Всегда ли измерение, особенно квантовое, увеличивает общую энтропию?

Измерение квантовой наблюдаемой (в подходящем, старомодном смысле) обязательно включает связь с системой с макроскопически большим числом степеней свободы. Запутывание с этим «аппаратом» обеспечивает декогеренцию. Часто говорят (я могу предоставить ссылки по запросу), что оставшаяся проблема — это проблема «отбора», и это тот момент, когда неизменно прибегают к чему-то философски радикальному, вроде многомировой интерпретации.

В приведенном выше (довольно стандартном) контексте я пытаюсь понять следующее наблюдение. Глядя на измерительную систему с точки зрения статистической механики, кажется, что для запуска определенного макроскопического результата требуется спонтанное нарушение симметрии посредством (термодинамически) необратимого перехода «аппарата» из метастабильного в конечное состояние с более высокой энтропией. Я считаю, что «точка зрения статистической механики» недалека от «декогерентной большой квантовой системы».

Итак, вопрос:

Справедливо ли сказать, что статистическая необратимость («второй закон») и необратимость квантовых измерений («коллапс волновой функции») обязательно связаны? Можно ли эту связь конкретизировать (например, детально проследить в конкретной модели)? Можете ли вы привести ссылки на подходы к проблеме измерения, исследующие эту связь?

Ответы (2)

Квантовая статистическая необратимость («второй закон») и необратимость квантовых измерений — это почти одно и то же. Действительно, последнее является частным случаем первого, когда предполагается более конкретная ситуация, в которой вы рассматриваете статистическую механику маленькой системы, связанной с большой. Равновесная и неравновесная статистическая механика, где изучается только одна большая система, являются другим частным случаем общей квантовой статистической необратимости.

Используемые методы (по сути, формализм проекционных операторов и его варианты) по существу одинаковы во всех случаях, но каждый тип системы имеет свои особенности.

См., например, документы arXiv cond-mat/0102428 и cond-mat/0203460 для некоторых точно решаемых задач, которые проливают свет на вашу проблему.

Подробнее в общем случае см. обсуждения на http://www.physicsoverflow.org/35537 и https://www.physicsforums.com/threads/collapse-from-unitarity.860627/

Хорошей книгой, из которой можно изучить необходимые основы статистической механики, необходимые для понимания того, как возникает необратимость в реальных макроскопических системах, является книга Линды Райхл по статистической физике. О классической стороне см. также Эттингер, Вне равновесной термодинамики.
О квантовой стороне см. также Кальзетта и Ху, Неравновесная квантовая теория поля.

Фантастика! Ссылки, которые вы даете, являются именно развитием идей, которые я искал. Скоро приму ваш ответ (если ничего не появится).
@Arnold Neumaier: я копался в вопросах по физике. SE, связанных с проблемой измерения, так как я пытался выяснить, каково фактическое решение, которое всем кажется таким очевидным. И это ответ на мой вопрос! отличный ответ и ссылки: +1
@Numrok: см. также новые ссылки в конце!
@Slaviks: Не могли бы вы указать, почему вы не приняли мой ответ? Если можно со ссылками на статьи, вызвавшие у Вас недовольство моим ответом!
@ArnoldNeumaier спасибо! также есть реклама для этого отличного ответа. В настоящее время я пытаюсь работать над пониманием этих статей, сначала мне нужно изучить статистическую физику. не могли бы вы порекомендовать хороший учебник по этой теме? Я использую Altland и Simons в данный момент.
@Numrok: мне нравится книга Линды Райхл по статистической физике. (Различные издания сильно различаются; возможно, вы посмотрите на некоторые из них!)
О классической стороне см. также Эттингер, Вне равновесной термодинамики.
О квантовой стороне см. также Кальзетта и Ху, Неравновесная квантовая теория поля.

Из формулы Больцмана S = k log W , где W — количество возможностей, мы видим, что энтропия S увеличивается при множестве возможных исходов. Поскольку цель измерения состоит в том, чтобы найти, какая из множества возможностей на самом деле верна, то измерение обязательно увеличит энтропию. (Если только вы намеренно не проводите повторное измерение, результат которого вам заранее известен.)