Definitionen: „Lokalität“ vs. „Kausalität“

Ich habe Probleme, viele Antworten hier eindeutig zu interpretieren, da die Begriffe Lokalität und Kausalität manchmal synonym verwendet werden, während andere Zeiten für den Autor ganz andere Dinge zu bedeuten scheinen.

Mein derzeitiges Verständnis ist, dass "a-Kausalität" in einer physikalischen Theorie "offensichtlich verboten" ist, weil sie die Lorentz-Invarianz verletzt und zu logischen Paradoxien führt. (Obwohl es angeblich tragfähige Modelle wie De Broglie-Bohm gibt, die a-kausal und doch irgendwie in Ordnung sind, weil die a-Kausalität experimentellen Apparaturen nicht zugänglich ist – das bringt nur weitere Verwirrung auf den Tisch.)

„Nicht-Lokalität“ hingegen scheint sich beispielsweise auf Korrelationen zwischen Ereignissen bei raumartiger Trennung zu beziehen. In diesem Sinne impliziert „Nicht-Lokalität“ keine „A-Kausalität“.

Andererseits verwendet Bell (1964) den Begriff „nicht lokal“, um sich, wie er in seiner Schlussfolgerung sagt, auf „nicht Lorentz-invariant“ zu beziehen. Ich denke also, dass er das Wort „Lokalität“ synonym mit „Kausalität“ verwendet.

In diesem Sinne scheinen viele, wie Luboš Motl, den Begriff zu verwenden, zum Beispiel hier , während andere, wie Ron Maimon, den Begriff anders zu verwenden scheinen, zum Beispiel hier , wo er sagt:

Die Nichtlokalität der Schwerkraft bedeutet nicht, dass die Lorentz-Invarianz gebrochen ist

Das ist sehr verwirrend. Kann hier jemand eine maßgebliche Reihe von Definitionen geben, auf die wir uns beziehen können?

erhoffte mir dort mehr Antworten...:(..vielleicht würde dieser Beitrag aus Lubos Motls Blog helfen, der die Bedeutung und den Zusammenhang von Lokalität, Zufall, Spurweite und Lorentz-Symmetrie hervorhebt.. motls.blogspot.in/2010/02/ …

Antworten (2)

Ich stimme zu, dass diese Begriffe – insbesondere „Lokalität“ – für unterschiedliche Konzepte verwendet werden, und das ist ärgerlich. Ich werde mehrere Begriffe von Kausalität und Lokalität auflisten.

Kausalität (oder Einsteinsche Lokalität): Ergebnisse von Experimenten, die in raumähnlicher Entfernung durchgeführt wurden, sind nicht korreliert. Dies setzt voraus, dass vor Durchführung des Experiments keine vorherigen Korrelationen vorhanden sind. In einer Quantentheorie impliziert dies, dass Observable in einer raumähnlichen Entfernung pendeln müssen. Eine Verletzung dieser Eigenschaft in einer speziellen relativistischen Theorie kann Zeitreise-Paradoxien hervorrufen.

Mikrokausalität (wird nur in der Feldtheorie verwendet): Eine Theorie, deren grundlegende Variablen oder die dynamischen Freiheitsgrade in raumähnlicher Entfernung pendeln oder antipendeln, wird manchmal als lokal bezeichnet. Beachten Sie, dass es Theorien gibt, die diese Eigenschaft verletzen, ohne die Kausalität zu verletzen.

Lagrange-Dichte (wird nur in der Feldtheorie verwendet): Eine Theorie, deren Aktionsfunktional als Raum-Zeit-Integral einer lokalen Lagrange-Dichte ausgedrückt wird, wird manchmal als lokal bezeichnet. Beachten Sie, dass es Theorien gibt, die diese Eigenschaft verletzen, ohne die Kausalität zu verletzen.

Nicht-lokaler Charakter der Gravitation : Hier nenne ich einige Punkte, die nicht unabhängig voneinander sind:

  • Äquivalenzprinzip: Beobachter des freien Falls können das Gravitationsfeld nicht durch lokale Experimente erfassen. Alles, was sie spüren, sind (nicht lokale) Gezeitenkräfte. Dies impliziert, dass wir keinen gravitativen Energie-Impuls- Tensor definieren können .

  • Gravitationsentropie ist keine umfassende Größe: Die Entropie eines Schwarzschild-Schwarzen Lochs skaliert nicht mit dem Volumen, sondern mit der Horizontfläche . Das bedeutet, dass die Freiheitsgrade nicht lokal sind, sondern an der Grenze leben.

  • Wenn wir die Energie in einer Theorie erhöhen, erforschen wir normalerweise immer geringere Entfernungen und finden Unterstrukturen und neue Teilchen/Freiheitsgrade (Atome, Kerne, Nukleonen, Quarks) heraus. Wenn wir jedoch die Schwerkraft berücksichtigen, wenn wir die Energie ausreichend erhöhen, bilden wir unweigerlich ein Schwarzes Loch, das kein Unterbau neuer, fundamentalerer Freiheitsgrade ist, sondern eine Lösung der Theorie.

  • Horizonte: Ein Freifallbeobachter spürt nichts, wenn er den Horizont überquert (wenn der Horizont groß genug ist, sonst würden sie durch Gezeitenkräfte spaghettifiziert (nicht-lokaler Effekt)). Die Raumzeitkrümmung am Horizont kann beliebig klein sein. Dies ist jedoch eine physikalische Grenze im Sinne einer Nicht-Rückkehrstelle.

Prinzip der Cluster-Zerlegung : Ergebnisse von Experimenten, die zur gleichen Zeit (in einem bestimmten Bezugssystem), aber in verschiedenen räumlichen Regionen durchgeführt wurden, werden nicht korreliert. Dies setzt voraus, dass vor Durchführung des Experiments keine vorherigen Korrelationen vorhanden sind. Diese Eigenschaft impliziert zusammen mit der Poincare-Invarianz Kausalität. Die relativistische QFT und die nichtrelativistische QFT der kondensierten Materie bestätigen diesen Begriff der Lokalität. Diese Eigenschaft erzwingt eine gewisse glatte Abhängigkeit der Hamiltonschen Dichte von den Erzeugungs-/Vernichtungsoperatoren.

Kollaps einer nichtlokalen Wellenfunktion (Quantenbegriff): Man sagt manchmal, dass die Quantenmechanik nichtlokal ist, weil der Kollaps ein nichtlokaler Prozess ist. Der Zusammenbruch der Wellenfunktion ist meiner Meinung nach kein physikalischer Vorgang, sondern etwas, das unsere mathematische Beschreibung des physikalischen Systems beeinflusst. Eine Art Algorithmus, um neue Informationen in die Theorie einfließen zu lassen. Meiner Meinung nach ist dieser nicht-lokale Kollaps also kein Signal für physische Nicht-Lokalität.

Nicht-lokale Zustände und Observable (Quantenbegriff): In der Quantenmechanik gibt es nicht-lokalisierte Zustände und Observable, und ich habe gehört, dass Leute dies Nicht-Lokalität nennen. Ein Teilchen, dessen linearer Impuls sehr gut definiert ist, kann ein Beispiel für einen nicht lokalisierten Zustand sein, und der Streuoperator kann ein Beispiel für eine nicht lokale beobachtbare Gegebenheit sein, die Zustände in ferner Vergangenheit und Zukunft in Beziehung setzt. Verschränkte Zustände könnten hier aufgelistet werden.

Verschränkung (oder nichtlokale Korrelationen, Quantenbegriff) : In der Quantenmechanik gibt es Quantenkorrelationen, die nichtlokal sind, wie die Spinkorrelationen des Singulettzustands. Man muss die z-Komponente beider Teilchen messen, die sehr gut getrennt werden können. Ein Singulett-Zustand kann auch als nichtlokal bezeichnet werden. Da man diese Korrelationen nicht verwenden kann, um Informationen zu senden (ein paralleler klassischer Kanal ist erforderlich, und dieser kann nicht superluminal sein), impliziert diese Eigenschaft daher keine Verletzungen der Kausalität.

Inkompatibilität von QM mit lokalem (kausalem) Realismus : QM und Experimente verletzen Bells Ungleichungen. Dies führt zur Inkompatibilität von QM und Natur entweder mit lokalem (kausalem) Realismus (lokale verborgene Variablen) oder freiem Willen. Die Leute diskutieren dies derzeit auf dieser Website.

Nur der erste Begriff der Lokalität (Kausalität) muss in einer Poincare-Invariantentheorie benötigt werden. Semantisches Problem: Einige Leute nennen eine Theorie "speziell-relativistisch", wenn die Theorie Poincare-invariant und kausal ist, während andere mit "speziell-relativistisch" nur Poincare-invariant meinen.

Beispiele:

  1. Nicht-relativistische Quantenmechanik und nicht-relativistische QFT verifizieren das Prinzip der Cluster-Zerlegung. Es gibt jedoch nicht-lokale Observables, Verschränkung usw.
  2. Relativistische QFT verifizieren Kausalität und das Prinzip der Clusterzerlegung.
  3. Die Quantenelektrodynamik im Coulomb-Eichmaß ist eine relativistische QFT, hat aber keine Lagrange- oder Hamilton-Dichte.
  4. Parastatistische Theorien verifizieren das Prinzip der Cluster-Zerlegung, aber sie verifizieren keine Mikrokausalität.
  5. Die klassische Allgemeine Relativitätstheorie hat eine lokale Lagrange-Dichte und ist lokal Lorentz-invariant, aber sie erlaubt Zeitmaschinen in einigen Topologien (und ist in diesen Fällen keine kausale Theorie) und Horizonte haben nicht-lokale Eigenschaften.
Wie verhält sich Ihr letzter Typ („Verschränkung“) zu dem ersten („Kausalität“)? Ich frage, weil Verschränkung, zB bei der Messung von Spinkorrelationen eines Singulettraumes bei raumartiger Trennung, nicht impliziert, dass die Observablen (hier zB |z>) nicht als raumartige Trennung pendeln? Ähnlich verhält es sich mit dem von Ihnen aufgelisteten Typ „Nicht-lokale Zustände und Observable“, der möglicherweise auch mit dem letzten gruppiert wird.
1) Wenn ich mich richtig erinnere, pendeln die Spinoperatoren, die verschiedenen Teilchen entsprechen. Verschränkung ist eine wesentliche Eigenschaft der Quantentheorie, respektiert jedoch die Kausalität. 2) Verschränkte Zustände sind ein Beispiel für nicht lokalisierte Zustände, aber eine einfache Überlagerung von Positionseigenzuständen ist ein weiteres Beispiel. Eine nicht-lokale Observable ist der Streuoperator und auch der Gesamtspin eines Singuletts.
Vielleicht ist es nur eine Frage der Semantik, da Sie den Gesamtspin eines Singuletts als nicht lokale Observable auflisten, aber die Messung verschränkter Paare mit demselben Operator ist kein klares Beispiel dafür, dass die Operatoren nicht für einen Raum pendeln Intervall? Ich meine, Sie können nicht den einen als Spin-up messen und gleichzeitig den anderen als Spin-up messen. Eine Messung des einen beeinflusst das Ergebnis der Messung des anderen...
Anstelle von "Eine Messung des einen beeinflusst das Ergebnis der Messung des anderen" bevorzuge ich "Der Spin eines Teilchens ist mit dem Spin des anderen korreliert". Zwischen den Teilchen wandert nichts, es ist keine Wechselwirkung.
Andere Probleme mit Ihrer Antwort: Sie verwenden „lokal“ unter Ihrer „Inkompatibilität von QM mit lokalem Realismus“, ohne dass klar ist, auf welche Definition von „lokal“ Sie sich beziehen! Sie haben keinen eindeutigen „Ort“ in Ihrer Liste aufgeführt. Außerdem verlangen Sie nach dem „Cluster-Zerlegungsprinzip“, dass raumähnliche Ereignisse unkorreliert sind, und widersprechen dem in Ihrem „Beispiel 1“, indem Sie sagen, dass QM und QFT der Cluster-Zerlegung gehorchen, aber nicht lokale Korrelationen haben. Es wäre großartig, wenn wir eine klare und eindeutige Antwort auf diese Definitionen geben könnten.
Vielen Dank, BTW, für den Anfang Ihrer Antwort. Ich bin froh, dass dies gehasht wird, auch wenn ich noch nicht zufrieden bin.
@ user1247 1) "Lokaler Realismus" bedeutet kausaler Realismus, auch wenn es vielleicht subtile Punkte gibt. 2) CDP und Kausalität befasst sich mit unverschränkten Experimenten, das heißt, bevor das Experiment durchgeführt wird, gibt es keine Korrelationen zwischen ihnen. Ich werde versuchen, die Formulierung in meiner Antwort zu verbessern.
@ user7348 Danke für das Papier, das ich nicht kannte. Es scheint interessant und ich werde es lesen. Ich wusste nicht, dass es solche Experimente mit verschränkten Teilchen gibt, die nie miteinander interagiert haben. Letzteres bedeutet jedoch nicht offensichtlich, dass es keine früheren Korrelationen gibt.
Mikrokausalität und Kausalität sind auch Anti-Pendel-Variablen. Mit dieser Korrektur sind sie synonym auf der Quantenebene. - Druckfehler: Gehaltserhöhung; wenn sie hinüber; kurz vor Algorithmus
@ArnoldNeumaier Danke für die Korrektur der Rechtschreibfehler. Fundamentale Variablen müssen nicht in raumähnlichen Entfernungen pendeln oder antikommutieren, damit die Theorie kausal ist, nur Observable müssen pendeln.
@DiegoMazón Ihre Definition von Kausalität (Nichtexistenz raumartiger Korrelationen) wird sicherlich durch Verschränkung verletzt (wo raumartig getrennte Spins korreliert sind). In welche der obigen Definitionen schließen Sie das Verbot der superluminalen Informationsübertragung ein?
@DiegoMazón "Beachten Sie, dass es Theorien gibt, die diese Eigenschaft [Mikrokausalität] verletzen, ohne die Kausalität zu verletzen." Kannst du ein Beispiel geben?
@NanashiNoGombe danke der Nachfrage. Bitte lesen Sie den nächsten Satz: Unter der Annahme, dass keine vorherige Korrelation vorliegt, also keine Verschränkung zwischen Experimenten. Superluminale Informationsübertragung impliziert eine Verletzung der Einsteinschen Kausalität. Parastatistische Theorien verletzen die Mikrokausalität und sind mit der speziellen Relativitätstheorie vereinbar

nicht austauschbar...

Lokalität und Kausalität im selben Gericht...

Norsen:

„Es ist nicht unbedingt so, dass etwas in Region 2 etwas in Region 1 kausal beeinflusst oder umgekehrt. Es ist immer möglich, dass es weder in Region 1 noch in Region 2 ein anderes Ereignis gibt, das nicht durch [λ] bestimmt wurde und das selbst sowohl [Beables in Region 1] als auch [in Region 2] kausal beeinflusst. Der Punkt ist jedoch, dass dieser kausale Einfluss nicht-lokal sein müsste.

Norsen, T. Gefunden. Phys. 39, 273. 2009.


Zeilinger:

„Was wir, wie bei jedem Experiment, nicht ausschließen können, ist die Möglichkeit, dass eine frühere gemeinsame Ursache in der Überlappung der rückwärtigen Lichtkegel der beiden Ereignisse liegt.“

Zeilinger, A. New Journal of Physics 14 053030. 2012


und ich füge hinzu:

Kontextualität subsumiert Nichtlokalität