Почему квантовая запутанность не является просто недостатком информации?

Рассмотрим ситуацию, когда у вас есть два электрона, которые запутались друг с другом, вы знаете, что у одного из них спин вверх, а у другого — вниз, но не знаете, какой именно. Все, что вы знаете, это то, что для данного электрона вероятность того, что у него будет любой из спинов, составляет 50/50. Теперь предположим, что вы продолжаете измерять вращение одного из них. Рассмотрим следующие две теории того, что произойдет дальше:

1. Согласно копенгагенской интерпретации квантовой механики, каждая из них находится в суперпозиции: спин вверх и спин вниз. В тот момент, когда я измерю один из них, он случайным образом решит быть вверх или вниз, и пошлет мгновенный сигнал другому, чтобы внезапно иметь противоположное вращение.

2. То, о чем вы говорите, — это теория локальных скрытых переменных. Хотя мы не знаем спина каждого электрона, вы утверждаете, что он существует как «скрытая переменная», которая определенно существует, описывая это, и между электронами нет нелокального мгновенного взаимодействия. Когда мы измеряем спин одного электрона, мы просто считываем эту переменную. Это всегда было в этом спине, коллапса волновой функции не было. Эйнштейн был известным сторонником этой теории, см. Парадокс ЭПР .

Долгое время считалось, что между этими двумя теориями невозможно отличить. Хотя они работают совершенно по-разному, как вы можете разработать эксперимент, чтобы увидеть разницу? Ответ был предоставлен Джоном Стюартом Беллом в форме того, что известно как неравенства Белла , которые показывают, что если вы проведете несколько искусно спланированных экспериментов, вы на самом деле должны ожидать разных результатов в зависимости от того, какая из двух вышеприведенных теорий верна!

Чтобы получить представление о том, как может работать такой эксперимент, взгляните на страницу Википедии на простом английском языке, посвященную теореме Белла , где приводится очень красивая метафора. Описанная там система может быть создана с использованием запутанных состояний частиц.

Предположим, у вас есть четыре шарика, каждый из которых либо черный, либо белый. Поскольку вы еще не смотрели на них, вы знаете только об определенных вероятностях. Так или иначе, предположим, что вы знаете, что шарики 1 и 2 имеют только 5%-ную вероятность того, что они будут разного цвета. Точно так же шарики 2 и 3 имеют только 5%-ную вероятность того, что они будут разного цвета, и то же самое для шариков 3 и 4. Тогда вы можете сделать вывод, что шарики 1 и 4 имеют не более 15% вероятности того, что они будут разного цвета, потому что в Чтобы 1 и 4 были разного цвета, должно быть так, что либо 1 и 2 разного цвета, либо 2 и 3 разного цвета, либо 3 и 4 разного цвета.

Теперь предположим, что ваш вывод оказался неверным — что на самом деле шарики 1 и 4 с вероятностью 95% могут быть разного цвета. Тогда что-то должно быть не так с вашими рассуждениями, и если вы проанализируете различные вещи, которые могли пойти не так, вы обнаружите, что наиболее вероятным виновником является ваше предположение о том, что шарики изначально имели четко определенные цвета.

Нечто подобное происходит в квантовой механике. (В версии квантовой механики невозможно исследовать шарики 1 и 3 одновременно или исследовать шарики 2 и 4 одновременно.) И, как вы можете видеть выше, если бы единственной проблемой было «отсутствие информации», вы все равно сможете сделать вывод, что ваши квантовые шарики 1 и 4 могут быть разного цвета не более чем в 15% случаев, и тогда эксперименты докажут, что вы ошибаетесь.

Почему следует предполагать, что запутанные электроны будут «определять» свое состояние только после наблюдения?

По моему мнению экспериментатора, это называется антропоморфизмом, т.е. приписыванием сознания элементарной частице.

Электрон ничего не решает , он находится в качестве неизбежного функционального пути времени, как маятник, колеблющийся под действием силы тяжести, за исключением того, что функция, описывающая поведение элементарных частиц, описывает вероятности как функции (x, y, z, t), а не пути/. траектории в in (x, y, z, t). Даже термин «коллапс» сбивает с толку и вводит в заблуждение. Это измерение, которое выбирает конкретное значение из всех этих вероятных, ничего волшебного не происходит.

Вы должны размышлять о вероятностях. У нас есть актуарные таблицы , в которых говорится, что вероятность дожить до 65 лет, если вы мужчина в Греции (моей стране), составляет более 80%. Означает ли это, что 60-летний мужчина находится в неопределенном падеже? Да, но этот самец не растянулся ни на 65, ни на 100 лет ни мертвым, ни живым . Кривая вероятности состоит из большого количества наблюдений и имеет функциональную форму как функцию времени. Он в возрасте 60 лет существует целым, и только измерение при смерти будет оценивать, к какой части кривой зависимости вероятности от времени принадлежало это измерение.

Поэтому я не знаю, что делает состояния электронов такими особенными.

Следует думать об элементарных частицах как о «квантово-механических объектах», они не являются частицами, такими как бильярдные шары, или волнами в (x, y, z, t). Описываются вероятностью в (x, y, z, t), волнами, потому что вероятность является решением волновых уравнений и имеет синусоидальную изменчивость в пространстве.

Электрон особенный, потому что он является элементарной частицей и проявляет свойства, не очевидные в бильярдных шарах, и распространение свойств бильярдного шара на классические точечные частицы. Классическая модель не работала, когда наблюдения достигли микромира и потребовали теории квантовой механики. (бесконечности, падающие в атом, без объяснения спектров, излучение черного тела и т.д.).

А вероятности, связанные с функциональной зависимостью поведения элементарных частиц, следует трактовать как таковые, т. е. как вероятности .

Ошибочно думать, что электрон разбросан повсюду в (x, y, z, t), так же как ошибочно думать, что 60-летний мужчина ни мертв, ни жив в течение 100 лет. Атрибуты (такие как вращение вверх или вниз), определяющие электрон, неизвестны, если не производится измерение/наблюдение, поскольку состояние человека, родившегося в 1954 году (мертвый или живой), неизвестно до тех пор, пока не будет сделана проверка. После проведения проверки к человеку будет применена новая кривая вероятности (актуарная таблица), и аналогичным образом новая функция вероятности будет применена к электрону после проведения измерения. Граничные условия изменились.

Извиняюсь перед SE за то, что я повторно использую части ответа, который написал ранее, но чтобы ответить на основной вопрос о том, почему вы не можете предположить, что система находится в определенном состоянии перед измерением, я думаю, что это самый простой пример.

Рассмотрим две запутанные квантовые системы, описываемые тремя свойствами, A, B и C, каждое из которых может принимать значения как вверх, так и вниз.

Две системы могут быть запутаны таким образом, что если вы измеряете одно и то же свойство в обеих системах, вы получите один и тот же результат в 100% случаев, и каждый случай будет иметь место в 50% случаев. То есть обе системы сдаются в 50% случаев или обе системы сдаются в 50% случаев, но вы никогда не получите результата, при котором одна система сдается, а другая нет. Просто повторюсь, это только тогда, когда вы измеряете одно и то же свойство, то есть: оба A, оба B или оба C.

Но вот проблема: если вы измеряете разные свойства, то вы получите одно и то же направление в 25% случаев и противоположные направления в 75% случаев. Например, если я измеряю A в одной системе, и это дает положительный результат, то когда я измеряю B в другой системе, я получаю рост в 25% случаев и падение в 75% случаев.

Невозможно предварительно назначить вверх или вниз, чтобы они отличались на 75% или по времени. Если вы все обдумаете, лучшее, что вы можете сделать, это изменить в 2/3 раза, исключив случаи, когда A, B и C одинаковы. Единственный другой способ обойти это - предположить, что измерение одной системы мгновенно влияет на другую, но эти системы произвольно удалены друг от друга и разделены пространством, поэтому тот, кто измеряет первым, относится к вашей системе отсчета.

Самое простое решение — отказаться от возможности присвоить значение до измерения.