В следующем ответе я буду называть унитарную эволюцию вектора квантового состояния (в основном уравнение Шредингера, которое обеспечивает скорость изменения квантового состояния или волновой функции во времени) как$\mathbf{U}$. Я буду называть сокращение вектора состояния (коллапс волновой функции) как$\mathbf{R}$. Важно отметить, что эти два процесса независимы и различны.$\mathbf{U}$хорошо понимается и может быть точно смоделирован с помощью уравнений QM,$\mathbf{R}$не совсем понятно, и некоторые физики считают, что QM необходимо будет модифицировать, чтобы включить этот процесс сокращения вектора состояния.

Можно много говорить о$\mathbf{R}$процесс, но я отвечу на ваш вопрос напрямую; в основном «это сознание уменьшает вектор состояния / коллапсирует волновую функцию?». Среди тех, кто серьезно относится к этому объяснению как к описанию физического мира, есть те, кто будет утверждать, что — как некую альтернативу доверию$\mathbf{U}$во всем масштабе и верить в точку зрения многомирового типа - что что-то в природе этого$\mathbf{R}$процесс происходит всякий раз, когда вовлекается сознание наблюдателя. Э. Вигнер однажды набросал теорию такого рода в « Nature» в 60-х годах. Общая идея заключалась в том, что бессознательная материя или неодушевленная материя будут развиваться в соответствии с$\mathbf{U}$, но как только сознательная сущность физически запутывается в состоянии, тогда приходит что-то новое и фактически редуцирует состояние (некоторые$\mathbf{R}$процесс).

Положение о том, что именно сознание вызывает этот коллапс, очень трудно опровергнуть из-за самой природы этого типа аргументов. Однако, если рассмотреть следующий пример, должно быть ясно, что эта картина далека от завершения; и что этот аргумент в пользу сознания вызывает$\mathbf{R}$процесса недостаточно. Рассмотрим погоду, подробные погодные условия, происходящие на любой планете, зависящие от хаотических процессов, которые очень чувствительны к многочисленным отдельным квантовым событиям. если$\mathbf{R}$процесс на самом деле не происходит в отсутствие сознания, то никакой конкретный погодный паттерн никогда не сможет установиться из трясины квантово-наложенных альтернатив. Можем ли мы в самом деле поверить, что погода на этих планетах остается в комплексно-числовой суперпозиции бесчисленных различных возможностей — просто какой-то полной туманной мешаниной, совершенно отличной от реальной погоды — до тех пор, пока какое-то сознательное существо не осознает ее, а затем в этот момент, и только в этот момент наложенная погода становится реальной погодой? Я так не думаю, а вы?

Лично я думаю, что мы можем ожидать некоторых изменений в УК, если этот процесс$\mathbf{R}$когда-либо будет достаточно объяснено. Одной из моделей-кандидатов для объяснения этого процесса редукции является гравитационно-индуцированный вектор состояния (и его наследники). Есть веские основания подозревать, что модификация квантовой теории (КТ), которая будет необходима, если какая-то форма$\mathbf{R}$должен быть превращен в реальный физический процесс, должен серьезно включать в себя действие гравитации. Некоторые из этих причин связаны с тем фактом, что сама структура стандартной КТ неудобна для искривленного пространства-времени, которого требует ОТО. Тем не менее, большинство физиков, похоже, неохотно соглашаются с тем, что, возможно, именно КТ нуждается в корректировке, чтобы облегчить успешный союз с ОТО. Роджер Пенроуз описывает новую модель (основанную на других кандидатах) в своей книге «Тени разума» (непростое чтение!), которая использует модель квантовой гравитации для объяснения неуловимого квантового процесса.$\mathbf{R}$- это стоит прочитать, если вы хотите лучше понять этот таинственный процесс и его влияние на человеческое сознание.

Надеюсь, это поможет.

Электрон, как и любая частица, не является ни частицей , ни волной . Описание электрона как частицы — это математическая модель, которая хорошо работает в некоторых обстоятельствах, тогда как описание его как волны — это другая математическая модель, которая хорошо работает в других обстоятельствах. Когда вы решаете произвести некоторый расчет поведения электрона, рассматривая его либо как частицу, либо как волну, вы не говорите, что электрон является частицей или волной : вы просто выбираете математическую модель, которая делает это проще всего. сделать расчет.

Следующий вопрос: ОК, а что такое электрон? На данный момент наше лучшее описание состоит в том, что электрон является возбуждением квантового поля . Использование квантовой теории поля позволяет нам рассчитать поведение электронов независимо от того, участвуют ли они в корпускулярных или волновых взаимодействиях. Это не означает, что электрон является квантовым полем, и мы почти наверняка заменим квантовую теорию поля чем-то еще более сложным, например, каким-нибудь будущим развитием теории струн .

Коллапс волновой функции — это отдельная проблема, которая за многие годы породила много долгов. Я думаю, что все согласны с тем, что коллапс волновой функции является проявлением более общего процесса, называемого декогеренцией .

В разных интерпретациях квантовой механики определение «измерения» различно. Но я думаю, что будет достаточно, если я дам всего пять из которых вы сможете выбрать сами.

• В интерпретациях Копенгагена/фон Неймана коллапс волновой функции запускается наблюдателем. Этот человек обладает особым свойством, на которое не способен ни один другой объект во Вселенной. В копенгагенской интерпретации коллапс может быть инициирован любой системой, связанной с наблюдателем, включая измерительную аппаратуру и внешнюю среду (если наблюдатель не изолирован от нее). Все вещи можно условно разделить на наблюдаемую систему и измерительную систему так называемым «разрезом Гейзенберга» с единственным требованием, чтобы измерительная система включала наблюдателя.

• Интерпретация фон Неймана — крайний случай копенгагенской интерпретации, когда разрез Гейзенберга размещается как можно ближе к наблюдателю. Таким образом, даже части его мозга можно считать частью наблюдаемой системы. В интерпретации фон Неймана коллапс волновой функции происходит, когда наблюдатель чувствует, что какое-либо квалиа (чувство) зависит от измеренного значения.

• В интерпретации Бома коллапс волновой функции происходит, когда наблюдатель вносит в измеряемую систему некоторое возмущение, неизбежное при проведении измерения. Отличие измерения от любого другого взаимодействия состоит в том, что возмущение, вносимое измерением, заранее неизвестно. Это связано с тем, что начальные условия системы, содержащей наблюдателя, неизвестны. Другими словами, наблюдатель всегда содержит информацию, которая неизвестна и не может быть определена никакими средствами из-за проблемы самореференции. Томас Брейер назвал это явление «субъективной декогеренцией». Философы считают, что эта непредсказуемость системы, содержащей наблюдателя для самого себя, определяет свободу воли.

• В реляционной интерпретации коллапс происходит, когда взаимодействие влияет на окончательное измерение, выполняемое конечным наблюдателем универсальной волновой функции в бесконечном будущем. Таким образом, чтобы произошел коллапс, результат взаимодействия должен каким-то образом воздействовать на внешнюю среду, звезды и т. д. сейчас или в будущем, а не перекогерироваться и теряться.

• В многомировой интерпретации коллапс волновой функции никогда не происходит. Вместо этого то, что наблюдатель воспринимает как коллапс, является просто событием запутывания наблюдателя с наблюдаемой системой.

На пути к лучшей картине двойственности

В эксперименте Юнга с двумя щелями корпускулярно-волновой дуализм (по одному фотону) является скорее проблемой «изображения модели», чем философской: см. интерпретацию Ю. Кудера, сами (!),

Ютуб Кудер эксперименты

Квантовая частица ИМЕЕТ местоположение, есть только ограничение в выборе хорошей изобразительной модели , когда вы ограничены вариантами изображения «волна или частица»: Кудер демонстрирует, что хорошее изображение модели «промежуточный объект волны / частицы» существует. !

Представьте себе «локализуемый объект», который не имеет четко определенной границы, но имеет четко определенный предел расстояния (~лямбда) для взаимодействия с препятствиями (другими объектами).

На этом небольшом видео вы видите объекты один за другим, изменяющие (или не изменяющие) прямолинейную траекторию за счет «колебательного взаимодействия» с (двухщелевым) препятствием, а не заэкраном-препятствием в роли «наблюдателя».

В сети есть статья об этом эксперименте .

PS: конечно, если наблюдение представляет собой измерение перед экраном, то оно будет влиять на результат, изменяя интерференционную картину на экране.

Волновая функция не является материальным объектом. Это не волновой процесс в трехмерном пространстве. (как видно, как только вы рассматриваете волновую функцию двух или более частиц в задаче многих тел). Это математический объект в трехмерном конфигурационном пространстве, где n — количество взаимодействующих частиц. По сути, он содержит всю статистическую информацию о системе, которую только можно иметь — что-то вроде гигантского списка. Если вы делаете измерение, вы фактически добавляете условие, которому подчиняется система, тем самым уменьшая возможности, и поэтому вы теперь рассматриваете подмножество исходного списка. Это и есть коллапс волновой функции.

Они действуют как волны и частицы все время. Чтобы произвести измерение, нужно взаимодействовать с системой, поэтому вы не можете наблюдать частицу, не взаимодействуя с ней, и, таким образом, измерение изменяет ее.

Простым случаем будет один электрон. Чтобы увидеть электрон, фотон должен столкнуться с электроном, и это что-то изменит в электроне.

Представьте себе бильярдный шар, катящийся по плоской бильярдной доске по прямой линии с постоянной скоростью, как и ожидалось. Потом вдруг меняет направление.

Что случилось? Как вы можете подумать, бильярдный шар не одинок, с ним столкнулись и другие шары.

Та же ситуация с коллапсом волновой функции. Мы имеем дело с частичной системой, а не со всей. У вас есть волновая функция одиночной частицы, которая развивается в соответствии с гамильтонианом, а затем внезапно коллапсирует. Ситуация как с бильярдными шарами. Частица не одинока. Состояние включает в себя измерительный аппарат, вас и всю остальную вселенную. Вы тоже часть этого кета, а не просто частица.

Таким образом, фактическое состояние является суперпозицией следующего: вселенной, в которой вы будете измерять скорость своего электрона по возрастанию, и вселенной, в которой вы будете измерять скорость вращения своего электрона по нисходящей.

Пока ваш пробный электрон находится в пути, две вселенные неразличимы: вероятность найти что-либо в любом конкретном состоянии одинакова. Но это не означает, что две волновые функции идентичны: существует сложный фазовый сдвиг между волновыми функциями электрона в двух вселенных.

Этот фазовый сдвиг вызывает интерференцию между амплитудами вероятностей, что, в свою очередь, может вызвать наблюдаемые различия, когда вы пропускаете частицу через несколько аппаратов Штерна-Герлаха.

Этой фазы достаточно, чтобы заставить электрон в аппарате Штерна-Герлаха раскрутиться вверх в одной из вселенных и вниз в другой.

После этого разделения две вселенные теперь различимы и не могут интерферировать, но в этот момент вы все еще можете пропускать свои электронные лучи через обратный аппарат Штерна-Герлаха, чтобы объединить два электронных луча. В этот момент две вселенные снова неразличимы и снова интерферируют.

Теперь, после некоторого разделения и слияния, вы решаете измерить спин электрона. Для этого вам нужно сделать какое-то изменение состояния в вашей вселенной, которое позволит вам собирать данные. Это может быть так же просто, как направить ваши электронные лучи на два детектора. В одной из вселенных он пойдет на детектор вверх, в одной из вселенных он пойдет на детектор вниз.

Теперь в этот момент две вселенные стали постоянно различимы, и амплитуды вероятности больше не могут взаимодействовать. В одной из вселенных вы собрали данные о раскрутке, ввели их в файл и опубликовали данные, где эта конкретная строка данных будет показывать обнаружение раскрутки. В другой вселенной вы собрали данные об уменьшении скорости вращения, ввели их в файл и опубликовали данные, где конкретная строка данных будет показывать обнаружение уменьшения скорости вращения.

После того, как вы произвели измерение, пути назад уже нет, его нельзя отменить, вы не можете сделать две вселенные неразличимыми и заставить их снова взаимодействовать. И если вы подумаете об этом еще раз, вы не сможете провести ни одно измерение частиц, не сделав такого разбиения.

Но даже если два состояния расходятся сейчас, они все еще находятся в суперпозиции, коллапса нет. Мы просто отбрасываем состояния, которых не было, потому что они не имеют значения. Вы в состоянии, в котором скорость вращения частицы увеличилась, отбросите другое состояние, в котором она начала вращаться вниз, и наоборот. И обе версии вас могут задаваться вопросом, что заставило частицу вращаться вниз или вверх.

Эта суперпозиция чем-то напоминает радиостанции в прямом эфире, где вселенная является самой передачей. Если две станции неразличимы и излучают на одной частоте, будут помехи, и вы услышите громкий свист в радио. Но как только одна из станций изменит частоту, свист и помехи исчезнут и их больше не будет слышно. Но их волны все еще в воздухе и смешиваются, но частота биений между ними будет слишком высокой, чтобы вызвать какой-либо заметный эффект. Теперь у вас есть два отдельных вещания, которые не вызывают свиста друг в друге, но он все еще есть.

Таким образом, у вас есть не просто волновая функция частицы, у вас есть волновая функция всей вселенной в суперпозиции. Это универсальное состояние развивается согласно гамильтониану, как обычно, и не коллапсирует.