Zeitumkehrinvarianz in der Quantenmechanik

Ich dachte an ein Gedankenexperiment, bei dem ich mich fragte, wie die Zeitumkehr in der Quantenmechanik funktioniertund die Auswirkungen. Die Idee ist folgende ... Sie gehen in der Zeit vorwärts, wenn Sie sich entscheiden, ein Teilchen zu messen. Das Teilchen kollabiert dann in den beobachteten Zustand. Nun, wenn die Physik in umgekehrter Zeit dieselbe wäre, dann wenn wir anhalten und die Zeit umkehren und dann genau dasselbe Teilchen erneut messen ... dann würde ich mir vorstellen, dass wir, da die Wellenfunktion zusammengebrochen ist, dasselbe messen sollten. Was mir das sagt, ist, dass wir bei gegebener zeitlicher Entwicklung in Richtung +, wenn wir ein Teilchen messen und die Wellenfunktion kollabiert, dann, wenn Sie den Zeitpfeil umkehren, um in Richtung - zu gehen, die gleiche Antwort erhalten sollten wie Vor. Die Zukunft/Gegenwart beeinflusst die Vergangenheit. Das heißt, wenn wir theoretisch eine Zeitmaschine hätten und in die Vergangenheit reisen würden, wären wir in eine andere Vergangenheit gereist.

Eine weitere Implikation dieses Gedankenexperiments ist, dass die Zukunft nicht von der Vergangenheit zu unterscheiden wäre und von nun an dieselbe wäre. Ich würde mir vorstellen, dass dies mit dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik übereinstimmt, da die Physik vorschreibt, dass die Entropie nur zunimmt ... in die umgekehrte Richtung der Zeit zu gehen, um die Entropie zu verringern, würde gegen die Gesetze der Physik verstoßen. Hat da draußen noch jemand darüber nachgedacht?

Aus meinen Studien der Quantenmechanik erinnere ich mich an keine Postulate, die so etwas aussagen, aber das alles macht für mich Sinn. Gibt es irgendwelche Theorien, die in diese Richtung gehen?

Das erinnert mich sehr an Streuung. Die Streuoperatoren Ω ± = lim T → ± ∞ e − ich H T e ich H 0 T sind Zeitumkehrungen voneinander. Aber das sagt nur, dass wir entweder die Trajektorien nach der Interaktion zurückverfolgen oder die eingehenden Trajektorien nach vorne bringen, zumindest bin ich jetzt dort (ich lerne noch). Ich bin zuversichtlich, dass Ihnen jemand eine gute Antwort geben wird, und wenn nicht, werde ich ein wenig mehr lesen und Ihnen meine geben.
Danke. Ich denke darüber nach, wieder in die Forschung einzusteigen, ich habe noch nie von jemandem gehört, der sich mit einer solchen Frage beschäftigt. Dies könnte etwas sein, das ich gerne übernehmen würde, da ich arbeitslos bin und reichlich Zeit zur Verfügung habe. Es ist interessant, dass Sie dies als ein beobachtetes Merkmal bei der Streuung erwähnt haben.
Ich nehme an, meine Kritik wäre die: Sie behandeln das Problem scheinbar quantenmechanisch in der Zeit vorwärts, wechseln aber zurück zur klassischen Behandlung, wenn Sie rückwärts gehen. Als Analogie hatten Sie ein Quantenei und ließen es quantenmechanisch zerbrechen, aber wenn Sie rückwärts gingen, bauten Sie das Ei wieder auf, als ob es einfache Newton-Bahnen wären. Ich denke, der Trick wäre, beide Richtungen quantenmechanisch zu behandeln und den Prozess des "Nicht-Messens" so quantenmechanisch wie den normalen Messprozess zu lassen. Nur ein Gedanke.
@knives: Ja, ich habe das Problem quantenmechanisch in der Zeit zurückgegangen behandelt. Meine Frage wurde angespornt, weil ich denke, dass die meisten Leute eine Zeitreise als ein klassisches Newtonsches Problem betrachten, wie Sie sagten. Meine Gedanken waren, was haben Sie, wenn Sie zu Ihrer ursprünglichen Wellenfunktion zurückkehren und auch durch die Quantenmechanik gehen müssten. Ich habe es mir so vorgestellt, wie du es gerade formuliert hast.

Antworten (7)

Du fragst:

Aus meinen Studien der Quantenmechanik erinnere ich mich an keine Postulate, die so etwas aussagen, aber das alles macht für mich Sinn. Gibt es irgendwelche Theorien, die in diese Richtung gehen?

Tatsächlich gibt es eine solche Theorie. Es heißt Dekohärenz .

Sie erwähnen den Vergleich mit der Thermodynamik, und das ist im Grunde die gleiche Art und Weise, wie die Dekohärenz funktioniert. Die Physik hinter der Thermodynamik ist perfekt umkehrbar, aber wir sehen keine zerbrochenen Eier, die sich wieder zusammensetzen, weil es äußerst unwahrscheinlich ist, dass dies geschieht.

Um den Artikel über Dekohärenz zu zitieren, ist Quantendekohärenz der Verlust der Kohärenz oder Ordnung der Phasenwinkel zwischen den Komponenten eines Systems in einer Quantenüberlagerung. Eine Folge dieser Dephasierung führt zu klassischem oder probabilistisch additivem Verhalten. Die Quantendekohärenz erweckt den Anschein eines Zusammenbruchs der Wellenfunktion. Tatsächlich werden Informationen über das Quantensystem an den Rest des Universums weitergegeben. Die Information geht nicht verloren und könnte sich im Prinzip wieder zur ursprünglichen Quantenüberlagerung zusammenfügen, aber das ist noch unwahrscheinlicher, als wenn sich ein zerbrochenes Ei spontan wieder zusammensetzt.

Ich verstehe Ihren Standpunkt und habe nie wirklich darüber nachgedacht, wie sich eine zerbrochene Eierschale selbst repariert. Ich nehme an, mein vorheriges Argument ist, dass es, wenn es einmal kaputt ist, nicht möglich ist, zu den vorherigen Zuständen zurückzukehren. Wenn wir also in der Zeit zurückreisen würden, müssten wir dann nicht Operationen durchführen, die die Auswirkungen der Messung (Aufbrechen der Eierschale) zunichte machen würden? Ich kann mir keine Möglichkeit vorstellen, wie Messvorgänge unterbrochen und erneut auf das Partikel angewendet werden können, um die Messung zu überfordern ... es sei denn, wir bereiten das Partikel so vor, wie wir es zuvor getan haben.

Nur ein paar Hinweise für Sie, um mehr darüber zu erfahren. Sehen Sie sich Aharonovs Artikel zur zeitsymmetrischen Formulierung der Quantenmechanik an: http://arxiv.org/abs/quant-ph/9501011

Tony Leggett spricht darüber: http://www.youtube.com/watch?v=IGim9uzcumk Es ist ein nettes Video und recht einfach zu verstehen.

|Sehr geehrter Herr Student, die Zeitumkehr-Symmetrie in konventioneller QM gilt bestenfalls (zB keine Magnetfelder) nur für die einheitliche Entwicklung eines Quantensystems; der Messvorgang ist nicht zeitumkehrsymmetrisch. Außerdem besagt der zweite Hauptsatz der Thermodynamik (ganz grob gesagt), dass die Entropie abnehmen sollte, wenn Sie in der Zeit zurückgehen; wieder gibt es keine Zeitumkehrsymmetrie. Die Tatsache, dass Ihr aktuelles Verständnis des Themas für Sie sinnvoll ist, bedeutet, dass Sie klug genug waren, scheinbar überzeugende Argumente zu finden, um es für Sie sinnvoll zu machen; aber es ist nicht richtig, glaube ich.

Ich kann sehen, was Sie sagen, wenn Sie ein zeitabhängiges Potential in die Gleichung anwenden. Tatsächlich scheint meine Frage zwischen Ihrem Punkt, Spots Artikel und Rennies Antwort etwas klarer zu sein. Bei einer zeitunabhängigen Gleichung sollte die Wellenfunktion für alle Zeiten konstant sein, was mit meiner Aussage übereinstimmt ... die Messung selbst ist jedoch, wie Sie sagten, kein zeitunabhängiges Problem. Der Spots-Artikel zeigt jedoch, dass Quanteninformationen niemals verloren gehen, sondern nur im gesamten Universum verstreut sind, was Rennies Antwort entspricht. Jetzt leuchtet es mir ein, danke.

NEIN!

Die Zeitinvarianz gilt in der Quantenmechanik NUR, wenn die Wellenfunktion nicht zusammenbricht. Das bedeutet, sobald Sie Messungen durchgeführt haben, wird die Zeitinvarianz zerstört. Es gibt keine Zeitinvarianz in Anwesenheit des Beobachters.

Wenn ich Ihre Frage richtig verstehe, ist es zumindest teilweise, ob das nominelle Ereignis des „Wellenkollaps“ (bitte beachten Sie, dass verschiedene Denkschulen dieses Ereignis unterschiedlich beschreiben!) zeitlich umkehrbar ist. Ich werde nicht versuchen, die Schulen anzusprechen, sondern eher, ob das, was Sie fragen, eine experimentelle Bedeutung hat.

Dies ist keine vollständige Antwort, aber das Konzept der Quantenlöschung scheint die Idee zu unterstützen, dass der „Wellenkollaps“ rückgängig gemacht werden kann, wenn er vorsichtig angegangen wird.

Das allgemeine Rezept zur Umkehrung eines solchen Ereignisses lautet: Sie müssen alle Informationen über das Ereignis aus dem gesamten Universum an den Ursprungsort zurücksenden. Mit allem meine ich wirklich alle, einschließlich zum Beispiel aller Photonen, die mit Lichtgeschwindigkeit nach außen geschwungen sind, und aller Phononen, die als Schwingungen ausgetreten sind.

Wenn Sie ein wenig darüber nachdenken, sagt es Ihnen sehr schnell, dass die Umkehrung eines "Wellenkollaps" notwendigerweise außerordentlich unwahrscheinlich sein muss, wenn das Ereignis von irgendeiner der Ausrüstungen eines klassischen Beobachters berührt wurde. Es wird wahrscheinlich nur in sehr kleinen Systemen passieren, in denen Informationen extrem begrenzt sind, und an der unteren Grenze fügen sich solche Ideen der Löschung nahtlos in das QED-Konzept (Feynman) von Quantenwellen als Summen der Amplituden aller möglichen Geschichten ein, durch die das Ereignis möglich war entfaltet haben.

Ich sollte auch darauf hinweisen, dass das Rezept, das ich gerade beschrieben habe, alle Informationen zurückzugeben, diese Informationen nicht wirklich an den ursprünglichen Ort in der Raumzeit zurückbringen kann, da klassische Geräte nur in der Gegenwart funktionieren können. Was Sie also wirklich tun, ist, sich mit einem sehr ähnlichen Ort zu begnügen, der in die Gegenwart eingebettet ist. Nichtsdestotrotz sollten Sie, wenn Sie dem Rezept „Alle Daten zurückgeben“ folgen, in der Lage sein, eine neue Wellenfunktion zu erstellen, aus der eine völlig neue Zukunft hervorgehen könnte, wie Sie auch spekuliert haben.

Der Haken ist, dass Sie, da Ihre neue Wellenfunktion nur eine Kopie der Vergangenheit ist, die Vergangenheit nicht wirklich ändern, wenn sich Ihre neue „identische, aber zeitlich verschobene“ Wellenfunktion entscheidet, sich auf eine völlig neue Weise zu entfalten. Ein bisschen wie Catch 22, das.

Eine Folgefrage könnte auch lauten: „Was ist mit der Zeitverschränkung? Kann man die Vergangenheit auf diese Weise verändern?“ Nö. Selbst dort hat die Kausalität diese bemerkenswerten Möglichkeiten, zeitliche Paradoxien in Schach zu halten. Während ich voll und ganz zustimmen würde, dass zeitliche Verschränkung möglich ist, und sogar noch weiter gehen würde, um zu behaupten, dass sie eine normale Komponente der räumlichen Verschränkung ist, würde ich auch sagen, dass alle Formen der Verschränkung davon abhängen, dass es nirgendwo im gegenwärtigen Universum widersprüchliche Informationen darüber gibt, wie Die verschiedenen Komponenten des verstrickten Ereignisses entfalteten sich, zumindest nicht, bis Sie sie in der Gegenwart oder Zukunft überprüfen.

Ich verstehe, was Sie über die Rückgabe von Quanteninformationen aus dem Universum sagen, um die ursprüngliche Wellenfunktion zu erstellen, aber ich komme immer noch nicht über den Haken 22 hinaus. Wenn wir 3 aufeinanderfolgende Experimente nacheinander durchführen würden ... Sie wissen, dass Sie es bekommen würden Zufällige Ergebnisse bei jeder Messung. Angesichts der Tatsache, dass wir die Zeit umgekehrt und das Experiment neu durchgeführt haben, würde die Quantenmechanik versagen, wenn die Ergebnisse dieselben wären. Ich kann jedoch sehen, dass es immer die Möglichkeit gibt, in derselben Zukunft mit denselben Ergebnissen voranzukommen ... es ist nur eine Wahrscheinlichkeit. Obwohl ich Unmessungen mache, stimme ich zu, dass ich die ursprüngliche Welle fxn ausspucken würde

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik gilt nur unter der Voraussetzung linearer Zeit. Wenn die Zeit selbst mehrdimensional ist (Viele Welten), ist die Zunahme oder Abnahme der Entropie relativ.

Zwei kürzlich durchgeführte Experimente zeigen, dass man Quantenereignisse nicht klassisch denken kann: In beiden Experimenten war die Verschränkung in Betrieb, bis alle Observablen gemessen waren – die Reihenfolge der Messungen spielte keine Rolle. Siehe „Entanglement Swapping between Photons that have Never Coexisted“, Megidish, et al., PRL 110, 210403 (2013), DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.210403 und „Quantum erasure with causally disconnected choice“, XSMa, et al., PNAS , 22. Januar 2013 , vol. 110, Nr. 4, 1221–1226, DOI: 10.1073/pnas.1213201110

Aus Sicht einer linearen Zeitlinie haben Sie also ein symmetrisches System, unabhängig davon, ob Sie das Experiment vorwärts oder rückwärts ausführen - nicht verschränkte Photonen werden verschränkt, führen einige quantenmechanische Operationen mit anderen Photonen durch, die die Art der Verschränkung ändern, und kehren dann in einen nicht verschränkten Zustand zurück - davor und danach gibt es Quantensuppe - dazwischen gibt es entweder vorwärts oder rückwärts unbeobachtete Zustände. Ich glaube nicht, dass Sie davon ausgehen können, dass die Zwischenzustände den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik verletzen, wenn Sie zeitlich vorwärts oder rückwärts schauen, da die verschränkten Photonen in einem isolierten Quantenphasenraum existieren, bis sie entwirrt werden.

Zeitumkehrinvarianz in der Quantenmechanik
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