Опровергает ли квантовая запутанность принцип локальности?

Что касается дебатов между квантовой механикой и детерминизмом, я столкнулся с проблемой, на которую не могу найти ответа. У меня сложилось впечатление, что для решения неравенства Белла вам придется пожертвовать принципом локальности или детерминизмом. Именно здесь большинство людей, похоже, жертвуют детерминизмом и приходят к выводу, что мир не является детерминированным.

Однако принцип локальности, кажется, утверждает, что «на объект непосредственно влияет только его непосредственное окружение», и что «для того, чтобы действие в одной точке оказало влияние на другую точку, что-то в пространстве между точками, например, поле должно опосредовать действие. Чтобы оказать влияние, что-то, например волна или частица, должно пройти через пространство между двумя точками, чтобы нести влияние».

Итак, мой вопрос: не опровергается ли это доказанной теорией запутанности? Поскольку запутанные частицы могут изменять друг друга независимо от расстояния или положения, не означает ли это, что принцип локальности неверен? Если да, значит ли это, что детерминизм — единственный оставшийся вариант для неравенства Белла и, следовательно, верен?

Я понимаю, что в этом есть гораздо больше факторов и споров, но у меня нет образования в области физики, и поэтому я спрашиваю, может ли кто-нибудь из вас уточнить этот вопрос.

Ответы (5)

В соответствующем смысле ответ «нет», видимость «да» создается путем проецирования классических интуитивных представлений о локальности на квантовые объекты. Это сбивает с толку, потому что определение локальности, принятое в классической физике, становится неверным, когда его переносят в квантовую физику. «Квантовая нелокальность» запутанности - это неправильное название, а не демонстрация нелокальности, запутанность демонстрирует неклассичность, что язык «объектов» и «точек» неуместен в квантовой теории из-за неопределенности. Запутанная квантовая пара — это не два отдельных объекта, которые мгновенно «координируются» на больших расстояниях, это единый распределенный «квантовый объект», описываемый совместной волновой функцией. Он может «расщепляться» надвое при проведении наблюдений,

Если мы представим это как что-то вроде двух взаимодействующих классических объектов, тогда существуют ограничения на то, насколько их поведение может коррелировать, называемые неравенствами Белла . «Квантовая нелокальность» относится к тому факту, что они нарушаются для запутанных пар. Однако это отражает то, что квантовые объекты могут сливаться (запутываться) и разделяться (декогерентизироваться) так, как не могут классические объекты, а не нелокальность, несмотря на распространенную формулировку в популярных источниках. Даже в квантовой механике, которая является нерелятивистской, нарушения запутанности неравенств Белла по-прежнему не позволяют энергии, массе или информации перемещаться мгновенно, несмотря на появление, вызванное классическими ожиданиями. Это теорема Бома об отсутствии сигналов .

С другой стороны, квантовая теория поля (Стандартная модель), которая является ведущей теорией в современной физике, является релятивистской, что означает, что она явно требует, чтобы все взаимодействия распространялись не быстрее, чем скорость света, или в четырехмерной картине влияние любое событие ограничено своим будущим световым конусом. В той же статье Wikipidea, на которую вы ссылаетесь, говорится в подразделе об относительности : « Локальность — это одна из аксиом релятивистской квантовой теории поля, необходимая для причинности. Формализация локальности в этом случае следующая: если у нас есть две наблюдаемые, каждая из которых локализована в пределах две различные области пространства-времени, которые находятся на пространственно-подобном расстоянии друг от друга, наблюдаемые должны коммутировать". Перевод: никакое взаимодействие не возможно между областями пространства-времени, которые не могут быть связаны траекторией фотона ("пространственно-подобные разделенные"). Таким образом, запутанность не только не противоречит соответствующему понятию локальности, но локальность является одной из аксиом теория, описывающая его.

О связи неравенств Белла с локальным реализмом и детерминизмом см. Подразумевает ли локальный реализм Эйнштейна в квантовой механике супердетерминизм? Независимо от того, называем ли мы нарушения неравенств Белла нелокальными или нет, они допускают некоторые замечательные явления, такие как отправка плотных сообщений по каналу, который, по-видимому, не способен их передавать («сверхплотное кодирование»), или создание «удаленных копий» квантовых систем, в то время как уничтожение оригиналов («квантовая телепортация»). Поучительным философским обсуждением вопросов, связанных с запутанностью, таких как реализм, локальность, причинность, относительность и т. д., в различных интерпретациях квантовой механики является книга Тимпсона и Брауна «Запутанность и относительность» .

Я не согласен. А как насчет экспериментов, в которых запутывались пары фотонов, разделенные буквально километрами? Чем это отличается от «классической» нелокальности?
@Alexander Они могут быть разделены световыми годами, что делает разницу более резкой: нарушайте неравенства Белла, сколько хотите, вы все равно не можете послать сверхсветовой сигнал. А нарушение неравенств Белла и есть вся мера эксперимента. Она не может подразумевать нелокальность в обычном смысле этого слова просто потому, что КТП, предсказания которой подтверждаются экспериментами, является локальной теорией. «Квантовая нелокальность» — это артефакт перевода происходящего на неадекватный язык «объектов» и «взаимодействий», но тогда это единственный способ объяснить это нетехническим языком.
См. Как QFT помогает с запутанностью? по физике SE physics.stackexchange.com/questions/76036/…
«что язык «объектов» и «точек» неуместен в квантовой теории из-за неопределенности». у вас есть рефы по этому поводу?
Как и язык классических полей, см., например, Baker philsci-archive.pitt.edu/4350/1/AgainstFields.pdf Я думаю, что он слишком резок, Уоллес утверждает, что классические понятия можно спасти примерно до тех пор, пока мы отказываемся от ярких линий , и признать, что в некоторых ситуациях интуиция, стоящая за классическими значениями, вводит в заблуждение arxiv.org/pdf/quant-ph/0107144.pdf
Вы связались с ответом Мотла по физике SE, где он говорит, что терпит неудачу реализм, а не локальность. Вы можете это объяснить? как этот локальный нереализм помогает с запутанностью? и я не имею в виду, как это поможет с математикой. то, что Мотл или кто-то другой может вычислить результаты эксперимента - это отдельный вопрос.
@nir Он имеет в виду «локальный реализм» Эйнштейна, а не реализм в широком смысле. Вы можете посмотреть статью Тимпсона-Брауна, которую я добавил, одна из их интерпретаций - это QM, имеющая локальные взаимодействия, но нелокальные состояния. Квантовое байесианство — это реалистическая интерпретация, избегающая любой нелокальности arxiv.org/abs/0804.2047 .
Кажется, здесь происходит путаница между локальностью и причинностью. Запутанность нелокальна, но также не допускает сверхсветовой передачи сигналов.

Запутанность не опровергает принцип локальности. Набросок эксперимента, который, как обычно говорят, опровергает локальность, выглядит следующим образом. Предположим, что у вас есть два электрона с запутанным спином. Для каждого электрона вы можете измерить спин вдоль направления X, Y или Z. Если вы измерите X на обоих электронах, вы получите противоположные значения, как и при измерении Y или Z на обоих электронах. Если вы измерите X на одном электроне и Y или Z на другом, то вероятность совпадения составит 50%. И если вы измерите Y на одном и Z на другом, вероятность совпадения составит 50%. Важнейший вопрос заключается в том, что обнаружение корреляции при сравнении зависит от того, измеряете ли вы одинаковую величину для каждого электрона.

Теорема Белла просто объясняет, что степень этой корреляции больше, чем допускала бы локальная теория, если бы измеряемые величины были представлены стохастическими переменными (т. е. числами, вытащенными из шляпы).

Этот факт часто неверно истолковывается как намек на нелокальность квантовой механики. Но в квантовой механике системы характеризуются не стохастическими переменными, а скорее эрмитовыми операторами. Существует вполне локальное объяснение возникновения корреляций в терминах свойств систем, представляемых такими операторами. Для объяснения того, как возникают корреляции, см.

http://arxiv.org/abs/quant-ph/9906007

а также

http://arxiv.org/abs/1109.6223 .

Имея перед измерением полную информацию о системе из двух запутанных частиц, можно ли с уверенностью вычислить результат измерения? Существует ли такое вычисление в принципе?
Это зависит от того, что вы подразумеваете под результатом. Если вы имеете в виду "есть ли полное описание того, что произойдет после измерения?" тогда ответ да. Если вопрос «какой результат я увижу после измерения?» ответ - нет. До измерения система существует в нескольких версиях, идентичных по всем своим измеряемым признакам. После измерения есть несколько версий системы, которые не взаимодействуют друг с другом. И не факт, что какая версия до измерения соответствует той или иной версии после измерения.
См. «Начало бесконечности» Дэвида Дойча, глава 11.
Я расширил свой комментарий до вопроса — надеюсь, вы сможете взглянуть на: philosophy.stackexchange.com/questions/33819/…
«Но в КМ системы характеризуются не стохастическими переменными, а эрмитовыми операторами»; Я позволю себе не согласиться, в стандартной копенгагенской интерпретации измерения наблюдаемой наблюдаемая принимает значение стохастически из спектра представляющего ее оператора.
@MoziburUllah Я еще не нашел четкого обсуждения того, что КИ говорит о том, что существует в объективной реальности. Насколько я могу судить, КИ состоит в отрицании того, что квантовая теория является точным описанием реальности, но при этом использует соответствующее уравнение движения и набор специальных эмпирических правил, таких как стохастический выбор одного значения. Что это говорит о реальности? Кто знает? И в любом случае, если есть локальное объяснение того, что происходит с запутанностью, то имеет смысл сказать, что КМ является локальным.
@alanf: постулат измерения является частью стандартного представления QM - посмотрите любую книгу QM для студентов. Любая интерпретация КМ будет воссоздавать это, будь то аксиоматически или как теорема, как это было экспериментально подтверждено.
@MoziburUllah Постулат измерения (MP) является частью того, как обычно представляется QM, но он неоднозначен. Означает ли это, что имеет место только один исход? Или это просто эмпирическое правило? Вы видите один результат, потому что декогеренция предотвращает взаимодействие между различными результатами, которые имеют место в реальности. Это совершенно не то же самое, что имеет место только один исход. Если МП есть утверждение о действительности, то это крайне плохо отработанный намек на объяснение, в лучшем случае ненужный. Если MP является эмпирическим правилом, то его невозможно проверить.
@alanf: да, есть только один результат - и он был проверен - поскольку QM как научная теория была проверена; постулат об измерении столь же двусмыслен, как ньютоновская гравитация, в том смысле, что более общая теория — общая теория относительности — сводится к нему в определенном пределе; даже теории отсутствия коллапса, такие как Deutchian Many Worlds, все еще должны объяснять, как найти это в некотором пределе; КМ имеет определенные претензии на реальность, но это не полная картина — вот почему существует так много онтологий, которые принимают это за отправную точку.
@MoziburUllah Нет. Существует не только один исход. Во-первых, квантовая теория объясняет, почему каждая версия вас видит только один исход, несмотря на существование других исходов. Во-вторых, это также объясняет, почему вы не можете объяснить ЭПР-корреляции, интерференцию отдельных частиц и т. д., не прибегая к множественным результатам. Причина, по которой многие люди придерживаются взгляда на единственный результат, во многом кроется в плохой философии, например, в инструментализме.
@alanf: Я вас не понимаю - возможно, вам следует попытаться изучить QM, чтобы понять, что я сказал, и, может быть, понять сам QM? QM, аксиоматически сформулированная, как в учебнике Дирака или Шанкара, утверждает, что есть единственный результат измерения, это то, что широко известно как коллапс; интерпретация КМ может предполагать, что коллапс происходит из-за декогерентности с окружающей средой; но это часть интерпретации всех онтологий, а не часть формализма.
Даже здесь интерпретация является статистической, она объясняется бесчисленными взаимодействиями с системой; точно так же ньютоновская гравитация предполагает, что влияние гравитации передается мгновенно, несмотря на то, как показал Эйнштейн, что этого не может быть. Но в то время как Эйнштейн показал, как его теория в определенном пределе порождала ньютоновскую гравитацию, существует ли теория, показывающая, что декогерентность приводит к коллапсу — это, в некотором роде, вопрос, который я задавал; мне непонятно что есть.
Инструментализм, насколько я знаю, есть разновидность позитивизма; иногда это оказывалось полезным, например, при анализе Пуанкаре лоренцевского сокращения; это также имманентно в онтологии QM - как и в наблюдаемых. Плохая философия - принимать это как единственную точку зрения, мне не ясно, что сделали даже основатели КМ, в отличие от их многочисленных возбудимых учеников; я полагаю, что только человек может довести успешный метод до предела, что, если немного подумать, показывает, что он может нарушать условия своего успеха.
вот почему Гадамер был противником метода в своей «Истине и методе », и Фейерабенд тоже, и, возможно, Кун.
@MoziburUllah Я понимаю QM. И я читал много «аксиоматических» описаний, подобных тому, что вы упомянули. Они просто не имеют смысла. У них есть два совершенно разных правила того, как состояния развиваются и переключаются между ними случайным образом. Это бесполезно для любого серьезного исследования QM. Вот почему работы по декогеренции обычно работают только с уравнением Шредингера и подобными уравнениями движения.
@MoziburUllah Инструментализм бесполезен. Это антинаучно и антирационально. См., например, «Ткань реальности» Дэвида Дойча, главы 1 и 2, и «Предположения и опровержения» Поппера, глава 3. Инструментализм по существу сводится к проведению измерений как не подлежащих критике примитивов. Отрицание того, что все, кроме результатов, имеет значение, предполагает игнорирование объяснений этих результатов, которые подразумевают существование ненаблюдаемых сущностей. Это может быть сделано только на основе ad hoc, и поэтому инструментализм — просто предлог для ad hoc отказа от объяснений.
@alanf: формализм Дирака является стандартным в QM, и это то, что используется помимо всего, что касается первого введения; и я полагаю, что под «двумя совершенно разными правилами эволюции состояний» вы имеете в виду представления Шредингера и Гейзенберга, эквивалентность которых показал фон Нейман; если быть точным, то только в картине Шредингера состояния развиваются, а наблюдаемые — нет; в картине Гейзенберга верно обратное, это также картина, которая используется в КТП, которая по сути является релятивистской КМ, поскольку картину Шредингера нельзя заставить работать.
Он не сохраняет лоренц-инвариантность, то есть причинность; учитывая важность КТП в современной физике, это имеет довольно «здравый смысл»; не могли бы вы подробнее остановиться на том, почему вы думаете, что это не так ?
Конечно, инструментализм — это не вся наука, вот почему я сказал «частичный»; это было исторически важно как для квантовой механики, так и для теории относительности, и поэтому это одна из отправных точек в философии, которая берет за основу научный метод - позитивизм; Я предлагаю вам поближе познакомиться с оригинальными работами Эйнштейна по теории относительности и Пуанкаре, чтобы увидеть, как это выглядело в действии.
Нет. Два разных правила — это уравнение движения, например, уравнение Шредингера, и постулат коллапса, которые противоречат друг другу и не могут быть верны оба. Что касается того, почему коллапс не сохраняет лоренц-инвариантность, это было показано Люсьеном Харди в его статье 1992 года «Квантовая механика, локальные реалистические теории и лоренц-инвариантные реалистические теории». Результат в этой статье одинаково хорошо применим ко всем коллапсным вариантам QM, поскольку ключевым моментом является то, что для каждого измерения существует один результат.
Человек может утверждать, что использует философию, и ошибаться в этом утверждении. В случае с Эйнштейном он, очевидно, не воспринимал позитивизм или инструментализм всерьез, потому что его теория использует объяснения, а никакое объяснение никогда не может следовать из какого-либо набора экспериментальных результатов. В 1935 году Эйнштейн признал, что позитивизм был мусором в письме к Попперу, см. «Логика научных открытий», Приложение xii, абзац, начинающийся со слов «В целом я…». получает измерение из объяснения, а не наоборот.

Опровергает ли запутанность принцип локальности?

Краткий ответ: Да. См. Квантовая нелокальность .

Если да, значит ли это, что детерминизм — единственный оставшийся вариант для неравенства Белла и, следовательно,... верен?

Нет. Даже если запутанность доказана, мы все еще можем иметь нелокальность и недетерминизм одновременно. См. эту статью «Экспериментальная проверка нелокального реализма» . Из аннотации статьи:

«Здесь мы показываем как теорией, так и экспериментом, что широкий и довольно разумный класс таких нелокальных реалистических теорий несовместим с экспериментально наблюдаемыми квантовыми корреляциями. В эксперименте мы измеряем ранее непроверенные корреляции между двумя запутанными фотонами и показываем, что эти корреляции нарушают неравенство, предложенное Леггетом для нелокальных реалистических теорий. Наш результат предполагает, что отказа от концепции локальности недостаточно, чтобы быть совместимым с квантовыми экспериментами, если только не отказаться от некоторых интуитивных черт реализма».

Связь между реализмом и детерминизмом можно прояснить с помощью определения из Википедии:

«Локальный реализм — это сочетание принципа локальности с «реалистичным» предположением, что все объекты должны объективно иметь ранее существовавшую ценность для любого возможного измерения до того, как измерение будет произведено».

Суть запутанных пар в парадоксе ЭПР состоит в том, чтобы продемонстрировать, что стандартная КМ не может быть полной, поскольку она допускает распространение мгновенных воздействий, которые были исключены из гравитации и ЭМ путем введения концепции поля.

Однако существует активная исследовательская программа по другой интерпретации КМ - бомовской механики, которая позволяет локальному, но сверхсветовому влиянию распространяться через пилотную волну; на самом деле идея восходит к де Бройлю.

Следовательно, запутанность не опровергает нелокальность.

Короткий ответ: «Да, если вы не станете по-настоящему одержимы этим». Формально было доказано, что в модели квантовой динамики может быть определенность или может быть локальность, но не может быть и того, и другого. (Хотя вы могли бы не иметь ни того, ни другого, отвечая на ваш дополнительный вопрос.)

Если вы различными способами отказываетесь от детерминированности теории, вы можете вообразить всевозможные «запланированные случайности», такие как представление о том, что эксперименты, демонстрирующие запутанность, дают утечку информации и предопределяют окружающую среду, чтобы скоординированное поведение казалось реальным... Например, в середине этого: http://www.nytimes.com/2014/11/16/opinion/sunday/is-quantum-entanglement-real.html?_r=0

Поскольку такое формирование информации через распределенную неопределенность остается возможным, люди могут цепляться за локальность до тех пор, пока кто-то действительно не справится с чем-то вроде того, что пытаются сделать эти авторы, или пока мы не сочтем это невозможным.

Если вместо этого вы откажетесь от локальности, запутанность не представляет проблемы, а теория относительности. Потому что понятие системы отсчета является локальным. Эксперименты по квантовому туннелированию, которые нарушают ограничения скорости света, объясняются идеей о том, что вероятностная частичная информация может «вести» реальную информацию быстрее, чем свет, толкая вакуум под ней посредством «эффекта Казимира». http://www.liquisearch.com/faster-than-light/justifications/faster_light_casimir_vacuum_and_quantum_tunnelling . Если это так, то это только «полная информация», которую можно получить только на заданной скорости.

Если и то, и другое имеет смысл, то информация, переносимая запутанностью при ее разрыве, будет ограничена по мере того, как частицы удаляются друг от друга — запутанности должны будут спонтанно разрушаться с течением времени или расстояния, чтобы вероятности выровнялись. Это не сулит ничего плохого для нашей способности находить запутанные частицы Большого взрыва, что, по-видимому, является единственной существующей перспективой разоблачения чрезмерной сосредоточенности на местности.

Опровергает ли квантовая запутанность принцип локальности?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v