Насколько изолированной должна быть система, чтобы ее волновая функция не считалась коллапсирующей?

«Насколько изолированной должна быть система, чтобы ее волновая функция не считалась коллапсирующей?»

Экспериментально система, коллапс которой можно наблюдать, должна быть настолько мала, чтобы ее можно было приготовить в четко определенном чистом состоянии. Если это не так, о случившемся можно только догадываться, оставляя простор для воображения.

Это означает, что даже когда носитель системы довольно велик, коллапс волновой функции моделирует лишь крайне малое количество степеней свободы, и рассматриваемая реальная система — это система с этими несколькими степенями свободы, а не с большей.

Например, arXiv:1103.4081 обсуждает суперпозицию и коллапс макроскопических объектов. Но в суперпозиции подготовлена ​​только одна степень свободы — расстояние; все остальные степени свободы либо неуправляемы (и, следовательно, предположительно находятся в смешанном состоянии), либо устраняются экстремальным охлаждением. Таким образом, измеряемая система фактически представляет собой одиночный квантовый осциллятор.

Теперь типичный квантовый осциллятор быстро теряет когерентность, если не изолирован, а квантовый осциллятор некоторого размера трудно изолировать. Экспериментальное искусство состоит в том, чтобы поддерживать суперпозицию двух расстояний, изолируя эту особую степень свободы от окружающей среды. Эта изоляция должна быть почти идеальной, иначе эффекты декогеренции, ответственные за коллапс, проявляются чрезвычайно быстро. (Специальный наблюдатель не нужен. Окружающая среда наблюдает сама.)

«почему большинство физиков [...] отвергают объективный коллапс».

Основная причина в том, что они хотят сохранить простоту традиционных квантово-механических основ, основанных на предположении, что динамика квантовых состояний строго линейна, чего, по-видимому, достаточно для всех приложений. Теории объективного коллапса потребуют небольшой нелинейной модификации основных законов и испортят простоту (пока) не поддающейся проверке философии.

Обратите внимание, что «отсутствие объективного коллапса» не означает, что коллапс не наблюдается (он наблюдается регулярно), а только то, что коллапс не происходит из-за декогеренции (приближение, в котором коллапс выводится в терминах общепринятых допущения из статистической механики - нужные уже в классической физике), а к объективным отклонениям от уравнения Шредингера. Последняя не имеет поддающейся наблюдению основы и, следовательно, отвергается большинством физиков.

Как только вы сделаете коробку способной изменять окружение, она перестанет быть просто коробкой; и становится измерительным прибором.

Как это происходит, можно легко представить. Давайте возьмем идеальную установку счетчика атома Гейгера в аналогичной коробке. Он подключен снаружи к дисплею. Теперь, по понятным причинам, волновая функция атома немедленно схлопнется. Он не будет медленно развиваться. Это потому, что вы можете наблюдать за системой с помощью дисплея. Мы не можем утверждать, что это повлияет на саму волновую функцию счетчика Гейгера.

Более жесткий способ сформулировать проблему — прикрепить счетчик к молотку. Если в течение первых xyz секунд произойдет распад, молоток ударит по крышке ящика; открытие его. Если вы находитесь снаружи, а коробка не открывается через xyz секунд, вы будете знать, что распадов не было, и волновая функция схлопнется БЕЗ открытия коробки. Здесь счетчик не стал измерительным прибором, влияя на окружающее; это произошло благодаря его способности воздействовать на окружающую среду.

Ваша коробка снова является измерительным устройством, способным влиять на окружающую среду. Происходит то же самое, сразу коллапсирует волновая функция.

Теперь к вашему первоначальному вопросу: все, что может измеримым образом воздействовать на окружение на основе любого измеряемого свойства, считается средством измерения этого свойства в окружении.

Теперь вот где все сходит с ума: я специально сохранил ласковые слова «измеримым образом», поскольку наблюдения КМ - нечеткая и противоречивая тема. Может быть, только сознательные существа могут делать наблюдения. Может быть, только существа, знающие последствия своих измерений, могут разрушить волновую функцию (поэтому случайный человек, увидевший сдвиг рычага, но не знающий, что означает этот сдвиг, не разрушит его). В последнем случае такие вещи, как «незначительные эффекты», также создают проблему, поскольку экспериментатор не может сознательно зарегистрировать их и отделить от «шума», даже если он может это почувствовать. Например, ваш счетчик Гейгера может излучать фотон в зависимости от результатов. Экспериментатор может видеть фотон глазами (наше зрение — фотонное явление), но не регистрировать его.

С этого момента все становится более философским. Это ИМХО, почему физики «заткнулись и вычислили», как упомянул @JohnRennie.

Ну, это зависит от системы внутри коробки и от того, как долго вы хотите, чтобы она оставалась в состоянии суперпозиции.

Например, D-Wave Systems создает для своего квантового компьютера следующие условия:

• Электрические магниты экранируют магнитное поле Земли, поэтому для получения магнитного поля в 1 нанотесла через процессор, что в 50000 раз меньше, чем магнитное поле Земли.

• Холодильник площадью 200 кв. футов, потребляющий 7,5 кВт электроэнергии, создает температуру 20 милликельвинов для корпуса процессора и платы.

• Фильтрация 30МГц на любых электрических линиях

источник

Кот Шредингера — это эксперимент с мыслью, смоделированный таким образом, что он столь же нереалистичен, как и распространенные предположения, которые вы видите в физических вопросах, таких как предположение об идеальном вакууме . Вы не можете получить идеальный вакуум , как вы не можете заставить кошку пройти через бутылку с ядом и стать мертвой и живой без какой-либо декогеренции в середине, кот Шредингера - просто нереалистичный дзен-мастер квантового коллапса Кошка подделки (ZMQC³), так как ваш ящик — ZMQC²B.

Как насчет того, чтобы посмотреть на другие эксперименты, которые более ясно показывают вопрос о проблеме измерения? Подобно эксперименту с двумя щелями , который показывает, в какой точке с помощью наблюдателя (имплицитно относящегося к вещи, ко всему, что осуществляет измерение, взаимодействует, а не только к сознательным наблюдателям), наблюдаемое (измеряемая вещь) выходит из его волновая функция как квантованная частица, а в какой-то момент нет. Упомянутая ссылка также указывает на достижения в области непертурбативных детекторов (которые, должен признаться, для меня новинка, но, как уже говорилось, не противоречит дуализму волна/частица, а также связаны с объективными теориями коллапса).

Что кажется очевидным, так это то, что в случае измерений/взаимодействий (« наблюдений ») произойдут квантовые коллапсы («спонтанная локализация», как в статье в Википедии об объективных коллапсах), и, таким образом, сложные системы, свободные от этих измерений, т.е. «изолированные системы» в большинстве случаев нереалистичны.

На этом физическом форуме есть хорошая дискуссия по этой теме о взглядах Гейзенберга, которая также кажется более объективной, чем копенгагенская интерпретация: www.physicsforums.com/showthread.php?t=492354

Цитируя Гейзенберга по «Физике и философии»:

«Это относится к физическому, а не психическому акту наблюдения, и мы можем сказать, что переход от «возможного» к «актуальному» происходит, как только происходит взаимодействие объекта с измерительным прибором, а тем самым с остального мира, он не связан с актом регистрации результата сознанием наблюдателя, разрывное же изменение функции вероятности происходит с актом регистрации, так как прерывистое изменение нашего знания в момент регистрации, которое отражается в прерывистом изменении функции вероятности».

квантовая механика по своей сути линейна, это имеет последствия для состояний суперпозиции, в основном множественные суперпозиции физической системы не могут взаимодействовать друг с другом .

Теперь наблюдение явно нарушает это, именно потому, что речь идет о различных физических системах, взаимодействующих друг с другом. В частном случае, когда одной из систем является среда, должно быть очевидно, что вы не можете по- прежнему иметь несколько суперпозиций, не взаимодействующих друг с другом , в то время как среда взаимодействует с ними обеими (или, точнее, физическая система, приходящая из бани и обратно). Причина этого должна быть ясна: если бы они оба оставались в суперпозиции, то могли бы взаимодействовать друг с другом через окружающую среду, тем самым нарушая линейность квантовой механики.

Вот почему я думаю, что измерение по своей сути является нелинейным процессом, потому что оно нарушает режим линейности квантовой механики.

Как это возможно? ну, в основном потому, что классические физические системы нелинейны, а квантовая механика, соответственно, должна быть нелинейной в классическом пределе. Например, физический объект (например, счетчик Гейгера) будет вести себя крайне нелинейно после того, как$\alpha$или же$\beta$частица попадает или не попадает. В случае, когда он столкнется, будут калибровочные движения и электрические токи, которые нельзя просто смоделировать с помощью чего-либо столь же тривиального, как линейная суперпозиция.

Говоря более точно, физический наблюдатель (опять же, как и счетчик Гейгера) по своей конструкции ориентирован на нелинейное поведение в диапазоне собственных значений в очень конкретном собственном базисе, в то время как приблизительно линейное (т. собственный базис. Вы не можете спроектировать наблюдателя так, чтобы он вел себя нелинейно в двух неконмутирующих собственных базисах одновременно. По сути, это принцип неопределенности.