Нелокальность в нерелятивистской квантовой механике

Я полагаю, что на следующий очевидный вопрос отвечает любая разновидность релятивистской квантовой механики, но я просто хотел проверить, правильно ли я понимаю:

Верно ли, что нерелятивистская КМ нарушает локальность (позволяет «статистическую сверхсветовую связь») следующим образом:

Пусть Алиса и Боб находятся далеко друг от друга (и в относительном покое). Предположим, что у нас есть частица, определенная при т "=" 0 находиться в «маленькой» области вокруг Алисы (и, следовательно, с совершенно неопределенным импульсом, но не настолько неопределенным, чтобы можно было добраться до Боба за «очень малое время»). Алиса и Боб договорились, что Алиса в т "=" 0 измерить импульс с «чрезвычайно высокой точностью», если она хочет послать Бобу сигнал. (Это сделало бы положение очень неопределенным и, таким образом, позволило бы частице оказаться в положении Боба). В т "=" 0 (или «через очень короткое время») Боб пытается найти частицу в своей позиции. В том маловероятном случае, если ему это удастся, он знает, что Алиса, должно быть, пыталась послать сигнал. (Если он не находит его, он ничего не знает.)

Слабым местом этого примера может быть то, что вероятно (?) невозможно иметь волновую функцию с компактной поддержкой в ​​пространстве позиций («близко к Алисе»), а также в импульсном пространстве (не в состоянии достичь Боба «мгновенно») если вы посмотрите на преобразование Фурье. Однако, если вы посмотрите на уравнение Шредингера, кажется, что это тот случай, когда свободная частица не может «мгновенно» войти в область, отделенную от носителя волновой функции (позиционное пространство) в данный момент времени? Я должен признать, что это меня смущает, и я не могу привести разумных примеров (кривая Гаусса — единственный нормированный пример для свободной частицы, который я видел до сих пор, который, очевидно, не имеет компактного носителя). Но я был бы удивлен, если бы описанный выше эффект нелокальности зависел бы от таких технических моментов?

Действительно, функция и ее преобразование Фурье не могут одновременно иметь компактный носитель. Это следует из теоремы Пэли-Винера ( en.wikipedia.org/wiki/Paley%E2%80%93Wiener_theorem )
Спасибо, что указали на это, @doetoe. Но, как я уже сказал, я был бы удивлен, если бы это имело отношение к вопросу; Я предполагаю, что должна быть возможность, по крайней мере, настроить некоторую волновую функцию, которая избегает небольшой (далекой) области для свободной частицы при t в [0, эпсилон] для крошечного эпсилон; но так, что "точное" измерение импульса сделает некоторую часть этой области ненулевой вероятностью... (Но опять же, у меня нет примера для этого)
Возможно, можно адаптировать ваш аргумент, но не таким образом: на самом деле преобразование Фурье функции с компактным носителем является аналитическим, а это означает, что оно не может быть тождественно 0 на любом множестве положительного объема . Обратите внимание, однако, что даже небольшое (предсказуемое) изменение вероятности из-за измерения Алисой будет представлять собой передачу информации (очень небольшой объем). Я уверен, что это потерпит неудачу, но я не могу сказать вам, где именно, а также был бы заинтересован в объяснении.
Я предлагаю оставить преобразования Фурье и компактные носители. Не потому, что я против них, а потому, что задача проще — см. мой ответ. Ответ не в преобразовании Фурье s=, а в вероятностях. Эксперимент проходит так, что Боб не сможет отличить, отправила ему Алиса 1 или ноль. Пожалуйста, скажите, согласны ли вы с моим ответом. Несигнализация (отсутствие сверхсветовой связи) — настолько базовая проблема, что не нужно много математики. для поиска ошибок в предложениях.
Меня немного раздражает, что никто никогда не удосуживается дать определение «местности», когда они говорят об этой теме :\
@DanielSank - Поскольку это конкретно в контексте нелокальной передачи информации, я думаю, что это можно определить в терминах условных вероятностей для двух измерений Алисой и Бобом, которые могут иметь сколь угодно малое (или бесконечно малое) разделение во времени, но не бесконечно малое расстояние в пространстве; тогда мы могли бы сказать, что будет «нелокальная» передача информации, если вероятность того, что Боб получит данный результат, может варьироваться в зависимости от того, какое измерение (например, положение или импульс) было выполнено Алисой несколько раньше.
@DanielSank Я бы не стал пытаться определить «локальный», а просто описал предполагаемый способ передачи «полубита» с «бесконечной скоростью» ( конечно, в нерелятивистском QM). Я предполагаю, что это нарушит локальность, как бы вы ее ни определили...

Ответы (2)

Уравнение Шредингера нерелятивистское, и оно изначально распространяет эффекты с бесконечной скоростью. Поэтому бессмысленно даже говорить о «местности». Уравнение Шредингера описывает локальную физику не больше, чем уравнение диффузии первого порядка описывает скорость звука. Здесь нет никакой технической проблемы, вы просто используете неправильное уравнение для этой цели.

Разве это не по делу? Нелокальность возникает из-за коллапса волновой функции, а не из-за ее эволюции во времени, и не подчиняется уравнению Шредингера.
Проблема в том, что любая часть потенциала немедленно влияет на каждую часть нерелятивистской волновой функции. Так что в этом смысле он всегда нелокален. Это влияние может быть очень небольшим для частей потенциала, которые находятся далеко от центра волнового пакета, но оно всегда присутствует, за исключением пакетов с компактной поддержкой... и я думаю, что они должны распространяться мгновенно. Это не относится к релятивистским квантовым полям, где скорость света является пределом причинных эффектов. «Коллапс волновой функции» даже не описывается уравнением Шредингера.
Конечно, неудивительно, что нерелятивистская КМ несовместима с локальностью. Но я не думаю, что уравнение Шредингера здесь так уж уместно (может быть, мне не стоило подчеркивать это в моем вопросе): меня интересует мгновенный коллапс волновой функции (которая не имеет ничего общего с уравнением Шредингера, но с КМ рамки). Обычно люди утверждают, что такой коллапс не может передавать информацию (и я уверен, что все они правы в каком-то хитром смысле), но в описанной обстановке это кажется не так (как описано)?
Повторяю: есть две разные вещи: 1) QM нелокальный. 2) Мы просто НЕ МОЖЕМ использовать нелокальность QM для отправки сообщений FTL или сообщений назад во времени (BIT), потому что мы не можем ПЕРЕПИСАТЬ прошлое.
@CuriousOne Не могли бы вы немного расширить те моменты, которые вы подняли? очень сложно понять, хотя я уверен, что ответ именно там, я пока не могу его расшифровать :(

Теорема о запрете связи - это теорема о запрете из квантовой теории информации, которая утверждает, что во время измерения запутанного квантового состояния один наблюдатель, производя измерение подсистемы общего состояния, не может передавать информацию. другому наблюдателю. Теорема важна, потому что в квантовой механике квантовая запутанность — это эффект, с помощью которого некоторые далеко разнесенные события могут быть коррелированы таким образом, что предполагает возможность мгновенной связи.

Однако относится ли теорема об отсутствии связи к множественным измерениям одночастичных состояний? Судя по описаниям, которые я читал, это может быть связано с тем, что измерение одной части запутанной системы не может изменить вероятность результатов измерения для другой части той же запутанной системы.
Да, я считаю, что теорема включает оба случая, но я могу ошибаться. Я собираюсь проверить демонстрацию и обновить. Спасибо!
@Hypnosifl Только что проверил, и теорема становится тривиальной для одночастичных состояний.
Хм, очевидно, есть несколько примеров парных измерений одночастичных состояний, где второе измерение дает информацию о первом, например, в эксперименте с двумя щелями, если вы измеряете частицу в положениях минимумов двухчастичных состояний. щелевая интерференционная картина, которая может сказать вам, что кто-то ранее измерил, через какую щель прошла частица. Так какую же передачу информации они исключают, если она нерелятивистская и не имеет ничего общего со световыми конусами? Это похоже на деф. из «неместных» я предложил в своем комментарии к DanielSank выше?
Я не знал о примере эксперимента с двумя щелями. У вас есть ссылка?
@Hypnosif Я могу ошибаться, думаю, я оставлю это (проверю теорему еще раз) на потом, я не хочу совершать одну и ту же ошибку дважды менее чем за час!
@Hypnosifl Я прочитал это еще раз и считаю, что вы правы. По крайней мере, демонстрация, которую я читаю, включает только два оператора, действующих в разных гильбертовых пространствах (разные компоненты тензорного произведения Гильберта)
Спасибо за проверку. В случае с экспериментом с двумя щелями я основывал его на мысленном эксперименте Фейнмана в «Фейнмановских лекциях по физике», где он говорил о освещении щелей при прохождении электронов и о том, как это вызовет двухщелевой эффект. интерференционная картина должна быть заменена суммой двух однощелевых картин (которые будут иметь ненулевую вероятность обнаружения в положениях на экране, которые были минимумами интерференции двухщелевой картины). См. обсуждение в 33:40-38: 00 в этом видео .
@Wolphramjonny: Джонни, ты путаешь вещи, извини. Да, отсутствие сигнализации — НЕПОДХОДНО, но не из-за того, что вы говорите. Подождите, я вернусь к этому вопросу позже.
@Wolphramjonny спасибо, я уверен, что это отличная теорема, но как она не нарушается простой установкой выше? (Свободная частица находится в точке х=0 с неопределенным импульсом; чтобы послать сигнал мера импульса ей с бесконечной точностью; с ненулевой вероятностью этот сигнал мгновенно передается удаленному наблюдателю (который просто вдруг видит частицу)...
@Sofia, я хотел бы услышать правильное объяснение, спасибо.
@Jakob Я согласился с Hypnosifl в том, что теоремы, похоже, не включают случай простой частицы. Я пытаюсь понять, становится ли теорема тривиальной для одной частицы или, по крайней мере, ее просто распространить на нее.
@Wolphramjonny: сегодня я был недоступен. Я думаю, что мне лучше опубликовать вопрос и ответ самостоятельно, потому что, что бы я ни добавил в качестве дополнительного ответа к настоящему вопросу, никто не прочитает. На этот вопрос слишком много ответов и комментариев.
@Hypnosifl: я скопирую сюда то, что ответил Вольфраму Джонни. Сегодня я был недоступен. Я думаю, что мне лучше опубликовать вопрос и ответ самостоятельно, потому что, что бы я ни добавил в качестве дополнительного ответа к настоящему вопросу, никто не прочитает. На этот вопрос слишком много ответов и комментариев.
@Jakob: Я повторяю свое сообщение Джонни и Гипносу. Я был занят весь день. Итак, давай поговорим завтра, наверное, вечером. В нашем регионе очень поздно ночью.