Was macht eine Beobachtung/Messung im QM aus?

Grundlegende Begriffe von QM haben mit Beobachtung zu tun, ein wichtiges Beispiel ist das Unsicherheitsprinzip.

  1. Was ist die technische Definition einer Beobachtung/ Messung ?

  2. Wenn ich mir ein QM-System ansehe, bricht es zusammen. Aber wie unterscheidet sich das von einem Haufen Materie, die dasselbe System "betrachtet"?

  3. Kann das System den Unterschied zwischen den Augen einer Person und dem Haufen Materie erkennen?

  4. Wenn nein, wie kann das System QM bleiben?

  5. Bin ich auf dem richtigen Weg?

Dies ist eine sehr umfassende Frage, die sich mit anderen Fragen überschneidet. Sie sollten sich die Heisenberg-Pieirls-Analyse von Spuren in einer Blasenkammer ansehen, um den scheinbaren Zusammenbruch einer Wellenfunktion durch Verschränkung zu verstehen, und dann das philosophische Problem, einen scheinbaren Zusammenbruch (Dekohärenz) in einen Zusammenbruch umzuwandeln, und ob dies Philosophie ist oder nicht. Es gibt keine einfache Antwort, und es ist schwer, Sie nicht auf andere Fragen auf der Website zu verweisen (obwohl ich nicht genau sagen kann, welche, ohne weitere Details zu Ihrer Frage, wie ein Gedankenexperiment)
Für weitere Recherchen sollten Sie das Mott-Problem und seine Lösung überprüfen und untersuchen. Beachten Sie, dass der Artikel einen Link zum spontanen Symmetriebrechen enthält.

Antworten (6)

Eine Beobachtung ist eine Handlung, durch die man eine Information findet – den Wert einer physikalischen Observablen (Menge). Observable sind linearen hermiteschen Operatoren zugeordnet.

Die vorherigen Sätze implizieren tautologisch, dass eine Beobachtung die Wellenfunktion "kollabiert". Der "Zusammenbruch" der Wellenfunktion ist kein materieller Prozess im klassischen Sinne, so wie die Wellenfunktion selbst weder eine Quantenobservable noch eine klassische Welle ist; die Wellenfunktion ist die Quantenverallgemeinerung einer Wahrscheinlichkeitsverteilung und ihr "Zusammenbruch" ist eine Veränderung unseres Wissens – Wahrscheinlichkeitsverteilung für verschiedene Optionen – und der erste Satz besagt genau, dass die Beobachtung unser Wissen vollständiger oder schärfer macht.

(Das ist auch der Grund, warum der Kollaps schneller als Licht voranschreiten kann, ohne irgendwelche Relativitätsregeln zu verletzen; was kollabiert, ist ein Gedankenobjekt, eine Wahrscheinlichkeitsverteilung, die in jemandes Gedanken lebt, kein materielles Objekt, also kann es sich augenblicklich ändern.)

Nun möchten Sie vielleicht fragen, wie man bestimmt, ob ein physikalischer Prozess Informationen über den Wert einer Observablen gefunden hat. Meine Behandlung legt nahe, dass es eine „subjektive“ Frage ist, ob die Beobachtung stattgefunden hat. Es schlägt es vor, weil die Natur genau so funktioniert. Es gibt Bedingungen für denkbare "konsistente Geschichten", die einschränken, welche Fragen man über "Beobachtungen" stellen kann, aber sie "zwingen" den Beobachter, wer oder was auch immer es ist, nicht, solche Fragen zu stellen.

Deshalb ist man an keiner Stelle "gezwungen", die Wellenfunktion "kollabieren" zu lassen. Zum Beispiel könnte eine Katze in der Kiste denken, dass sie etwas anderes beobachtet. Aber ein externer Beobachter hat die Katze noch nicht beobachtet, also kann er sie weiterhin als lineare Überlagerung makroskopisch unterschiedlicher Zustände beschreiben. Tatsächlich wird ihm empfohlen, dies so lange wie möglich zu tun, da die makroskopisch unterschiedlichen Zustände immer noch die Möglichkeit haben, sich zu "recoherieren" und zu "interferieren" und die Vorhersagen zu ändern. Ein vorzeitiger „Zusammenbruch“ ist immer eine Fehlerquelle. Laut der Katze hat eine gewisse Beobachtung bereits stattgefunden, aber laut dem aufmerksameren externen Beobachter nicht. Es ist ein Beispiel für eine Situation, die zeigt, dass der „Zusammenbruch“ ein subjektiver Prozess ist – es hängt vom Subjekt ab.

Aufgrund der Konsistenzbedingung kann man effektiv nur Größen beobachten, die die Informationen über sich selbst in viele Freiheitsgrade der Umgebung "entkoppelt" und eingeprägt haben. Aber man ist nie „gezwungen“, zuzugeben, dass es einen Zusammenbruch gegeben hat. Wenn Sie versuchen, einen Mechanismus oder eine genaue Regel für die Momente zu finden, in denen ein Kollaps auftritt, werden Sie nichts finden, weil es keine objektive Regel oder keinen objektiven Kollaps gibt. Ob ein Kollaps stattgefunden hat, ist immer eine subjektive Angelegenheit, denn auch das Kollabieren ist subjektiv: Es ist die Wellenfunktion, die das Wissen des Beobachters über das physikalische System kodiert. Die Wellenfunktion ist ein Quant, komplexzahlengetriebene Verallgemeinerung probabilistischer Verteilungen in der klassischen Physik – und beide kodieren das probabilistische Wissen eines Beobachters. Es gibt keine Zahnräder und Räder innerhalb der Wellenfunktion; das probabilistische subjektive Wissen ist die grundlegende Information, mit der sich die Naturgesetze – quantenmechanische Gesetze – befassen.

In ein paar Tagen schreibe ich einen Blogeintrag über die grundsätzlich subjektive Natur der Beobachtung im QM:

http://motls.blogspot.com/2012/11/why-subjective-quantum-mechanics-allows.html?m=1

''Meine Behandlung legt nahe, dass es eine "subjektive" Frage ist, ob die Beobachtung stattgefunden hat.'' - Wenn dies wirklich wahr wäre, müsste man noch erklären, warum wir aus unseren subjektiven Messungen objektive Wissenschaft gewinnen. Daher darf es nicht mehr Subjektivität geben als in den Fehlerbalken.
Nein, Arnold, deine Frage ist sehr richtig, aber die Art und Weise, wie du darauf antwortest, ist völlig unwissenschaftlich. Sie haben überhaupt nicht versucht, die Übung zu lösen; Stattdessen hast du beschlossen, es zu demütigen. In der Tat kann man auch zeigen, warum objektive Wissenschaft aus der Quantenmechanik hervorgeht und der Beweis durchgeht – es erfordert etwas QM-artige Mathematik. Aber der Beweis geht nicht davon aus, dass einige Informationen über den Zustand der Welt zu einem bestimmten Zeitpunkt objektiv sind, weil dies laut QM nicht wahr ist!
-1: Der Gleichgewichtszustand eines idealen Quantengases wird objektiv auf die Quadratwurzel des inversen Volumens durch die messbaren Zahlen P, T und V bestimmt. Wenn es anders wäre, wäre objektive Physik unmöglich.
Nein, das ist einfach falsch, in diesem Beispiel und jedem anderen Beispiel. In Ihrem speziellen Fall: Wenn Sie ein System durch eine Temperatur spezifizieren, wählen Sie implizit ein Ensemble von Mikrozuständen - mikrokanonisch oder wahrscheinlicher kanonisch - und diese Mikrozustände werden als gleich wahrscheinlich angesehen (oder sie haben eine exponentiell abnehmende Wahrscheinlichkeit usw.). Jedenfalls ist die Behauptung, der Zustand des Systems gehöre zu einem Ensemble, eine Manifestation subjektiver Unwissenheit. In der klassischen Physik darf man sich immer vorstellen, dass ein bestimmter Mikrozustand „real“ ist. Im QM nicht mehr wegzudenken.
Und Ihre Behauptung "wenn dies anders wäre, wäre objektive Physik unmöglich" ist gleichbedeutend mit der Aussage, dass "die objektive Natur der Physik impliziert, dass alle Physik im Grunde genommen klassische Physik sein muss", und diese Behauptung ist seit dem als völlig und wesentlich falsch bekannt 1920er. Die Quantenmechanik zeigt, dass die Welt grundlegend anders funktioniert und auf der tiefsten Ebene Ihre Vorurteile darüber, wie Physik funktionieren sollte, missachtet, während sie dennoch Widersprüche vermeidet. Klassische Physik mit objektiver Realität ist nicht der einzige Weg – und nicht der richtige Weg – um Widersprüche zu vermeiden
Warum sollte das gleich sein??? Ich spreche nicht von der klassischen Physik, sondern von der statistischen Quantenmechanik makroskopischer Messgeräte.
Lubos, wollen Sie damit sagen, dass ein Beobachter eine Bahn eines Elektrons in einer Blasenkammer misst und ein anderer Beobachter möglicherweise eine andere Richtung messen kann? Wenn ja, bin ich definitiv anderer Meinung. Gerade b/c der Quantenmechanik sind sich ALLE Beobachter objektiv über die Richtung der Spur einig.
Ich bin mir ziemlich sicher, dass die Übereinstimmung der Ergebnisse gemeinsamer Beobachtungen Teil des oben angesprochenen Punktes ist. Die Verschränkung stellt die Übereinstimmung gemeinsamer Observablen sicher. Jedes System wird jedoch Informationen haben, die niemals gemeinsam beobachtet werden können. Es ist keine Widersprüchlichkeit zu sagen, dass sich diese Zustände innerhalb ihrer jeweiligen Systeme weiterentwickeln, solange die Wahrscheinlichkeit einer gemeinsamen Messung effektiv null (oder tatsächlich effektiv negativ) ist. Dies wird durch die Verwendung komplexer Amplituden erfasst, die die Entwicklung unphysikalischer Zustände verfolgen können.
Eine andere Denkweise ist, dass, wenn Sie davon träumen, eine Partikelspur zu beobachten, nichts falsch daran ist, wenn jemand sagt, dass die Spur etwas anderes gemacht hat als Sie träumen, da es für sie keine Möglichkeit gibt, eine Beobachtung dessen zu machen, was Sie geträumt haben .
Sehr interessante Diskussion allerseits und danke an Lubos für die tolle Resonanz. Ich hatte nur eine Frage, Lubos, Sie sagten: "Eine Beobachtung ist eine Handlung, durch die man Informationen findet." - Dies scheint zu implizieren, dass Informationen unter Beobachtung erzeugt werden (da sich das Beobachtete zuvor in einem Quantenzustand befindet); Mit anderen Worten, kann man sagen, dass das Universum oder der Teil davon, der beobachtet wird, in einer bestimmten Form nicht existiert, bis eine Beobachtung gemacht wird?
@Columbia, nein, ich sage nicht, dass Beobachter in derselben Welt jemals zu widersprüchlichen Ergebnissen von Messungen derselben Sache kommen werden. Die Korrelation/Verschränkung wird durch die Gleichungen der Quantenevolution gewährleistet. Stattdessen sage ich, dass ein Beobachter etwas beobachten kann, während ein anderer es nicht misst, so dass für den ersteren der Zustand in einen wohldefinierten Zustand "kollabiert" wird, während für den letzteren der Zustand eine mögliche lineare Überlagerung ist von makroskopisch unterschiedlichen Mikrozuständen. Die Beobachter werden sich auf die Ergebnisse der Messungen einigen, aber nur, wenn beide/alle sie messen.
Lieber @ThisIsNotAnId, vielen Dank für Ihr Interesse. Ich weiß nicht wirklich, wie ich Ihrem Konzept der "Erzeugung von Informationen" eine physikalische, operative Definition geben soll. Das Erlernen des Werts einer Observable bedeutet, "die Informationen in Ihrem Gehirn zu erstellen", aber es ändert nicht die Anzahl der Freiheitsgrade in der realen Welt. Die Freiheitsgrade und potentiellen Werte der Observablen waren schon immer da, sie waren nur vor der Messung unbekannt und im Prinzip nicht erkennbar. Durch eine Messung ändern sich also die Informationen subjektiv, aber objektiv nicht.
@LubošMotl Also die Katze beobachtet ein Ereignis und hat somit subjektiv eine kollabierte Wellenfunktion. Ein außenstehender Beobachter beobachtet dieses Ereignis nicht und somit stört seine subjektive Wellenfunktion weiterhin. Zu einem späteren Zeitpunkt beobachtet er irgendein Ereignis, das von dem vorherigen Ereignis abhängig ist. Wenn dies den Beobachtungen der Katze nicht widersprechen kann, macht es praktisch keinen Unterschied, wenn man die Störung noch eine Weile bestehen lässt. Was habe ich falsch verstanden?
Was Sie wahrscheinlich nicht verstehen, dass das Fehlen eines (scharfen) Widerspruchs nicht bedeutet, dass die Informationen beider Beobachter "gleich" sind. Es ist nicht das gleiche. Beide haben nur probabilistische Vorhersagen für alles. Die Widerspruchsfreiheit bedeutet nur, dass die von einem Beobachter tatsächlich beobachteten Wahrscheinlichkeiten (nun, die beobachtbaren Reaktionen des Beobachters auf diese Beobachtungen) tatsächlich als eine Wahrscheinlichkeit ungleich Null angesehen werden könnten. Ob man die Einmischung beobachtet, ist eine wohldefinierte Frage – und ein Zusammenbruch würde das Einmischungspotential zerstören.

Lassen Sie mich das etwas "popwissenschaftlicher" angehen als Luboš, obwohl ich im Grunde dasselbe sage.

Angenommen, Sie haben ein System in einer Überlagerung von Zuständen: Ein Spin in einer Mischung aus Aufwärts-/Abwärtszuständen ist wahrscheinlich das einfachste Beispiel. Wenn wir den Spin „messen“, indem wir einem anderen Teilchen erlauben, mit ihm zu interagieren, landen wir mit unserem ursprünglichen Spin und dem Messteilchen in einem verschränkten Zustand, und wir haben immer noch eine Überlagerung von Zuständen. Das ist also keine Beobachtung und hat die Wellenfunktion nicht zusammenbrechen lassen.

Nehmen wir nun an, wir "messen" den Spin, indem wir einem Doktoranden erlauben, damit zu interagieren. Im Prinzip landen wir mit unserem ursprünglichen Spin und dem Doktoranden in einem verschränkten Zustand, und wir haben immer noch eine Überlagerung von Zuständen. Die Erfahrung sagt uns jedoch, dass makroskopische Objekte wie Doktoranden und Schrödingers Katze nicht in überlagerten Zuständen existieren, sodass das System zu einem einzigen Zustand zusammenbricht und dies eine Beobachtung darstellt .

Der Unterschied liegt in der Größe des „Messgeräts“, genauer gesagt in seiner Anzahl an Freiheitsgraden. Irgendwo zwischen einem Teilchen und einem Doktoranden wird das Messgerät groß genug, dass wir einen Kollaps sehen. Dieser Prozess wird durch eine Theorie namens Dekohärenz beschrieben (Achtung: dieser Wikipedia-Artikel ist ziemlich hart!). Die allgemeine Idee ist, dass jedes System unweigerlich mit seiner Umgebung, dh dem Rest des Universums, interagiert, und je größer das System, desto schneller die Interaktion. Wenn unser Doktorand den Spin misst, bilden sie im Prinzip ein verschränktes System in einer Überlagerung von Zuständen, aber die Wechselwirkung mit dem Rest des Universums ist so schnell, dass das System praktisch augenblicklich in einen einzigen Zustand kollabiert.

Beobachtung ist also kein gruseliges Phänomen, das Intelligenz erfordert. Es hängt einfach mit der Komplexität des Systems zusammen, das mit unserer Zielwellenfunktion interagiert.

Lieber John, richtig, ich stimme zu, dass wir ziemlich dasselbe sagen. Dennoch möchte ich wahrscheinlich betonen, dass Dekohärenz nur eine ungefähre emergente Beschreibung der Quantenevolution von Systemen ist, die mit der Umwelt interagieren. Auch wenn die Dichtematrix für das betrachtete System fast diagonal wird, heißt das nicht, dass man sich „einbilden muss“, dass das System bereits einen der Zustände auf der Diagonalen „objektiv gewählt“ hat. Stattdessen darf man so etwas nur sagen , weil es nicht mehr zu Widersprüchen führt.
Damit eine Wellenfunktion kollabiert, muss sie also nur mit dem Rest des Universums interagieren können? Wenn ja bin ich etwas verwirrt. Wie kann die Wellenfunktion wissen, wann sie mit dem "Rest des Universums" interagiert hat? Wenn es vom Doktoranden beobachtet wird, kann der Student und der Raum, in dem die Beobachtung stattgefunden hat, nicht als der Rest des Universums betrachtet werden?
Der Ausdruck "der Rest des Universums" bedeutet einfach alles, was nicht Teil des untersuchten Systems ist, daher zählt der Doktorand als "der Rest des Universums". Lesen Sie den Wikipedia-Artikel, den ich verlinkt habe, und sehen Sie, ob das hilft.
Laienhaft ausgedrückt ist es also angemessen zu sagen, dass eine Beobachtung die Verschränkung eines kohärenten Quantensystems mit einem dekohärenten System ist. Das heißt, ein Quantenobjekt wird gemessen, wenn es mit einem Objekt in einem entschiedeneren Zustand interagiert ?
@awiebe leider ist es komplizierter als das. Dekohärenz erklärt, warum wir ein klassisches Ergebnis sehen, wenn wir eine Messung durchführen, aber sie erklärt nicht, welches klassische Ergebnis wir sehen. Dazu brauchen wir eine Theorie zur Interpretation der Quantenmechanik. Dekohärenz wird oft mit der Viele-Welten-Interpretation in Verbindung gebracht.

„Kein elementares Quantenphänomen ist ein Phänomen, bis es ein registriertes („beobachtetes“, „unauslöschlich aufgezeichnetes“) Phänomen ist, das durch „einen irreversiblen Akt der Verstärkung“ zu Ende gebracht wird.“ (WA Miller und JA Wheeler, 1983 , http://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/9789812819895_0008 )

  1. Eine Messung ist eine Einwirkung eines Systems auf ein Messgerät, die dort eine irreversible Aufzeichnung hinterlässt, deren Messwert stark mit der gemessenen Größe korreliert. Irreversibilität muss nicht für immer gelten, aber zumindest so lange, dass (zumindest im Prinzip) der Wert erfasst werden kann.

  2. Es gibt keinen Unterschied.

  3. Dem System ist es egal. Es interagiert mit dem Messgerät, während Sie dieses Gerät gerade ablesen.

  4. Quantenwechselwirkungen setzen sich sowohl vor, während als auch nach der Messung fort. Nur die Ablesung vom Gerät muss in einer makroskopischen Annäherung durch statistische Mechanik behandelt werden. Siehe z. B. Balians Artikel http://arxiv.org/abs/quant-ph/0702135

  5. Auf welcher Strecke bist du?

Nun, außer dass Irreversibilität immer eine subjektive Angelegenheit ist. Viele Subjekte mögen zustimmen, dass es für sie irreversibel ist, aber im Prinzip ist die Situation immer reversibel und ein Agent, der die "irreversiblen" Phänomene exponentiell genau verfolgt, könnte dies tun.
@LubošMotl: Die Ergebnisse der statistischen Mechanik, die zu Gleichgewichts- und Nichtgleichgewichtsthermodynamik führen, sind äußerst gut etabliert und zeigen, dass Irreversibilität überhaupt nichts Subjektives ist. Wir beobachten es jeden Moment, wenn wir den Flüssigkeitsstrom von Wasser oder Luft betrachten. - Wenn die Grundgesetze im Prinzip umkehrbar sind, hat dies keine Auswirkungen auf das reale Universum, da es im Prinzip unmöglich ist, dass ein Beobachter innerhalb des Universums das Universum umkehren kann. Das reale Universum , wie_von_Objekten_innen_beobachtet , ist irreversibel, und Messungen sind für diese Beobachter dauerhafte Aufzeichnungen.
Das einzige Problem mit Ihrer Behauptung ist, dass im Quantenrahmen auch Messungen und andere "Aufzeichnungen" subjektiv sind. Viele Menschen mögen ihnen zustimmen, und das tun sie normalerweise auch, aber im Prinzip können andere anderer Meinung sein. Das als Wigners Freund bekannte gedanken-Experiment verdeutlicht dies deutlich. Ein in einer Kiste ausgewählter Freund „weiß“ vielleicht, dass eine Aufzeichnung einer Messung bereits vorhanden ist und zu einer Tatsache geworden ist, aber der Physiker außerhalb der Kiste kann eine überlegene Behandlung wählen und den Physiker im Inneren durch lineare Überlagerungen von makroverschiedenen Zuständen beschreiben.
Irreversibilität in der Natur ist nie perfekt, es ist immer eine Frage von Annäherungen, und es gibt keine objektive Schwelle, an der man sagen könnte, „jetzt ist es wirklich irreversibel“. Mit einer ausreichend guten Kenntnis der Geschwindigkeiten und Positionen kann man eine Evolution umkehren und einen Zustand vorbereiten, dessen Entropie für eine Weile abnimmt. Es ist exponentiell schwierig, aber im Prinzip nicht unmöglich. Dasselbe gilt für die Dekohärenz. Wenn man Umweltfreiheitsgrade nachzeichnet, und das kann man im Prinzip, kann man auch gewisse Dekohärenzgrade rückgängig machen. Die Dekohärenz ist sehr schnell, aber nie perfekt.
@LubošMotl: ''Irreversibility in Nature is never perfect'' - nur nach einem idealisierten theoretischen Modell, das (wider besseres Wissen) davon ausgeht, dass man etwas ändern kann, ohne die erforderlichen Informationen beachten zu müssen und ohne die entsprechenden Kräfte dafür aufstellen zu müssen die Veränderung vollziehen. Dies ist prinzipiell nur für sehr kleine oder sehr schwach gekoppelte Systeme möglich.
- ''Der Physiker über den Tellerrand kann eine überlegene Behandlung wählen''. Selbst im Prinzip (dh wenn er das gesamte Universum zur Verfügung hat, aber an die physikalischen Gesetze gebunden ist) kann ein Physiker nicht genügend Informationen sammeln, um eine Behandlung auszuwählen, die genau genug ist, um den Zustand einer Gasflasche gut genug zu bestimmen, um den Zustand ohne Dissipation darzustellen.

  1. Eine Messung ist ein Quantenprozess besonderer Art, der ein System und eine Messapparatur umfasst und das Projektionspostulat von Neumann & Lüders erfüllt. Dies ist eines der Grundpostulate der orthodoxen QM und besagt, dass sich das System unmittelbar nach der Messung in einem Quantenzustand (Eigenzustand) befindet, der dem gemessenen Wert (Eigenwert) der Observablen entspricht.

  2. Die Messung ändert sich nicht durch die Betrachtung des Paars System+Apparat oder durch die Betrachtung des Tripels System+Apparat+Beobachter, da die grundlegende Wechselwirkung zwischen System und Messapparat stattfindet und der Beobachter als Teil der beide umgebenden Umwelt betrachtet werden kann. Aus diesem Grund liefern Messgeräte im Labor während der Messung den gleichen Wert wie in der Kantine während der Messung.

  3. Siehe 2.

  4. Das System ist immer QM.

Was ist die technische Definition einer Beobachtung/Messung?

Eine QM-Messung ist im Wesentlichen ein Filter. Observables werden durch Operatoren repräsentiert Ö ^ , Zustände oder Wellenfunktionen durch (lineare Überlagerungen von) Eigenzuständen dieser Operatoren, | ψ 1 ⟩ , | ψ 2 ⟩ , … . Bei einer Messung wenden Sie einen Projektionsoperator an P n zu Ihrem Zustand und prüfen Sie, ob eine Komponente ungleich Null übrig ist. Sie stellen selbst fest, dass sich das System nun im Eigenzustand befindet n . Versuchsweise schickt man Partikel oft durch einen „Filter“ und prüft, ob etwas übrig bleibt. Denken Sie an das Stern-Gerlach-Experiment . Teilchen, die im oberen Strahl herauskommen, haben einen Spin S z = + ℏ / 2 . Wir sagen, wir haben ihren Spin gemessen, aber das haben wir tatsächlich p r e p a r e d ihre Drehung. Ihr Zustand erfüllt sich nun S ^ | ψ ⟩ = + ℏ / 2 | ψ ⟩ , es ist also der Spin-up-Eigenzustand von S ^ . Dies ist physisch und funktioniert auch, wenn niemand in der Nähe ist.

Wenn ich mir ein QM-System ansehe, bricht es zusammen. Aber wie unterscheidet sich das von einem Haufen Materie, die dasselbe System "betrachtet"? Kann das System den Unterschied zwischen den Augen einer Person und dem Haufen Materie erkennen?

Es gibt zwei verschiedene Dinge, Wissensaktualisierung (subjektiv) und Dekohärenz (objektiv).

Zuerst der objektive Teil: Wenn Sie ein Quantensystem für sich haben, entwickelt sich seine Wellenfunktion einheitlich, wie zum Beispiel eine Kugelwelle. Wenn Sie es in eine physische Umgebung bringen, wird es viele Wechselwirkungen mit der Umgebung haben, und sein Verhalten wird sich der klassischen Grenze nähern.

Denken Sie als sehr einfaches Beispiel an das Mott-Experiment : Ihr Teilchen kann als sphärische Welle beginnen, aber sobald es auf ein Teilchen trifft, wird es lokalisiert und hat einen bestimmten Impuls (innerhalb von Δ p Δ x ≥ ℏ / 2 ). Das ist Teil der Definition von "trifft ein Teilchen". Von dort aus wird die Evolution dann weitergehen, und es ist sehr unwahrscheinlich, dass das Teilchen in der anderen Hälfte der Kammer die nächste Kollision hat. Vielmehr wird es seiner klassischen Spur folgen.

Nun der subjektive Teil: Wenn Sie ein System betrachten und erkennen , dass es bestimmte Eigenschaften hat (z. B. in einem bestimmten Eigenzustand), aktualisieren Sie Ihr Wissen und verwenden einen neuen Ausdruck für das System. Das ist einfach und überhaupt nicht magisch. In diesem Teil gibt es keine Veränderung im physikalischen System; ein anderer Beobachter könnte ein anderes Wissen und damit einen anderen Ausdruck haben. Diese subjektive Unsicherheit wird durch Dichtematrizen beschrieben .

Anmerkung zu Dichtematrizen:

Eine Dichtematrix besagt, dass das System Ihrer Meinung nach mit Wahrscheinlichkeit ist p 1 im reinen Zustand | ψ 1 ⟩ , mit Wahrscheinlichkeit p 2 im reinen Zustand | ψ 2 ⟩ , usw. (Ein reiner Zustand ist einer der oben definierten Zustände und kann eine Überlagerung von Eigenzuständen sein, wobei ein gemischter Zustand durch eine Dichtematrix gegeben ist.)

Reine Zustände sind objektiv, wenn ich ein paar Spin-up-Teilchen aus meinem Stern-Gerlach-Experiment habe, muss mein Kollege zustimmen, dass sie Spin-up sind, egal was passiert. Sie alle gehen auch in seinem Experiment nach oben. Wenn ich ein paar Teilchen mit unbestimmtem Spin habe,

| ψ ⟩ u n d e t . = 1 2 ( | ψ ↑ ⟩ + | ψ ↓ ⟩ ) ,
sie werden 50/50 ausfallen, für uns beide.

Gemischte Zustände sind anders. Meine Partikel könnten alle Spin-up sein, aber das weiß ich nicht . Jemand anderes tut es, und er verwendet einen anderen Zustand, um sie zu beschreiben (siehe zB diese Frage ). Wenn ich sie durch ein Magnetfeld fliegen sehe, kann ich ihr Verhalten erkennen und auch einen neuen Zustand nutzen.

Und beachten Sie, dass ein gemischter Zustand von 50 % | ψ ↑ ⟩ und 50% | ψ ↑ ⟩ ist nicht dasselbe wie der reine Zustand | ψ ⟩ u n d e t . oben definiert.

Wenn nein, wie kann das System QM bleiben?

Technisch bleibt es immer QM (weil klassisches Verhalten eine Grenze von QM ist und die Physik immer QM-Unsicherheiten gehorchen muss). Das ist natürlich nicht das, was Sie meinen. Wenn ein System längere Zeit in einem schönen, sauberen Quantenzustand bleiben soll, hilft es, dass es isoliert ist. Wenn Sie eine gewisse Interaktion mit der Umgebung haben, wird es nicht unbedingt vollständig entkoppeln und klassisch werden, aber eine perfekte QM-Beschreibung wird unpraktisch kompliziert, da Sie die Umgebung und den Apparat quantenmechanisch berücksichtigen müssten.

Erstens, wow, wirklich nette Antwort. Vielen Dank! Wenn ich richtig gelesen habe, sagen Sie damit, dass ein QM-System für verschiedene Beobachter unterschiedlich entschlüsseln kann? Wenn ja, wo liegt die Grenze dieser Subjektivität? Können zum Beispiel zwei Beobachter gleichzeitig ein Teilchen sehen, das sich in entgegengesetzte Richtungen bewegt?
Soweit ich weiß, ist Dekohärenz objektiv, also können sich zwei Beobachter nicht widersprechen. Sie können sich darüber streiten, ob sich ein System in einem reinen oder einem gemischten Zustand befindet. Vielleicht ist meine Verwendung von „Beobachter“ hier verwirrend. Ich meine nicht etwas Tiefes wie unterschiedliche Bezugsrahmen, sondern nur, dass verschiedene Personen (Experimentatoren) unterschiedliches unvollständiges Wissen haben, und dies wird durch ihre Dichteoperatoren / gemischten Zustände ausgedrückt. Es ist wie statistische Mechanik, aber QM.

Nichts existiert, bis es gemessen und beobachtet wird.

der Kopenhagener Konsens

Alles in diesem Universum gehorcht universell der Schrödinger-Gleichung. Es gibt keinen speziellen Messzielkollaps.

Es gibt also keine Messungen. Es gibt auch keine Beobachter. Ergo existiert nichts . Fast jeder macht die falsche Annahme, dass etwas existiert.

Können Sie beweisen , dass etwas existiert? Du kannst nicht!

Was macht eine Beobachtung/Messung im QM aus?
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