Die Photonentheorie
Eine neue Sicht des Denkens
Rainer Haas1, Dieter Kreysig2
1: Büro für
Altlastenerkundung und Umweltforschung, Stadtwaldstr. 45a, D-35037
Marburg
2: Aqua Butzke, Ritterstr. 21-27,
D-10969 Berlin
Zusammenfassung
Eine neue Theorie, die Photonentheorie wird vorgestellt. Mit der Photonentheorie ist es möglich, Paradoxa und Dualitäten in der Photonenwelt zu erklären. Es wird postuliert, daß Emissions- und Absorptionspunkt für Photonen direkt über das Photonenkontinuum verbunden sind.
Stichwörter: EPR-Paradoxon, Photonen, Emission, Absorption
Abstract
A new theory is presented, the Photon Theory. Some contradictions and paradoxes, e.g. the EPR paradox, can be explained by this theory. It is postulated, that the points of emission and absorption for photons are connected about the photon continuum.
Key words: EPR paradox, photon, emission, absorption
1 Einleitung
Die Welt der Photonen ist eine Welt der Dualitäten und Paradoxien.
Weder die Quantentheorie noch die spezielle Relativitätstheorie können hinreichende Erklärungen für z.B. die folgenden Paradoxien und Dualitäten liefern:
* der Welle-Teilchen-Dualismus der Photonen
* die momentane Reduktion des Wellenfeldes bei Wechselwirkung
* die scheinbar momentane Informationsübertragung bei zwei gekoppelten Photonen (EPR-Paradoxon) [1].
Das Auftreten dieser Paradoxien und Widersprüche deutet darauf hin, daß die bisherige Beschreibung der Welt unvollständig ist. A. Einstein hat die Grundproblematik in einem mit seinen Kollegen B. Podolsky und N. Rosen 1935 publizierten Artikel in der Zeitschrift Physical Reviews als Gedankenexperiment auf den Punkt gebracht. Das Rätsel ist bis heute ungelöst, es wird EPR-Paradoxon genannt [2].
Einstein und seine Kollegen konstruierten das Gedankenexperiment, um zu zeigen, daß die Quantentheorie unvollständig bzw. falsch ist ("Gott würfelt nicht."). Seit den 70er Jahren hat die meßtechnische Entwicklung einen Stand erreicht, mit dem es möglich war, optische EPR-Experimente durchzuführen [3-7].
Die Ergebnisse der Experimente zeigen, daß Einstein und Kollegen irrten.
Durch die Analyse eines
optischen EPR-Experimentes fanden wir die Photonentheorie.
2 Analyse der parametrischen Fluoreszenz
2.1 Beschreibung des Vorganges
Bei der parametrischen Fluoreszenz werden in einem Zwei-Photonen-Kaskadenübergang nacheinander zwei Photonen emittiert. Da diese beiden Photonen eine gemeinsame Entstehungsursache, dem Übergang eines elektronisch angeregten Zustandes in den Grundzustand, haben und der Spin des Gesamtsystems, Atom und Strahlungsfeld, erhalten bleibt, müssen die Polarisationszustände beider Photonen aneinander gekoppelt sein.
Die Photonen befinden sich in einem sog. quantenmechanisch verschränkten Zustand. Folgende Bedingungen müssen erfüllt sein:
1) Bei Messung der linearen Polarisation müssen beide Photonen die gleiche Polarisationsrichtung aufweisen.
2) Bei Messung der zirkularen Polarisation müssen beide Photonen entgegengesetzte (links bzw. rechts zirkular) Polarisationsrichtungen aufweisen.
3) Beide Photonen sind entweder linear oder zirkular polarisiert.
Wesentlich für die folgenden Betrachtungen ist, daß die Entscheidung, linear oder zirkular polarisiert, bei der Emission, und damit der scheinbar endgültigen raumzeitlichen Trennung beider Photonen, noch nicht getroffen ist. Sie sind lediglich als Möglichkeiten im System beider Photonen angelegt.
Der Experimentator fällt aufgrund seiner Meßanordnung die Entscheidung. Er kann entweder lineare oder zirkulare Polarisation messen, in beiden Fällen erhält er ein Ergebnis. Erst durch die Polarisationsmessung an einem Photon wird aufgrund des quantenmechanisch verschränkten Zustandes beider Photonen somit
- der Polarisationszustand (linear/zirkular) von der Potentialitätsebene auf die Realitätsebene gehoben und
- augenblicklich, raumzeitübergreifend, unter scheinbarer Verletzung der speziellen Relativitätstheorie nach Messung an Photon 1 der Polarisationszustand von Photon 2 festgelegt.
Das o.g. Verhalten gekoppelter Photonen wurde mit verschiedenen Experimenten bestätigt [3-7].
2.2 Analyse des Vorganges
Dieses Ergebnis hielt Einstein für undenkbar, weil es scheinbar der speziellen Relativitätstheorie widersprach: nach endlicher Zeit haben beide Photonen, da sie sich mit Lichtgeschwindigkeit "bewegen", einen gewissen Abstand; der Informationsfluß von Photon 1 zu Photon 2 kann bei späterer Messung der Polarisation und damit der endgültigen Festlegung des Polarisationszustandes gemäß Quantentheorie Photon 2 nie erreichen, da die Information sich ebenfalls mit Lichtgeschwindigkeit bewegt und damit Photon 2 ewig hinterherlaufen müßte.
Diese Argumentation ist jedoch falsch.
Durch verschiedene Experimente wurde gezeigt, daß die Entscheidung des Meßergebnisses (linear/zirkular polarisiert, Welle/Teilchen) durch die Wahl der Meßanordnung festgelegt wird. Damit wird die Meßanordnung bzw. der Experimentator jedoch nicht Teil des Systems, sie bleiben Teil der Umgebung!
Das ist der wesentliche Punkt: für die Umgebung scheinen sich beide Photonen mit Lichtgeschwindigkeit voneinander zu entfernen. Beide Photonen können an zwei von der Emissionsstelle unterschiedlich weit entfernten Punkten detektiert werden. Ein Vergleich des Emissionszeitpunktes, der Detektionszeiten und der Entfernungen der Detektoren vom Emissionspunkt wird ergeben, daß die "Geschwindigkeit" beider Photonen der bekannten "Lichtgeschwindigkeit" entspricht. Diese Sicht der Dinge gilt jedoch nur für den äußeren Beobachter, die Umgebung. Der Beobachter projiziert den raumzeitlichen Weg der Photonen vom Absorptionspunkt zum Emissionspunkt. Er macht die scheinbar selbstverständliche, jedoch falsche, Annahme, daß die Photonen sich in der Raumzeit "bewegt" haben.
Für das System beider Photonen, das für diesen Vorgang einzig relevante Bezugssystem, stellt sich die Situation wie folgt dar:
Nach der Emission stehen beide Photonen weiterhin in direkter ursächlicher Wirkungsbeziehung. Sie erreichen keinen raumzeitlichen Abstand. Sie befinden sich bis zur Absorption in einem Zustand der Potentialität, der durch die Gleichung des quantenmechanisch verschränkten Zustandes korrekt widergegeben wird. Sie besitzen keine reale "Geschwindigkeit" in der Raumzeit.
Im Zustand der Potentialität sind die Photonen nicht beobachtbar. Wir postulieren, daß sie nicht Teil des vierdimensionalen Raum-Zeit-Kontinuum sind. Die scheinbare "Bewegung" der Photonen in der Raumzeit vom Emissions- zum Absorptionspunkt findet nur in unserer Vorstellung statt, sie ist eine Projektion.
Nach Messung der Polarisation an Photon 1 stellt sich die Polarisation an Photon 2 momentan ein. Der quantenmechanisch verschränkte, unbestimmte Zustand, der die Potentialitätsebene beschreibt, wird aufgehoben; das Zweiphotonensystem hat unsere Realitätsebene, das vierdimensionale Raum-Zeit-Kontinuum, erreicht.
In der speziellen Relativitätstheorie ist das beschriebene Verhalten der Photonen in Form der Verkürzung von Raum und Zeit auf Null bei der Lichtgeschwindigkeit angelegt.
Nach dieser Argumentation löst sich ein weiteres scheinbares Paradoxon auf: die Gleichungen des verschränkten quantenmechanischen Zustandes des Zweiphotonensystems enthält nur Bedingungen über den Polarisationszustand des Gesamtsystems, jedoch keine raumzeitlichen Glieder. Wie könnte eine lokale Theorie Aussagen über nichtlokale Effekte (unter der Annahme einer raumzeitlichen Entfernung des Photonenpaares bei Messung) treffen?
Unter der Grundannahme, daß es sich bei dem oben beschriebenen Versuch nicht um eine Fernwirkung, sondern um eine Nahwirkung im einzig relevanten Bezugssystem beider Photonen handelt, lösen sich alle scheinbaren Paradoxien in Nichts auf.
Mit der gleichen Argumentationskette können alle Versuche zu optischen EPR-Paradoxa sowie ähnliche Versuche mit Atomen und Elektronen zwanglos erklärt werden.
Hinter der Welt des Augenscheinlichen existiert offensichtlich noch eine andere Wahrheit.
3 Die Photonentheorie
Photonen als Botenteilchen der Ruhemasse Null befinden sich von ihrer Entstehung (Emission) bis zu ihrer Vergehung (Wechselwirkung, Absorption) außerhalb des vierdimensionalen Raumzeitkontinuums, im Photonenkontinuum.
Das Photonenkontinuum ist die fünfte Dimension, die Dimension der Wirkung. Sie besitzt keine räumliche und zeitliche Qualität. Sie ist eine Dimension der Potentialität.
Emissions- und Absorptionspunkt sind beobachtbare Schnittstellen des Photonenkontinuums mit dem vierdimensionalen Raum-Zeit-Kontinuum. Emissions- und Absorptionspunkt stehen über das Photonenkontinuum in direkter raumzeitlicher Wirkungsbeziehung.
Die Lichtgeschwindigkeit ist die nicht erreichbare Grenzgeschwindigkeit innerhalb des vierdimensionalen Raum-Zeit-Kontinuums. Sie ist die vierdimensionale Projektion der gedachten Laufstrecke des Lichtes vom Emissions- zum Absorptionspunkt.
4 Schlußfolgerungen und Ausblick
Bei der Einführung des Photonenkontinuums als fünfte Dimension, die keine raumzeitlichen Qualitäten besitzt, lösen sich viele Paradoxa in Nichts auf. Es wurde gezeigt, daß Spuren des Photonenkontinuums sowohl in der Quantentheorie als auch in der speziellen Relativitätstheorie zu finden sind. Die Quantentheorie ist die stärkere Theorie: sie sagt das Verhalten des gekoppelten Photonenpaares korrekt voraus, ohne Elemente der Raumzeit zu benötigen.
Die spezielle Relativitätstheorie kollabiert jedoch bei der Lichtgeschwindigkeit: die Raumzeit wird zu Null, zu einem Punkt verkürzt. Photoneneffekte können mit der speziellen Relativitätstheorie nicht beschrieben werden!
Die momentane Reduktion des Wellenfeldes wird erklärbar:
Nach herkömmlicher Vorstellung breitet sich eine Lichtwelle von der Emissionsstelle mit Lichtgeschwindigkeit als Kugelwelle im Raum aus. Sie liegt im Zustand einer "Wahrscheinlichkeitswelle" vor, die das Potential der Energieübertragung (Absorption) an einer geeigneten Stelle innerhalb der Raumzeit beinhaltet. Tritt das Absorptionsereignis ein, wird die gesamte Energie des Photons an diesem Punkt übertragen. Aufgrund des Energieerhaltungssatzes ist eine Energieübertragung an einer weiteren potentiellen Absorptionsstelle nicht möglich: die "Wahrscheinlichkeitswelle" bricht momentan zusammen. Die scheinbare raumzeitliche Ausdehnung der "Wahrscheinlichkeitswelle" spielt dabei keine Rolle. Scheinbar geisterhaft erreicht momentan die Information, daß Absorption stattgefunden hat, sämtliche Bereiche der "Wahrscheinlichkeitswelle" und läßt sie kollabieren.
Aus photonentheoretischer Sicht stellt sich die Situation wir folgt dar:
Das Photon wird emittiert. Vom Zeitpunkt der Emission an befindet sich das Photon im Photonenkontinuum, das keine raumzeitlichen Qualitäten besitzt. An einem geeigneten Ort innerhalb des vierdimensionalen Raum-Zeit-Kontinuums (Absorptionspunkt) kann es seine gesamte Energie übertragen und von der Potentialitätsebene (Photonenkontinuum) in unsere Realitätsebene (vierdimensionales Raum-Zeit-Kontinuum) wechseln. Vom Emissionspunkt bis zum Absorptionspunkt werden keine Elemente der Raumzeit durchlaufen.
Das Paradoxon der Reduktion des Wellenfeldes verschwindet.
Der Welle-Teilchen Dualismus ist ebenfalls ein Scheinparadoxon: da dem Photon keine raumzeitlichen Qualitäten innewohnen, es befindet sich im Photonenkontinuum, ist das Meßergebnis durch die Meßanordnung festgelegt und das Photon wird sich, entsprechend der Versuchsanordnung, entweder als Welle oder Teilchen präsentieren. Auch nachträgliche Veränderungen der Versuchsanordnung (sog. zurückgenommene Entscheidungen) können an diesem Verhalten nichts ändern.
Die Photonentheorie ist auf sämtliche Botenteilchen der Ruhemasse Null übertragbar. In diese Gruppe fallen die Botenteilchen der Gravitation sowie evtl. die Neutrinos. Auch sog. "virtuelle Photonen", die als Botenteilchen der Wechselwirkung von Materie (elektromagnetische, schwache und starke Kernkraft) postuliert werden, gehören zu dieser Gruppe [8].
Der Kernpunkt der Photonentheorie ist das Postulat, daß masselose Botenteilchen sich vom Emissionspunkt bis zum Absorptionspunkt nicht innerhalb des vierdimensionalen Raum-Zeit-Kontinuums befinden.
Ein Modellversuch kann die photonentheoretische sowie unsere vierdimensionale Sichtweise des Emissions-Absorptionsprozesses verdeutlichen:
Ein Luftballon sei ein Modell unseres Universums. man verbinde eine gedachte Emissions- und Absorptionsstelle mit seinen Fingern. Im Photonenkontinuum sind Emissions- und Absorptionsstelle über die Finger verbunden. Im vierdimensionalen Raum-Zeit-Kontinuum ist die Entfernung von Emissions- und Absorptionspunkt über die Oberfläche des Luftballons gegeben. Der Beobachter projiziert über die Oberfläche des Luftbalons die scheinbare Laufstrecke des Lichtes bis zum Emissionspunkt.
Dies ist jedoch nur eine rein gedankliche Projektion. Wahrnehmbar ist für den Beobachter lediglich das Absorptionsereignis. Er projiziert gedanklich in Raum und Zeit zurück!
Zur Herleitung der Photonentheorie wurde ein optisches EPR-Paradoxon gewählt, weil in den letzten 20 Jahren viele Untersuchungsergebnisse gewonnen wurden, die das beschriebene Verhalten der Photonen experimentell bestätigten.
Die Photonentheorie, die aufgrund der logischen Analyse der parametrischen Fluoreszenz gefunden wurde, liegt außerhalb der derzeitigen wissenschaftlichen Diskussion.
Die Autoren sind an
einer wissenschaftlichen Diskussion interessiert und rufen die Leser
dazu auf, ihre Meinung zur Photonentheorie darzulegen.
5 Literatur
[1] H. Paul (1995): Photonen. Eine Einführung in die Quantenoptik. B.G. Teubner, Stuttgart
[2] A. Einstein; B. Podolsky; N. Rosen (1935): Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete? Phys. rev. 47, 777-780
[3] S.J. Freedman; J.F. Clauser (1972): Experimental test of local hidden-variable theories. Phys. rev. lett. 28, 938-941
[4] H. Paul (1980): The Einstein Podolsky Rosen Paradox and local hidden-variables theories. Fortschritte der Physik 28, 633-657
[5] A. Aspect; P. Grangier; G. Roger (1981): Experimental tests of realistic local theories via Bell's Theorem. Phys. rev. lett. 47, 460-463
[6] A. Aspect; J. Dalibard; G. Roger (1982): Experimental test of Bell's inequalities using time-varying analyzers. Phys. rev. lett. 49, 1804-1807
[7] P. Davies (1995): About Time. Einstein's Unfinished Revolution. Simons & Schuster, New York
[8] P. Davies; J.
Gribbin (1993): Auf dem Weg zur Weltformel. Byblos, München
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Bitte wenden sie sich per email an den Autor (haasr@gmx.net).
Grundlage dieses Beitrages sind folgende Publikationen:
Herausgeber von
UWSF-Z. Umweltchem. Ökotox. und der Enzyclopädie für
Naturwissenschaft und Technik ist der ecomed-Verlag,
Rudolf-Diesel-Str. 3, D-8689 Landsberg
(http://www.ecomed.de/journals.htm)