Hätte nicht jedes Teilchen im Universum zu einem bestimmten Zeitpunkt irgendeine Form von Messung? [Duplikat]

Was Sie beschreiben, ist der als Dekohärenz bekannte Prozess : jede Wechselwirkung eines Quantensystems mit seiner Umgebung (z. B. mit Photonen oder anderen vorbeiziehenden Teilchen und, ja, höchstwahrscheinlich Wechselwirkung durch Schwerkraft, obwohl wir keine Theorie haben, um sie vollständig zu beschreiben dies noch nicht) hat das Potenzial, seine echte Quantennatur zu zerstören und Quantenüberlagerungen in bloße klassische statistische zu verwandeln. Dieser Vorgang ist zwar die erste Hälfte einer Messung, die zweite Hälfte das Auslesen des Ergebnisses, das die verbleibende statistische Überlagerung in ein einziges Ergebnis auflöst.

Aber Dekohärenz ist kein augenblicklicher Alles-oder-Nichts-Prozess: Sie ist zeitlich fortschreitend, und je schwächer die Wechselwirkung zwischen einem System und seiner Umgebung ist, desto langsamer wird es dekohären. Wenn wir tatsächlich eine Messung durchführen, sorgen wir bewusst dafür, dass die Wechselwirkung stark genug ist, und wir warten lange genug, bis eine vollständige Dekohärenz eintritt, damit ein Ergebnis erhalten werden kann. Aber zwischen absichtlichen Messungen können wir dafür sorgen, dass die Dekohärenz so schwach ist, dass sie zumindest für die Dauer des Experiments vernachlässigbar ist, so dass die Evolution (fast) wirklich quantenhaft ist. Es ist relativ einfach für, sagen wir, einzelne Atome bei sehr niedriger Temperatur, aber es wird immer schwieriger, je größer das System ist (es ist zum Beispiel eine bekannte und sehr reale Hürde, Quantencomputer mit genügend Qubits zu entwerfen). In der Praxis,

Dieses Thema hat mir auch Probleme bereitet. Die grundlegende Grundlage für die Beantwortung dieser Frage ist die Betrachtung der Dekohärenz .

Grundsätzlich führt jede Wechselwirkung in der Quantenmechanik zu dem erwarteten kohärenten Ergebnis, das von der Wechselwirkung zweier Teilchen herrührt. Oft führt dies zu einer Verschränkung ihrer Zustände. Hätten wir die Teilchen mit bekanntem Vorzustand konstruiert, können wir Aussagen über den Zustand der Teilchen treffen (etwa probabilistische Aussagen über Impuls oder Spin).

Was aber, wenn wir keine Informationen über eines der Teilchen kennen? Was wäre, wenn es von außen hereinkäme? Daher haben wir keine Kenntnis des Staates. Das Beste, was wir tun können, ist, über seinen Zustand als Zufallsvariable zu sprechen und Statistiken anzuwenden. Das Ergebnis ist eine Dichtefunktion, die die Wahrscheinlichkeit angibt, dass sich unser Testteilchen in einem bestimmten Zustand befindet.

Tun Sie dies oft genug mit Partikeln, deren Zustand unabhängig und identisch verteilt (IID) ist, und die "Quantenhaftigkeit" des Partikels beginnt zu verschwinden. Wenn die Anzahl der Wechselwirkungen zunimmt, beginnt der zentrale Grenzwertsatz zu gelten, und die Varianz des vorhergesagten resultierenden Zustands nimmt ab. Wenn die Varianz schließlich niedrig genug ist, beginnen wir zu sagen, dass das Teilchen „gemessen“ ist und dass es einen Zustand hat, der dem erwarteten Wert entspricht.

Das ist natürlich eine relativ neue Sichtweise. Die ursprüngliche Verwendung der Messung bestand darin, zu erklären, wie die ungewöhnliche Quantenwelt mit der "klassischen" Welt und insbesondere mit klassischen Wesen wie uns Menschen interagieren könnte. Dies hat zu den berühmten Interpretationen der Quantenmechanik geführt. Dekohärenz ist eine andere Möglichkeit, diesen Effekt zu erklären. Anstatt die philosophisch perfekte Messung einer der Interpretationen anzubieten, bietet es einen statistischen Prozess an, dessen Grenze die gleichen ist wie die vorhergesagten Ergebnisse der anderen Interpretationen.

Von Interesse kann das Konzept der schwachen Messungen sein . Schwache Messungen sind so ausgelegt, dass sie eine gewisse Messung liefern, während der größte Teil der Quantenkohärenz erhalten bleibt.

Nicht jede Wechselwirkung ist eine Messung oder kollabiert die Wellenfunktion. Wenn Licht von einem Spiegel reflektiert wird, bleibt die Phaseninformation erhalten. Da jedes einzelne Photon auf den Spiegel trifft und an einem Elektron gestreut wird, trifft das Photon nicht nur an einem Punkt auf den Spiegel oder interagiert mit nur einem Elektron. Stattdessen trifft jedes einzelne Photon auf den gesamten Spiegel und interagiert mit allen Elektronen im Spiegel. Mit anderen Worten, aufgrund der Unschärferelation ist die Wechselwirkung eine Überlagerung von Wechselwirkungen mit jedem Elektron im Spiegel. Diese Unsicherheit bewahrt die Wellenfunktion des Photons vor dem Kollaps.

Das gleiche Konzept gilt für andere kollektive Prozesse, einschließlich der Reise des Photons durch den Raum, ob flach oder durch die Schwerkraft gekrümmt. Wenn das Photon jede Bahn nehmen darf, dann nimmt das Photon alle gleichzeitig mit unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten und verhält sich daher wie eine Welle. In diesem Fall ist die Bahn des Photons durch den Raum eine Überlagerung aller möglichen Bahnen. Daher lässt die Schwerkraft die Wellenfunktion des Photons nicht kollabieren (zumindest solange sie sich nicht in der Nähe von Schwarzen Löchern befindet).

Außerdem haben bestimmte Teilchen eine geringe Wechselwirkungswahrscheinlichkeit, zB Neutrinos, die durch das Universum fliegen können wie durch einen nahezu leeren Raum. Außerdem können die hypothetischen Teilchen der Dunklen Materie überhaupt nicht anders als über die Schwerkraft interagieren, während die Schwerkraftwechselwirkungen fast immer ein oben beschriebener kollektiver Prozess wären, der die Wellenfunktion nicht zusammenbrechen lassen würde.

In der Wissenschaft geht es darum, praktische Ergebnisse vorherzusagen. Ihre Frage erscheint jedoch eher hypothetisch. Ob die Antwort ja oder nein ist, es scheint keinen praktischen Unterschied zu geben. Schließlich beschreibt die Quantenmechanik allein nicht das Universum als Ganzes. Dies erfordert, dass die Quantengravitation die Raumzeit als eine Funktion und nicht als eine Reihe unabhängiger Variablen betrachtet und diese Welt effektiv zu einer Projektion macht. Daher kann Ihre Frage nicht vollständig beantwortet werden, bis die Quantengravitation entwickelt wurde.