Эксперимент друга Вигнера - Как возникает очевидный парадокс?

В мысленном эксперименте друга Вигнера упоминается очевидный парадокс: «когда именно произошел коллапс?». Произошло ли это, когда друг сделал измерение, или когда Вигнер спросил об этом.

Почему это не так, как если бы я подбросил монету и увидел результат, но скрыл результат от своего друга, и поэтому он/она еще не знает об этом? Разве не ясно, что коллапс произошел, когда производилось измерение, а Вигнер просто еще не знает об этом.

Я уверен, что есть основное свойство квантовой механики, которое делает этот мысленный эксперимент качественно отличным от того, что я предполагаю. Но мои познания в квантовой механике исключительно малы.

ОБНОВЛЕНИЕ : ответы, данные здесь, дополненные этим объяснением того, что является детерминированным в уравнении Шредингера, и ответы о том, что такое эволюция унитарного времени, достаточно ясны, чтобы, по крайней мере, понять, что существует очевидный парадокс.

Для большей ясности, я думаю, единственным способом было бы изучение математики квантовой теории.

Ответы (3)

Друг Вигнера представляет собой сложную биохимическую систему, состоящую из довольно большого набора атомных ядер и электронов, и поэтому он/она находится в сфере компетенции квантовой механики и, в частности, описывается непрерывной детерминистической эволюцией, заданной уравнением Шредингера.

Это означает, что вполне возможно не согласиться с вашим утверждением:

Разве не ясно, что коллапс произошел, когда производилось измерение?

Нет, не ясно. Существует совершенно непротиворечивое описание реальности, в котором друг находится в квантово-механическом состоянии, состоящем из запутанной суперпозиции с исходной системой; эта суперпозиция разрушается только при наблюдении Вигнера.

Конечно, вы можете не согласиться с тем, что это разумное описание, и это вполне обоснованная позиция. Это разногласия по поводу интерпретации квантовой механики, и не все парадоксы имеют одинаковый смысл, если рассматривать их со всех возможных точек зрения. Просто имейте в виду, что если один из парадоксов выровняется из выбранной вами интерпретации, это не означает, что вы «правы».

Когда я написал «Разве не ясно, что произошел коллапс…», я имел в виду, что недоумеваю, откуда взялся этот парадокс, это не было декларативным утверждением.
Тем не менее, я считаю, что вопрос ОП заключается в том, что мешает этому: «квантово-механическое состояние, состоящее из запутанной суперпозиции с исходной системой», рассматриваться как просто представляющее отсутствие знаний о том, какой результат произошел? Или где эта интерпретация начинает натыкаться на камни — особенно в этом конкретном контексте ?

Очевидный парадокс заключается в том, что если мы заменим друга Вигнера видеомагнитофоном, то окажется (если верить в объективный коллапс волновой функции), что коллапс волновой функции происходит только тогда, когда Вигнер смотрит видео. Тогда задача состоит в том, чтобы объяснить, почему друг Вигнера вызывает коллапс волновой функции, а видеомагнитофон Вигнера — нет.

Существуют различные ответы на сценарий:

  1. Коллапс волновой функции является объективной характеристикой реальности, но запускается только сознательным наблюдателем (или, по крайней мере, наблюдателем/регистратором с достаточно высокой степенью сложности).
  2. Коллапс волновой функции субъективен - Вигнер и друг Вигнера вполне обоснованно считают, что коллапс волновой функции произошел в разное время.
  3. Коллапса волновой функции не происходит — в многомировой интерпретации каждый раз, когда кажется, что волновая функция коллапсирует, это просто узел, от которого ответвляются разные параллельные версии будущего.

Это хороший и важный вопрос.

Есть парадокс или нет, зависит от того, какие измерения можно провести на друге Вигнера. Хитрость в том, что нет никакой разницы между вектором суперпозиции

| ψ ⟩ "=" α | 0 ⟩ + β | 1 ⟩

и обычная классическая смесь | 0 ⟩ и | 1 ⟩ с вероятностями | α | 2 и | β | 2 если вы можете измерить только в { | 0 ⟩ , | 1 ⟩ } основа. Таким образом, мы можем, если только нам это позволено, интерпретировать суперпозицию просто как означающую, что Вигнер не знает о состоянии сознания своего друга. Это может быть что-то большее, но в равной степени последовательно, чтобы этого не было.

Что портит ситуацию, так это то, что вы можете проводить измерения на несовместимой основе. Это означает измерение друга Вигнера в базисе, который сам по себе включает суперпозиции. Возможно это или нет, теоретически зависит от двух вещей:

  1. является ли «алгебра наблюдаемых» системы друзей Вигнера «томографически полной» или нет, и
  2. можем ли мы подвергнуть друга Вигнера эволюции под действием произвольного гамильтониана (т. е. унитарного оператора).

И я не знаю, известен ли ответ на оба этих вопроса, особенно (2). Я также считаю, что хотя для одиночной квантовой частицы алгебра наблюдаемых, порожденная Икс ^ и п ^ является томографически полным, когда мы переходим к нескольким частицам, алгебра, порожденная { Икс ^ я ,   п ^ я   |   я е я } для некоторого набора индексов я , не обязательно так. Более простым примером этого являются спиновые операторы С ^ Икс , С ^ у , и С ^ г для вращающейся частицы. Для одной частицы это дает полный набор; для двух алгебра, порожденная обоими наборами спиновых операторов для каждой частицы, не является таковой.

Однако если мы сможем это сделать, тогда будет реальное различие между другом Вигнера, находящимся в состоянии, аналогичном | 0 ⟩ выше, | 1 ⟩ выше, и находясь в суперпозиции двух, как следует из уравнения Шредингера.

Что касается измерения друга в другом базисе, это действительно необходимо для получения действительно интересных «парадоксов». См., например, Guérin 2021, «Теорема о недопустимости стойкой реальности восприятия друга Вигнера» на doi.org/10.1038/s42005-021-00589-1 .
@BjornW: Да. Суть этой статьи, по-видимому, заключается в том, что если мы предположим, что «за» чистым назначением состояния | «Я видел '0'» ⟩ | 0 ⟩ + | «Я видел '1'» ⟩ | 1 ⟩ 2 то, что Вигнер дает совместной системе «друг-электрон», является «скрытым» (для Вигнера) перцептивным фактом, что либо друг действительно «видел 0», либо «видел 1» тем временем, мы можем показать, что если Вигнер затем выполняется измерение по принципу «хорошо, не удалось», тогда, несмотря на то, что оно не изменит присвоение состояния Вигнера , оно (или, по крайней мере, должно иметь шанс) переписать восприятие друга.
Для меня, однако, я не вижу в этом особенно удивительного результата. Что бы ни могло сделать это измерение, оно должно быть физически чрезвычайно инвазивным процессом, если оно вообще возможно, и, поскольку задание Вигнера неизбежно скрывает от него информацию о восприятии друга, его изменение на нем неосознанно после выполнения этого не кажется особенно примечательным.
Да, я действительно не понял, как в статье предлагалось, чтобы Вигнер действительно приступил к измерению, скажем, в базисе Белла. Предположим, что друг выводит свое состояние, используя фотонную поляризацию («вычислительную» основу), конечно, вы можете вместо этого настроить их измерение в состоянии Белла, но это не изменит друга, который в конечном итоге выйдет, чтобы объяснить свою историю. .. поэтому я предполагаю, как и вы подразумеваете, что вам придется как-то «повернуть» друга (и все в этой лаборатории) в другую основу ..?
Разве это не похоже на то, с чем мы уже справляемся в квантовой механике, например, с фотоном или электроном в двухщелевом интерференционном эксперименте? Мы не можем спросить его, через какую щель он прошел после того, как мы обнаружили его в яркой полосе, и, что еще хуже, мы не можем спросить незарегистрированный электрон темной полосы, который только что подвергся деструктивной интерференции со своим двоюродным братом, и этого никогда не произошло :) Как только вы начинаете намекать, что частицы — это друзья Вигнера, а не просто глупые частицы, вы сталкиваетесь с этими проблемами.
Эксперимент друга Вигнера - Как возникает очевидный парадокс?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v