Entsteht Zeit aus Verschränkung?

Ich bin auf die Hypothese gestoßen, dass die Zeit aus der Quantenmechanik hervorgeht, solange der Beobachter Teil des Systems ist. Das heißt, die Entwicklung eines verschränkten Zustands kann als Uhr für einen Beobachter innerhalb des Systems dienen. Ein außenstehender Beobachter würde überhaupt keine Änderung und damit keine Zeit sehen. Die Theorie geht auf Page und Wooters zurück , es gab auch ein kürzlich durchgeführtes Experiment , das diese Ansicht scheinbar bestätigte.

Für mich scheint das ein sehr interessanter Ansatz zu sein, aber ich habe noch nie davon gehört. Es scheint nicht Mainstream zu sein, warum ist das so? Vielleicht, weil wir uns außerhalb unseres Universums keinen Beobachter vorstellen können, der die Theorie bestätigen könnte? Oder gibt es tiefere Widersprüche? Bestätigt das Experiment tatsächlich irgendetwas?

[ 1 ] Seite und Wootters, Phys. Rev. D 27, 2885 (1983).

[ 2 ] Moreva et al., Phys. Rev. A 89, 052122 (2014).

Hallo, wäre es eine Fehlcharakterisierung Ihrer Frage, den Titel in etwas wie "Welchen Status hat der Page-Wootters-Mechanismus in der zeitgenössischen Physik?" zu ändern? Der aktuelle Titel verbindet sich mit zahlreichen unterschiedlichen Ansätzen zur Quantengravitation, während sich der Hauptteil Ihrer Frage auf eine bestimmte Zeitkonstruktion in der Quantenmechanik konzentriert.
@DvijD.C. Sie haben für diese Frage ein Kopfgeld ausgesetzt - suchen Sie nach einer Antwort speziell zu Page & Wootters oder nach einer Antwort, die sich allgemein mit der Titelhypothese befasst?
@MitchellPorter Ja, ich suche speziell nach einer Antwort zu Page und Wootters, aber ich bin mir nicht sicher, ob ich das Kopfgeld offiziell darauf beschränken kann, ohne dass OP zustimmt, die Frage zu bearbeiten. Und die Frage ist nicht anders genug, um sie gesondert zu stellen.
Mir war nicht bekannt, dass "zahlreiche distrikte Ansätze" alle argumentieren, dass Zeit aus Verstrickung entsteht, oder dass es so etwas wie einen "Page-Wooters-Mechanismus" gibt. Ich stimme zu, dass der Hauptteil der Frage viel spezifischer zu sein scheint als der Titel. Sie können den Titel also gerne in einen passenderen ändern (obwohl mein Interesse eher allgemein ist und ich der Meinung bin, dass eine gute Antwort auch verwandte Ideen ansprechen sollte).
@dodi Danke für die Klarstellung. Ich werde den Titel nicht ändern, da ich annehme, dass es eine gute Praxis ist, die Absicht des OP hinter seiner Frage zu bewahren - alles andere ist in gewissem Sinne gleich. Ich nehme an, dass "Page-Wootters-Mechanismus" ein ziemlich verwendeter Ausdruck ist, obwohl er nicht weit verbreitet ist, siehe zum Beispiel Artikel, die das Papier von 1983 zitieren: journals.aps.org/prd/cited-by/10.1103/PhysRevD.27.2885 . Bei den anderen Ansätzen gibt es zum Beispiel die Schleifenquantengravitation, bei der die Raumzeit quantenmechanisch ist. Es gibt auch das Amplituedron-Programm, bei dem erwartet wird, dass die Raumzeit emergent ist usw.

Antworten (4)

Die Herangehensweise von Page-Wootters (PW) an das Problem der Zeit ist noch heute in den Quantengrundlagen und der Quanteninformationstheorie am Leben.

Die Hauptidee ist, dass anstelle der Verwendung eines Etiketts T Um die Zeit zu bezeichnen, führt man ein Uhrensystem mit eigenem Hilbert-Raum und Hamilton-Operator ein und manipuliert den totalen Hamilton-Operator der Uhr + Rest der Welt so, dass die Eigenfunktionen des totalen Hamilton-Operators etwas von der Form sind

∫ D T | T ⟩ C l Ö C k ⊗ | ψ ( T ) ⟩ w Ö R l D
Wo | ψ ( T ) ⟩ w Ö R l D erfüllt die zeitabhängige Schrödinger-Gleichung. Die Idee ist, dass Sie immer zuerst an der Uhr messen (die Zeit ablesen) und dann das System messen, um eine Eigenschaft eines Systems irgendwann zu kennen.

Der Ansatz war in Ungnade gefallen, nachdem Kuchar darauf hinwies , dass es keinen guten Weg zu geben schien, korrekte zweifache Wahrscheinlichkeiten daraus zu bekommen (Dinge wie die Wahrscheinlichkeit, das Teilchen bei X zum Zeitpunkt T 2 vorausgesetzt, Sie hatten es bei gefunden j zum Zeitpunkt T 1 ). Dieses Problem wurde kürzlich gelöst , indem der PW-Ansatz mit anderen relationalen Ansätzen zur Quantisierung vereinheitlicht wurde.

PW ist nicht "Mainstream" in dem Sinne, dass für Laborphysik der normale Ansatz (mit T nur ein Etikett ist) funktioniert perfekt, so dass PW keine Verwendung hat. Beachten Sie zweitens, dass das PW auf einer Idee einer universellen Wellenfunktion beruht, die bei der Messung nicht zusammenbricht, und wie Sie vermutlich wissen, wird diese Idee nicht von allen akzeptiert.

Schließlich bezweifle ich, dass es in absehbarer Zeit ein Experiment geben wird, das PW „bestätigt“ oder „widerlegt“. Es wurde entwickelt, um in Laborumgebungen auf Standard-QM zu reduzieren. PW oder eine verwandte Idee könnten jedoch beim Aufbau einer Theorie der Quantengravitation helfen (es gibt auch keine externe Zeit in GR). In diesem Fall wäre man berechtigter zu glauben, dass dies die richtige Art ist, Zeit zu verstehen.

Danke! Das ist genau die Art von Antwort, die ich mir mit dem Kopfgeld erhofft hatte :) Ich wollte im Grunde wissen, ob es bekannte schwerwiegende Probleme mit dem Ansatz gibt oder ob der Ansatz immer noch als praktikable Option angesehen wird. Und das spricht es perfekt an, also nochmals vielen Dank!
Eine zusätzliche Frage: Ich verstehe, wie dieser Ansatz für die Quantengravitation sehr nützlich wäre, aber ich habe nicht ganz verstanden, warum / wie er in der Quanteninformationstheorie nützlich ist. Ich weiß, dass es quanteninformationstheoretische Ansätze zur Quantengravitation gibt, und kann mir daher vorstellen, dass sie in dieser Richtung nützlich sein könnte. Aber ist es auch für die an Quantencomputer angrenzende Variante der Quanteninformationstheorie nützlich?
Ich sehe das so: In der 4D-Raumzeit ordnen wir jedem Punkt einen Entropieskalar zu. Die Richtung der zunehmenden Entropie definiert den Zeitpfeil. In jedem 3D-Schnitt kann senkrecht zur Zeit eine Verschränkung auftreten. Die verschränkten Teilchen gehören zu demselben 3D-Schnitt (Schnitt, der senkrecht zur Zeit steht). Der Prozess, sie zu entwirren (wodurch die Entropie erhöht wird und somit zeitlich zum nächsten 3D-Schnitt vorgerückt wird), ist ebenfalls ein Informationsverlust. Daher beeinflussen sich Zeit, Verschränkung, Entropie und Information gegenseitig.
@DvijD.C. Gern geschehen! Ich kenne keine direkten Anwendungen für Quantencomputing, aber das zweite von mir zitierte Papier bezieht sich auf die Arbeit von PW in Quantenreferenzrahmen (QRF), was für QI-Leute von Interesse ist. Siehe arxiv.org/abs/1712.07207, wo wir sehen können, dass Verschränkung und Überlagerung Frame-abhängig sind. Unter arxiv.org/abs/quant-ph/0610030, obwohl es nicht um Quantenreferenzrahmen geht, finden Sie weitere Motivation, warum Referenzrahmen für QI von Interesse sind.

Ich finde diese Idee auch sehr spannend! Die Idee, dass Zeit aus Verschränkung hervorgeht, ist Mainstream genug, um 2014 einen Artikel im Quanta-Magazin zum Thema „ Time's Arrow Traced to Quantum Source “ zu haben. Hier ein Auszug:

Im Jahr 2009 stieß der Beweis der Bristol-Gruppe bei Quanteninformationstheoretikern auf Resonanz und eröffnete neue Verwendungsmöglichkeiten für ihre Techniken. Es zeigte sich, dass bei der Interaktion von Objekten mit ihrer Umgebung – wenn beispielsweise die Partikel in einer Tasse Kaffee mit der Luft kollidieren – Informationen über ihre Eigenschaften „durchsickern und über die gesamte Umgebung verschmiert werden“, erklärte Popescu. Dieser lokale Informationsverlust führt dazu, dass der Zustand des Kaffees stagniert, während sich der reine Zustand des gesamten Raums weiter entwickelt. Abgesehen von seltenen, zufälligen Schwankungen, sagte er, „hört sein Zustand auf, sich mit der Zeit zu ändern.“

Folglich wird eine lauwarme Tasse Kaffee nicht spontan warm. Wenn sich der reine Zustand des Raums entwickelt, könnte sich der Kaffee im Prinzip plötzlich aus der Luft lösen und in einen eigenen reinen Zustand übergehen. Aber dem Kaffee stehen so viel mehr gemischte Zustände als reine Zustände zur Verfügung, dass dies praktisch nie passiert – man müsste das Universum überleben, um es zu sehen. Diese statistische Unwahrscheinlichkeit verleiht dem Zeitpfeil den Anschein von Irreversibilität. „Im Wesentlichen eröffnet Ihnen die Verstrickung einen sehr großen Raum“, sagte Popescu. „Es ist, als ob du im Park bist und neben dem Tor startest, weit weg vom Gleichgewicht. Dann trittst du ein und hast diesen riesigen Ort und verlierst dich darin. Und du kommst nie wieder zum Tor zurück.“

In der neuen Geschichte des Zeitpfeils ist es eher der Informationsverlust durch Quantenverschränkung als ein subjektiver Mangel an menschlichem Wissen, der eine Tasse Kaffee ins Gleichgewicht mit dem umgebenden Raum treibt.

Der Artikel schreibt Seth Lloyd die Idee zu, dass Verstrickung den Zeitpfeil antreibt. Page oder Wootters werden nicht erwähnt.

Der Wikipedia-Eintrag für Quantenverschränkung erwähnt jedoch sowohl Page als auch Wootters und Lloyd bezüglich der Beziehung zwischen Verschränkung und Zeit:

Es gab Vorschläge, das Konzept der Zeit als ein entstehendes Phänomen zu betrachten, das ein Nebeneffekt der Quantenverschränkung ist.[51][52] Mit anderen Worten, Zeit ist ein Verschränkungsphänomen, das alle gleichen Uhrenablesungen (von korrekt präparierten Uhren oder von beliebigen als Uhren verwendbaren Objekten) in dieselbe Geschichte stellt. Dies wurde erstmals 1983 von Don Page und William Wootters vollständig theoretisiert.[53] Die Wheeler-DeWitt-Gleichung, die allgemeine Relativitätstheorie und Quantenmechanik kombiniert – indem sie die Zeit ganz weglässt – wurde in den 1960er Jahren eingeführt und 1983 wieder aufgegriffen, als die Theoretiker Don Page und William Wootters eine Lösung auf der Grundlage des Quantenphänomens von fanden Verstrickung. Page und Wootters argumentierten, dass Verschränkung zur Zeitmessung verwendet werden kann.[54]

...

Der Physiker Seth Lloyd sagt, dass Quantenunsicherheit zur Verschränkung führt, der mutmaßlichen Quelle des Zeitpfeils. Laut Lloyd; „Der Zeitpfeil ist ein Pfeil zunehmender Korrelationen.“[55] Die Annäherung an die Verschränkung würde aus der Perspektive des kausalen Zeitpfeils erfolgen, mit der Annahme, dass die Ursache der Messung eines Teilchens die Wirkung des Ergebnisses bestimmt der Messung des anderen Teilchens.

Leider kann ich aus solchen Beschreibungen nicht den Grad der Ähnlichkeit zwischen Pages und Wootters Theorie und Lloyds Theorie erkennen.

Alle RQM-Ideen sind ziemlich ähnlich. Und keine dieser Theorien hat ein tatsächliches Versuchsschema hervorgebracht, das es erlauben würde, sie von anderen zu unterscheiden.

Ich habe dieses Thema selbst in einigen ArXiv-Artikeln The Concept of Entropy Time and Quantum Information and the Mind-Body Problem untersucht , daher ist es interessant, etwas über die Page/Wooters-Theorie und den Artikel im Quantum Magazine zu erfahren, auf die ich zuvor noch nicht gestoßen war . Danke für das!

Meiner Meinung nach ist der richtige Rahmen für diese Diskussion die Dekohärenztheorie, die beschreibt, wie Informationen durch Verschränkung von einem System auf ein anderes übertragen werden können. Es ist jedoch wichtig zu erkennen, dass die Verschränkung selbst ein umkehrbarer Prozess ist – Systeme, die verschränkt wurden, können durch die einheitliche Entwicklung des gemeinsamen Systems entflochten werden.

Was aus subjektiver Sicht eines Beobachters nicht effektiv rückgängig gemacht werden kann, ist der Informationszuwachs. Wenn Informationen gelöscht werden, indem zwei Systeme entwirrt werden, werden sie vollständig vergessen und können nicht bekannt werden.

Unsere subjektive Zeitwahrnehmung muss also gespeicherte Informationen über „vergangene“ Ereignisse beinhalten. Ein interessanter Aspekt dabei ist, dass es die logische Beziehung zwischen „Sätzen gespeicherter Fakten“ über die Welt ist, die ihre kausale (dh wahrgenommene zeitliche) Beziehung bestimmt und nicht mit dem zeitlichen Parameter „t“ in Verbindung gebracht werden muss, der die Zeit in der formalen Mathematik darstellt Ausdrücke für die einheitliche Entwicklung der Gelenksysteme.

Ich glaube, dass sowohl Zeh als auch Zurek ähnliche Ideen eingehend untersucht haben (diese Typen sind die Schwergewichte der Dekohärenztheorie), sodass diese Sicht der Dinge etwas an Boden gewinnt.

Ich glaube nicht, dass das funktioniert. „Entropie und Zeit“, „Zeit und QM“ usw. wurden lange genug diskutiert, sodass wir fest sagen können, dass zusätzlicher theoretischer Fortschritt nur auf experimentellerer Basis resultieren könnte. Und dieser Artikel von Page & Wooters fügt nichts hinzu. Leider hat die Wissenschaft außer den Gordon-Dirac-Gleichungen und ähnlichen Dingen keinen zusätzlichen Input zur relativistischen Quantenmechanik (RQM). Ich werde es so formulieren, versuchen, ein Experiment durchzuführen, um die Version von RQM zu überprüfen, die Sie erhalten haben, und ich werde es für Sie tun. Viel Glück!

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