Was genau ist der „Beobachter“ in der Physik und/oder Quantenmechanik? [Duplikat]

In Bezug auf Experimente kann ein „Beobachter“ so verallgemeinert werden, dass er jedes Gerät umfasst, das ein Ereignis auf eine Weise aufzeichnet, die dann so viele andere Atome und Teilchen berührt, z völlig unmöglich).

Feynmans Beispiel von Neutronen, die manchmal als Wellen von Kristallen reflektiert werden und manchmal mit bestimmten Atomkernen in diesem Kristall kollidieren, ist ein ziemlich gutes Beispiel. Solange das Neutron als Welle reflektiert wird, bleibt seine beobachtete Signatur im Universum in Bezug auf die räumliche Lage höchst unbestimmt. Sobald es jedoch diesen Atomkern trifft, bewirkt es sofort Dinge wie die Abgabe von Strahlung, das Anstoßen des Atoms und die Veränderung der lokalen Dynamik des Kristalls. Um die Kausalität zu bewahren, muss jeder einzelne dieser ausgehenden Effekte erfasst und zum Ursprungspunkt zurückreflektiert werden, bevor das Erfassungsereignis rückgängig gemacht werden kann. Das heißt, gelinde gesagt, eine unwahrscheinliche Reihe von Ereignissen, sodass in diesem Fall die Position des Neutrons "entdeckt" und sehr, sehr gut definiert wird.

Jede dichte Konzentration heißer Materie im Allgemeinen ist genau aus diesem Grund ein sehr guter „Beobachter“, da dichte heiße Materie unglaublich chaotisch und schnell wirkt, wenn es darum geht, wie sie Informationen streut und es sehr schwierig macht, sie umzukehren. Erst wenn dichte Materie einige ihrer vielen Grade an verfügbarer Information verliert, beginnt die Reversibilität des Quantentyps, Ereignisse mehrdeutig zu machen, wobei sowohl superflüssiges Helium als auch die neueren "echten" Bose-Kondensate aus diffusen Metallatomen auffällige Beispiele sind.

Aus diesem Grund ist die traditionelle Darstellung von Schrödingers Katze eigentlich ziemlich albern, denn wenn die Katze stirbt, überschüttet sie das Universum regelrecht mit Phononen und Strahlung und allerlei meist irreversiblen Daten. In diesem Fall gibt es einfach keine Quantenüberlagerung, da die heiße Materie der Katze und ihrer Umgebung es sehr, sehr schwer macht, das gesamte Ereignis rückgängig zu machen. Das ist ein Bild, das wirklich abgeschafft werden muss.

Elektronen in Atomen sind absolut schlechte Beobachter , einfach weil ihnen nicht genug Zustand zur Verfügung steht, um überhaupt etwas aufzuzeichnen. Also sitzen sie einfach in ihren niedrigsten Energiezuständen da und bleiben verschwommen. Gute Sache auch, macht die ganze Chemie möglich, das.

Ich denke, der Begriff „Beobachter“ ist ziemlich irreführend und sollte vermieden werden. Es ist besser, in Bezug auf Messungen darüber nachzudenken.

Sie beginnen mit einem beliebigen Zustandsvektor$\Psi = (1, 1)$*. Es ist eine Überlagerung der beiden Möglichkeiten 'linker Schlitz'$(1,0)$und 'rechter Schlitz'$(0,1)$. Eine Messung ist ein physikalischer Prozess, der dies in einen Eigenzustand Ihrer Observable projiziert$\hat O$- Es rasiert alle Komponenten in einer bestimmten Basis bis auf eine ab. Physikalisch, wenn Sie die Messung durchführen, erhalten Sie zB$(1,0)$, und man kann sagen, es ging durch den linken Schlitz. Mathematisch löst Ihr neuer Vektor die Gleichung$\hat O \, \left|\Psi'\right\rangle = \lambda \, \left| \Psi' \right \rangle$, das heißt, es befindet sich in einem Eigenzustand - es hat jetzt einen bestimmten Wert, durch welchen Schlitz es gegangen ist .

Das ist das Wichtige an quantenmechanischen Messungen: Man „misst“ nicht im üblichen Sinne des Wortes (scannt etwas passiv ab), man manipuliert und selektiert (oder „präpariert Zustände“). Beim Stern-Gerlach-Experiment scannt man zum Beispiel nicht irgendwie den Spin der Elektronen. Sie führen sie durch ein Magnetfeld, das sie in einen Spin-Eigenzustand bringt. Dann wissen Sie, dass diejenigen, die nach oben (oder unten) gehen, jetzt Spin nach oben (oder unten) haben.

Nun, was ist hier der Beobachter? Wenn Sie nicht metaphysisch werden wollen, es ist nur jemand, der die QM-Messung durchführt.

Ich persönlich bin immer vorsichtig mit Erklärungen, die das menschliche Bewusstsein, privilegierte Beobachter usw. einbeziehen. Ich mag es, wenn meine Physik auch auf dem Mond funktioniert, selbst wenn niemand hinschaut :-).

(Beachten Sie auch, dass „Beobachter“ in verschiedenen Teilen der Physik eine unterschiedliche Bedeutung haben kann. Wenn Sie in der Relativitätstheorie von Beobachtern sprechen, meinen Sie unterschiedliche Bezugsrahmen (die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen). Sie können ihm auch in der Diskussion über Licht begegnen Kegel oder Ereignishorizonte Es gibt einige Dinge, die ein bestimmter Beobachter nicht sehen kann (weil sie sich außerhalb seines Lichtkegels befinden, auf der falschen Seite eines Ereignishorizonts, ...).

* Beachten Sie, dass$\Psi$ist wirklich eine Funktion (die Wellenfunktion). In der linearen Algebra kann man Funktionen als Vektoren behandeln. Man kann jede Funktion (wie wir sie in QM brauchen) aus Basisfunktionen zusammensetzen, genauso wie man jeden räumlichen Vektor durch Addition von Basisvektoren zusammensetzen kann. Verzeihen Sie mir, wenn Ihnen das bereits klar und trivial ist, aber das sind wirklich grundlegende Dinge, die QM viel weniger mysteriös machen.

Oh, und sorry, wenn meine Notation etwas schlampig ist. Es geht eher um die allgemeine Idee.

Der Mathematiker von Neumann, der auf die Idee des Kollapses durch Messung kam, entdeckte den von Neumann-Kettenprozess in der Quantenmechanik. Unter Verwendung des Konzepts der Verschränkung zeigte er, dass sich das System mit dem Apparat verschränkt, und die System-Apparat-Kombination sich mit dem ersten Beobachter verschränkt, und die System-Apparat-Beobachter-Kombination sich mit einem anderen weiter entfernten Beobachter verschränkt usw. Dies ist Wigners Freund. Er hat die Umgebung weggelassen, weil er Dekohärenz nicht schätzte, aber Sie sollten auch die Umgebung in die Mischung einbeziehen. Die Kette wächst mit der Zeit und erweitert die Blase der Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ)-Verschränkung. Wenn mehrere Beobachter aus verschiedenen Winkeln beobachten, können Sie mehrere Ketten haben, die jedoch alle miteinander verflochten sind.

Über den Punkt der irreversiblen Dekohärenz hinaus spielt es keine Rolle, wo entlang der Kette der Zusammenbruch stattfindet. Aus positivistischer Sicht ist der Ort unbeobachtbar. Das ist der Heisenberg-Schnitt, sein beweglicher „Schnitt“. Endet die von Neumann-Kette jemals? Wie weit kann man den „Schnitt“ schieben? Im Wigner's Friend-Szenario können Sie den "Schnitt" an einem menschlichen Beobachter vorbei zu einem anderen Beobachter weiter draußen schieben. Wigner würde das natürlich bestreiten und behaupten, dass man es nicht einmal an den innersten menschlichen Beobachter weitergeben kann, aber was ist so besonders am Menschen? Was ist mit Katzen? von Neumann bemerkte auch, dass man ohne Kollaps eine "universelle Wellenfunktion" des gesamten Universums erhält.

Dies hängt von der Interpretation der Quantenmechanik ab, aber wenn man die Interpretationen mit Kollaps und nicht verzweigtem Universum in ihrer endgültigen Form nimmt, ist die Schlussfolgerung, dass der Beobachter eine einzigartige spezielle Person ist, die spezielle physikalische Eigenschaften hat, und die einzige, für die dies gilt Theorie funktioniert voll und ganz.

Wenn man Viele-Welten- oder relative Interpretationen nimmt, sieht sich jede Person als Beobachter, so dass ihre Beobachtungen nicht miteinander übereinstimmen.

Das ist ein tiefes philosophisches Problem, aber die Tatsache, dass jeder Mensch sehen sollte, dass er keiner universellen Theorie gehorcht (auch wenn alle anderen Menschen zu gehorchen scheinen), ist eine etablierte Tatsache (siehe hier )

Ein "Beobachter" ist in diesem Fall alles, was "sehen" oder beobachten und sich erinnern oder aufzeichnen kanndas Ereignis. Der Hauptpunkt ist, dass der Beobachter das Ereignis aufzeichnen kann. Zum Beispiel, wenn Sie dieses Experiment in eine mit Gas gefüllte Kammer stellen. Das Gas würde als Beobachter betrachtet, denn wenn Sie später nachsehen wollten, welchen Weg das Teilchen genommen hat oder, was noch wichtiger ist, welchen Schlitz es geworfen hat, könnten Sie dies tun, da das Gas es aufgezeichnet hätte. Wenn Sie jede Herde von Schrödingers Katze haben, wurde dieses Experiment verwendet, um die Theorie zu demonstrieren, dass alles Statistik oder Wahrscheinlichkeit ist, bis Sie es beobachten, wenn es an diesem Punkt zu Materie verdichtet ist. Wenn Sie das Teilchen beobachten würden, würde es an diesem Punkt zu Materie verdichtet werden und sich wieder wie ein Newtonsches Teilchen verhalten. Das Wichtigste ist, dass sich alles, was das Teilchen beobachtet, daran „erinnert“.

Was auch immer ein Beobachter ist, in der universellen Wellenfunktion ist es immer so, dass es eine Überlagerung von existierendem und nicht existierendem Beobachter gibt. Angenommen, ein bestimmter Mensch wird als designierter Beobachter bestimmt. Die Empfängnis dieser Person hängt wahrscheinlich von zufälligen Ereignissen wie der Position von Spermien ab, die empfindlich auf das Ergebnis von Quantenereignissen reagieren. Auf jeden Fall ist das genetische Material dieser Person, wie es durch genetisches Crossover bestimmt wurde, definitiv empfindlich gegenüber Quantenereignissen. Und die Gene eines Menschen bestimmen die Überlebenschance bis zu dem Alter, in dem er als Beobachter gezählt werden kann. Es gibt also eine Überlagerung dieser Person, die existiert oder nicht existiert, oder eine Überlagerung verschiedener Gene. Weniger umstritten verdankt die Strukturbildung ihren Ursprung Quantenfluktuationen kurz nach dem Urknall, und der Ort von Materieklumpen bestimmen die potentiellen Orte des Beobachters. Dass es in all diesen Fällen zu Dekohärenz kommt, ist nebensächlich. Wenn die Quantenmechanik in Bezug auf einen Beobachter definiert wird, ist eine Nachselektion für die Existenz des Beobachters unvermeidlich. Die Zweige, in denen der Beobachter nicht existiert, müssen weggeworfen werden.

Fragen nach dem Wesen des Beobachters lassen sich nicht vom anthropischen Prinzip lösen. Vielleicht hatte Wheeler in seinem partizipativen Universum recht.

Ich habe versucht, das hier auf meine Weise zu beantworten . Ich habe versucht zu sagen, dass Reversibilität in der Quantenwelt bedeutet, dass Informationen nicht kopiert werden können. Es kann nur bewegt (dh gehandelt) werden. Wenn also etwas etwas anderes beobachtet, muss es Informationen von etwas anderem entfernen (und sie durch einige seiner eigenen Informationen ersetzen). Der Beobachter kann so groß wie ein Auge oder so klein wie ein Photon sein.

Alles Materielle hat den doppelten Aspekt, sowohl Materie als auch Proto-Beobachter zu sein (Eigenschaftsdualismus). Ein Elektron, das einen Kern in einem Atom umkreist, ist ein Proto-Beobachter des Kerns und der anderen Elektronen darin. Ein Thermostat ist ein Proto-Beobachter, der beobachtet, ob der Raum „zu heiß“ oder „zu kalt“ oder „genau richtig“ ist. Ein ausreichend fortgeschrittenes Aggregat von Proto-Beobachtern wie ein menschliches Gehirn kann ein Beobachter werden. Diese Position ist Panobserverismus. ;)