Quantenverschränkung auf kosmologischen Skalen

Dies mag angesichts meines begrenzten Verständnisses von QM eine dumme Frage sein, aber hier ist sie.

So wie ich Quantenverschränkung verstehe, bedeutet dies im Grunde, dass sich zwei Teilchen als eine einzige "Einheit" entwickeln, dh durch eine einzige Wellenfunktion beschrieben werden. Nun, es scheint mir, dass die Produktion von verschränkten Paaren (oder n-Tupeln?) von Teilchen ein gemeinsames Ereignis sein muss, und unter der Annahme, dass diese Teilchen sich dann weit voneinander entfernen können, bedeutet dies nicht, dass das gesamte Universum dies tun muss ein Durcheinander von Verstrickungen sein, das effektiv das Prinzip des lokalen Handelns bricht? Ich glaube, ich verstehe die Gründe, warum sich Informationen trotz Verschränkung nicht schneller als Licht von einer Region des Weltraums in eine andere ausbreiten können, aber es scheint mir immer noch, dass sich ein Universum aus "entwirrten" Teilchen ganz anders verhalten würde als das Universum, in dem viele Teilchen sind verstrickt. Gibt es einen Fehler in dieser Argumentation?

Antworten (2)

Ich denke, Ihre Verwirrung kommt daher, weil Sie an die Zustandsfunktion als eine physikalische Funktion denken, die die physikalische Position aller Teilchen im Universum kohärent beschreibt.

In Wahrheit ist das Quadrat davon eine Wahrscheinlichkeitsfunktion, die kohärent beschreibt, wo sich alle Teilchen befinden könnten, wenn Sie sie im Universum messen würden.

Die Dichtematrixformulierung erlaubt es, sich eine beliebige Anzahl von Teilchen vorzustellen, die in einer Zustandsfunktion enthalten sind.

Dichtematrix

Hier sind die psi's die einzelnen Wellenfunktionslösungen für die Millionen von Atomen usw. (ihre Quadrate geben die Wahrscheinlichkeit an, jedes einzelne dabei zu messen (x,y,z,t).

Jedes Atom im Universum und jedes frei schwebende Teilchen trägt seinen Teil zu dieser Dichtematrix bei und die diagonalen Elemente beschreiben die "Verschränkung"/Kohärenz-Beziehung zwischen den einzelnen Wellenfunktionen. Da wir aus dem Labor wissen, dass die Wahrscheinlichkeit, dass beispielsweise ein Elektron um ein Atom einen Zentimeter vom Kern entfernt existiert, verschwindend klein ist, werden die außerdiagonalen Elemente mit zunehmender Gesamtheit und den zurückgelegten Entfernungen verschwindend klein, unmessbar.

Obwohl also theoretisch alles mathematisch mit allem anderen verbunden ist, wird in der Praxis, sobald wir Dimensionen erreichen, in denen h_bar praktisch Null ist, der klassische Rahmen sehr schnell erreicht, und das nur in unserer unmittelbaren Umgebung, mit Instrumenten, die dies können Wenn man Dimensionen untersucht, in denen h_bar signifikant ist und Quantenverhalten wichtig ist, muss man sich mit all diesem Verschränkungskram beschäftigen. Die klassische Grenze, wo Wahrscheinlichkeitsfunktionen für die Beschreibung/Vorhersage von Beobachtungen nutzlos sind, wird sehr schnell erreicht.

Ich denke ich verstehe. Grundsätzlich wird das gesamte Universum durch eine Wellenfunktion beschrieben, die alle beobachtbaren Teilchen berücksichtigt. Ich denke, meine Frage bezieht sich auf diese nicht diagonalen Elemente in der Dichtematrix. Ich könnte mich darin irren, aber wie ich in der ursprünglichen Frage geschrieben habe, wenn das Auftreten verschränkter Teilchen, z. B. in Sternen, ein häufiges Ereignis ist, könnten sie im intergalaktischen Raum einen langen Weg zurücklegen, ohne mit irgendetwas anderem zu interagieren, und bleiben verstrickt(?). Würde das nicht bedeuten, dass ein signifikanter Anteil der Einträge außerhalb der Diagonale ungleich Null sein könnte?
Sterne sind nur Materie wie die Erde, außer bei hohen Temperaturen. Dies bedeutet, dass die Wellenfunktionen schnell gedämpft werden (und damit die nicht diagonalen Elemente). Also keine signifikante Menge. Eine Erzeugung von zwei Photonen, wenn sie von der Elektron-Positron-Vernichtung stammt (als Beispiel) und die Photonen auf dem Weg nichts treffen, dann haben diese beiden Photonen diagonale Elemente in der Dichtematrix. Im primordialen Universum, der Inflations- und Quark-Gluon-Plasma-Periode, könnte man sagen, dass die meisten der außerdiagonalen Elemente einige Einträge haben. en.wikipedia.org/wiki/File:History_of_the_Universe.svg
Ich habe Sterne gewählt, weil sie im Vergleich zu etwas Coolem wie der Erde viel Strahlung produzieren. Wenn es Prozesse in Sternen gibt, die verschränkte Photonen erzeugen könnten, würden sie nicht auch heute noch zu vielen Nicht-Null-Einträgen außerhalb der Diagonalen führen?
Die von ihnen erzeugte Strahlung ist meist inkohärent, die Sonne zum Beispiel. Nur unter Laserbedingungen ist Kohärenz gewährleistet, und dann könnte man von Verschränkung sprechen, aber ich glaube nicht, dass eine solche Situation bei Sternen auftritt. Elektron-Positron-Vernichtung wäre ein sehr kleiner Teil dessen, was von einem Stern abgestrahlt wird.
Ah ich sehe. Die Entstehung verschränkter Teilchen ist also eigentlich ein seltenes Ereignis. Das war der Fehler in meinem mentalen Modell. Danke für das Aufklären.

Was meinst du mit "ganz anders"?

Die Antwort auf Ihre erste Frage -

Bedeutet das nicht, dass das ganze Universum ein Durcheinander von Verstrickungen sein muss?

wäre "ja", das bedeutet es.

Aber es scheint, dass verschränkte Teilchen nicht zur Informationsübertragung genutzt werden können, ohne auch einen klassischen Informationskanal zur Verfügung zu haben, der an die Lichtgeschwindigkeit gebunden ist. Daher wäre die Antwort auf Ihre zweite Frage, wenn ich sie richtig verstehe, "nein" - ein Universum von "entwirrten" Teilchen würde sich nicht ganz anders verhalten als das Universum, in dem viele Teilchen verschränkt sind. Oder vielleicht genauer: Es gibt keine Möglichkeit, den Unterschied zu erkennen.

Ja, lassen Sie mich versuchen zu verdeutlichen, was ich mit „ganz anders“ meine. Nehmen wir ein extremes Beispiel – ein Universum, in dem alle Teilchen verstrickt sind. Gibt es keine Messung oder Abfolge von Messungen, die wir durchführen könnten, um es von einem Universum zu unterscheiden, in dem Teilchen entwirrt sind?
Ich glaube nicht, dass es das gibt. Da man einen klassischen Informationskanal braucht, um herauszufinden, ob ein Teilchen verschränkt ist oder nicht, glaube ich nicht, dass wir das unterscheiden können.
Quantenverschränkung auf kosmologischen Skalen
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