Erfolgt die Quantenmessung eines Systems nur mit menschlicher Interaktion?

Erfolgt die Quantenmessung eines Systems nur mit menschlicher Interaktion? Zwingen nur humane funktionale Interaktionen wie Messungen/Beobachtungen mit einem Quantensystem es in einen einzigen Zustand?

Nein, zumindest hat Heisenberg die Rolle des menschlichen Beobachters nicht so gemeint. Ihre Rolle besteht vielmehr darin, die Experimente und Ergebnisse in der einen Sprache zu beschreiben, die kommuniziert werden kann:

Die Kopenhagener Interpretation der Quantentheorie geht von einem Paradoxon aus. Jedes Experiment in der Physik, ob es sich nun auf die Phänomene des täglichen Lebens oder auf atomare Ereignisse bezieht, muss mit den Begriffen der klassischen Physik beschrieben werden. Die Begriffe der klassischen Physik bilden die Sprache, mit der wir die Anordnungen unserer Experimente beschreiben und die Ergebnisse darlegen. Wir können und sollen diese Konzepte nicht durch andere ersetzen. Dennoch ist die Anwendung dieser Konzepte durch die Unsicherheitsrelationen begrenzt. Diese eingeschränkte Anwendbarkeit der klassischen Konzepte müssen wir bei der Anwendung im Auge behalten, aber wir können und sollten nicht versuchen, sie zu verbessern.

Die Messung selbst spielt jedoch auch eine Rolle, und diese Rolle unterscheidet sich geringfügig von der des menschlichen Beobachters. Ein Quantensystem, das gemessen wird, ist nicht abgeschlossen. Aber wenn das System nicht geschlossen ist, dann braucht man Randbedingungen. Und offene Randbedingungen sind notorisch schwer exakt zu implementieren, nicht nur in der Quantenmechanik. Das Kollapspostulat kann als Annäherung an diese offene Randbedingung interpretiert werden, und der Heisenberg-Schnitt ist der Ort, an dem die Randbedingung angewendet wird.

Was ist also der Unterschied zwischen einer Messung mit SEM zum Beispiel oder einer Beobachtung mit dem Doppelspaltexperiment und einer Pflanze oder einem anderen Objekt, das eine funktionale Wechselwirkung mit einem Quantensystem hat, es aber nicht in einen einzigen Zustand zwingt, wie es sollte?

Wie es oft bei ungefähren offenen Randbedingungen der Fall ist, führen sie umso weniger Fehler ein, je weiter Sie sie vom System entfernen. Wenn Sie beim SEM den Heisenberg-Schnitt zwischen die Probe und den SE/BSE-Detektor legen, erhalten Sie mehr Genauigkeit, als Sie sich jemals wünschen könnten. Für die Pflanze hingegen ist es weniger offensichtlich, wo der Heisenberg-Schnitt anzusetzen ist. Der Unterschied zwischen diesen beiden Szenarien besteht also darin, dass die Probe in einem SEM auf offensichtliche Weise vom Detektor getrennt ist, aber eine vernünftige Trennung (Ort für den Heisenberg-Schnitt) in der Zelle ist weniger offensichtlich. Vielleicht wäre es für jemanden mit ausreichender Erfahrung mit Zellbiologie und Photosynthese offensichtlicher.

Lassen Sie mich versuchen, der Frage nachzugehen, ob diese Interpretation des Kollapspostulats als Annäherung an offene Randbedingungen nur von mir selbst erfunden wurde. Das obige lange Zitat war die Einleitung von Kapitel 3, The Copenhagen Interpretation of Quantum Theory , S. 46-57 in Physics and Philosophy (1958) von Werner Heisenberg. Die folgende Passage stammt vom Ende dieses Kapitels (bevor Heisenberg seine klaren Worte mit Bohrs „philosophischen Reflexionen“ verbindet):

Zum eigentlichen Vorgehen bei der quantentheoretischen Interpretation atomarer Ereignisse müssen wir noch einige Bemerkungen hinzufügen. Es wurde gesagt, dass wir immer mit einer Teilung der Welt in ein Objekt, das wir untersuchen werden, und den Rest der Welt beginnen, und dass diese Teilung bis zu einem gewissen Grad willkürlich ist. Es sollte für das Endergebnis in der Tat keinen Unterschied machen, wenn wir zB einen Teil des Messgeräts oder das ganze Gerät an das Objekt anfügen und die Gesetze der Quantentheorie auf dieses kompliziertere Objekt anwenden. Es kann gezeigt werden, dass eine solche Änderung der theoretischen Behandlung die Vorhersagen bezüglich eines gegebenen Experiments nicht ändern würde. Dies folgt mathematisch daraus, dass die Gesetze der Quantentheorie für die Phänomene gelten, bei denen Planck' s-Konstante kann als eine sehr kleine Größe angesehen werden, die ungefähr mit den klassischen Gesetzen identisch ist. Aber es wäre ein Irrtum zu glauben, dass diese Anwendung der quantentheoretischen Gesetze auf das Messgerät helfen könnte, das fundamentale Paradoxon der Quantentheorie zu vermeiden.

Diesen Namen verdient das Messgerät nur dann, wenn es in engem Kontakt mit dem Rest der Welt steht, wenn es eine Wechselwirkung zwischen Gerät und Beobachter gibt. Daher wird die Ungewissheit bezüglich des mikroskopischen Verhaltens der Welt hier genauso gut in das quantentheoretische System eingehen wie in der ersten Deutung. Wenn das Messgerät vom Rest der Welt isoliert wäre, wäre es weder ein Messgerät, noch wäre es überhaupt mit den Begriffen der klassischen Physik zu beschreiben.

Heisenberg weist hier deutlich darauf hin, dass ein Quantensystem kein geschlossenes System, sondern ein offenes System ist. Und er macht deutlich, dass es in Ordnung ist, die (offene) Grenze weiter weg zu verschieben, aber zu glauben, dass sie vollständig entfernt werden kann, wäre ein Fehler.

Die Beobachtung, dass offene Randbedingungen auch außerhalb der Quantenmechanik notorisch schwer zu implementieren sind, stammt jedoch nicht von Heisenberg. (Zumindest habe ich es weder direkt noch indirekt von ihm erfahren.) Diese Beobachtung entstand in einem Austausch mit Ajit R. Jadhav über lokal und global verborgene Freiheitsgrade.

In der Quantenphysik zwingt jede funktionale Interaktion wie Messung/Beobachtung Teilchen in einen einzigen Zustand.

Die Schrödinger-Gleichung sagt nicht voraus, dass ein Teilchen in einem einzigen Zustand enden wird. Es gibt Theorien, die die Quantenmechanik so modifizieren, dass ein Teilchen in einem einzigen Zustand endet, wie z. B. spontane Kollapstheorien:

https://arxiv.org/abs/1401.6314

Solche Theorien sind unnötig, da die Quantenmechanik bereits vorhersagt, dass Sie jeweils nur eine Version eines physikalischen Systems sehen werden, da Wechselwirkungen, die Informationen zwischen Systemen kopieren, eine Interferenz zwischen den Messergebnissen verhindern, die als Ergebnis eines Prozesses namens Dekohärenz aufgezeichnet werden:

https://arxiv.org/abs/1212.3245

Eine Interaktion, die Informationen aus einem System überträgt, benötigt eine endliche Zeit und hat eine gewisse endliche räumliche Auflösung, obwohl die relevanten Skalen von Raum und Zeit der Dekohärenz für Objekte, die wir sehen können, nach menschlichen Maßstäben winzig sind:

https://arxiv.org/abs/quant-ph/0306072

Es wird also mehrere Versionen von Ihnen geben, Sie haben keine Möglichkeit, mit den anderen Ergebnissen zu interagieren, und so werden sie sich in guter Annäherung wie Paralleluniversen auf der Skala des täglichen Lebens verhalten:

https://arxiv.org/abs/quant-ph/0104033

Doch wenn Pflanzen ihre Photosynthese betreiben, wurde entdeckt, dass sie tatsächlich die Energie von Photonen sowohl als Teilchen als auch als Wellen einfangen ( http://www.ucl.ac.uk/news/news-articles/0114/090114-Quantum-mechanics-explains -Effizienz-der-Photosynthese ), was bedeutet, dass es nicht in einen einzigen Zustand zusammenbricht, die Pflanze jedoch in der Lage ist, mit beiden Zuständen für die Photosynthese zu interagieren.

Wenn die Photosynthese also nur Interferenz über einen angemessen kleinen Raum- oder Zeitbereich verwendet, wird diese Interferenz nicht durch Dekohärenz verhindert:

https://arxiv.org/abs/1107.0322

Es wird keine direkte Aufzeichnung der mehreren Versionen des Moleküls geben, die während des Interferenzprozesses existierten. Sie können nur wissen, dass sie existieren, wenn sie benötigt werden, um das Endergebnis zu erklären.