Offene Quantensysteme und Messgeräte

F: Kann die Quantenmechanik auf geschlossene Systeme angewendet werden, in denen die Messapparatur selbst Teil des Systems ist?

A: Definitiv, ja. Manchmal ist es sogar notwendig, wie zum Beispiel in dem Fall, wenn Sie ein Atom ("System") zwischen zwei Spiegel ("Apparat") platzieren. Das resultierende quantenmechanische Modell ist das der Hohlraum-Quantenelektrodynamik . Wer jetzt wissen will, was da los ist, muss ein zweites Messgerät (zB einen Photonendetektor) mitbringen.

F: Kann sich ein Messgerät selbst messen und ins Leben rufen?

Per Definition ist der "Apparat" das, was die Messung durchführt. Das "System" ist das zu untersuchende Phänomen. Wenn Sie sich entscheiden, das interessierende System + Gerät zu erstellen, haben Sie gerade neu definiert, was das "System" ist, und Sie benötigen ein neues Gerät, um die "Messung" durchzuführen. Glaubt man also dem Satz „Nur durch den Apparat lässt sich etwas über das System sagen“, dann lautet die Antwort nein.

„dass Quantensysteme nicht unabhängig vom Messapparat existieren, sondern erst durch den Messvorgang selbst entstehen“, ist eine grobe Verzerrung der Kopenhagener Deutung. Letztere behauptet nur, dass der besondere Wert der Messung von Quantenvariablen eines objektiv existierenden (wie sonst messbaren) Systems nur innerhalb seiner intrinsischen Unsicherheit vorhersagbar ist.

Das Sonnensystem ist ein Quantensystem, dessen Zustand wir in einer groben, für solch große Systeme angemessenen Näherung ziemlich gut kennen, da wir wissen, dass seine thermischen Eigenschaften und Quantengravitationseffekte keine Rolle spielen. Alle unsere bisherigen Experimente wurden innerhalb dieses Quantensystems durchgeführt, und alle unsere Messinstrumente sind Teil davon.

Jede einzelne Messung, die wir durchführen, ist tatsächlich eine Messung des Zustands eines winzigen Subsystems, manchmal (Spin- oder Polarisationsmessung) von nur einem einzigen Quantenfreiheitsgrad, und verrät somit ein winziges bisschen mehr über den Zustand des Sonnensystems. nämlich um den durch Aufzeichnen aller anderen Freiheitsgrade erhaltenen Unterzustand. Dieses Nachzeichnen ist die Quelle der Dekohärenz, die häufig durch das Kopenhagener Kollapspostulat gut angenähert wird.

Daher gibt es nicht die geringste Spur des Mysteriums, das das OP zu suggerieren scheint.

Dies ist die Grundlage für die Viele-Welten-Interpretation und die Variationen von vielen Köpfen/Dekohärenz/konsistenten Geschichten. Der grundlegende Punkt ist, dass man die Quantenmechanik als vollständige Beschreibung der Natur betrachten kann, aber nur um den Preis einer nichttrivialen Identifikation von Erinnerungszuständen eines Beobachters mit dem System. Dies wird an vielen Stellen gut diskutiert, ursprünglich druckt "The Many-Worlds Interpretation" von 1972(?), herausgegeben von DeWitt, Everetts ursprüngliche These nach, die viele interessante Ergebnisse hat.

Ich habe gehört, dass die Kopenhagener Interpretation im Großen und Ganzen von "echten" Physikern aufgegeben wurde ... vielleicht war es Weinberg, der das in gedruckter Form gesagt hat, und vielleicht war es in seinem allgemein hervorragenden Buch Towards a Final Theory. Hannabuss sagte mir vor fünfzehn Jahren, dass die Zeit für axiomatisches Vergasen und Philosophieren über das Messen längst vorbei ist, es ist jetzt an der Zeit, es als einen konkreten physikalischen Prozess mit einem Hamiltonian und allem zu analysieren (natürlich unter Verwendung aller Annäherungen, die benötigt werden, um zu erhalten irgendeine Art von Antwort, er selbst hat eine Analyse des berühmten Dirac-Polarisator-Arguments, aber mit einer halbklassischen Annäherung für einen Teil davon, also ist das alles noch in Arbeit). Und viele andere hervorragende Physiker haben dies auch getan oder zumindest damit begonnen. Siehe die Verweise auf Collet, Millburn, Walls und auch Gardiner und Zoller sowie Allahverdyan, Balian (langjähriger Leiter einer der Theorieabteilungen in Saclay und von Streater als einer der interessantesten lebenden Theoretiker bezeichnet, siehe

http://www.mth.kcl.ac.uk/~streater/balian.html

wegweisend für die Zukunft der Physik, die übrigens statistische Mechanik ist) und andere in meinen eigenen thermodynamischen Grenzen, nicht-kommutativer Wahrscheinlichkeit und Quantenverschränkung

http://arxiv.org/abs/quant-ph/0507017

und Hilberts sechstes Problem, die Axiomatisierung der Physik

http://arxiv.org/abs/0705.2554

Das heißt, solche Physiker analysieren tatsächlich die Kombination des zu messenden mikroskopischen Systems mit dem makroskopischen Messgerät als ein geschlossenes System, das einem gemeinsamen Hamiltonoperator gehorcht, der aus den einzelnen Hamiltonoperatoren und einem Wechselwirkungsterm besteht und den Gesetzen der einheitlichen Evolution von gehorcht Lineare Quantenmechanik. Vielleicht würden nicht viele zustimmen, dass sie das Quantenmessproblem „gelöst“ haben, aber einige von ihnen denken so, und es muss zugegeben werden, dass es innerhalb der Messapparatur genügend viele Freiheitsgrade gibt, dass man sich vorstellen kann, dass dabei Dekohärenz vor sich geht geschlossenes System, so dass es mit der etwas anderen Dekohärenz-Menge übereinstimmt, aber viel physikalischer basiert.

Ich denke, sie sind auf dem richtigen Weg, ich hoffe, Sie werden versuchen, sich ihre Sachen anzusehen, aber einiges davon stammt aus der Zeit vor dem freien Archiv von Los Alamos, dennoch ist das balianische Zeug sehr neu von Armen E. Allahverdyan, Roger Balian und Theo M. Nieuwenhuizen bei arXiv:1003.0453

Ich selbst habe das Gefühl, dass, obwohl ihre Physik mehr oder weniger korrekt ist, sie logisch kreisförmig und axiomatisch schlampig sind. Auch ihr Modell ist zwar realistischer, unterscheidet sich aber prinzipiell nicht von den vielzitierten Frühwerken von HS Green.

Nein, ich kann nicht. Der Beobachter kann seinen eigenen Quantenzustand nicht bestimmen und gehorcht als solcher nicht den üblichen Gesetzen der Quantenmechanik.

In diesem Sinne ist die Quantenmechanik keine allgemein gültige Theorie.

Siehe dieses Papier für einen Beweis