In der folgenden Antwort werde ich mich auf die einheitliche Entwicklung eines Quantenzustandsvektors (im Grunde Schrödingers Gleichung, die die Änderungsrate des Quantenzustands oder der Wellenfunktion in Bezug auf die Zeit liefert) als beziehen$\mathbf{U}$. Ich werde die Zustandsvektorreduktion (Kollaps der Wellenfunktion) als bezeichnen$\mathbf{R}$. Es ist wichtig zu beachten, dass diese beiden Prozesse getrennt und unterschiedlich sind.$\mathbf{U}$ist gut verständlich und kann mit den Gleichungen der QM genau modelliert werden,$\mathbf{R}$ist nicht gut verstanden, und es ist die Meinung einiger Physiker, dass QM modifiziert werden muss, um diesen Zustandsvektor-Reduktionsprozess zu integrieren.

Über die gibt es viel zu sagen$\mathbf{R}$verarbeiten, aber ich werde Ihre Frage direkt ansprechen; im Grunde "ist es das Bewusstsein, das den Zustandsvektor reduziert / die Wellenfunktion kollabiert?". Unter denen, die diese Erklärung als Beschreibung der physischen Welt ernst nehmen, gibt es diejenigen, die das argumentieren würden – als eine Alternative zum Vertrauen$\mathbf{U}$in jeder Größenordnung und der Glaube an eine Viele-Welten-Perspektive - das ist so etwas in der Natur davon$\mathbf{R}$Prozess tritt immer dann auf, wenn das Bewusstsein eines Beobachters involviert ist. Eine solche Theorie hat E. Wigner in den 60er Jahren einmal in Nature skizziert. Die allgemeine Idee war, dass sich unbewusste Materie oder unbelebte Materie entsprechend entwickeln würde$\mathbf{U}$, aber sobald eine bewusste Entität physisch mit dem Zustand verstrickt wird, kommt etwas Neues herein und reduziert den Zustand tatsächlich (einige$\mathbf{R}$Prozess).

Die Behauptung, dass es das Bewusstsein ist, das diesen Zusammenbruch verursacht, ist aufgrund der Natur dieser Art von Argumentation sehr schwer zu entkräften. Wenn Sie jedoch das folgende Beispiel betrachten, sollte klar sein, dass dieses Bild bei weitem nicht vollständig ist; und dass dieses Argument für das Bewusstsein verursacht$\mathbf{R}$Prozess ist nicht ausreichend. Betrachten Sie das Wetter, die detaillierten Wettermuster, die auf jedem Planeten auftreten, abhängig von chaotischen Prozessen, die sehr empfindlich auf zahlreiche einzelne Quantenereignisse reagieren. wenn die$\mathbf{R}$Prozess ohne Bewusstsein nicht wirklich stattfindet, dann könnte sich kein bestimmtes Wettermuster jemals aus dem Sumpf quantenüberlagerter Alternativen herausbilden. Können wir wirklich glauben, dass das Wetter auf diesen Planeten in komplexzahligen Überlagerungen unzähliger unterschiedlicher Möglichkeiten bleibt – nur ein total verschwommenes Durcheinander, ganz anders als das tatsächliche Wetter – bis ein bewusstes Wesen sich dessen bewusst wird, und dann an diesem Punkt, und nur an diesem Punkt das überlagerte Wetter wird zum eigentlichen Wetter? Ich glaube nicht - du?

Ich persönlich denke, dass wir bei diesem Prozess einige Änderungen am QM erwarten können$\mathbf{R}$wird jemals ausreichend erklärt werden. Ein mögliches Modell zur Erklärung dieses Reduktionsprozesses ist der gravitativ induzierte Zustandsvektor (und seine Abkömmlinge). Es gibt starke Gründe für den Verdacht, dass die Modifikation der Quantentheorie (QT) erforderlich sein wird, wenn irgendeine Form von$\mathbf{R}$zu einem realen physikalischen Vorgang gemacht werden soll, muss die Wirkung der Schwerkraft ernsthaft einbeziehen. Einige dieser Gründe haben mit der Tatsache zu tun, dass der eigentliche Rahmen der Standard-QT unangenehm zu der von GR geforderten gekrümmten Raumzeit passt. Die meisten Physiker scheinen jedoch widerwillig zu akzeptieren, dass möglicherweise QT angepasst werden muss, um eine erfolgreiche Vereinigung mit GR zu erleichtern. Roger Penrose beschreibt in seinem Buch The Shadows of the Mind (nicht leicht zu lesen!) ein neues Modell (basierend auf anderen Kandidaten), das ein Quantengravitationsmodell verwendet, um den schwer fassbaren Quantenprozess zu erklären$\mathbf{R}$- dies ist eine Lektüre wert, wenn Sie diesen mysteriösen Prozess und seine Auswirkungen auf das menschliche Bewusstsein besser verstehen möchten.

Ich hoffe das hilft.

Ein Elektron, tatsächlich jedes Teilchen, ist weder ein Teilchen noch eine Welle . Die Beschreibung des Elektrons als Teilchen ist ein mathematisches Modell, das unter bestimmten Umständen gut funktioniert, während die Beschreibung als Welle ein anderes mathematisches Modell ist, das unter anderen Umständen gut funktioniert. Wenn Sie sich entscheiden, das Verhalten des Elektrons zu berechnen, das es entweder als Teilchen oder als Welle behandelt, sagen Sie nicht, dass das Elektron ein Teilchen oder eine Welle ist : Sie wählen nur das mathematische Modell, das es am einfachsten macht um die Berechnung zu machen.

Die nächste Frage ist OK, was ist dann ein Elektron? Im Moment ist unsere beste Beschreibung, dass das Elektron eine Anregung eines Quantenfeldes ist . Mithilfe der Quantenfeldtheorie können wir das Verhalten von Elektronen berechnen, unabhängig davon, ob sie an teilchenartigen oder wellenartigen Wechselwirkungen beteiligt sind. Das bedeutet nicht, dass das Elektron ein Quantenfeld ist , und wir werden die Quantenfeldtheorie mit ziemlicher Sicherheit durch eine noch kompliziertere ersetzen, zB eine zukünftige Entwicklung der Stringtheorie .

Der Zusammenbruch der Wellenfunktion ist ein separates Problem, das im Laufe der Jahre viele Schulden verursacht hat. Ich denke, der allgemeine Konsens ist, dass der Kollaps der Wellenfunktion eine Manifestation eines allgemeineren Prozesses namens Dekohärenz ist .

In verschiedenen Interpretationen der Quantenmechanik ist die Definition von "Messung" unterschiedlich. Aber ich denke, es würde reichen, wenn ich nur fünf nenne, von denen Sie selbst wählen können.

• In Kopenhagen/von Neuman-Interpretationen wird der Kollaps der Wellenfunktion durch den Beobachter ausgelöst. Diese Person hat die besondere Eigenschaft, zu der kein anderes Objekt im Universum fähig ist. In der Kopenhagener Interpretation kann der Kollaps durch jedes System ausgelöst werden, das mit dem Beobachter verbunden ist, einschließlich der Messapparatur und des externen Mediums (wenn der Beobachter nicht davon isoliert ist). Alle Dinge können durch den sogenannten „Heisenberg-Schnitt“ beliebig in das beobachtete System und das Messsystem aufgeteilt werden, wobei die einzige Voraussetzung ist, dass das Messsystem den Beobachter einschließt.

• Die von Neuman-Interpretation ist der Grenzfall der Kopenhagener Interpretation, bei der der Heisenberg-Schnitt so nah wie möglich am Betrachter platziert wird. Als solche können sogar Teile seines Gehirns noch als Teil des beobachteten Systems betrachtet werden. In der von Neuman-Interpretation tritt der Zusammenbruch der Wellenfunktion auf, wenn der Beobachter ein vom Messwert abhängiges Qualia (Gefühl) spürt.

• Bei der Bohm-Interpretation tritt der Zusammenbruch der Wellenfunktion auf, wenn der Beobachter eine Störung in das gemessene System einbringt, die bei der Durchführung der Messung unvermeidlich ist. Der Unterschied zwischen der Messung und jeder anderen Wechselwirkung besteht darin, dass die durch die Messung eingeführte Störung vorher unbekannt ist. Dies liegt daran, dass die Anfangsbedingungen eines Systems, das den Beobachter enthält, unbekannt sind. Mit anderen Worten, der Beobachter enthält immer Informationen, die unbekannt sind und aufgrund von Selbstreferenzproblemen auf keinen Fall bestimmt werden können. Thomas Breuer nannte dieses Phänomen „subjektive Dekohärenz“. Die Philosophen glauben, dass diese Unberechenbarkeit des Systems, das den Beobachter für sich enthält, den freien Willen definiert.

• Bei der relationalen Interpretation tritt der Zusammenbruch auf, wenn die Wechselwirkung die ultimative Messung beeinflusst, die vom ultimativen Beobachter an der universellen Wellenfunktion in unendlicher Zukunft durchgeführt wird. Damit der Kollaps eintritt, sollte das Ergebnis der Interaktion also irgendwie das externe Medium, die Sterne usw. beeinflussen, entweder jetzt oder in der Zukunft, anstatt wieder zusammengefügt und verloren zu werden.

• In der Viele-Welten-Interpretation kommt es nie zum Kollaps der Wellenfunktion. Stattdessen ist das, was der Beobachter als Kollaps wahrnimmt, nur das Ereignis der Verstrickung des Beobachters mit dem beobachteten System.

Zu einem besseren Bild der Dualität

Bei Youngs Doppelspaltexperiment ist die Welle-Teilchen-Dualität (ein Photon nach dem anderen) eher ein Problem des "Bildes des Modells" als ein philosophisches: siehe Interpretation von Y. Couder, von Ihnen selbst (!),

Youtube Couder-Experimente

Das Quantenteilchen HAT einen Ort, es gibt nur eine Einschränkung bei der Auswahl eines guten Bildmodells, wenn Sie durch die Bildoptionen "Welle oder Teilchen" eingeschränkt sind: Couder demonstriert, dass ein gutes Bild eines "intermediären Wellen- / Teilchenobjekt" -Modells existiert !

Stellen Sie sich ein "lokalisierbares Objekt" vor, das keine klar definierte Grenze, aber eine klar definierte Entfernungsgrenze (~ Lambda) hat, um mit Hindernissen (anderen Objekten) zu interagieren.

Auf diesem kleinen Video sehen Sie die Objekte nacheinander, die durch die "oszillierende Interaktion" mit dem (Doppelspalt-)Hindernis die geradlinige Flugbahn ändern (oder nicht), nicht durch den Nach-Hindernis-Bildschirm als "Beobachter".

Es gibt online einen Artikel über das Experiment .

PS: Wenn eine Beobachtung vor dem Bildschirm eine Messung darstellt, wird das Ergebnis natürlich gestört, wodurch sich das Interferenzmuster am Bildschirm ändert.

Die Wellenfunktion ist kein materielles Objekt. Es ist kein wellenförmiger Prozess im dreidimensionalen Raum. (wie man sieht, sobald man die Wellenfunktion von zwei oder mehr Teilchen im Vielteilchenproblem betrachtet). Es ist ein mathematisches Objekt im 3n-dimensionalen Konfigurationsraum, wobei n die Anzahl der interagierenden Teilchen ist. Es enthält im Wesentlichen alle statistischen Informationen über ein System, die man haben kann – so etwas wie eine riesige Liste. Wenn Sie eine Messung durchführen, fügen Sie effektiv eine Bedingung hinzu, die das System befolgt, wodurch die Möglichkeiten reduziert werden, und Sie betrachten jetzt eine Teilmenge der ursprünglichen Liste. Das ist der Kollaps der Wellenfunktion.

Sie wirken die ganze Zeit als Wellen und Teilchen. Um eine Messung durchzuführen, muss man mit dem System interagieren, und so kann man das Teilchen nicht beobachten, ohne mit ihm zu interagieren, und somit verändert die Messung es.

Ein einfacher Fall wäre ein einzelnes Elektron. Um das Elektron zu sehen, muss ein Photon auf das Elektron treffen, und das würde etwas am Elektron ändern.

Stellen Sie sich eine Billardkugel vor, wie sie auf dem flachen Billardbrett wie erwartet in einer geraden Linie mit konstanter Geschwindigkeit rollt. Dann ändert es plötzlich die Richtung.

Was ist passiert? Wie Sie vielleicht denken, ist die Billardkugel nicht allein, es gibt andere Kugeln, die mit ihr kollidiert sind.

Dasselbe gilt für den Kollaps der Wellenfunktion. Wir haben es mit einem Teilsystem zu tun, nicht mit dem ganzen. Sie haben die Wellenfunktion eines einzelnen Teilchens, das sich nach einem Hamilton-Operator entwickelt und dann plötzlich zusammenbricht. Die Situation ist wie bei den Billardkugeln. Das Teilchen ist nicht allein. Der Staat enthält den Messapparat, Sie und auch den Rest des Universums. Du bist auch Teil dieses Ket, nicht nur das Teilchen.

Der tatsächliche Zustand ist also die Überlagerung des Folgenden: ein Universum, in dem Sie Ihren Elektronenspin nach oben messen, und ein Universum, in dem Sie Ihren Elektronenspin nach unten messen.

Solange Ihr Testelektron unterwegs ist, sind die beiden Universen nicht zu unterscheiden: Die Wahrscheinlichkeiten, irgendetwas in einem bestimmten Zustand zu finden, sind gleich. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die beiden Wellenfunktionen identisch sind: Es gibt eine komplexe Phasenverschiebung zwischen den Elektronenwellenfunktionen in den beiden Universen.

Diese Phasenverschiebung verursacht eine Interferenz zwischen den Wahrscheinlichkeitsamplituden, was wiederum zu beobachtbaren Unterschieden führen kann, wenn Sie das Teilchen durch mehrere Stern-Gerlach-Apparate laufen lassen.

Diese Phase reicht aus, um das Elektron im Stern-Gerlach-Apparat in einem der Universen nach oben und im anderen nach unten zu drehen.

Nachdem diese Teilung erfolgt ist, sind die beiden Universen jetzt unterscheidbar und können sich nicht gegenseitig stören, aber an diesem Punkt können Sie Ihre Elektronenstrahlen immer noch durch eine umgekehrte Stern-Gerlach-Apparatur leiten, um die beiden Elektronenstrahlen zu verschmelzen. An diesem Punkt sind die beiden Universen wieder ununterscheidbar und interferieren erneut.

Nach einigem Teilen und Zusammenführen entscheiden Sie sich nun, den Elektronenspin zu messen. Dazu müssen Sie irgendeine Zustandsänderung in Ihrem Universum vornehmen, die es Ihnen ermöglicht, Daten zu sammeln. Dies kann so einfach sein wie das Richten Ihrer Elektronenstrahlen auf zwei Detektoren. In einem der Universen geht es zum oberen Detektor, in dem einen Universum geht es zum unteren Detektor.

An diesem Punkt sind die beiden Universen nun dauerhaft unterscheidbar geworden, und die Wahrscheinlichkeitsamplituden können nicht mehr interferieren. In einem der Universen haben Sie Spin-Up-Daten gesammelt, in eine Datei eingegeben und die Daten veröffentlicht, wobei diese bestimmte Datenzeile eine Spin-Up-Erkennung zeigt. Im anderen Universum haben Sie Spin-Down-Daten gesammelt, in eine Datei eingegeben und die Daten veröffentlicht, wobei die jeweilige Datenzeile eine Spin-Down-Erkennung anzeigt.

Sobald Sie die Messung durchgeführt haben, gibt es keinen Weg zurück, sie kann nicht rückgängig gemacht werden, Sie können die beiden Universen nicht ununterscheidbar machen und sie erneut interferieren lassen. Und wenn Sie noch einmal darüber nachdenken, können Sie keine Partikelmessung durchführen, ohne solche Splits zu machen.

Aber selbst wenn die beiden Zustände jetzt divergieren, befinden sie sich immer noch in Überlagerung, es gibt keinen Zusammenbruch. Wir verwerfen lediglich die Zustände, die nicht aufgetreten sind, weil sie nicht relevant sind. Sie in dem Zustand, in dem das Teilchen nach oben gedreht wurde, verwerfen den anderen Zustand, in dem es nach unten gedreht wurde, und umgekehrt. Und beide Versionen von Ihnen fragen sich vielleicht, was dazu geführt hat, dass sich das Teilchen nach unten oder oben dreht.

Diese Überlagerung ist ein bisschen wie die Radiosender in der Luft, wo das Universum die Sendung selbst ist. Wenn zwei Sender nicht unterscheidbar sind und auf der gleichen Frequenz strahlen, kommt es zu Interferenzen und Sie hören ein lautes Pfeifen im Radio. Aber sobald einer der Sender die Frequenz ändert, sind das Pfeifen und die Störungen weg und nicht mehr zu hören. Aber ihre Wellen sind immer noch in der Luft und mischen sich, aber die Schwebungsfrequenz zwischen ihnen wird zu hoch sein, um einen merklichen Effekt zu erzielen. Jetzt haben Sie zwei separate Sendungen, die kein Pfeifen verursachen, aber es ist immer noch da.

Sie haben also nicht nur die Wellenfunktion eines Teilchens, Sie haben die Wellenfunktion des gesamten Universums in Überlagerung. Dieser universelle Zustand entwickelt sich wie üblich nach einem Hamiltonian und bricht nicht zusammen.