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Science: Hoher Druck ordnet Elektronen

Hochtemperatur-Supraleiter können elektrische Energie widerstandsfrei transportieren. Allerdings verhindert eine starre Ladungsordnung die Supraleitung. Forscherinnen und Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben die konkurrierenden Zustände mit hochauflösender inelastischer Röntgenstreuung untersucht und festgestellt, dass hoher einachsiger Druck die Elektronen ordnet. Ihre Studie eröffnet neue Einblicke in die Funktion elektronisch korrelierter Materialien. Die Forschenden berichten in der Zeitschrift Science (DOI: 10.1126/science.aat4708).
Quelle: Pressemitteilungen – idw – Informationsdienst Wissenschaft

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Supraleitung stabilisiert in Dünnschichtkeramik

Physiker haben an BESSY II des Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) einen Weg gefunden, um die Supraleitung zu beeinflussen. Sie haben ein Materialsystem aus dünnen ferromagnetischen und supraleitenden Schichten untersucht. An den Grenzflächen bildeten sich Ladungsdichtewellen aus, die erstaunlich weit in die supraleitende Schicht hineinreichen. Der supraleitende Effekt konnte dadurch stabilisiert werden. Die Ergebnisse sind nun in Nature Materials publiziert.
Quelle: Pressemitteilungen – idw – Informationsdienst Wissenschaft

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Sandwiches aus Metalloxiden: Wie sich Eigenschaften der Grenzflächen manipulieren lassen

Eine französisch-deutsche Kooperation hat ein Schichtsystem aus Übergangsmetalloxiden an BESSY II untersucht. Dabei entdeckten die Wissenschaftler eine neue Möglichkeit, um Eigenschaften der Grenzfläche gezielt zu verändern, zum Beispiel den Ladungstransfer oder die magnetischen Eigenschaften. Möglicherweise könnte man damit sogar neue Formen der Hochtemperatur-Supraleitung erzeugen.
Quelle: Pressemitteilungen – idw – Informationsdienst Wissenschaft

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Wechselspiel von elektronischem Magnetismus, Kernspins und Supraleitung

Nichtklassische Supraleitung hat ein internationales Forscherteam bei extrem tiefen Temperaturen in einer intermetallischen Verbindung aus Ytterbium, Rhodium und Silizium entdeckt. Am Projekt waren Physiker der Technischen Universität München (TUM), des Walther-Meißner Instituts der Bayerischen Akademie der Wissenschaften in Garching, des Max-Planck Instituts für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden, der Rice University (Houston, USA) und der Renmin University (Beijing, China) beteiligt.
Quelle: Pressemitteilungen – idw – Informationsdienst Wissenschaft

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Rekord bei Supraleitung: Forscher leiten Strom verlustfrei bei minus 70 Grad

Das Material stinkt nach faulen Eiern, weckt bei Forschern aber große Hoffnung: Mit einer Schwefelwasserstoff-Verbindung haben sie Strom erstmals bei nur minus 70 Grad ohne Verlust geleitet. Ein neuer Rekord. (Mehr in: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft)

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Supraleitung: Widerstandslos bei Rekordtemperaturen

Schwefelwasserstoff verliert seinen elektrischen Widerstand unter Hochdruck bei minus 70 Grad Celsius
Quelle: Pressemitteilungen – idw – Informationsdienst Wissenschaft

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Neutronenstreu-Experiment klärt wichtige Streitfrage zur Hochtemperatur-Supraleitung

Weltweit versuchen Wissenschaftler, das Phänomen des verlustlosen Stromtransports durch Hochtemperatur-Supraleiter zu verstehen. Materialien, die diesen Effekt auch bei Raumtemperatur zeigen, hätten ein riesiges technisches Potenzial. Änderungen in der Symmetrie der elektromagnetischen Phasen von Hochtemperatur-Supraleitern nahe der Sprungtemperatur wurden kürzlich kleinsten Verunreinigungen zugeschrieben. Ein internationales Wissenschaftlerteam fand nun heraus, dass diese Änderungen allein der Dynamik der Elektronenspins zuzuschreiben sind und nicht auf einem Dotierungseffekt beruhen.
Quelle: Pressemitteilungen – idw – Informationsdienst Wissenschaft

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Starre Ordnung konkurriert mit Supraleitung

Heute in Science Express: In Hochtemperatursupraleitern wie den Cupraten können die Ladungsträger sich zu winzigen „Nanostreifen“ anordnen, was die Supraleitung unterdrückt, zeigten Gastforscher aus Princeton und Vancouver an BESSY II

Supraleiter sind Materialien, die elektrischen Strom ohne Energieverlust leiten. Klassische Supraleiter müssen dafür jedoch bis fast zum absoluten Nullpunkt (minus 273 Grad Celsius) heruntergekühlt werden, und selbst die „Hochtemperatur-Supraleiter“ benötigen noch sehr tiefe Temperaturen von minus 200 Grad Celsius.
Quelle: Pressemitteilungen – idw – Informationsdienst Wissenschaft

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Schwache Generalisierung der Quantentheorie

Sicher haben Sie schon von der Schwachen oder Generalisierten Quantentheorie des Harald Walach gehört. Ein aktueller Artikel im Blog der Gesellschaft zur wissenschaftlichen Untersuchung von Parawissenschaften (GWUP) hat mich dazu gebracht, mich einmal mit dem Artikel von Walach zu beschäftigen. Ist da was dran oder kann das weg?

Protagonisten der schwachen Quantentheorie versuchen Grundsätze der Quantenmechanik auf andere Bereiche der Natur zu übertragen und damit Phänomene zu erklären. Dabei tappen sie genau in die Falle, die Karen Barad in ihrem Agentiellen Realismus vermeidet: Sie übertragen einfach bestimmte, halb verstandene Eigenschaften von Quantenobjekten auf makroskopische Bereiche, ohne die Grundlagen der Atomphysik und des physikalischen Experimentes zu kennen. Speziell geht es um Komplementarität und Verschränkung.

Komplementarität

Komplementarität zweier Größen bedeutet, dass diese nicht voneinander unabhängig bestimmt werden können. Das gilt zum Beispiel für den Impuls (Geschwindigkeit) und Ort eines Elektrons oder für Phasenlage und Photonenzahl eines Lichtzustands. Dass die Komplementarität ausgerechnet für diese Begriffspaare gilt, ist qualitativ und quantitativ sehr gut verstanden: Es liegt an der Wellenstruktur von Quantenobjekten.

xkcd Quantum Mechanics

Das Wort „Quantenmechanik“ allein erklärt gar nichts. Von xkcd Lizenz: Creative Commons Attribution-NonCommercial 2.5

Um eine Welle exakt zu beschrieben gibt es zwei Möglichkeiten: Wir können ihre Auslenkung, ihre Stärke an jedem Raumpunkt angeben, oder wir geben ihr komplettes Frequenzspektrum an, die Wellenlängen, in die sie zerlegt werden kann. Jede dieser beiden Beschreibungen ist vollständig und kann in die jeweils andere umgerechnet werden. Dazu verwenden wir die Fouriertransformation. Ort und Impuls sind komplementäre Größen, weil der Ort mit der Raumdarstellung der Welle und der Impuls mit der Wellenlängendarstellung des Objektes zusammenhängt. Es gilt eine Unschärfe, weil eine Welle, die im Ort gut lokalisiert ist, zwingend aus vielen Wellenlängen aufgebaut sein muss und weil eine Welle mit scharfer Wellenlänge zwingend über einen großen Raum verteilt sein muss.

Generalisierte Quantentheoretiker nehmen nun irgendwelche Begriffspaare her und behaupten, dass auch für diese eine Komplementarität gilt. Walach nennt Liebe und Hass, Individuum und Gesellschaft oder Bindung und Freiheit. Das sind natürlich alles schöne Begriffspaare, über die man allerhand Dinge lernen und studieren kann. Ich bin sicher, dass es in Psychologie und Soziologie großes Interesse an diese Begriffspaare gibt, aber es sind halt nur irgendwie Gegensätze, für die es kein Anzeichen gibt, dass sie zueinander im quantenmechanischen Sinne komplementär sind.

Vertreter der schwachen Quantentheorie gehen offenbar von einem Dualismusbegriff aus, wie ich ihn im letzten Artikel verworfen habe: Sie reduzieren die Quantenmechanik auf den veralteten Ansatz, nach dem das Nebeneinander zweier Modelle, dem Wellen- und dem Teilchenmodell, zu einer insgesamt richtigen Gesamtschau wird. Ihre Analogie ist: Wenn in der Quantenphysik zwei Modelle nebeneinander betrachtet werden müssen, könnte das doch in der Psychologie, Soziologie, Parawissenschaft auch so sein. Damit haben sie aber die letzten mindestens 80 Jahre Quantenmechanik verschlafen, in denen einheitliche Modelle geschaffen wurden, von denen Wellen- und Teilchenbild verschiedene Näherungen sind, und in denen der Dualismus überwunden wurde.

Quantenmechanische Verschränkung

Noch abenteuerlicher wird es, wenn Walach nichtlokale Verschränkungen aus der Quantenmechanik auf makroskopische Phänomene übertragen möchte. Phänomene wie Hellsehen, Telepathie und Homöopathie möchte er mit nichtlokalen Korrelationen erklären. Nun sind aber Korrelationen nichts speziell quantenmechanisches. Die Geräusche, die aus einem Radiogerät kommen, sind in aller Regel stark mit den Wellen korreliert, die der Radiosender einen Augenblick vorher ausgestrahlt hat. Die Ankunftszeiten meiner Frau und mir an unseren einige Kilometer entfernten Arbeitsstellen sind ebenfalls zueinander korreliert, einfach weil wir oft gleichzeitig das Haus verlassen. Korrelationen in Alltagsphänomenen sind im Allgemeinen kein Zeichen für quantenmechanische Verschränkung.

Zweifellos spielen Quanteneffekte in der Biophysik entscheidende Rollen. Die Energiebereitstellung und die Synthese von Zellbausteinen werden durch Makromoleküle geleistet, die selbstverständlich nur quantenmechanisch erklärt werden können. In diesen gibt es auch quantenmechanische Verschränkung der an Reaktionen beteiligter Elektronen. Ohne Quantenmechanik ließe sich die Stabilität eines Atoms und damit der Moleküle nicht erklären. Spätestens die Verschaltung von Nervenzellen ist aber bereits ein so ausgedehntes System, dass nicht-quantenmechanische Näherungen zur Beschreibung ausreichen.

Keine Theorie ohne Phänomen

Es wäre überhaupt kein Problem, ein Phänomen wie Gedankenübertragung ohne Quantenphysik (also in klassischen Näherung) zu erklären. Gedanken könnten ähnlich wie Radioprogramme durch elektromagnetische Wellen oder andere, bisher unentdeckte Strahlung übertragen werden. Oder zwei Menschen könnten gleichzeitig dasselbe Denken, weil sie sich vor einiger Zeit über dieses Thema unterhalten haben und auf ähnlichen Gedankenpfaden gleichzeitig zum selben Schluss kommen. Es ist auch nicht schwer, Homöopathie durch Übertragung von Informationen auf das Lösungsmittel und weiter auf den Körper zu erklären. Das Problem ist nur, dass diese Phänomene gar nicht existieren. Wir brauchen also keine Erklärung für sie.

Es ist bekannt, dass es Menschen gibt, die scheinbar übernatürliches wahrnehmen und es gibt psychologische Untersuchungen und Erklärungen, wie wir manchmal Dinge in Zusammenhang bringen, die keinen Zusammenhang haben. Aber bisher konnte kein paranormales Phänomen unter kontrollierten Bedingungen überprüft werden, obwohl darauf schon lange von der James Randi Foundation eine Millionen Dollar ausgesetzt ist und die GWUP regelmäßig zu Psi-Tests einlädt.

Walachs Einwand, Psi-Effekte ließen sich nicht nachweisen, weil sie keine kausalen Strukturen behaupten, ist nicht zutreffend. Selbstverständlich ist es eine kausale Struktur, wenn Menschen behaupten, sie könnten die Gedanken anderer Menschen lesen oder mit ihrer Behandlungsmethode würden Menschen öfter geheilt als mit einer Scheintherapie. Um solche Behauptungen zu überprüfen ist kein anderer Wissenschaftsbegriff notwendig.

Auch die Behauptung, ein Experiment könne nur erfolgreich sein, wenn eine Theorie quantitative vorhersagen über sein Ausgang macht, ist falsch. Es gibt viele Phänomene, die entdeckt wurden, obwohl sie niemand erwartet hat. Supraleitung zum Beispiel. Zudem wissen wir sehr genau, was wir von Telepathie oder Homöopathie erwarten, ein Experiment kann den Effekt auch dann zeigen, wenn keine Theorie sagt, wie groß dieser ist. Er müsste dazu lediglich existieren.

Die generalisierte Quantentheorie versagt also auf mindestens drei Ebenen: Erstens geht sie von einem falschen Verständnis der Quantentheorie aus. Komplementäre Begriffe sind nicht einfach irgendwelche Gegensätze, sondern Größen, die über die Wellenstruktur von Quantenobjekten miteinander verknüpft und deshalb nicht unabhängig messbar sind. Statistische Korrelationen sind kein Zeichen für quantenmechanische Verschränkungen. Zweitens macht die generalisierte Quantenmechanik, wie ihr Verfechter selbst zugibt, keinerlei überprüfbare Vorhersagen. Drittens erklärt sie keine existenten Phänomene.

Mit den letzten beiden Punkten dreht sich Walach im Kreis. Zum einen behauptet er, die Generalisierte Quantentheorie sei ein Ansatz, Phänomene wie Telepathie und Homöopathie zu erklären, zum anderen sagt er, weil diese Theorie keine Aussagen zu diesen Phänomenen mache, könne man die Phänomene selbst auch nicht experimentell überprüfen. Wissenschaft kann auf zwei Wegen vorankommen: Ein Phänomen kann gemessen und dann erklärt werden oder durch eine Theorie vorhergesagt und dann überprüft werden. Die Generalisierte Quantentheorie leistet weder Erklärungen noch Vorhersagen. Deshalb kann sie weg.

(Mehr in: Quantenwelt)

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Viele Wege führen zur Supraleitung

HZB-Wissenschaftler entdecken universelle Eigenschaft supraleitender Materialien

Eine neue Klasse von Supraleitern weckt seit ihrer Entdeckung 2008 das Interesse der weltweiten Forschung. Anders als die bisher bekannten Kupfer-Keramiken (Kuprate) bestehen sie in ihrer Grundstruktur aus Eisenverbindungen. Vor allem weil sie sich in vielen grundlegenden Fragen des Strukturaufbaus von den Kupraten unterscheiden, erhofft man sich neue Erkenntnisse darüber, wie das Phänomen der Supraleitung entsteht.
Quelle: Pressemitteilungen – idw – Informationsdienst Wissenschaft

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Quantenturbo für verlustfreien Strom

Quanteneffekte verstärken die Supraleitung von Zinn-Nanopartikeln drastisch
Quelle: Pressemitteilungen – idw – Informationsdienst Wissenschaft

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"Goldrausch" im Chemielabor: Neue Materialien für die Hochtemperatur-Supraleitung gesucht

Universitäten in Mainz, Paderborn, Princeton und das Max-Planck-Institut für Chemie kooperieren bei der Suche nach geeigneten Kandidaten
Quelle: Pressemitteilungen – idw – Informationsdienst Wissenschaft

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Kristallstruktur: Neues Prinzip der Supraleitung entdeckt

Stromleitung ohne Widerstand – und das bei Zimmertemperatur? Das ist das ultimative Ziel bei der Forschung an Hochtemperatur-Supraleitern. Wissenschaftler aus Deutschland und der Schweiz zeigen nun, dass das bisherige physikalische Modell des Prozesses komplett überarbeitet werden muss.
Quelle: SPIEGEL ONLINE – Wissenschaft