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?
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.
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...]
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.
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 .
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.
Может быть, это слишком упрощает вещи, но:
взаимодействие между двумя явлениями происходит, когда они взаимно изменяют свои свойства: изменения а также изменения . И нет возможности, чтобы одно явление воздействовало на другое, не изменяясь само.
Измерение — это вид взаимодействия, при котором некоторая информация о значении свойства, скажем, , можно судить по изменениям свойства после взаимодействия. Полученное значение всегда подвержено ненулевой степени неопределенности.
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/
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.
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.
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!»
Даворак
Дэвид З.
Дэвид З.
Дэвид З.
[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
asv
asv