Stellen Sie sich eine Stern-Gerlach-Maschine vor, die die misst -Komponente des Spins eines Elektrons. Angenommen, der Anfangszustand unseres Elektrons ist eine gleiche Überlagerung von
In einem zweiten Gang hört man manchmal, dass dies nicht wirklich eine Messung ist: Sie können die beiden Strahlen durch eine zweite, auf dem Kopf stehende Stern-Gerlach-Maschine leiten, um sie zu kombinieren
Hier ist mein Problem mit diesem Argument. Warum ändert die Wechselwirkung den Zustand der Stern-Gerlach-Maschine nicht? Ich dachte, die beiden Staaten wären
Dies ist ein Spezialfall einer allgemeinen Frage: Unter welchen Umständen kann die Interaktion mit einem makroskopischen Laborgerät keine Dekohärenz verursachen? Intuitiv gibt es immer eine Rückwirkung vom Spin auf die Ausrüstung, die ihren Zustand ändert und die Kohärenz zerstört, so dass es scheint, als ob jedes Teilchen immer kontinuierlich gemessen wird.
Im Fall eines auf einen Spin einwirkenden Magnetfelds, wie in der NMR, gibt es eine Auflösung: Der Systemzustand ist ein kohärenter Zustand, da es sich um ein makroskopisches Magnetfeld handelt, und kohärente Zustände werden dadurch kaum verändert oder . Aber ich bin mir nicht sicher, wie ich es für die Stern-Gerlach-Maschine argumentieren soll.
Das ist eine sehr gute Frage, denn wenn die ursprüngliche Stern-Gerlach-Maschine einen wohldefinierten Impuls hatte, dann haben Sie Recht, dass es beim Wiederverbinden der Strahlen keine Kohärenz geben könnte! Die Faustregel für die Dekohärenz: Eine Superposition wird zerstört/dekohäriert, wenn Informationen ausgetreten sind. In dieser Konstellation würde das bedeuten, dass wenn man beispielsweise durch Messung des Impulses der Stern-Gerlach-Maschine feststellen könnte, ob der Spin nach oben oder nach unten gekrümmt ist, dann wäre die Quantenüberlagerung zwischen oben und unten zerstört worden.
Lassen Sie uns genauer sein, denn dann wird klar, warum wir in der Praxis die Quantenkohärenz in einer solchen Anordnung erhalten können .
Nehmen wir der Einfachheit halber an, dass die erste Stern-Gerlach-Maschine einfach einen Impuls vermittelt zum Spin, wobei das Vorzeichen von der Ausrichtung des Spins abhängt. Durch Impulserhaltung erhält die Stern-Gerlach-Maschine den entgegengesetzten Impuls, d.h. (mit diesem erzeugt Translation im Impulsraum)
Lassen Sie mich zur besseren Darstellung jetzt die zweite SG-Maschine weglassen (danach kann man sie wieder einsetzen, da sich eigentlich nichts ändert). Also stellen wir jetzt die Frage: funktioniert der Endzustand Haben Sie immer noch Quantenkohärenz zwischen den Aufwärts- und Abwärtsspins?
Lassen Sie uns zerlegen
Sie sehen also, dass Sie im Prinzip Recht haben: Die Quantenkohärenz ist vollständig zerstört, wenn die Überlappung zwischen den SG-Maschinen mit unterschiedlichen Impulsen genau Null ist, dh . Das wäre aber nur dann der Fall, wenn unsere SG von vornherein ein ganz genau definiertes Momentum hat. Das ist natürlich völlig unphysikalisch, denn das würde bedeuten, dass unsere Stern-Gerlach-Maschine über das Universum geschmiert würde. Nehmen wir analog an, dass unsere SG-Maschine eine perfekt definierte Position hat, dann ist die Impulstranslation lediglich ein Phasenfaktor, und In diesem Fall gibt es also keinen Informationsverlust! Aber natürlich ist dies ebenso unphysikalisch, da es bedeuten würde, dass unsere SG-Maschine von Anfang an einen völlig zufälligen Impuls hat. Aber jetzt können wir allmählich sehen, warum es in der Praxis keine Dekohärenz aufgrund der Impulsübertragung gibt: In der Praxis können wir uns vorstellen, dass der Impuls der SG-Maschine durch einen Mittelwert und eine Gaußsche Kurve beschrieben wird, und obwohl das stimmt der Impulsübertrag des Spins verschiebt diesen Mittelwert leicht, es wird immer noch eine große Überlappung mit der ursprünglichen Verteilung geben, und so . Genau genommen gibt es also eine gewisse Dekohärenz, die jedoch vernachlässigbar ist. (Dies ist hauptsächlich auf die makroskopische Natur der SG-Maschine zurückzuführen. Wenn sie viel kleiner wäre, hätte der Impuls des Spins einen viel größeren relativen Effekt.)
Es besteht kein Widerspruch zum Impulsaustausch, wenn man bedenkt, dass erst nach der Überprüfung der Elektronenbahn eine Messung durchgeführt wurde. Auf der Ebene der Stern-Gerlach-Wechselwirkung ist alles, was Sie haben, Verschränkung.
Fall 1: Ablenkung durch einen Stern-Gerlach mit anschließender Detektion (Messung). Etwas Impuls wurde vom Elektron auf den Apparat übertragen.
Fall 2: Ablenkung durch einen Stern-Gerlach gefolgt von einem zweiten, auf dem Kopf stehenden Stern-Gerlach (keine Messung). Es hat keinen Impulsaustausch gegeben, obwohl es zu einer Verschränkung des Elektrons und des ersten Apparats in einem überlagerten Zustand zweier unterschiedlicher Impulsaustausche gekommen ist, die den beiden Spinzuständen und den zugehörigen Trajektorien entsprechen.
Kurzum: Das Zusammenspiel mit dem Stern-Gerlach ist nie ein Maßstab für sich.
Warum also zerstört die Verschränkung nicht die Interferenz? Ich denke, das Problem ist die Durchführbarkeit halbklassischer Argumente hier. Wenn wir Stern-Gerlach auf der Ebene der ersten Interaktion als klassisch ansehen, führt Verschränkung zu Dekohärenz. Aber wenn wir das nicht tun, ist es nur ein Teil des gesamten Quantensystems.
Ich denke, das Problem ist im Transaktionsbild (TI) gelöst. In TI verlassen Sie sich nicht auf eine ausschließlich einheitliche „Dekohärenz“-Erzählung. Vielmehr haben Sie einen echten Zusammenbruch, und das ist es, was eine tatsächliche Messung ausmacht. Das ist auch das, was die klassische Ebene von Phänomenen begründet, auf der alle Objekte der Wahrnehmung wohldefinierte Positionen und Impulse haben (trotz der Unbestimmtheitsrelation). Beachten Sie, dass man bei den obigen „Dekohärenz“-Ansätzen argumentieren muss, dass das SG-Gerät keine genau definierte Position hat; aber natürlich geht das. Es ist NICHT in einer Überlagerung von Positionen. Es sitzt genau dort mit Impuls = 0 (relativ zum Labor) UND einer genau definierten Position. Laut TI ist der Grund, warum es dies tun kann (der Unschärferelation trotzen), dass das SG kein Quantensystem ist; es ist in den Bereich der Klassik eingetreten, weil seine Bestandteile häufig zusammenbrechen. Dies ist eine Form der Dekohärenz (eine viel stärkere Form als in der Einheitstheorie). Deshalb kann die SG keine kohärente Überlagerung mit dem Elektronenzustand eingehen, wie in der Frage dargestellt.
Emilio Pisanty
Knzhou
Isometrie