft werden und ist mit den Erwartungen aus unserem menschlichen Alltagsleben gut verträglich. So gilt Kausalität und Determinismus, sowie die chronologische Abfolge von Vergangenheit, Gegenwart und einer einzigen Zukunft entlang einer Zeitachse.
Relativitätstheorie und Quantentheorie stehen autark neben einander
Während die allgemeine Relativitätstheorie die Gravitation beschreibt, beschreibt die Quantentheorie die 3 restlichen fundamentalen Wechselwirkungen, also die starke und die schwache Kernkraft sowie die elektromagnetische Wechselwirkung. Die Relativitäts- und die Quantentheorie sind, jede für sich genommen, sehr gut überprüft, aber es gibt leider keine experimentell bestätigte Theorie der Quantengravitation, welche die beiden Theorien vereinheitlichen würde.
Gemäß dem Welle-Teilchen-Dualismus verhalten sich Objekte aus der Quantenwelt in manchen Fällen wie eine Welle, in anderen wie ein Teilchen. Man spricht dann vereinheitlichend von Quantenobjekten. Jedes Teilchen wird mit einer Wellenfunktion beschrieben. Das Quadrat des Betrags der komplexen Wellenfunktion kann als die Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Teilchens gedeutet werden. Die zeitliche Veränderung der Aufenthaltswahrscheinlichkeit des durch die Wellenfunktion beschriebenen Teilchens wird in der Schrödingergleichung beschrieben.
In der Quantenphysik existiert ein subatomares Teilchen überall dort „gleichzeitig, ein wenig“, wo die aus seiner Wellenfunktion hergeleitete Wahrscheinlichkeit es anzutreffen größer als Null ist. Erst ausgelöst durch eine Messung des Aufenthaltsortes, also erst durch das Vorliegen von Information, entsteht aus den vielen möglichen Aufenthaltsorten „zufällig“ ein konkreter Aufenthaltsort, wobei auch dann Ort und Impuls des Teilchens nicht gleichzeitig beliebig genau bestimmt werden können. Vor und nach der Messung ist das Teilchen eine Welle, nur während der Messung ist das Teilchen tatsächlich ein Teilchen im Sinn von räumlich vorhandener Materie. Während der Messung spricht man daher vom Kollaps der quantenmechanischen Wellenfunktion.
Theorie der Quantengravitation verheiratet Relativitäts- und Quantentheorie
Vertritt man die Meinung, dass es keinen Grund für den Kollaps der quantenmechanischen Wellenfunktion gibt, kommt man zu Theorien mit parallelen Universen, wie die Stringtheorie und zum Begriff der Quantenverschränkung. Materie und Energie werden dann zu einer Realisierung von Information, deren kleinste Einheit 1 Qubit ist. Ein Qubit ist kein Objekt in Raum und Zeit sondern eine bedeutungslose Information in einem 2-Zustandssystem, die gleichzeitig wahr und falsch ist. (So wie die Katze in Schrödingers Gedankenexperiment gleichzeitig tot als auch lebendig ist). Erst durch deren Beobachtung nimmt die Information eine Bedeutung im Sinne eines der beiden möglichen Zustände an. Beobachtet man eines von zwei mit einander verschränkten Quanten, so nimmt dieses einen der beiden Zustände wahr oder falsch an. Zeitgleich nimmt ein verschränkte Quant, unabhängig von seiner Entfernung (!) einen Zustand ein, der sich aus jener Wahrscheinlichkeitsfunktion ergibt, die beide Teilchen zusammen beschreibt. Man spricht von Quantenverschränkung. Auf dem Prinzip der Quantenverschränkung und auf dem Prinzip der Kohärenz basieren Quantencomputer, die derzeit mit einigen Dutzend Qubits bereits experimentell erprobt werden.
