Hängt der Kollaps der Wellenfunktion vom Beobachter ab?

Das Messproblem ist eines der relevantesten offenen Probleme der Quantenmechanik. Was ist eine Messung? Was macht einen Beobachter aus und was nicht? Ist die Wellenfunktion ein physikalisches Objekt (ontologisch) oder nur ein mathematisches Konstrukt, das unsere Unkenntnis des Zustands eines Systems darstellt?

Der Versuch, diese Fragen zu beantworten, hat zu einer Vielzahl von Interpretationen der Quantenmechanik geführt.

Die Kopenhagener Interpretation ist die bekannteste. Es besagt im Grunde, dass kleine Dinge Quanten sind, große Dinge klassisch, und wenn ein kleines Ding mit einem großen Ding interagiert, gibt es eine Messung und einen Kollaps der Wellenfunktion für alle , während wenn kleine Dinge miteinander interagieren, nur Verschränkung und entwickeln sich einheitlich, ohne Zusammenbruch. Das Problem bei dieser Interpretation ist, dass sie nicht sagt, wo wir die Grenze zwischen groß und klein ziehen sollen.

Die Viele-Welt-Interpretationen hingegen behandeln alles (große und kleine Dinge) als ein Quantensystem. Alles entwickelt sich einheitlich, es gibt nie einen Zusammenbruch . Der Nachteil ist, dass dies bedeutet, dass Sie ein Quantensystem sind und sich daher in einer Überlagerung befinden können. Und das ist schwer mit der Idee eines „Selbst“ zu vereinbaren.

Andere Interpretationen, wie der Quanten-Bayesianismus, befürworten, dass ein Quantenzustand nur eine Darstellung des Glaubens ist, den eine Person über das Ergebnis einiger Messungen haben kann. Die Wellenfunktion ist also subjektiv und kein objektives physikalisches Objekt. Gemäß dem Quanten-Bayesianismus ist der Zusammenbruch der Wellenfunktion nur eine bayessche Aktualisierung der Überzeugungen des Beobachters. In diesem Sinne kann eine Wellenfunktion für mich zusammenbrechen und nicht für Sie.

Wie Sie sehen können, ist die Frage des Zusammenbruchs der Wellenfunktion noch lange nicht entschieden. Nach einer Messung kann es für alle, nur für jemanden oder gar nie zusammenbrechen. Wenn Ihnen das nach Spekulation und nicht nach wissenschaftlichen Fakten vorkommt, haben Sie recht. Bis heute war niemand in der Lage, experimentell zwischen diesen (und anderen) Interpretationen zu unterscheiden.

Was Frauchiger und Renner in ihrem berühmten Aufsatz zu tun versuchen, ist, ein Gedankenexperiment zu entwickeln, das in der Lage sein könnte, einige dieser Interpretationen auszuschließen, indem sie einen Widerspruch zwischen einer Reihe allgemein akzeptierter Annahmen aufzeigen.

Es ist unklar, wann oder ob der Kollaps der Wellenfunktion eintritt. Klar ist, dass sich alle grundsätzlich darüber einig sind, welche Messungen stattfinden und welche Ergebnisse sie haben.

Die einzigen Situationen, die mir einfallen, die "beobachterabhängigen Messungen" ähneln, sind:

1. Im Viele-Welten-Bild treten im Allgemeinen unterschiedliche Messungen in verschiedenen Welten auf (und natürlich sind die Ergebnisse unterschiedlich). Allerdings sind sich alle auf einer Welt im Prinzip über alle Messungen und deren Ergebnisse einig. Die Menschen in einem versiegelten Labor sind in derselben Welt wie die Menschen draußen.

2. Wenn Sie etwas tun, das einer Messung ähnelt, aber thermodynamisch perfekt umkehrbar ist, können Sie es im Prinzip rückgängig machen. Sie können sich vorstellen, dass ein thermodynamisch reversibles bewusstes Wesen (KI, das auf einem Quantencomputer läuft) diese Art von Quasi-Messung eines Quantensystems durchführt, sich des Ergebnisses bewusst wird und es dann umkehrt (was notwendigerweise das Löschen seiner eigenen Erinnerung an das beinhaltet, was es ist sah), wobei das System in seinem ursprünglichen, nicht gemessenen Zustand verbleibt. Das könnte eine Messung genannt werden und könnte als privat für dieses Wesen bezeichnet werden.

Bearbeiten: Ich habe hier zuvor gesagt, dass ich dachte, Bubs Artikel sei falsch. Dieses Argument ignorierte die Tatsache, dass die Messung in der$\{\leftarrow,\rightarrow\}$Grundlage soll eine Heisenberg-Bildvermessung des Systems zu einem früheren Zeitpunkt sein.

Ich habe jetzt die Originalarbeit von Frauchiger und Renner gelesen, die mit der von Bub übereinzustimmen scheint. Ich denke immer noch, dass es aus einem komplizierteren Grund falsch ist, den ich in einer anderen Antwort geschrieben habe .

Wenn wir sagen, dass ein quantenmechanisches Objekt, wie ein Teilchen, einer Messung unterzogen wird, meinen wir, dass es auf irgendeine Weise mit anderen Teilchen interagiert, nämlich mit denen, die das Messgerät bilden. Einer Messung eine besondere Qualität im Gegensatz zu jeder anderen Form der Wechselwirkung zwischen Teilchen zuzuschreiben, scheint offensichtlicher Unsinn zu sein. Partikel interagieren, ohne dass Beobachtungs- oder Messgeräte erforderlich sind.

Nehmen wir zum Beispiel das Zweispalt-Experiment mit Photonen. Stellen Sie sich vor, die Positionen der einfallenden Photonen würden durch Aufzeichnung der Kontaktpunkte auf einer Fotoplatte bestimmt. Glauben Sie, dass die Markierungen auf der Fotoplatte ohne die Anwesenheit eines „Beobachters“ nicht vorhanden wären? Nein, das ist eindeutig falsch. Die Lokalisierung des Photons erfolgt, wenn es mit einem der Moleküle interagiert, aus denen die lichtempfindliche Beschichtung des Films besteht, dh wenn das Photon mit einem anderen Quantenobjekt interagiert. Beobachter haben mit dem Vorgang nichts zu tun.

Wellenkollaps ist zu einem großen Teil eine Frage der Interpretation. In MWI gibt es keinen Kollaps der Wellenfunktion. Vielmehr verstrickt sich der Beobachter in den Zustand, und das kombinierte System hat eine Komponente, in der der Beobachter ein Ergebnis sieht, und andere Komponenten, in denen der Beobachter andere Ergebnisse sieht.

In der Kopenhagener Interpretation bedeutet "Beobachten" nicht das "Sehen" des Ergebnisses im herkömmlichen Sinne. Vielmehr tritt es auf, wenn das gemessene Objekt den Beobachter so stark beeinflusst, dass er sich verheddert, unabhängig davon, ob der Beobachter sich dessen bewusst ist, wie es ihn beeinflusst hat. Wenn dieses "geschlossene" System also nicht in der Lage ist, die Messung im quantenmechanischen Sinne vollständig zu isolieren, bricht die Wellenfunktion für den "äußeren" Beobachter zusammen.

In der Praxis ist es zumindest auf unserem derzeitigen Stand der Technik unmöglich, mehr als eine winzige Anzahl von Teilchen vom Rest des Universums zu isolieren. Aber wenn wir nur ein Gedankenexperiment machen und uns vorstellen, dass wir ein System isoliert haben, dann wird die Kopenhagener Interpretation ein bisschen irre. Das Gedankenexperiment der Katze von Schrödinger ist ein solches Beispiel. Nach der Kopenhagener Interpretation gibt es keinen Kollaps der Wellenfunktion, und die Katze befindet sich in einer Überlagerung von Lebend und Tot. Wenn wir menschliche Experimentatoren mit der Katze zusammenbringen würden, wären diese Experimentatoren in einer Quantenüberlagerung, in der sie die Katze als lebendig und als tot beobachten würden. Hier wird CI problematisch, da es einen Widerspruch zu geben scheint, dass die Wellenfunktion für die inneren Beobachter kollabiert, aber nicht für die äußeren.

Ich würde vorschlagen, dass der Zusammenbruch der Wellenfunktion eine nützliche Annäherung ist, kein mathematisches Absolutes. Prallax hat die Positionen gut zusammengefasst. Aus dieser Sicht ist ein großes Ding (in der Kopenhagener Interpretation) groß genug, dass Sie niemals Überlagerungseffekte sehen werden. Die Unterscheidung zwischen groß und klein ist nicht scharf, sie hängt davon ab, wie lange Sie das System beobachten. Wenn Sie es nicht lange beobachten, werden unwahrscheinliche Ereignisse (wahrscheinlich) nicht eintreten und können ignoriert werden. Es stimmt mit Many Worlds überein, weist aber darauf hin, dass sich alle Welten über den Beobachtungszeitraum einig sind, was passieren wird. Wenn es mit angemessener Wahrscheinlichkeit unterschiedliche Ergebnisse gibt, ist die Wellenfunktion nicht kollabiert.

Es gibt ein klassisches Analogon in zwei Körperkollisionen. Wenn ein Ball hereinkommt und einen anderen Ball trifft, können wir, wenn es einen großen Unterschied zwischen den Massen der Bälle gibt, die Geschwindigkeitsänderung des größeren Balls und den auf den großen Ball übertragenen Impuls ignorieren. Wie groß die Abweichung sein muss, damit dies eine gute Annäherung ist, hängt davon ab, wie genau Sie das System modellieren/messen. In ähnlicher Weise nehmen wir in der Orbitaldynamik an, wenn die Masse des Satelliten im Vergleich zur Primärseite vernachlässigbar ist, dass die Primärseite fest ist und jede Menge an Impuls absorbieren kann. Es gibt keine scharfe Grenze, nur die Genauigkeit der Annäherung, die akzeptabel ist. Der Kollaps der Wellenfunktion besagt, dass der Zustand nach der Wechselwirkung (Messung) ein Eigenzustand des gemessenen Werts ist, was bedeutet, dass der Messer kein Quantenobjekt ist.

Es gibt keinen Kollaps der Wellenfunktion. Wenn ja, wäre die Schrödinger-Gleichung falsch.

Die Messung erfordert eine Messvorrichtung mit mehreren orthogonalen Zuständen. Jeder dieser Zustände ist mit einem Teil der Wellenfunktion des zu messenden Systems verschränkt. Diese Teile sind das, was man kollabierte Wellenfunktionen nennen könnte. Sie sind in Bezug auf das System ohne die Messvorrichtung zusammengelegt.

Physikalisch verändert das Hinzufügen einer Messvorrichtung zu einem physikalischen System das System auf eine Weise, die als „Kollaps“ bezeichnet werden kann. Es gibt jedoch keinen Messvorgang, der zu einer Änderung der Wellenfunktion führt, geschweige denn zu ihrem Zusammenbruch.