Das Elektronenverhalten ändert sich, wenn es beobachtet wird?

Bevor ich versuche, Ihre Frage zu beantworten, ist es notwendig, einige grundlegende Hintergrundinformationen zu behandeln, Sie müssen auch die Länge verzeihen, aber Sie stellen eine sehr interessante Frage:

Es gibt zwei Dinge, die die Evolution eines quantenmechanischen (QM)-Systems bestimmen (für alle praktischen Zwecke (FAPP) die Wahl und der Doppelschlitz/Youngs-Apparat, den Sie erwähnen, den ich als reines QM-System ansehen werde), die Zeitentwicklung des Systems (bestimmt durch die Schrödinger-Gleichung), das wir als bezeichnen werden$\mathbf{U}$und die Zustandsvektorreduktion oder der Kollaps der Wellenfunktion$\mathbf{R}$. Die Schrödinger-Gleichung beschreibt die einheitliche/zeitliche Entwicklung der Wellenfunktion oder des Quantenzustands eines Teilchens, die wir hier als bezeichnen werden$\mathbf{U}$. Diese Entwicklung ist gut definiert und liefert Informationen über die Entwicklung des Quantenzustands eines Systems. Der Quantenzustand selbst drückt die gesamte gewichtete Summe aller möglichen Alternativen (komplexe Zahlengewichtungsfaktoren) aus, die dem System offen stehen. Aufgrund der Natur der komplexen Wahrscheinlichkeiten ist es möglich, dass sich ein QM-System, wie Ihr Elektron, das durch den Youngs-Apparat wandert, in einer komplexen Überlagerung mehrerer Zustände befindet (oder anders ausgedrückt, in einer Mischung möglicher Zustände). /Ergebnisse, die das gegebene System zulässt).

Nehmen wir für Ihr System der Einfachheit halber an, dass es zwei Zustände gibt$|T\rangle$der Zustand, der dem Elektron zugeordnet ist, das durch den [T]op-"Schlitz" geht, und$|B\rangle$der Zustand, der dem Elektron zugeordnet ist, das durch den unteren „Schlitz“ geht (der Einfachheit halber ignorieren wir die Phasenfaktoren, die den QM-Zuständen zugeordnet sind. Weitere Informationen über den Phasenfaktor, der den Quantenzuständen zugeordnet ist, finden Sie hier ). Kurz bevor das Elektron auf die Wand trifft, befindet es sich also in einer Überlagerung von Zuständen$\alpha|T\rangle + \beta|B\rangle$, Wo$\alpha$Und$\beta$sind komplexe Zahlenwahrscheinlichkeiten, die die wahrscheinliche Haube des Teilchens darstellen, das sich in den jeweiligen Zuständen befindet. Um nun festzustellen, welchen Weg/„Schlitz“ das Elektron tatsächlich genommen hat (entweder$|T\rangle$oder$|B\rangle$) müssen wir eine Art „Beobachtung“/Messung vornehmen (wie oben erwähnt). Diese Messung verursacht den Prozess$\mathbf{R}$auftreten und anschließend der Zusammenbruch der Wellenfunktion, die die Überlagerung von Zuständen erzwingen$\alpha|T\rangle + \beta|B\rangle$entweder Zustand zu werden$|T\rangle$ODER$|B\rangle$. Es ist diese QM-Zustandsreduktion oder der Zusammenbruch der Wellenfunktion, die durch einen Prozess verursacht wird$\mathbf{R}$das ruft all das Mysterium und die sehr seltsame Natur von QM hervor. Es gibt zahlreiche Paradoxien ( EPR-Paradoxon , Schrödingers Katze usw. siehe hier für einen Überblick und einige Hintergründe), die sich aus diesem Messverfahren/Problem ergeben. An dieser Stelle kann ich nun auf Ihre Fragen eingehen: „Was heißt das? Wie ist das überhaupt möglich? Ein Atom weiß, ob es beobachtet wird? Ernsthaft? Wahrscheinlich, wahrscheinlich sind die Chancen, dass ich das Video nicht verstanden habe?“

Es ist also der Prozess$\mathbf{R}$das dieses Problem verursacht, also fragen Sie zu Recht, was es bedeutet, wenn jemand sagt „es weiß, dass es beobachtet wird“. Um das Obige zu beantworten, werde ich eine meiner eigenen Fragen stellen: „Ist$\mathbf{R}$ein echter Prozess?“. Ich frage das, weil es zwei Sichtweisen gibt$\mathbf{R}$. Einige Physiker sehen den Kollaps der Wellenfunktion und die Quantenüberlagerungen komplexer Wahrscheinlichkeiten (die Verwendung von Zustandsvektoren) als reale physikalische Eigenschaften an, andere nicht (sogar Dirac, Einstein und Schrödinger selbst nahmen die probabilistische Sicht der QM nicht ernst Sicht auf das, was tatsächlich in der Realität passiert, sondern als mathematischen Formalismus, der es erlaubt, diese physikalischen Prozesse vorherzusagen). Wenn Sie den Zustandsvektor als reale Entität betrachten wollen, müssen Sie die daraus resultierende Unschärfe zwischen dem, was auf der Quantenebene passiert, und dem, was auf der makroskopischen / großräumigen Ebene passiert, akzeptieren. Dies führt zu Feynmans multipler Geschichtsansicht von QM, in der alle möglichen Ergebnisse eines QM-Systems auftreten, und dies selbst führt zu den „Viele-Welt“-Interpretationen von QM. Ich für meinen Teil (zusammen mit Leuten wie Penrose,

Der Kollaps der Wellenfunktion bewirkt, dass das Elektron einen QM-Zustand wählt, und der Akt der Beobachtung/Messung scheint diesen Kollaps zu verursachen. Dies wirft jedoch die Frage auf: „Ist es der Akt menschlicher Beobachtung/Bewusstsein, der diesen Zusammenbruch verursacht?“. Es ist unmöglich zu argumentieren, dass dies der Fall ist. Um in die Tiefe zu gehen, muss ich die Idee der Quantenverschränkung einbringen, die im Wesentlichen das ist, was oben als Überlagerung zweier QM-Zustände beschrieben wurde. Diese Verstrickungen sind es, die bei Beobachtungen/Messungen „zusammenbrechen“ und konstituieren$\mathbf{R}$. Die eigentliche Frage ist also, was die Entflechtung zweier überlagerter Zustände verursacht. Es gibt einige sehr interessante Theorien, die postulieren, dass die Reduzierung des Zustandsvektors durch die Gravitation reduziert wird und nicht durch irgendeine Beobachtung. Diese Ideen haben auch Auswirkungen auf die Frage des menschlichen Bewusstseins! Diese Details und eine ausführliche Diskussion zu diesem Thema finden Sie in dem sehr zugänglichen Buch: „Shadows of the Mind“ von Roger Penrose.

Ich hoffe, das war etwas hilfreich.

Das Video zeigt, dass das Interferenzmuster verschwindet, wenn man versucht zu messen, durch welchen Spalt das Elektron gegangen ist. Der Punkt ist, dass man, um zu messen, durch welchen Schlitz das Elektron gegangen ist, das Elektron stören muss (zum Beispiel etwas Licht darauf schießen). Und erstaunlicherweise reicht diese Wechselwirkung aus, um das Interferenzmuster zu zerstören. In gewissem Sinne, obwohl es immer noch ein Rätsel darüber gibt. Man sagt, dass die Messung (die eine Wechselwirkung impliziert) die Wellenfunktion (die die Elektronenbewegung beschreibt) kollabiert. Das Doppelspaltexperiment ist ein guter Einstieg in die seltsame Welt der Quantenmechanik!