Что такое «наблюдатель» в физике и/или квантовой механике? [дубликат]

С точки зрения экспериментов понятие «наблюдатель» можно обобщить, включив в него любое устройство, которое записывает событие таким образом, что затем затрагивает так много других атомов и частиц, например, посредством излучения или вибрации, что изменение направления становится статистически почти невозможным (хотя никогда совершенно невозможно).

Пример Фейнмана о нейтронах, иногда отражающихся в виде волн от кристаллов, а иногда сталкивающихся с определенными атомными ядрами в этом кристалле, является довольно хорошим примером. Пока нейтрон отражается как волна, его наблюдаемая сигнатура во Вселенной остается весьма неопределенной с точки зрения пространственного положения. Однако, как только он попадает в атомное ядро, он сразу же испускает излучение, толкает атом и изменяет локальную динамику кристалла. Чтобы сохранить причинно-следственную связь, каждый из этих исходящих эффектов должен быть зафиксирован и отражен обратно в исходную точку, прежде чем событие захвата можно будет обратить вспять. То есть, мягко говоря, маловероятный набор событий, так что в этом случае местонахождение нейтрона становится «обнаруженным» и очень, очень четко определенным.

Любая плотная концентрация горячей материи в целом имеет тенденцию быть очень хорошим «наблюдателем» именно по этой причине, поскольку плотная горячая материя невероятно беспорядочна и быстро действует с точки зрения того, как она рассеивает информацию, и ее очень трудно обратить вспять. Только когда плотная материя теряет часть своих многочисленных степеней доступной информации, обратимость квантового типа начинает делать события неоднозначными, причем яркими примерами являются как сверхтекучий гелий, так и более поздние «истинные» бозе-конденсаты диффузных атомов металлов.

Вот почему традиционное изображение кота Шредингера на самом деле довольно глупо, потому что, когда кот умирает, он буквально заливает вселенную фононами, излучением и всевозможными в основном необратимыми данными. В этом случае просто нет квантовой суперпозиции, поскольку горячая материя кошки и ее окружения делает все событие очень и очень труднообратимым. Это образ, от которого действительно нужно избавиться.

Электроны в атомах — совершенно ужасные наблюдатели просто потому, что у них недостаточно доступного состояния, чтобы вообще что-либо зафиксировать. Так что они просто сидят там в самом низком энергетическом состоянии и остаются нечеткими. Это тоже хорошо, потому что вся химия возможна.

Я предполагаю, что термин «наблюдатель» вводит в заблуждение, и его следует избегать. Лучше думать об этом с точки зрения измерений.

Вы начинаете с произвольного вектора состояния$\Psi = (1, 1)$*. Это суперпозиция двух возможных «левых щелей».$(1,0)$и "правая щель"$(0,1)$. Измерение — это физический процесс, который проецирует его в собственное состояние вашего наблюдаемого объекта.$\hat O$- сбривает все компоненты в некой базе кроме одного. Физически, если вы выполните измерение, вы получите, например,$(1,0)$, и можно сказать, что он прошел через левую щель. Математически ваш новый вектор решает уравнение$\hat O \, \left|\Psi'\right\rangle = \lambda \, \left| \Psi' \right \rangle$, это означает, что он находится в собственном состоянии - теперь у него есть определенное значение, через которое-щель-он-прошел .

Вот что важно в квантово-механических измерениях: вы не «измеряете» в обычном смысле этого слова (пассивно сканируете что-то), вы манипулируете и выбираете (или «подготавливаете состояния»). Например, в эксперименте Штерна-Герлаха вы каким-то образом не сканируете спин электронов. Вы пропускаете их через магнитное поле, которое приводит их в собственное спиновое состояние. Тогда вы знаете, что те, которые идут вверх (или вниз), теперь имеют вращение вверх (или вниз).

Итак, при чем здесь наблюдатель? Если вы не хотите вдаваться в метафизику, это просто кто-то, кто выполняет измерение QM.

Лично я всегда настороженно отношусь к объяснениям, включающим человеческое сознание, привилегированных наблюдателей и т. д. Мне нравится, чтобы моя физика также работала на Луне, даже когда никто не смотрит :-).

(Кроме того, обратите внимание, что «наблюдатель» может иметь разное значение в разных областях физики. В теории относительности, когда вы говорите о наблюдателях, вы имеете в виду разные системы отсчета (движущиеся с разной скоростью). Вы также можете столкнуться с этим при обсуждении света. конусы или горизонты событий. Есть некоторые вещи, которые определенный наблюдатель не может видеть (потому что они находятся за пределами его/ее светового конуса, на неправильной стороне горизонта событий, ...).)

* Обратите внимание, что$\Psi$действительно функция (волновая функция). В линейной алгебре можно рассматривать функции как векторы. Из базовых функций можно составить любую функцию (нужного нам в КМ) точно так же, как можно составить любой пространственный вектор, складывая базовые векторы. Простите меня, если для вас это уже ясно и тривиально, но это действительно базовые вещи, которые делают QM гораздо менее загадочным.

О, и извините, если мои обозначения немного небрежны. Это больше касается общей идеи.

Математик фон Нейман, выдвинувший идею коллапса посредством измерения, открыл цепной процесс фон Неймана в квантовой механике. Используя понятие запутанности, он показал, что система запутывается с аппаратом, и комбинация система-аппарат запутывается с первым наблюдателем, и комбинация система-аппарат-наблюдатель запутывается с другим наблюдателем дальше и т. д. Это друг Вигнера. Он исключил окружающую среду, потому что не ценил декогеренцию, но вы также должны добавить в смесь окружающую среду. Цепь растет со временем, расширяя пузырь запутанности Гринбергера-Хорна-Цайлингера (GHZ). С несколькими наблюдателями, наблюдающими под разными углами, у вас может быть несколько цепочек, но все они запутаны друг с другом.

После точки необратимой декогеренции не имеет значения, где по цепочке произойдет коллапс. С позитивистской точки зрения это место ненаблюдаемо. Это разрез Гейзенберга, его подвижный "Шнитт". Заканчивается ли когда-нибудь цепочка фон Неймана? Как далеко вы можете протолкнуть «Шнитт»? В сценарии друга Вигнера вы можете протолкнуть «Шнитт» мимо человека-наблюдателя к другому наблюдателю дальше. Вигнер, конечно, стал бы отрицать это, утверждая, что вы не можете даже протолкнуть это дальше самого внутреннего человеческого наблюдателя, но что такого особенного в людях? Как насчет кошек? фон Нейман также заметил, что без коллапса вы получите «универсальную волновую функцию» всей Вселенной.

Это зависит от интерпретации квантовой механики, но если брать интерпретации с коллапсом и неветвящейся вселенной в их окончательном виде, то вывод таков, что наблюдатель - это уникальная особая личность, обладающая особыми физическими свойствами, и единственная, для кого это теория полностью работает.

Если брать многомировые или относительные толкования, то каждый человек будет видеть себя наблюдателем, так что их наблюдения не будут согласовываться друг с другом.

Это глубокая философская проблема, но то, что каждый человек должен видеть себя не подчиняющимся какой-либо универсальной теории (даже если все остальные люди вроде бы должны подчиняться) — это установленный факт (см. здесь )

«Наблюдатель» в данном случае — это все, что может «видеть» или наблюдать, запоминать или записывать .событие. Суть в том, что наблюдатель может зафиксировать событие. Например, если вы хотите провести этот эксперимент в камере, заполненной газом. Газ считался бы наблюдателем, потому что если бы вы позже захотели найти путь, по которому пошла частица, или, что более важно, через какую щель она прошла, вы могли бы это сделать, потому что газ записал бы это. Если у вас есть все стадо шредингеровских кошек, то этот эксперимент использовался для демонстрации теории о том, что все является статистикой или вероятностью, пока вы не увидите ее, когда она в этот момент сконденсируется в материю. Если вы наблюдаете за частицей, то в этот момент она сконденсируется в материю и снова будет вести себя как ньютоновская частица. Ключевым моментом является то, что то, что когда-либо наблюдает за частицей, «помнит» ее.

Каким бы ни был наблюдатель, в универсальной волновой функции всегда есть суперпозиция существующего и несуществующего наблюдателя. Предположим, в качестве назначенного наблюдателя назначен конкретный человек. Концепция этого человека, вероятно, зависит от случайных событий, таких как положение сперматозоидов, которые чувствительны к исходу квантовых событий. Во всяком случае, генетический материал этого человека, определяемый генетическим скрещиванием, определенно чувствителен к квантовым событиям. А гены человека определяют шанс дожить до того возраста, когда его можно будет считать наблюдателем. Итак, существует суперпозиция того, что человек существует или не существует, или в суперпозиции разных генов. Менее спорным является то, что формирование структуры обязано своим происхождением квантовым флуктуациям сразу после Большого взрыва. и расположение сгустков материи определяют потенциальное местонахождение наблюдателя. То, что декогерентизация происходит во всех этих случаях, не имеет значения. Если квантовая механика определяется по отношению к наблюдателю, пост-отбор для существования наблюдателя неизбежен. Те ветки, где наблюдатель не существует, должны быть выброшены.

Вопросы о природе наблюдателя не могут быть выведены из антропного принципа. Возможно, Уилер был прав в своей совместной вселенной.

Я попытался по-своему ответить на это здесь . Я пытался сказать, что в квантовом мире обратимость подразумевает невозможность копирования информации. Его можно только переместить (т.е. обменять). Поэтому, если что-то наблюдает за чем-то другим, оно должно удалить информацию из чего-то другого (и заменить ее какой-то своей собственной информацией). Наблюдатель может быть размером с глаз или размером с фотон.

Все материальное имеет двойственный аспект как материи, так и прото-наблюдателя (дуализм свойств). Электрон, вращающийся вокруг ядра в атоме, является прото-наблюдателем ядра и других электронов в нем. Термостат — это прото-наблюдатель, наблюдающий за тем, «слишком жарко», «слишком холодно» или «в самый раз». Наблюдателем может стать достаточно развитая совокупность прото-наблюдателей, вроде человеческого мозга. Эта позиция — паннаблюдательность. ;)