В чем разница между измерением и любым другим взаимодействием в квантовой механике?

Ури

В чем разница между измерением и любым другим взаимодействием в квантовой механике?

Мы узнали, что волновая функция частицы схлопывается, когда мы измеряем местоположение частицы. Если он найден, то вероятность найти его снова в том же районе становится выше, а если нет, то вероятность найти его в том месте, где он был проверен, резко снижается.

Мой вопрос касается определения измерения. Что отличает измерение от любого другого взаимодействия между двумя частицами (например, гравитация и электромагнитные поля)?

В действительности почти каждая частица взаимодействует с любой другой частицей, поэтому не должен ли все время происходить постоянный коллапс волновой функции? Если это произойдет, мы вернемся к классической механике, не так ли?

Даворак

Чтение о ридберговских атомах может помочь вам понять, как экспериментально создаются различные квантовые состояния. Чтобы создать квантовое состояние, функция вероятности которого является рассеянной в пространстве или с точки зрения энергии, часто необходимо в значительной степени ограничить его взаимодействие с внешним миром. Измерение проводится между этими диффузными состояниями и некоторым зондом, имеющим хорошо определенные квантовые состояния.

Дэвид З.

Я слышал, что коллапс волновой функции — это всего лишь симптом неполной теории, и если рассматривать детектор вместе с частицей как составную квантовую систему, то «коллапс» оказывается просто декогеренцией, что является вполне осмысленным процессом. Но я недостаточно знаю об этой области исследований, чтобы сказать что-то более определенное.

Дэвид З.

Между прочим, в квантовой теории поля гравитация и электромагнитные взаимодействия также представлены частицами (или, по крайней мере, они имеют такое же право называться частицами, как и вещи, которые вы обычно считаете частицами). Так что я думаю, что любое взаимодействие можно рассматривать как измерение и наоборот, но опять же, я не совсем понимаю детали интерпретации.

Дэвид З.

И (извините, что продолжаю комментировать), я интересуюсь [epistemiology]тегом - он вроде как [philosophy]под другим именем, и я уже высказал свои возражения против последнего. Не заблуждайтесь, мне нравится этот вопрос, я просто не совсем уверен, какой правильный тег для его аспекта «интерпретация». (Я не собираюсь переименовывать его, я просто хотел упомянуть свою мысль)

Джозеф Ф. Джонсон

@DavidZaslavsky Только усиление считается измерением.

asv

Хочу указать вот это интересное видео по этому вопросу: youtube.com/watch?v=gd-IrwJ-Lbg

asv

Также другая информация находится здесь: mathematik.uni-muenchen.de/~bohmmech/BohmHome/files/… (параграф 3 для «свернуть вопрос»)

JC

То, что вы описываете в своем вопросе, является «копенгагенской интерпретацией» квантовой механики. В настоящее время существуют более тонкие взгляды на это, которые не рассматривают «измерения» столь асимметрично, см., например, источники, в которых говорится о декогеренции.

Я рекомендую посмотреть классическую лекцию «Квантовая механика в вашем лице» Сидни Коулмана , чтобы получить хорошее представление о такого рода вещах.

Скливвз

Пенроуз предполагает (спорно), что декогеренция может произойти, когда гравитация становится значимой силой. Это можно было бы проверить экспериментально, но такие эксперименты находятся на пределе того, что мы можем сделать в настоящее время.

шуметь

@Skliwz: декогеренция, очевидно, может произойти, когда гравитация становится актуальной. Декогеренция должна происходить в любой интерпретации КМ. Спорным аспектом является то, что он предполагает, что коллапс объективной волновой функции происходит именно тогда, когда становится актуальной гравитация.

Ури

Наконец-то у меня появилось время посмотреть лекцию Сидни Коулмана. Хотя я не все понял - это здорово и дало хорошее представление об этом вопросе. Настоятельно рекомендуется. (хотелось бы, чтобы была ссылка на ютуб, потому что этот плеер отстой)

пользователь4552

Я смотрел лекцию Коулмана. Мне кажется, что я не отвечаю на вопрос ОП. Коулман намеревается доказать, что квантовая механика — это не классическая механика. Это правда, но это имеет очень мало общего с вопросом ФП, касающимся копенгагенской интерпретации. Коулман обсуждает КИ лишь косвенно и только в самом начале и в конце выступления.

Сигольдберг1

Взаимодействия просто включают в себя развитие корреляции. Например, если электрон проходит через аппарат Штерна-Герлаха, возникает корреляция между расстоянием, пройденным в направлении х, и расстоянием, отклоненным в направлении у. Это обратимо. Измерение, происходящее при попадании частицы на фотопластинку, необратимо. Это связано с необратимой диссипацией, т.е. генерацией энтропии.
Это приближение само по себе можно анализировать дальше, но оно становится очень сложным.

Действительно хорошая книга (1983 г.) Уилера и Зурека "Квантовая теория измерения" доступна в виде файла djvu по адресу http://www.4shared.com/get/vw66Qp70/Wheeler_JA_Zurek_WH_eds_Quan.html ( 8 МБ, подождите) . 30 секунд на загрузку). [Теперь, если бы я только мог понять, как работать с ридером для Mac...]

JC

+1 за Уиллера и Зурека. Для Mac OSX попробуйте djvu.sourceforge.net/djview4.html.

Мэтт Рис

Я просто хочу добавить комментарий в поддержку этого ответа. Измерения абсолютно не связаны с физикой, кроме обычной унитарной квантовой эволюции, и, в частности, не существует такого процесса, как коллапс неунитарной волновой функции. Декогеренция является ключом.

Крис Гранад

Многое из того, как вы отвечаете на этот вопрос, сводится к вашему взгляду на волновую функцию или состояние. Если вы считаете, что квантовое состояние есть состояние реальности (то есть онтическое состояние), то вы должны либо воспроизвести предсказания ортодоксальной (копенгагенской) КМ без постулата измерения, либо объяснить, почему природа предусматривает две формы эволюции. Первая точка зрения — это, по сути, Интерпретация многих миров, к которой я чувствую большую привлекательность, поскольку она постулирует только единую эволюцию и объясняет измерение как эмерджентный, а не фундаментальный эффект.

С другой стороны, если вы считаете, что волновая функция — это состояние знания (эпистемическое) о каком-то другом лежащем в его основе онтическом состоянии, тогда коллапс измерения представляет собой не истинную эволюцию, а прерывистое изменение ваших знаний о системе. Альтернативные формулировки квантовой механики, такие как механика Бома, объясняют это математически строго, но некоторые находят это неудовлетворительным.

Каждый из этих подходов (и многие другие, о которых я не упомянул) подсказывает, где искать следующую физическую теорию, так что в конце концов этот вопрос должен стать экспериментально решаемым. Однако сейчас мы должны полагаться на математику, физическую интуицию и рациональные аргументы.

Скливвз

Оба объяснения, которые вы даете, похоже, только переименовывают проблему, не решая ее. В интерпретации многих миров, почему мы воспринимаем только один из возможных результатов измерения и почему именно этот? В другом подходе, как вы определяете знание?

Грант Крофтон

Мы воспринимаем только один из результатов, потому что только один из результатов существует во вселенной, в которой «мы» живем. Другая версия нас существует в другой вселенной, и у нее другой результат.

Бенксиззи

Я непрофессионал, но разве теория Бома и другие подобные эпистемологические интерпретации не являются теориями скрытых переменных, которые были опровергнуты экспериментами по проверке теоремы Белла?

Крис Гранад

@benxyzzy: Теорема Белла не исключает теории скрытых переменных, но требует, чтобы они нарушали либо локальность, либо свойство, известное как «реализм». В случае механики Бома локальность явно отвергается, так что теорема Белла выполняется. Есть и другие эксперименты, которые исключили некоторые формы нелокальности в скрытых переменных, но я пока не знаю ничего, опровергающего бомовскую механику; почти по построению это не должно быть возможным, поскольку механика Бома согласуется с предсказаниями, сделанными другими интерпретациями.

Джозеф Ф. Джонсон

Многое было освещено в этих ответах, но один аспект был упущен. Фактическая физика, происходящая в любом процессе измерения, включает в себя усиление. Фейнман считал это важным. Вот, пожалуй, малоизвестная его цитата:

Мы и наши измерительные приборы являемся частью природы и поэтому в принципе описываемся амплитудной функцией [волновой функцией], удовлетворяющей детерминированному уравнению [уравнению Шредингера]. Почему мы можем предсказать только вероятность того, что данный эксперимент приведет к определенному результату? От чего возникает неуверенность? Почти без сомнения, это происходит из-за необходимости усиливать эффекты одиночных атомных событий до такого уровня, чтобы их можно было легко наблюдать в больших системах.

\dots Каким образом нам доступна только вероятность будущего события, в то время как достоверность прошлого события часто может быть очевидной? \dots Очевидно, мы снова вовлечены в последствия больших размеров нас самих и нашего измерительного оборудования. Обычное разделение наблюдателя и наблюдаемого, которое сейчас необходимо при анализе измерений в квантовой механике, на самом деле не должно быть необходимым или, по крайней мере, должно быть еще более тщательно проанализировано. Что кажется необходимым, так это статистическая механика усилительных устройств.

Р. Фейнман и А. Хиббс, Квантовая механика и интегралы по траекториям, Нью-Йорк, 1965, с. 22.

Это цитируется и обсуждается в моей книге «Аксиоматизация физики», см. http://www.mast.queensu.ca/~jjohnson/HilbertSixth.pdf и http://arxiv.org/abs/0705.2554 .

Гордон Н. Флеминг

Дело в том, что все измерения осуществляются посредством использования естественных взаимодействий, которые мы понимаем теоретически. Но как только измерение завершено и результат получен, КМ-анализ последующей эволюции именно тех систем, которые дали этот конкретный результат, больше не может использовать исходную функцию состояния (которая допускает все различные возможные результаты), а затем должен использовать только ту часть исходной функции состояния, которая соответствует конкретному результату. Это «внезапное» изменение используемой функции состояния называется коллапсом функции состояния. Многие физики считают это изменение не чем иным, как изменением знаний экспериментатора, как только результат оказывается в руках. Это эпистемологическая интерпретация функции государства. Но многие считают это изменение также отражением подлинного физического изменения в состоянии тех систем, которое произошло благодаря измерению, давшему конкретный результат. Это онтологическая интерпретация функции государства, и она имеет множество вариаций. Тем не менее многие другие придерживаются онтологической интерпретации функции государства, отрицая, что коллапс вообще происходит.

Эти последние взгляды, которые также имеют множество версий, породили различные интерпретации и/или альтернативы КМ, которые носят такие названия, как Пилотная волна, де Бройль-Бом, модальные интерпретации, относительное состояние, множество миров, множество умов, последовательные истории. , теория декогеренции, теория информации и т. д. В совокупности все они называются теориями NO-коллапса.

Сторонники настоящего физического коллапса также работали над созданием собственных альтернативных теорий, которые заменяли постулат коллапса эволюциями, динамически порождающими коллапс. Эти теории носят имена своих авторов: Гирарди-Римини-Вебер-Перл, Каролахази, Пенроуз, Гизин, Персиваль и т. д. В совокупности это теории Коллапса.

Трудность выбора среди этих многочисленных и все еще множащихся альтернатив связана с невероятным успехом стандартного QM. Все альтернативы должны, по крайней мере, воспроизводить подтвержденные результаты QM, возможно, допуская отклонения в еще непроверенных водах. Некоторые из них вообще не предлагают никаких отклонений от QM! Поэтому выбор между ними и QM должен быть вопросом философии или эстетики. В любом случае, времена гегемонии копенгагенской интерпретации, если они когда-либо действительно существовали, ушли безвозвратно.

Аникс

Вы говорите об интерпретациях QM, как будто они не QM :-))

кибергражданин1

Может быть, это слишком упрощает вещи, но:

  1. взаимодействие между двумя явлениями происходит, когда они взаимно изменяют свои свойства: п 1 изменения п 2 а также п 2 изменения п 1 . И нет возможности, чтобы одно явление воздействовало на другое, не изменяясь само.

  2. Измерение — это вид взаимодействия, при котором некоторая информация о значении свойства, скажем, п 1 , можно судить по изменениям п 2 свойства после взаимодействия. Полученное значение всегда подвержено ненулевой степени неопределенности.

пользователь371

Это вопрос, на который сейчас пытаются ответить философы физики, а не физики (даже если в большинстве случаев граница не очень четкая). Поэтому, если вы ищете более подробное обсуждение (и ресурсы), вам следует взглянуть на эту статью Стэнфордской энциклопедии философии: http://plato.stanford.edu/entries/qt-measurement/

Рон Маймон

Есть проблема с философской литературой: ее механизмы рецензирования не подкреплены ни экспериментальными данными, ни строгими доказательствами, поэтому методы оценки полностью политизированы. История мысли не предполагает, что политическая конкуренция идей без внешней модерации с использованием экспериментов или строгости может когда-либо быть успешной.

Дж. Бонд

Измерение происходит в конце времени для нашей вселенной как коллапс в форме пост-отбора, как в формализме двух состояний. Подробнее читайте в статьях Ааронова и Вайдмана . В квантовой механике существует теорема о том, что мы всегда можем отодвинуть коллапс измерения в будущее без каких-либо наблюдаемых последствий.

Аникс

Кажется, что этот вопрос относится исключительно к копенгагенской интерпретации (и другим родственным интерпретациям с коллапсом и одним наблюдателем), потому что в ней используется термин «измерение», который не занимает особого места в других интерпретациях.

Если предположить, что речь идет о Копенгагенской интерпретации, да, измерение отличается от любого другого взаимодействия. Отличие состоит в том, что квантовая система взаимодействует с наблюдателем, человеком, обладающим особыми физическими свойствами способности инициировать коллапс волновой функции. Такой человек только один, и КМ дает теоретическую возможность однозначно определить, кто это, исходя из его особых способностей взаимодействия с материей.

Это составляет основную проблему Копенгагенской интерпретации и причину, по которой были предложены другие интерпретации (реляционная, MWI), которые не зависят от наблюдателя, не включают особых, избранных личностей и симметричны по отношению ко всем людям. Это не означает, однако, что по крайней мере в наблюдаемой Вселенной не должно быть человека, явно обладающего особыми свойствами.

Рон Маймон

Агент не обязательно должен быть личностью — это своего рода бестелесное сознание, и это может быть даже коллектив. Это не имеет никакого отношения к вопросу о том, является ли сознание вычислением, потому что компьютер, взаимодействующий с квантовой системой, так же загадочен, как человек, разрушающий волновую функцию. Компьютер не может выполнять вычисления в квантовой механике, не проведя в конце измерения, чтобы увидеть, что было вычислено. Если мы думаем, что компьютер каким-то образом «ощущает» свою память, это приводит к коллапсу волновой функции по отношению к этому чувству.

Аникс

То, что вы сказали, вторично по отношению к тому факту, что есть только один специальный наблюдатель. Да, компьютер производит измерения и коллапс волновой функции, делает и коллектив исследователей, но в обоих случаях только потому, что они термодинамически (через среду) связаны с выделенным наблюдателем. Правильно изолированное вычислительное устройство (называемое квантовым компьютером) не производит измерений в том смысле, в каком это делает классический компьютер, и не вызывает коллапс. Правильно изолированный физик, вероятно, совершенно невозможен, потому что правильная изоляция означает околонулевую температуру.

Мартон Тренчени

Короткий ответ заключается в том, что измерение и взаимодействие — это два разных существа в квантовой механике. Реально измерения проводятся с использованием одного из фундаментальных взаимодействий (обычно ЭМ), но это не входит в рамки КМ.

Длинный ответ заключается в том, что вы не получите удовлетворительного ответа на свой вопрос. Во-первых, потому что физики не знают ответа, а во-вторых, потому что физикам все равно.

Физика занимается пониманием природы, поскольку делает прогнозы относительно измерений. Если у нас есть теория того, что происходит между измерениями (например, лагранжианами и силами) и теория измерений (постулат квантовой механики о коллапсе волновых функций плюс вероятностная интерпретация абс. квадрата волновой функции), и это фреймворк работает с желаемой точностью, то философские последствия попытки объединить их не представляют интереса для физиков, если только они не приведут к более глубокому пониманию природы, поскольку делают более точные или более общие предсказания относительно измерений.

На практике линия вопросов, которую вы ставите, исследовалась с момента появления квантовой механики, но, насколько мне известно, из этого ничего не вышло в отношении объединения сил и измерений («не знаю»), поэтому мейнстрим потерял интерес давно ("пофиг"). (Интересно отметить, что одним из важных результатов подобных исследований является неравенство Белла.)

Извините, если этот ответ кажется отрицательным. Цитируя Дэвида Мермина [исправлено] относительно философских вопросов, касающихся квантовой механики, прагматичный поступок состоит в том, чтобы «заткнуться и вычислить!»

Крис Гранад

Я категорически не согласен с тем, что физикам все равно. Вся область квантовых основ основана на попытках ответить на этот и другие вопросы квантовой механики. КС — богатая область исследований, которая дает нам подсказки относительно того, как должна выглядеть следующая теория и как мы должны ожидать ее открытия.

JC

Позвольте мне добавить, что цитата, которую вы приписываете Фейнману, на самом деле принадлежит Дэвиду Мермину en.wikiquote.org/wiki/David_Mermin.

пользователь756

Я думаю, что этот ответ неоправданно отрицателен по отношению к основам квантовой механики. Хотя выражение «не знаю» для физиков по-прежнему является подходящим описанием различных интерпретаций КМ, некоторые их классы, т. е. использование локальных скрытых переменных, были экспериментально исключены, начиная с Алена Аспекта в 1980-х годах. Тот факт, что кто-то пойдет на такие неприятности, очень сильно раскрывает ложь вашего утверждения о том, что мейнстримным физикам «все равно».