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Doppelspaltexperiment simulieren? 09 07. 2020 08:29 #72555

Das Interferenzmuster beim Doppelspaltexperiment ergibt ja anscheinend dadurch, dass Quanten relativ unbestimmte, statistisch verteilte Teilcheneigenschaften haben und gleichzeitig auch wellenartige, also periodische mit immerhin bestimmter Frequenz.

Man könnte also versuchen solche Objekte mit Hilfe von Zufallsvariablen am Computer zu programmieren und das ganze Doppelspaltexperiment möglichst realitätsnah zu simulieren. Ich meine nicht so, dass man für die bekannten Ergebnisse bewusst sorgt als reines Anschauungsprogramm, sondern als echtes Experiment mit Objekten, die echten Quanten nachempfunden sind mit ihren Eigenschaften, ähnlich wie die programmierte Charaktere in Computerspielen.

Wenn sich dann immer die gleichen Effekte zeigen... Bingo! Wen sich nur teilweise die gleichen Effekte zeigen, dann eben so lange nachjustieren, bis es passt. So könnte man durch Versuche herausfinden, welche Eigenschaften mindestes nötig sind und wie genau sie beschaffen sein müssen, bzw. ob es überhaupt ausreicht zufällige Eigenschaften interferieren zu lassen.

Hat man das schon mal versucht?

Also sprach das Photon: Wo wir sind ist vorne! Und sollten wir mal hinten sein, dann ist hinten vorne!

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Doppelspaltexperiment simulieren? 09 07. 2020 09:29 #72557

Eine echte zufällige Zahl kann man nicht generieren per Computer oder sonst was.
Welchen Rechner mit welchen Software man auch nutzt, theoretisch kann man jede Zahl vorhersagen.
Das ist ein Grundlegendes Problem für Sicherheitssysteme in der IT (für Banken etc.).

Jede Zahl die erstellt wird, auch die erste, beruht auf einen Grund oder Effekt die zuvor darauf Einfluss gehabt hat.
- Hardwarekonstellation
- Softwarearchitektur (Algorithmus etc.)
- die zuvor generierte Zahl
- Temperatur der Hardware
- oder was anderes.

Theoretisch ist jede generierte Zahl vorhersagbar, da jede Zahl wie wir erstellen, wie gesagt, einen davorliegenden Grund hat.

Vielleicht gilt das ja auch für die Quanten, ist ja noch ein sehr neues Gebiet.
Was früher Zufall war, ist ja heute berechenbar.

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Doppelspaltexperiment simulieren? 09 07. 2020 10:14 #72561

Hallo Steinzeit-Astronom,

bei der LMU München kannst Du Dir das Programm von Klaus Muthsam zum Doppelspaltversuch herunterladen:
https://www.didaktik.physik.uni-muenchen.de/archiv/inhalt_materialien/doppelspalt/index.html
Eine kleine ZIP-Datei mit 768 KB.

Erzähl doch gelegentlich mal (falls Du es anwenden solltest), was dabei herauskam.

EDIT:
Hallo Mustafa,

Du sprichst vermutlich von den sogenannten Pseudo-Zufallszahlengeneratoren bzw. den deterministischen Zufallszahlengeneratoren. Deren Output ist grundsätzlich nachvollziehbar, wenn man sämtliche Ausgangs- und Rahmenbedingungen kennt oder deren Strategie entschlüsseln kann, das ist wohl wahr. Darüber hinaus gibt es auch noch die TRNG, also die "True Random Number Generators", die auf Quanteneffekten basieren. Wie auch immer, für Steinzeit-Astronoms Experiment genügt das PRNG-Level, es ist ja nicht sicherheitsrelevant :-).
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Doppelspaltexperiment simulieren? 09 07. 2020 21:01 #72629

Steinzeit-Astronom schrieb: Man könnte also versuchen solche Objekte mit Hilfe von Zufallsvariablen am Computer zu programmieren und das ganze Doppelspaltexperiment möglichst realitätsnah zu simulieren. Ich meine nicht so, dass man für die bekannten Ergebnisse bewusst sorgt als reines Anschauungsprogramm, sondern als echtes Experiment mit Objekten, die echten Quanten nachempfunden sind mit ihren Eigenschaften, ähnlich wie die programmierte Charaktere in Computerspielen.


Hab ich versucht... das funktioniert nicht.
Zufällig simulierte zufällig polarisierte verschränkte "Photonen" mit allerlei zufälligen Überlagerungen um sowas wie die Unschärferelation zu simulieren... keine Chance, die Bell-Ungleichung ist immer erfüllt und auch das Verhalten ist nicht das wie nach dem Gesetz von Malus zu erwarten...
Tja, war wohl nix mit Stockholm ;)

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Doppelspaltexperiment simulieren? 09 07. 2020 23:30 #72651

Merilix schrieb:

Steinzeit-Astronom schrieb: Man könnte also versuchen solche Objekte mit Hilfe von Zufallsvariablen am Computer zu programmieren und das ganze Doppelspaltexperiment möglichst realitätsnah zu simulieren. Ich meine nicht so, dass man für die bekannten Ergebnisse bewusst sorgt als reines Anschauungsprogramm, sondern als echtes Experiment mit Objekten, die echten Quanten nachempfunden sind mit ihren Eigenschaften, ähnlich wie die programmierte Charaktere in Computerspielen.


Hab ich versucht... das funktioniert nicht.
Zufällig simulierte zufällig polarisierte verschränkte "Photonen" mit allerlei zufälligen Überlagerungen um sowas wie die Unschärferelation zu simulieren... keine Chance, die Bell-Ungleichung ist immer erfüllt und auch das Verhalten ist nicht das wie nach dem Gesetz von Malus zu erwarten...
Tja, war wohl nix mit Stockholm ;)


Oh danke für die Info. Dann kann ich mir die Mühe ja sparen. Und ja, wirklich Pech für Stockholm... dann kommt die Stadt wohl nicht in den Genuss meines Besuches ;).

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Doppelspaltexperiment simulieren? 10 07. 2020 02:37 #72660

gaston,

Steinzeit-Astronom schrieb
".....als echtes Experiment mit Objekten, die echten Quanten nachempfunden".


Damit dieses Experiment
- als einen empirischen Beweis gilt, und als Paper veröffentlicht wird (per Peer-View), dann von seriösen Wissenschaftlern auch anerkannt wird,
muss das Experiment sicherstellen, dass es auf echtem Zufall beruht.
Und dieses Experiment will ja die echte Quantenebene berechnen/ simulieren und nicht nur realitätsnahe Ergebnisse liefern.
Ohne echten Zufall geht es eben nicht.

TRNG:
Es kann z.Zt. nicht zweifelsfrei bewiesen werden, dass
- TRNGs auf reine Quanteneffekte beruhen,
- und noch wichtiger, ob TRNGs überhaupt non-deteministische Ergebnisse liefern oder nicht.

Quelle: ramdom.org
Random number generators based on quantum physics use the fact that subatomic particles appear to behave randomly in certain circumstances. There appears to be nothing we know of that causes these events, and they are therefore believed by many to be nondeterministic.

oder
Quelle: dl.acm.org/doi/abs/10.1145/3316781.3323482
(leider zahlungspflichtig)

Das Programm (dein Link oben) bringt das Prinzip des Doppelspaltexperimentes jedermann nahe, und das macht es auch gut,
jedoch ist es kein wissenschaftliches Werkzeug. Schön wär's.

Steinzeit-Astronom möchte aber gerne wirklich, echte experimentelle Ergebnisse, denke ich.

Es ist eine gute Frage.
Ich arbeite dran (!)..........

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Doppelspaltexperiment simulieren? 10 07. 2020 09:39 #72665

Was meinst du genau ?

Das Doppelspaltexperiment ist Erklärt , diese Erklärung zu verstehen ist das Problem .

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Doppelspaltexperiment simulieren? 10 07. 2020 10:03 #72666

schrieb: Steinzeit-Astronom möchte aber gerne wirklich, echte experimentelle Ergebnisse, denke ich.
Es ist eine gute Frage.
Ich arbeite dran (!)..........


@ Mustafa Basaran

Ich bewundere Deinen Ehrgeiz und Deinen Optimismus. Vergiss über der Arbeit daran nicht Familie, Freunde und Deine sonstigen Interessen, denn das könnte einen Moment länger dauern ... :-) Ich drücke Dir die Daumen und würde mich über ein gelegentliches Feedback echt freuen !


Steinzeit-Astronom wollte ursprünglich (inzwischen wohl nicht mehr) ein Doppelspaltexperiment am Rechner "möglichst realitätsnah" (seine Worte) simulieren. Das bedeutet doch, dass das Programm alle Faktoren, die im Prozess eine Rolle spielen, so gut als möglich abbilden soll.

Zunächst muss sich der Home-Office-Experimentator um die Beschaffenheit des virtuellen Versuchsaufbaus kümmern, der der Realität so nahe wie möglich kommen soll (ich selbst sage mal: muss !). Also die komplette Geometrie (Abstand des Probengenerators vom Schirm, wo steht die Blende, Blendenöffnungen, etc.), das Material, Vakuum (?), natürlich die Probe selbst (Photon, Elektron, Kohlenstoffmolekül, etc.) und dessen Eigenschaften (Energie, Streuung, Wellenlänge, etc.). Steinzeit-Astronom spricht von Zufallsvariablen. Vielleicht meint er eher, dass man all diese (und mehr) dieser Parameter variabel, sprich vom Experimentator einstellbar, gestalten soll. Das macht ja auch Sinn und so programmiert man heutzutage sowieso.

Für mich steht außer Frage, dass eine noch so gut gebaute Simulation am Rechner keinerlei Beweiskraft bezüglich der Realität hat. Eine Simulation kann Input für das reale Experiment liefern *), diese oder jene Konstellation auszuprobieren. Das hilft, realen Experimentieraufwand, der häufig viel Geld kostet, zu reduzieren. SpaceX wird einen Booster auf dem realen Prüfstand erst dann zünden, wenn die Simulation am Rechner erfolgversprechend aussieht.

Steinzeit-Astronom schrieb: Dann kann ich mir die Mühe ja sparen. Und ja, wirklich Pech für Stockholm... dann kommt die Stadt wohl nicht in den Genuss meines Besuches ;).


Ja schade, dass Steinzeit-Astronom die Flinte so schnell ins Korn wirft. Mit Stockholm wäre das eh schwierig geworden. Ich sage da nur: Reisewarnung.

*)Edit: ... oder sie ist die Notlösung, weil man an das Objekt der Begierde (Schwarzes Loch, Urknall, ..) nicht real herankommt.

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Doppelspaltexperiment simulieren? 10 07. 2020 11:45 #72669

schrieb: Damit dieses Experiment
- als einen empirischen Beweis gilt, und als Paper veröffentlicht wird (per Peer-View), dann von seriösen Wissenschaftlern auch anerkannt wird,
muss das Experiment sicherstellen, dass es auf echtem Zufall beruht.
Und dieses Experiment will ja die echte Quantenebene berechnen/ simulieren und nicht nur realitätsnahe Ergebnisse liefern.
Ohne echten Zufall geht es eben nicht.

Stimmt, die Qualität des Zufalls spielt sicher eine wichtige oder gar entscheidende Rolle. Wie gut die im Handel erhältlichen TRNGs da wirklich sind, kann ich derzeit nicht beurteilen. Evtl. könnte man die Qualität noch verbessern durch Koppeln mehrerer TRNGs für ein einziges Ergebnis. Möglicherweise ist die absolute Echtheit auch gar nicht wirklich entscheidend. Wenn die theoretische Verteilung im Bereich von +/- 6 Sigma in der Praxis erreicht wird, dann ist das schon ziemlich gut, denk' ich mal. Natürlich müsste man Peer-Reviewer überzeugen können, dass da nicht manipuliert wird :).
schrieb: Steinzeit-Astronom möchte aber gerne wirklich, echte experimentelle Ergebnisse, denke ich.

Ja genau. Programme oder Animationen, die das Experiment zur Veranschaulichung vorführen, wo die Resultate vom Programm erzwungen werden, die gibt es sicher schon zu Hauf. Ich bin eigentlich davon ausgegangen, dass sich die Wissenschaft schon daran versucht hat, echte Experimente mit Zufallsgeneratoren zu machen und hoffte auf wenigstens Programmschnipsel. Dann wüsste man schon mal, wie es (noch) nicht geht bzw. wie andere sich die Programmierung gedacht haben und man müsste nicht ganz von vorne anfangen.

Denn eines liegt doch auf der Hand: Wenn die Kopenhagener Deutung stimmt, wonach die W'keitswelle ein Quantenobjekt vollständig beschreibt, dann müsste man nur irgendwie solche W'keitswellen erzeugen, z.B. mit einem Computer, die sich dann an einem programmierten Doppeltspalt auch gleich verhalten würden. Die Kopenhagener Deutung wäre damit bewiesen oder wenigstens höchst wahrscheinlich gemacht (beweisen geht ja nicht wirklich). Echte Photonen oder so bräuchte man nicht unbedingt und man hätte ein mächtiges wissenschaftliches Werkzeug... :träum:. Sogar auf teure Quantencomputer könnte man bald verzichten. Zu schön um wahr zu sein.
schrieb: Es ist eine gute Frage.
Ich arbeite dran (!)..........


Freut mich, dass die Idee gefällt :) . Welche Programmiersprache? Ich kann am besten C#, sehr objektorientiert, coole Sache.
Nicht vergessen mich dann wenigstens als Ideengeber zu erwähnen im preisverdächtigen Paper, wenn jetzt schon das Rennen los gehen sollte, wer es zuerst schafft, gelle ;) cool)

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Doppelspaltexperiment simulieren? 10 07. 2020 12:30 #72670

gaston schrieb: Steinzeit-Astronom spricht von Zufallsvariablen. Vielleicht meint er eher, dass man all diese (und mehr) dieser Parameter variabel, sprich vom Experimentator einstellbar, gestalten soll. Das macht ja auch Sinn und so programmiert man heutzutage sowieso.

Ja, einstellbar muss natürlich alles sein. Am optischen Tisch kann und muss man ja auch rumbasteln und justieren. Mit Zufallsvariablen meinte ich Variablen im IT-Sinn als Eigenschaften der Quantenobjekte (Spin etc.), die laufend von TRNGs auf zufällige Werte gesetzt werden.

gaston schrieb: Für mich steht außer Frage, dass eine noch so gut gebaute Simulation am Rechner keinerlei Beweiskraft bezüglich der Realität hat.

Das könnte sich trotzdem ergeben im günstigsten Fall. Mit viel Glück erwischt man eine W'keitswelle, die den Durchbruch bringt... Der Zufall bringt so einiges zustande, was man zunächst nicht für möglich hält. Ich kenne ihn ganz gut, erforsche ihn schon seit vielen Jahren, allerdings bis jetzt nicht in Zusammenhang mit der QM.

gaston schrieb: Eine Simulation kann Input für das reale Experiment liefern, diese oder jene Konstellation auszuprobieren. Das hilft, realen Experimentieraufwand, der häufig viel Geld kostet, zu reduzieren.

Hätte nicht gedacht, dass man der Sache hier so viel Potenzial zutraut. Aber du hast recht: Um teuren Experimentieraufwand zu reduzieren, könnte so eine Simulation vielleicht trotzdem hilfreich sein, auch wenn die künstlichen Quanten unfähig sind Bells Ungleichung zu verletzen.

gaston schrieb: Ja schade, dass Steinzeit-Astronom die Flinte so schnell ins Korn wirft.

Es ist schon ein erheblicher Programmieraufwand von Null anzufangen mit so einem Projekt, da mache ich mir keine Illusionen. Meine Eigenzeit auf dem Planeten ist schon zu einem guten Teil verstrichen... ich muss damit ein bisschen haushalten. Zeit ist immerhin das wertvollste im Leben. Ist halt eine schöne Idee, aber naja... Wenn die halbe Arbeit schon gemacht wäre und ich müsste mich nur noch einklinken oder was umbauen oder dranbasteln, dann wäre es eine Überlegung wert... mal sehen. Aber Mustafa ist ja schon dran, und alles wird gut :)

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Doppelspaltexperiment simulieren? 10 07. 2020 19:35 #72706

Der nötige Aufwand und die zu benutzenden Algorithmen sind denk ich sehr von der Zielsetzung abhängig.

Für meine Versuche war das einfach. Ich wollte eine fixe Idee bezüglich "hidden variables" prüfen und nebenbei die Bellsche Ungleichung (bzw. deren Ableger) besser verstehen. Dafür reichte ein ganz primitiver PRNG für erste Tests. Auf gar keinen Fall durfte ich Schrödingergleichung oder auch nur das Gesetz von Malus bereits in die Berechnung packen. -- denn das sollte ja erst herauskommen (oder eben auch nicht).

Letzteres gilt es auch bei aufwändigen und professionell gemachten Simulationen zu beachten. Wenn die nämlich Ergebnisse liefern für die man die Algorhitmen einprogrammiert hat kann man schlecht eine Hypothese testen die gerade das das zum Gegenstand hat.

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