Ist der Kollaps der Wellenfunktion nichtlokal oder lokal?

Stellen Sie sich ein Teilchen in einer sehr großen Kiste vor, das Jahre braucht, um von einem Ende zum anderen zu reisen. Alice und Bob sind außerhalb der Box, an entgegengesetzten Enden. Jeder kann seine Seite der Box entfernen, um zu überprüfen, ob sich das Partikel auf seiner Seite der Box befindet.

Ungefähr in der Mitte der Box, aber außerhalb der Box, explodiert ein Stern. Alice und Bob vereinbaren, beide zu überprüfen, ob sich das Teilchen auf ihrer Seite der Kiste befindet, wenn sie den Stern explodieren sehen.

Wenn Alice das Teilchen auf ihrer Seite sieht, würden wir erwarten, dass Bob es nicht auf seiner Seite sieht, aber das Problem dabei ist, dass die Wellenfunktion sofort über den gesamten Raum in der Box zusammenbrechen müsste. Mit anderen Worten, es ist nicht lokal.

Wenn die Wellenfunktion im Laufe der Zeit lokal kollabieren würde, würde sie dort beginnen, wo Alice sie beobachtet hat, und Informationen über den Kollaps würden sich mit Lichtgeschwindigkeit auf die andere Seite der Box ausbreiten. Aber da es Jahre dauert, die Box zu überspannen, wäre die Wahrscheinlichkeitsverteilung auf Bobs Seite immer noch eine Wahrscheinlichkeit ungleich Null.

Da es konservierte Größen brechen würde, wäre ein Teilchen nicht in der Lage, auf beiden Seiten der Box nachgewiesen zu werden, so dass es scheint, als würde die Wellenfunktion nicht lokal zusammenbrechen.

Ich denke, ein nicht lokaler Kollaps sieht ungefähr so ​​aus.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich sage, es ist nicht lokal, weil sich der Teil der Wahrscheinlichkeitsverteilung, der näher an Bobs Seite liegt, durch Alices Entdeckung ändert, wo sich das Teilchen befindet oder nicht. Eine positive oder negative Beobachtung von Alice beeinflusst Bobs Chancen, das Teilchen auf seiner Seite zu entdecken. Dies ist eine nicht-lokale Ursache und Wirkung.

Ist das richtig? Dies scheint ein Experiment zu sein, das durchgeführt werden könnte. Zum Beispiel hat eine lange Röhre nur ein Elektron im Inneren. Die Detektoren Alice und Bob sind Photonendetektoren an jedem Ende der Röhre. Das Einschalten eines sehr starken Magneten an jedem Ende der Röhre ist gleichbedeutend damit, dass Alice und Bob die Röhre öffnen und hineinschauen. Wenn der Spin des Elektrons als Reaktion auf das Magnetfeld umkehrt, wird ein Photon erfasst und kann erfasst werden. Die Zeit zwischen dem Einschalten des Magneten und der Detektion des Photons sagt uns, wo das Elektron war. Wenn wir das Experiment viele Male durchführen (Ergebnisse wegwerfen, bei denen kein Photon erkannt wird, weil der Elektronenspin nicht umgedreht wurde oder das Photon den Photonendetektor nicht getroffen hat), wird es eine Verteilung von Erkennungen erzeugen, die "einheitlich" ist (Interferenzmuster ignorieren),

Weitere Klarstellung: Ich verstehe, dass sich das Partikel überall in der Box befindet, da es sich um einen Zustand vor der Messung handelt. Ich verstehe, dass das Teilchen der Zustand IST. Die Messung zwingt das Teilchen lediglich dazu, sich in einem reinen Zustand zu befinden. Und es scheint, als ob dieser Übergang von der Überlagerung zum reinen Zustand sofort erfolgt. Es vergeht keine Zeit. Aber meine Frage bezieht sich darauf, was in der Zeit zwischen Alices Blick in die Kiste und dem Messen der Position passiert. Wenn sie sieht, dass der Raum vor ihr das Teilchen nicht enthält, verändert dies den Zustand des Teilchens? Beeinflusst die Messung, wo sich das Partikel befindet, NICHT seinen Zustand?

Ich habe diese Antwort gefunden: https://physics.stackexchange.com/a/476738/159153 Aber genau wie der Kommentator dieser Antwort bin ich mit dieser Geschichte unzufrieden. Der Grund dafür ist, dass, wenn eine negative Messung den Zustand beeinflusst, ich mich immer noch frage, wie Bobs Seite der Box sofort beeinflusst zu werden scheint.

Könnte dies auch das Paradoxon auflösen, das im Quantenlöscher-Experiment mit verzögerter Wahl beobachtet wurde? Da die Gleichzeitigkeit durch Wechseln von Bezugsrahmen unterbrochen werden kann, kann sie auch durch Wechseln von Bezugsrahmen behoben werden. Wir können einen Referenzrahmen finden, in dem die beiden Ereignisse, die Erkennung des Teilchens auf dem Hauptdetektor und die Erkennung des verschränkten Teilchens in einem der anderen Detektoren, gleichzeitig stattfinden. Und wenn die Wellenfunktion sofort zusammenbricht, dann gibt es in diesem Bezugsrahmen kein Paradoxon.

gleichzeitige Detektion bei A und Detektion bei B schließen sich gegenseitig aus und sind perfekt korreliert. Vielleicht bedeutet dies, dass die beiden Ereignisse "verschränkt" sind (weiß nicht, was das im Zusammenhang mit Ereignissen bedeuten würde). Verschränkungsbedingte Änderungen treten sofort auf.
"... die Wellenfunktion hätte immer noch eine von Null verschiedene Wahrscheinlichkeit, entdeckt zu werden ..." Wellenfunktionen sind keine Observablen. Wenn Sie sie nicht als physische Objekte betrachten, stellt sich Ihre Frage einfach nicht.
Ich will es nur konkreter ausdrücken: Stellen Sie sich ein Photon vor, das seit Ewigkeiten in einem Resonanzraum gefangen ist, der aus zwei perfekten Spiegeln besteht. Bob und Alice tauschen jeweils zum vereinbarten Zeitpunkt ihre Spiegel gegen Detektoren aus. Sie fragen, woher weiß das Photon, dass es an einem Ende des Apparats oder am anderen herauskommt, aber nicht an beiden? Ist das richtig?
Ja, Salomo. D. Halsey, Sie haben Recht, ich spreche falsch. Ich meine, "das Teilchen hat eine Wahrscheinlichkeit ungleich Null, entdeckt zu werden". Ich denke aber, dass sich meine Frage immer noch stellt. Eine andere Möglichkeit, meine Frage zu stellen, ist, wie sich die Wahrscheinlichkeitsverteilung zwischen dem Zeitpunkt ändert, an dem Alice das Teilchen entdeckt, und wenn Bob es entdeckt (er sollte es an derselben Stelle entdecken, an der Alice es entdeckt hat). Wenn Alice ihre Kiste öffnet, ist die Wahrscheinlichkeitsverteilung über die gesamte Kiste gleichmäßig, integriert aber bis 1, weil sie in der Kiste sein muss. Wie ändert sich die Verteilung, wenn sich ihr Lichtkegel in der Box ausbreitet?
Hallo, ich habe meine Frage aktualisiert, um ein Bild und ein mögliches Experiment einzuschließen.
Es besteht auch die Möglichkeit, dass sich das Teilchen an einem Ort befindet und immer lokal ist. Warum die zusätzliche Komplikation einer Wellenfunktion. Vor allem, wenn die Wellenfunktion keinen physikalischen Ausruf hat.
@BillAlsept Die Wellenfunktion, die den Partikelzustand beschreibt, entwickelt sich gemäß der Schrödinger-Gleichung, sodass sich das Partikel normalerweise nicht an einem Ort, sondern an einer Überlagerung von Orten befindet. Während die Wellenfunktion nicht untersucht werden kann, kann die Wahrscheinlichkeitsverteilung abgefragt werden. Das bekannte Partikel-in-einer-Box-Problem besagt, dass beim Öffnen der Box die Wahrscheinlichkeitsverteilung, die Ihnen sagt, wo sich das Partikel befinden könnte, und bei der Messung der Zustand des Partikels an einer Stelle zusammenbricht. Meine Frage ist, wie dieser Prozess über die Raumzeit abläuft.
Re: "Bob ... sollte [das Teilchen] an der gleichen Stelle entdecken, an der Alice es entdeckt hat." Aber sie können das Teilchen nicht beide "erkennen". "Detektion" bedeutet, dass das Teilchen mit einem Detektor wechselwirkt . Der Detektor und das Teilchen müssen sich beide am selben Ort befinden, damit dies geschieht, und wenn das Detektionsereignis das Teilchen nicht zerstört (ein Photon zum Beispiel überlebt die "Detektion" nicht), dann muss die Wechselwirkung den Zustand von ändern das Teilchen. Das heißt, das Teilchen wird nicht mehr durch dieselbe Wellenfunktion beschrieben, die es zuvor beschrieben hat.
Vielleicht könnte "Erkennung" besser definiert werden. Wenn Alice oder Bob das Teilchen sehen. Das Teilchen sendet Photonen aus und Alice und Bob sehen die Photonen. Wenn einer von ihnen das Teilchen erkennt, wird der Zustand des Teilchens aktualisiert, um mit der Messung übereinzustimmen, aber dann macht der Zustand eine gewisse Zeitentwicklung. Wie das aussieht, ist die Wahrscheinlichkeitsverteilung (PB), die sich vom Erkennungsort ausbreitet. Aber kurz nachdem Alice es entdeckt hat, entdeckt Bob es, also hatte der PB nicht viel Zeit, sich auszubreiten.

Antworten (5)

Es ist in dem Sinne nicht lokal, wie Sie gesagt haben: Bobs Wellenfunktion muss aktualisiert werden, sobald Alice eine Messung durchführt, indem Sie sie einstellen ψ = 0 in Alices Erkennungsbereich und renormiert es überall sonst auf 1. Bis auf die Änderung der Phase ist dies die EINZIGE Möglichkeit, die WF nach der Messung zu ändern, was keine überlichtschnelle Kommunikation zwischen Alice und Bob zulässt. Sie können überprüfen, indem Sie darauf bestehen, dass die Wahrscheinlichkeit, dass Bob das Teilchen findet, unverändert bleibt, unabhängig davon, ob Alice nach dem Teilchen sucht oder nicht, dass dies der Fall ist.

Physik (einschließlich QM) ist lokal im Sinne der speziellen Relativitätstheorie, im Grunde gibt es keine FTL-Kommunikation. Es gibt andere Arten von Nichtlokalitäten wie diese, die erlaubt sind. Wie Sie dies physikalisch interpretieren, hängt von Interpretationsfragen ab. Aber es gibt eine zugrunde liegende Nichtlokalität einer bestimmten Art in QM.

Bearbeiten Sie als Antwort auf Croolsbys Kommentar: Sie sagten: Wenn Bobs WF geändert wird, wenn Alice das Teilchen misst, kann er das nicht feststellen, indem er die Wahrscheinlichkeit misst, das Teilchen an seinem Ende zu finden?

Antwort: Wenn Alice das Teilchen findet, ist die Wahrscheinlichkeit, dass Bob es in seiner Messung findet, gleich groß 0 . Dies wirkt sich nachweisbar auf die Wahrscheinlichkeit auf Bobs Seite aus. Um dies auszugleichen, muss der WF vergrößert werden, falls Alice das Teilchen nicht findet. Diese auszugleichen ist die einzige Möglichkeit, wie Bob nicht sagen kann, was Alice getan hat. Insbesondere brauchen wir

P (Bob findet, wenn Alice nicht misst) = P (Bob findet heraus, ob Alice misst)

Indem Sie die rechte Seite dieser Gleichung in bedingte Wahrscheinlichkeiten aufteilen, abhängig davon, ob Alice das Teilchen findet oder nicht findet, können Sie sehen, dass die RHS der LHS nur so entsprechen kann: Wenn Alice das Teilchen nicht findet , ψ muss in Alices Detektor auf 0 skaliert und überall sonst renormiert (hochskaliert) werden, so dass seine Norm immer noch 1 ist. Bis auf eine Phase ist dies der einzig konsistente Weg, um beide Seiten der Gleichung gleich zu machen.

Das mag richtig sein, ist aber nicht wichtig. Was wichtig ist, ist zu verstehen, dass die beiden Detektoren an den beiden Enden der Box verschränkt sind, sie haben eine gemeinsame Wellenfunktion, und deshalb braucht es nichts Momentanes.
Hallo danke für deine Antwort. Da Bobs Seite der Wahrscheinlichkeitsverteilung (PB) aktualisiert wird, wenn Alice Messungen durchführt, wird Bob dann nicht eine Abweichung von der PB bemerken, die er gesehen hätte, wenn Alice keine Messungen durchgeführt hätte? In diesem Fall hat Bob einige FTL-Informationen, das heißt, er kann sagen, ob jemand anderes auch Messungen auf der anderen Seite des Universums durchführt oder nicht. Wie wird dieses Problem gelöst? Dies unterscheidet sich vom Verschränkungsproblem, da bei diesem Problem jemand, der die anderen Teilchen misst, den PB, den Sie von Ihren Teilchen sehen, nicht ändert.
Antwort auf Ihren Kommentar ist in meiner Antwort.

Croolsby,

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Wellenfunktion zu interpretieren. Sie könnten es als (1) eine reale, physikalische Einheit betrachten und in diesem Fall impliziert sein Zusammenbruch einen nicht lokalen physikalischen Prozess, oder (2) Sie könnten es als eine Darstellung des verfügbaren, unvollständigen Wissens über das System betrachten. In diesem Fall ist keine Nichtlokalität erforderlich, da der Zusammenbruch eine Änderung Ihres Wissens über das System darstellt, nicht eine Änderung des Systems selbst.

Wir haben solide Beweise dafür, dass die Welt lokal ist, also ist die vernünftigste Position 2. Mit anderen Worten, wir wissen, dass sich das Teilchen in der Box befindet, aber wir wissen nicht wo, also ist die Wellenfunktion innerhalb des Volumens von verteilt Kasten. Nachdem das Teilchen erkannt wurde, wissen Sie, wo es sich befindet, und Sie ersetzen die alte Wellenfunktion durch die neue, die ihren Höhepunkt um den Erkennungsort herum hat. Hier gibt es kein Paradoxon.

"Ich verstehe, dass das Teilchen überall in der Box als ein Zustand vor der Messung ist. Ich verstehe, dass das Teilchen der Zustand IST."

Das sagt QM nicht. Woher haben Sie diese Informationen?

Über die "negativen" Messungen. Sie ändern den Zustand, weil sie Ihr Wissen über das System erweitern. Es gibt dort auch eine physikalische Wechselwirkung, weil Partikel durch langreichweitige Kräfte (wie elektrische/magnetische Felder) interagieren. Wenn Sie also das Volumen der Box durch Verwendung einer Metallbarriere verringern und das Teilchen nicht in einem der beiden getrennten Volumina finden, ändern Sie die auf das Teilchen wirkenden Felder. Die Elektronen und Kerne in der Barriere erzeugen elektrische und magnetische Felder, die eine Kraft auf das Teilchen ausüben.

„Wir können einen Referenzrahmen finden, in dem die beiden Ereignisse, die Erkennung des Teilchens auf dem Hauptdetektor und die Erkennung des verschränkten Teilchens in einem der anderen Detektoren, gleichzeitig stattfinden. Und wenn die Wellenfunktion sofort zusammenbricht, dann gibt es in diesem Rahmen kein Paradoxon der Referenz."

Wenn Sie sich wirklich für Option (1) entscheiden wollen, eine echte Wellenfunktion, die einem sofortigen Kollaps unterliegt, müssen Sie die moderne Interpretation der speziellen Relativitätstheorie ablehnen und sich für einen absoluten Referenzrahmen entscheiden. Nur so können Sie Paradoxien vermeiden.

"Das sagt QM nicht." Das Teilchen/System kann nicht mehr sein als eine Information, die es beschreibt. Über negative Messungen sagen Sie: „Es gibt auch eine physikalische Wechselwirkung“. Dies impliziert, dass eine negative Messung über die Zeit erfolgt, da die Kraftträger lokal sein müssen. Aber das ist nicht richtig, weil die Messung den Zustand in den reinen Zustand zwingt. Sie sagen, dass Teilchen Kraft erfahren werden. Ein Quantensystem in Gegenwart eines Potentialfeldes verändert nur den Hamiltonian. Das Teilchen wird sich gemäß diesem Hamiltonian weiterentwickeln. Es wird nicht dazu führen, dass das Teilchen in einen reinen Zustand kollabiert.
"Das Teilchen/System kann nicht mehr sein als Informationen, die es beschreiben." - Haben Sie Beweise, um diese Behauptung zu untermauern?; "Negative Messung passiert im Laufe der Zeit" - richtig, es braucht Zeit, um die Barriere zu positionieren und nach dem Partikel zu suchen. "Das ist nicht richtig, weil die Messung den Zustand in den reinen Zustand zwingt" - was hat die für eine Messung benötigte Zeit mit dem Ergebnis dieser Messung zu tun? Ich sehe hier das Argument nicht. Bedeuten Sie, dass eine Messung, die zu einem reinen Zustand führt, sofort erfolgen muss? Warum?
„Ein Quantensystem in Gegenwart eines Potentialfelds ändert einfach den Hamiltonian. Das Teilchen wird sich gemäß diesem Hamiltonian weiterentwickeln. Es wird nicht dazu führen, dass das Teilchen in einen reinen Zustand kollabiert.“ - Der Zusammenbruch entspricht einer Veränderung Ihres Wissens, Sie wissen, wo sich das Teilchen befindet. Das Vorhandensein einer Barriere ist erforderlich, um den Bereich zu begrenzen, in den das Teilchen gelangen kann, führt jedoch selbst nicht zu einem Kollaps. Wenn Sie nur die Box teilen, wissen Sie immer noch nicht, wo sich das Teilchen befindet.
Was Sie schreiben, mag richtig sein, aber das hilft ihm nicht zu verstehen, warum es keine Notwendigkeit für etwas Sofortiges gibt. Was wichtig ist, ist zu verstehen, dass die beiden Detektoren an den beiden Enden der Box verschränkt sind, sie haben eine gemeinsame Wellenfunktion, und deshalb braucht es nichts Momentanes.
@Andrei Schlagen Sie vor, dass Partikel / Systeme Eigenschaften haben, die nicht durch den Quantenzustand beschrieben werden? Denken Sie über versteckte Variablen nach? Ich möchte Antworten auf dieses Problem untersuchen, bei dem die Messung eine sofortige Aktualisierung unseres Wissens über das System bewirkt und es keine versteckten Variablen gibt. Warum? Denn das ist die Standardinterpretation von Kopenhagen. Die Verschränkung allein beantwortet die Frage nicht, weil Messungen stattfinden. Ich habe ein Szenario konstruiert, in dem die Messung zwar sofort erfolgt, Alice jedoch im Laufe der Zeit viele Messungen über ihren Lichtkegel durchführt.
Croolsby, wenn Sie eine lokale Theorie wollen, müssen Sie versteckte Variablen berücksichtigen. Dies ist eine Folge des EPR-Realitätskriteriums „Wenn wir, ohne ein System in irgendeiner Weise zu stören, den Wert einer physikalischen Größe mit Sicherheit (dh mit Wahrscheinlichkeit gleich Eins) vorhersagen können, dann gibt es ein entsprechendes Realitätselement Menge.". Im Fall eines verschränkten Paares kann man den Z-Spin von B mit Sicherheit vorhersagen, sobald man den Z-Spin von A gemessen hat, und die Verneinung des Kriteriums scheint keinen logischen Sinn zu machen. Dieses Argument impliziert, dass es keine lokalen und nicht realistischen Versionen von QM gibt.
Wenn es keine verborgenen Variablen gibt, bedeutet dies, dass der Quantenzustand eine vollständige Beschreibung des Systems ist, sodass es keinen Unterschied zwischen dem, was das System tut, und dem, was die Informationen über das System tun, gibt. Ein sofortiger Kollaps impliziert also einen nicht lokalen physikalischen Prozess. Jetzt verstehe ich deine Frage nicht. Jede Messung aktualisiert sofort Ihr Wissen, mit oder ohne versteckte Variablen. Wenn es keine verborgenen Variablen gibt, bewirkt Ihre Messung eine sofortige Änderung des Systems, egal wie weit das andere Teilchen entfernt ist.

Lassen Sie mich Ihre Prämisse etwas umformulieren.

Es existiert ein System, das sich über einen Raumbereich erstreckt. Zwei Beobachter, Alice und Bob, die zueinander ruhen, messen gleichzeitig eine beobachtbare Größe dieses Systems zu einem zuvor vereinbarten Zeitpunkt. Die Beobachter sind räumlich getrennt und beeinflussen einander oder das System nur durch ihre jeweiligen Beobachtungshandlungen.

Ihre Frage ist dann,

Führt die Beobachtung dazu, dass die Wellenfunktion des Observablen im gesamten System augenblicklich zusammenbricht?

Lassen Sie es mich umformulieren, um zu sagen

Veranlasst der Beobachtungsakt das gesamte System, die Eigenfunktion der Observablen augenblicklich zu erwerben?

Kurz gesagt, ja. *

Betrachtung der Natur des Systems: Rolle der Verschränkung

Nehmen wir an, das System ist nicht das, was man ein verschränktes Quantensystem nennen würde. Es ist nur ein einfaches altes Quantensystem. Ich zeige nun, dass ein System, das den Raum umspannt, ein einzelnes System genannt werden kann , wenn es ein verschränktes Quantensystem sein muss.

Betrachten Sie Bobs Messung namens B.

  1. Wo kommt B vor?
  • Über jeden endlichen Teil des Systems, aber nicht über alles. Tatsächlich sagen wir, dass Bob so groß sein kann, wie er will, solange er genügend Platz lässt, damit Alice als separater Beobachter bezeichnet werden kann.

  1. Da B bestenfalls nur diejenigen Teile des Systems ändern kann, die direkt an der Messung beteiligt waren, gibt es Teile des Systems, die möglicherweise nicht den neuen Zustand - die Eigenfunktion - erreicht haben.

  2. Dies bedeutet, dass eine Aktualisierungswelle der Wellenfunktion das System überstreichen muss. Dies ist ein lokaler Zusammenbruch *. Das gesamte System kollabiert kausal in den Eigenzustand.

  3. Aber während dies geschieht, hätte Alice ihre Messung mit dem Namen A durchführen können. Dies würde auch eine ähnliche Aktualisierungswelle in Richtung Bob veranlassen.

  4. Wo treffen sich diese Informationsraumwellen? Wie interagieren sie? Was wäre das Nettoergebnis?

  5. Es gibt keinen Grund, warum die Messung eines Beobachters den anderen vorgezogen werden sollte. Wir müssen jedoch einen auswählen, da das System nicht in zwei Eigenzuständen sein kann.

  6. Daher sollte es keinen Spielraum für andere Messungen geben, während die Wellenfunktionsaktualisierung im Gange ist.

  7. Da Alice eine unabhängige Beobachterin ist, kann Bobs Messung sie nicht einschränken.

  8. Die Aktualisierung muss also sofort über das gesamte System erfolgen – mit anderen Worten, der Kollaps der Wellenfunktion ist nicht lokal .

  9. Dies tritt nur auf, wenn das gesamte System ein quantenmechanisch verschränktes System ist.

  • Auch bei sofortiger Aktualisierung, wessen Messung hat Vorrang? Da es keine echte Gleichzeitigkeit gibt, spielt es keine Rolle. Das System nimmt einen gewissen Zustand an und das ist die einzige Quelle der Wahrheit für alle Beobachter.

Der Punkt dieser Argumentation ist, dass man, um nur zu definieren, was ein einzelnes System bedeutet, eine Art Verschränkung einbringen muss, die Nicht-Lokalität einführt (im Zusammenbruch der Wellenfunktion).

Wellenfunktionsmessung

Wellenfunktionen können nicht gemessen werden. Sie sind nicht beobachtbar.

  1. Alice & Bob messen die Eigenwerte der Observablen (millionenfach mit Relaxation oder über ein Ensemble). Anschließend können sie die Wellenfunktion näherungsweise rekonstruieren, indem sie die PDF der Eigenwerte berechnen. Beide sollten das gleiche Ergebnis erzielen. Man kann diese Rekonstruktion als "experimentelle" Messung der Wellenfunktion bezeichnen, obwohl sie es wirklich nicht ist.

  2. Da dies alles ist , was Messungen tun können, gibt es keine Möglichkeit, die Entwicklung der Wellenfunktion vor der Messung zur Delta-Funktion nach der Messung zu rekonstruieren.

Wie sagt man dann, dass der Zusammenbruch augenblicklich ist oder nicht, wenn die Entwicklung zum Zusammenbruch selbst nicht gemessen werden kann?

  1. Bob kann einen Teil eines quantenverschränkten Systems erkennen. Beachten Sie, dass die Verschränkung impliziert, dass das Messen eines Teils dasselbe ist wie das Messen des Ganzen. Das gesamte System ist also tatsächlich beobachtet worden.

  2. Alice kann nun ihre Messung beliebig nah an der zuvor vereinbarten Zeit vornehmen. Sie stellt fest, dass es, egal wie nah sie kommt, immer nur eine einzige Quelle der Wahrheit gibt – das gesamte System befindet sich nur in einem Eigenzustand, den Bob gemessen hat – niemals in einem Fluss oder im Prozess der Aktualisierung – wie es die Kausalität implizieren würde.

Zusammenbruch der Wellenfunktion - notwendig?

Laut einigen (Everett, Coleman usw.) nicht wirklich. Kein Kollaps, keine Frage ob lokal oder nicht! Sobald der Beobachter Teil des Systems wird (durch Verschränkung), wird die Entwicklung der Wellenfunktion von der Prä- zur Post-Funktion vollständig durch die Schrödinger-Gleichung definiert.

Außerdem gibt es keine physikalisch messbaren nicht-lokalen Effekte durch nicht-lokalen Kollaps.

Anwendung auf das Partikel in einer Box

Es gibt ein paar Probleme mit der von Ihnen angegebenen Prämisse

  1. Sobald die Box geöffnet ist, legt die Änderung der Randbedingung eine alte und eine neue Wellenfunktion fest, noch bevor irgendwelche einsturzbedingten Änderungen daran durch Messung vorgenommen werden könnten.

  2. Während die alte Wellenfunktion eine Sinuskurve war, ist die neue Wellenfunktion überall mit Einheitsnorm Null. Da es so etwas nicht gibt, muss es irgendwie in Form eines Wellenpakets lokalisiert werden (höchstwahrscheinlich die Sinuskurve vor dem Öffnen der Box).

  3. Bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Position des Partikels erkannt wird, kann sich das Wellenpaket über die Grenzen der ursprünglichen Box hinaus ausgebreitet oder bewegt haben. Die Lichtkegel müssten also von beiden Beobachtern in beide Richtungen verlaufen.

  4. Selbst wenn wir davon ausgehen, dass das Teilchen in der Box bleibt, ist Ihr mittleres Bild des Zusammenbruchs der Wellenfunktion meiner Meinung nach falsch

  • Nach Alices Erkennung kann aufgrund der Einheitsnorm die angezeigte "blaue Stufe" rechts nicht existieren. Die Erkennung von Alice impliziert ein Delta an der erkannten Position, das die gesamte Norm verbraucht.
  • Warum sollte Alices Lichtkegel aufhören, sich auszubreiten, sobald er das Teilchen entdeckt hat?
  • Da sich die Auswirkungen der Erkennung kausal ausbreiten, warum sollte der prägnante Bereich möglicher Erkennungen auf Bobs Seite nicht auch seine eigene Erkennungsspitze bekommen? Immerhin sind Effekten von Alice noch unterwegs. Beachten Sie, dass Sie sich nicht auf das Argument „eine einzige Wahrheitsquelle“ berufen können, um die Wahrheit der Wellenfunktion des Systems aufzuheben – was aus Bobs Sicht vollkommen gültig ist.

Was würde also wirklich passieren?

  1. Die Wellenfunktion entwickelt sich gemäß einem dynamischen Potential. Dieses Potenzial bei T = 0 schränkt das Partikel auf die Box ein. Bei T > 0 , es beschränkt es auf Regionen, in denen seine Abwesenheit nicht festgestellt wurde. Eine solche Wellenfunktion ist offensichtlich kompliziert.

  2. Man kann all dies umgehen, indem man die Box und das Teilchen darin als ein riesiges verschränktes System betrachtet.

  • Das Öffnen von Türen ist ein Akt der Messung. Das System kollabiert überall augenblicklich in seinen Eigenzustand. Irgendwann sitzt das Teilchen auf der Lauer.
  • Alice und Bob können die Position des Teilchens auslesen, wenn ihre Kausalkegel es erreichen. Das hat nichts mit dem Kollaps der Wellenfunktion zu tun. Auf diese Weise gibt es keine Zweideutigkeit darüber, was die eigentliche Messung zum Einsturz führt: der Akt des Öffnens von Türen oder die Lichtkegel, die das Teilchen erreichen. (siehe Erläuterungen unten)

Im Folgenden sprechen Sie einen wichtigen Punkt an

Eine positive oder negative Beobachtung von Alice beeinflusst Bobs Chancen, das Teilchen auf seiner Seite zu entdecken. Dies ist eine nicht-lokale Ursache und Wirkung.

Was Sie beschrieben haben, ist ein verschränktes System und daher nicht lokal in seiner Aktualisierung der Wellenfunktion. Das Fehlen/Anwesenheit von Partikeln an Alices Standort ist perfekt (anti)korreliert mit dem bei Bob.

Betrachtung des Elektrons in einem Röhrenaufbau

Obwohl es eigentlich schwierig wäre, ein einzelnes Elektron in einer Röhre einzufangen, geschweige denn seine Eigenschaften in einem sich ändernden starken Magnetfeld zu messen und es beim Spin-Flip ein Photon emittieren zu lassen und so weiter ... Ich verstehe, was Sie meinen.

Der Vorgang des Einschaltens des Magnetfelds impliziert einen dynamischen Hamiltonian. Was das Elektron quantenmechanisch tun würde, weiß ich nicht.

Wenn Sie stattdessen ein einzelnes Photon in einer sehr langen dünnen Röhre gefangen hätten, deren gesamte innere Länge mit Photomultipliern verpixelt war, die alle zunächst ausgeschaltet waren, sollte das Einschalten das Photon sofort irgendwo und nirgendwo sonst innerhalb der räumlich-zeitlichen Auflösung des Geräts erkennen.

Bei Klarstellungen...

Ich verstehe, dass das Partikel überall in der Box ist ...

  • Das Teilchen ist ein theoretisches Teilchen: Es existiert nur an einem Punkt im Raum. Wir wissen nur nicht wo. Was überall existiert, ist die Wellenfunktion.

... wie ein Zustand vor der Messung. Ich verstehe, dass das Teilchen der Zustand IST

  • Das Teilchen und der Zustand, in dem es sich befindet, sind verschiedene Dinge. Ein Elektron ist ein Elektron, egal ob es im Grundzustand von a gefangen ist 1 H oder kostenlos beim LHC.

Und es scheint, als ob dieser Übergang von der Überlagerung zum reinen Zustand sofort erfolgt. Es vergeht keine Zeit.

Wenn Sie das akzeptieren, müssen Sie den Kollaps der nichtlokalen Wellenfunktion akzeptieren. Augenblicklichkeit in der Zeit ist Nicht-Lokalität im Raum

Aber meine Frage bezieht sich darauf, was in der Zeit zwischen Alices Blick in die Kiste und dem Messen der Position passiert

  • Wenn das Öffnen der Kiste (und das Hineinschauen) ein von der Messung der Position des Teilchens getrennter Vorgang ist, warum sollten Sie es dann von Anfang an in die Diskussion einbeziehen?

  • Zu sagen, dass Alice und Bob das Observable zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessen haben, bedeutet, dass sie buchstäblich den Eigenwert für das Observable zu diesem Zeitpunkt erhalten haben – es bedeutet nicht, dass sie ihre Messungen initiiert haben und sich jetzt in kausalem Warten befinden.

  • Denn zB bei den klassischen Quantenverschränkungsmessungen ist eine Spinmessung die eigentliche Spinmessung - nicht das Einschalten des Detektors. Anders gesagt: Der Zeitpunkt der Aufzeichnung ist der Zeitpunkt der Messung.

  • Warum ist das wichtig? Zum einen macht das Öffnen der Schachtel, um nach innen zu schauen, die Hamilton-Dynamik und die Analyse kompliziert (wie in den obigen Abschnitten besprochen), wenn es nicht als Messung angesehen wird.

  • Aber noch wichtiger ist, dass das gesamte System nur ein einziges großes Ding ist – ein verschränktes Quantensystem. Daher muss die Beobachtung eines Teils, dh einer Wechselwirkung, die irgendwo nicht in der Hamilton-Funktion berücksichtigt wird, eine Messung des gesamten Systems induzieren.

  • Wenn wir also sagen, dass Alice und Bob eine Messung durchgeführt haben, ist der Punkt nicht so sehr der Ort, an dem sich das Teilchen befinden würde, da ihre Lichtkegel ihn nicht erreicht haben, sondern eher, dass das Teilchen dort war, wo behauptet wurde, dass die Messung durchgeführt wurde die Lichtkegel erreichten es.

∗ Beachten Sie, dass dies Ihrer Terminologie entgegengesetzt ist. Lokaler/nicht-sofortiger Kollaps respektiert die Kausalität und ebenso eine Welle C . Ein sofortiger Kollaps würde als nichtlokal bezeichnet.

Sie fragen im Kommentar "die Wahrscheinlichkeitsverteilung, die Ihnen sagt, wo sich das Teilchen befinden könnte, und bei der Messung kollabiert der Zustand des Teilchens an einem Ort."

Jetzt ist es sehr wichtig, den Unterschied zwischen zwei Dingen zu verstehen:

  1. die Wahrscheinlichkeitsverteilung, die Ihnen sagt, wo sich das Teilchen befinden könnte

  2. die Wahrscheinlichkeitsverteilung, die Ihnen sagt, wo sich das Teilchen befindet

Klassischerweise würde man sagen, es muss 1 sein. Das Teilchen könnte an verschiedenen Orten sein, mit unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten, aber nicht zur gleichen Zeit.

In QM ist es 2. Das Teilchen ist eigentlich überall im Raum, es ist delokalisiert, wenn es sich (wie ein Photon) als Welle im Raum fortbewegt. Die Wahrscheinlichkeitsverteilung beschreibt die Wahrscheinlichkeit, das Teilchen überall im Raum zu finden.

Der Zusammenbruch der Wellenfunktion ist ein verwirrender Ausdruck, der nur bedeutet, dass ein Teil der Wahrscheinlichkeitsverteilung erkannt wird.

Es ist ein Missverständnis dieses fragwürdigen Wortes "Kollaps", das wirklich bedeutet, eine Instanz aus einer Wahrscheinlichkeitsverteilung zu erhalten, in Ihrer Frage "Wellenfunktion des gesamten Universums", komplizierter als die Wellenfunktion für die Streuung zweier Protonen, aber das Prinzip ist dasselbe. Man muss nach den Auswirkungen dieses bestimmten Punktes aus den ihn beschreibenden Wahrscheinlichkeitsverteilungen suchen.

Spontaner Zusammenbruch der universellen Wellenfunktion

Dieses eine Stück der Wahrscheinlichkeitsverteilung erkennen Sie erst bei der Messung. Bis dahin ist das als Welle laufende Teilchen delokalisiert.

Sie fragen sich im Grunde, wenn wir zwei Detektoren an zwei Enden der Box haben, wie soll der Detektor an einem Ende der Box wissen, dass das Teilchen am anderen Ende gemessen wurde, sodass es dort nicht auch gemessen werden kann.

Ich habe dazu tatsächlich mal eine Frage gestellt:

Stellen Sie sich das so vor: Ein Photon ist das Detektionsereignis. Wenn es nur ein Photon gibt, gibt es nur ein Detektionsereignis. Die Wahrscheinlichkeitsverteilung von Detektionsereignissen ist der Wellenfunktion des Photons zugeordnet.

Wenn ein Photon wirklich durch beide Schlitze (gleichzeitig) geht, warum können wir es dann nicht an beiden Schlitzen (gleichzeitig) nachweisen?

Es ist im Grunde dasselbe wie bei zwei verschränkten Teilchen. Die Information war bereits da, und keine Information muss schneller als das Licht reisen. In diesem Fall bedeutet die Messung an einem Ende der Box (Finden eines Partikels), dass die Messung am anderen Ende kein Partikel misst (findet), aber dies benötigt keine Informationen, um sich schneller als Licht von einem Ende der Box zu bewegen zum anderen Ende.

Der Grund dafür ist, dass die beiden Detektoren an den beiden Enden der Box miteinander verschränkt sind. Sie haben eine gemeinsame Wellenfunktion. Sie beschreibt die Wahrscheinlichkeit, das Teilchen an einer der Seiten (ausschließlich nur an einer Seite gleichzeitig) zu finden, weshalb man das Teilchen nicht an beiden Seiten des Kastens gleichzeitig nachweisen kann, und nichts Momentanes (Nr Informationen) muss zwischen den beiden Enden der Box transportiert werden.

Die Quantenfeldtheorie macht es einfach zu beweisen, dass sich die Informationen nicht über raumartige Trennungen ausbreiten können – schneller als Licht. Eine wichtige Tatsache bei dieser Argumentation ist, dass die Ergebnisse der korrelierten Messungen immer noch zufällig sind - wir können das andere Teilchen nicht dazu zwingen, "oben" oder "unten" zu messen (und auf diese Weise Informationen zu übertragen), weil wir keine haben diese Kontrolle sogar über unser eigenes Teilchen (nicht einmal im Prinzip: es gibt keine versteckten Variablen, das Ergebnis ist gemäß den QM-vorhergesagten Wahrscheinlichkeiten wirklich zufällig).

Warum wird die Quantenverschränkung als aktive Verbindung zwischen Teilchen betrachtet?

Ich verstehe, dass sich das Partikel überall in der Box befindet, da es sich um einen Zustand vor der Messung handelt. Ich verstehe, dass das Teilchen der Zustand IST. Die Messung zwingt das Teilchen lediglich dazu, sich in einem reinen Zustand zu befinden. Und es scheint, als ob dieser Übergang von der Überlagerung zum reinen Zustand sofort erfolgt. Es vergeht keine Zeit. Aber meine Frage bezieht sich darauf, was in der Zeit zwischen Alices Blick in die Kiste und dem Messen der Position passiert. Wenn sie sieht, dass der Raum vor ihr das Teilchen nicht enthält, verändert dies den Zustand des Teilchens? Beeinflusst die Messung, wo sich das Partikel befindet, NICHT seinen Zustand?
Ich habe diese Antwort gefunden: physical.stackexchange.com/a/476738/159153 Aber genau wie der Kommentator dieser Antwort bin ich mit dieser Geschichte unzufrieden. Der Grund dafür ist, dass, wenn eine negative Messung den Zustand beeinflusst, ich mich immer noch frage, wie Bobs Seite der Box sofort beeinflusst zu werden scheint.
Árpád Szendrei: "die Wahrscheinlichkeitsverteilung, die Ihnen sagt, wo sich das Teilchen befindet". Das ist falsch. QM sagt Ihnen nichts darüber, wo sich das Partikel befindet, es gibt Ihnen nur die Wahrscheinlichkeit, ein Partikel an diesem Ort zu finden, wenn und nur wenn eine Messung durchgeführt wird.
Ja, genauer gesagt, die Integration der Wahrscheinlichkeitsverteilung über einen bestimmten Bereich sagt Ihnen die Wahrscheinlichkeit aus, das Teilchen in diesem Bereich zu finden. Ich habe einen kurzen Satz verwendet, weil in diesen Kommentaren nicht viel Platz ist, um alles aufzuschreiben.
@Croolsby "Das Integrieren der Wahrscheinlichkeitsverteilung über einen bestimmten Bereich gibt Ihnen die Wahrscheinlichkeit an, das Partikel in diesem Bereich zu finden." Ja das ist korrekt. Aber es steht nicht im Widerspruch zu dem, was ich gesagt habe. Das Photon ist, solange es sich als Welle fortbewegt, überall (delokalisiert) gleichzeitig mit unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten. Wenn Sie es messen, interagieren Sie mit dem Photonenfeld am Ort der Messung. Sie fragen, wie sich die Messung auf einer Seite der Box auf die Messung auf der anderen Seite auswirkt. Es tut nicht.
@Croolsby Stellen Sie sich die beiden Seiten (die beiden Detektoren) der Box als verschränkt vor (in Wirklichkeit sind sie es). Ihre Messergebnisse sind verschränkt. Sie haben eine gemeinsame Wellenfunktion. Wenn du das verstehst, wirst du verstehen, dass es nichts Augenblickliches gibt. Die gemeinsame Wellenfunktion beschreibt die Wahrscheinlichkeit, das Teilchen auf beiden Seiten der Box zu finden, aber sie ist xor, was bedeutet, dass Sie es nicht auf beiden Seiten gleichzeitig finden können.
@Andrei "QM sagt Ihnen nichts darüber, wo sich das Partikel befindet, es gibt Ihnen nur die Wahrscheinlichkeit, an diesem Ort ein Partikel zu finden, wenn und nur wenn eine Messung durchgeführt wird." Das ist in diesem Fall nicht richtig. Die beiden Seiten (zwei Detektoren) der Box sind verschränkt. Sie haben eine gemeinsame Wellenfunktion. Die Wahrscheinlichkeitsverteilung beschreibt das Auffinden des Teilchens an einem der beiden, aber ausschließlich (nur an einem gleichzeitig). Deshalb braucht es nichts Augenblickliches.

Dies ist die Art von Gedankenexperiment, das zu der Viele-Welten-Sichtweise von QM führt, in der es nicht zum Kollaps der Wellenfunktion kommt. Aber ich denke, Ihre Frage hebt einen wichtigen Punkt hervor: dass sogar die Viele-Welten-Sichtweise Nichtlokalität in Bezug auf die Ausbreitung bedingter Wahrscheinlichkeiten zu erfordern scheint. Irgendwie „weiß“ Bobs Photonendetektor, zu welchem ​​Zweig möglicher Welten er gehört.

IMHO kann die einzige wirklich in sich konsistente Interpretation eine Viele-Welten-Ansicht sein, in der die Wellenfunktion alle Sätze von gegenseitig konsistenten Möglichkeiten enthält . Alices Detektion des Photons stimmt nicht mit Bobs Detektion des Photons überein, daher enthält die Wellenfunktion nicht die Möglichkeit, dass sowohl Alice als auch Bob das Photon detektieren. Verfolgen Sie alle möglichen Wechselwirkungen im gesamten Universum bis zum Urknall zurück, und es würde sich herausstellen, dass die anfängliche universelle Wellenfunktion, die in einem unvorstellbar kleinen Volumen der Raumzeit enthalten ist, alle möglichen nachfolgenden Konfigurationen des Universums als „Sätze miteinander konsistenter Möglichkeiten“ enthält. Vielleicht hat Gleichzeitigkeit per se in diesem winzigen Zusammenhang eine andere Bedeutung.

Ist der Kollaps der Wellenfunktion nichtlokal oder lokal?
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