Kosmische Fingerübungen mit Hyperion
Über eine interessante Rechnung zu Betrachtung zu Quanteneffekten berichtet Sean in Cosmic Variance. Er berichtet über ein Paper aus dem Jahre 1994 (hier bei arXiv) von Wojciech Zurek und Juan Pablo Paz. Sie berechnen eine quantenphysikalische Größe für einen Saturn-Mond.
Zunächst, in der Quantenphysik spricht man immer von Wellenfunktionen, und man sagt dass das Quadrat der Wellenfunktion eine Aufenthaltswahrscheinlichkeit für ein Teilchen angibt. Ein lokalisierter Quantenzustand ist etwas, bei dem die Wellenfunktion sehr stark auf einen Ort konzentriert ist, jedes ungestörte System wird aber mit der Zeit aus diesem Zustand herausfließen und in einem delokalisierten Zustand landen, bei dem die Wahrscheinlichkeit breit verteilt ist.
Jetzt haben Zurek und Paz für den Saturn-Mond Hyperion berechnet, dass dessen Achsenrichtung (also wie der ziemlich deformierte Mond gedreht ist) nach 20 Jahren delokalisiert sein müsste, das heißt man könnte absolut nichts mehr darüber sagen, wie er ausgerichtet ist. Das liegt daran, dass er nicht nur stark unförmig ist sondern auch verschiedenen Gravitationsquellen auf seiner elliptischen Bahn ausgesetzt ist. Makroskopisch: er bewegt sich chaotisch. Aber quantenmechanisch könnte man nach 20 Jahren sagen: wenn man also nicht hinschauen würde, wäre er in einer Überlagerung aller möglichen Drehrichtungen gleichzeitig (so wie Schrödingers Katze gleichzeitig tot und lebendig ist). Natürlich, wenn man dann hinschauen würde, würde man eine Messung machen und die Orientierung festlegen. Das ist auch der Grund warum Hyperion nicht wirklich delokalisiert ist - er ist stetig in Interaktion mit dem Universum und wird von Photonen getroffen die den Quantenzustand des Mondes beeinflussen.
Das ist auch gut so, ansonsten wäre das Korrespondenzprinzip verletzt. Dies besagt dass die Quanteneffekte in unserer makroskopischen Welt nicht bestehende Gesetze beeinflussen, z.B. Newton’s Gravitationsprinzip im Alltag immer noch völlig ausreichend gut funktioniert.
