Was ist der Unterschied zwischen einer Messung und jeder anderen Wechselwirkung in der Quantenmechanik?

Was Sie in Ihrer Frage beschreiben, ist die "Kopenhagener Interpretation" der Quantenmechanik. Heutzutage gibt es differenziertere Ansichten darüber, die "Messungen" nicht ganz so asymmetrisch behandeln, siehe zB Quellen, die von Dekohärenz sprechen.

Ich empfehle, sich den klassischen Vortrag „Quantum Mechanics in your face“ von Sidney Coleman anzuschauen , um einen netten Blick auf solche Dinge zu werfen.

Bei Interaktionen entsteht lediglich eine Korrelation. Wird beispielsweise ein Elektron durch eine Stern-Gerlach-Apparatur geschickt, entsteht eine Korrelation zwischen der zurückgelegten Strecke in x-Richtung und der abgelenkten Strecke in y-Richtung. Es ist reversibel. Die Messung, die auftritt, wenn das Teilchen auf die fotografische Platte trifft, ist irreversibel. Es ist mit irreversibler Dissipation, dh Entropieerzeugung, verbunden.
Diese Annäherung kann selbst weiter zerlegt werden, wird aber sehr knifflig.

Ein wirklich gutes (1983) Buch ist von Wheeler und Zurek, "The Quantum Theory of Measurement", erhältlich als djvu-Datei unter http://www.4shared.com/get/vw66Qp70/Wheeler_JA_Zurek_WH_ eds _Quan.html (8 MB, warte 30 Sekunden für den Download). [Wenn ich jetzt nur herausfinden könnte, wie man einen Reader für einen Mac bedient ...]

Vieles davon, wie Sie diese Frage beantworten, hängt von Ihrer Sichtweise der Wellenfunktion oder des Zustands ab. Wenn Sie glauben, dass der Quantenzustand ein Realitätszustand ist (d. h. ein ontischer Zustand), dann müssen Sie entweder die Vorhersagen der orthodoxen (Kopenhagener) QM ohne das Messpostulat reproduzieren oder erklären, warum die Natur zwei Formen der Evolution bereitstellt. Die erstgenannte Sichtweise ist im Grunde die Viele-Welten-Interpretation, zu der ich mich sehr hingezogen fühle, da sie nur eine einheitliche Evolution postuliert und die Messung als einen entstehenden und nicht als einen grundlegenden Effekt erklärt.

Wenn Sie andererseits der Ansicht sind, dass die Wellenfunktion ein Wissensstand (epistemisch) über einen anderen zugrunde liegenden ontischen Zustand ist, dann stellt der Zusammenbruch der Messung keine echte Evolution dar, sondern eine diskontinuierliche Änderung Ihres Wissens über ein System. Alternative Formulierungen der Quantenmechanik, wie die Bohmsche Mechanik, erklären dies auf mathematisch strenge Weise, aber das finden manche unbefriedigend.

Jeder dieser Ansätze (und die vielen weiteren, die ich nicht erwähnt habe) legt nahe, wo nach der nächsten physikalischen Theorie zu suchen ist, und so sollte die Frage schließlich experimentell entscheidbar sein. Im Moment müssen wir uns jedoch auf Mathematik, physikalische Intuition und rationale Argumentation verlassen.

Vieles wurde in diesen Antworten behandelt, aber ein Aspekt wurde ausgelassen. Die eigentliche Physik, die in jedem Messprozess vor sich geht, beinhaltet die Verstärkung. Feynman hielt dies für bedeutsam. Hier ist ein vielleicht wenig bekanntes Zitat von ihm:

Wir und unsere Messgeräte sind Teil der Natur und werden daher im Prinzip durch eine Amplitudenfunktion [die Wellenfunktion] beschrieben, die einer deterministischen Gleichung [Schrödinger-Gleichung] genügt. Warum können wir nur die Wahrscheinlichkeit vorhersagen, dass ein bestimmtes Experiment zu einem bestimmten Ergebnis führt? Woraus entsteht die Unsicherheit? Es ergibt sich fast ohne Zweifel aus der Notwendigkeit, die Auswirkungen einzelner atomarer Ereignisse auf ein solches Niveau zu verstärken, dass sie von großen Systemen leicht beobachtet werden können.

\dots Auf welche Weise ist uns nur die Wahrscheinlichkeit eines zukünftigen Ereignisses zugänglich, während die Gewissheit eines vergangenen Ereignisses oft scheinbar behauptet werden kann? \dots Wir sind natürlich wieder an den Folgen der Größe unserer selbst und unserer Messgeräte beteiligt. Die übliche Trennung von Beobachter und Beobachtetem, die jetzt bei der Analyse von Messungen in der Quantenmechanik erforderlich ist, sollte nicht wirklich notwendig sein oder zumindest noch gründlicher analysiert werden. Was gebraucht zu werden scheint, ist die statistische Mechanik von Verstärkungsapparaten.

R. Feynman und A. Hibbs, Quantum Mechanics and Path Integrals, New York, 1965, p. 22.

Dies wird in meinem Buch The Axiomatisation of Physics zitiert und diskutiert, siehe http://www.mast.queensu.ca/~jjohnson/HilbertSixth.pdf und http://arxiv.org/abs/0705.2554

Es ist so, dass alle Messungen über die Ausnutzung der natürlichen Wechselwirkungen verlaufen, die wir theoretisch verstehen. Aber wenn die Messung abgeschlossen ist und das Ergebnis vorliegt, kann die QM-Analyse der nachfolgenden Evolution nur der Systeme, die dieses bestimmte Ergebnis erbracht haben, nicht mehr die ursprüngliche Zustandsfunktion verwenden (die alle unterschiedlichen möglichen Ergebnisse zulässt), sondern muss es dann verwenden Sie nur den Teil der ursprünglichen Zustandsfunktion, der dem jeweiligen Ergebnis entspricht. Diese „plötzliche“ Änderung der verwendeten Zustandsfunktion wird als Zustandsfunktionskollaps bezeichnet. Viele Physiker betrachten diese Änderung als nichts anderes als die Änderung des Wissens des Experimentators, sobald das Ergebnis vorliegt. Dies ist die erkenntnistheoretische Interpretation der Staatsfunktion. Viele betrachten die Änderung jedoch auch als Ausdruck einer echten physikalischen Änderung des Zustands der Systeme, die durch die Messung mit dem jeweiligen Ergebnis erzielt wurden. Dies ist die ontologische Interpretation der Zustandsfunktion und sie hat viele Variationen. Wieder andere vertreten eine ontologische Interpretation der Staatsfunktion, während sie leugnen, dass es überhaupt zu einem Kollaps kommt.

Diese letzteren Ansichten, die ebenfalls viele Versionen haben, haben zu verschiedenen Interpretationen und/oder Alternativen zu QM geführt, die unter Namen wie Pilot wave, deBroglie-Bohm, Modal interpretations, Relative state, Many Worlds, Many Minds, Consistent Histories bekannt sind , Dekohärenztheorie, Informationstheorie usw. Zusammengenommen werden diese alle als NO-Kollaps-Theorien bezeichnet.

Die Verfechter des realen, physischen Zusammenbruchs haben auch daran gearbeitet, eigene alternative Theorien zu entwickeln, die das Postulat des Zusammenbruchs durch Evolutionen ersetzen, die den Zusammenbruch dynamisch erzeugen. Diese Theorien tragen die Namen ihrer Autoren, Ghirardi-Rimini-Weber-Pearl, Karolahazy, Penrose, Gisin, Percival usw. Zusammengenommen sind dies die Kollaps-Theorien.

Die Schwierigkeit, sich zwischen diesen vielen und immer noch wuchernden Alternativen zu entscheiden, ist auf den unglaublichen Erfolg des Standard-QM zurückzuführen. Alle Alternativen müssen mindestens die gesicherten Ergebnisse der QM reproduzieren und dabei eventuell Abweichungen in noch ungeprüften Gewässern berücksichtigen. Einige von ihnen bieten überhaupt keine Abweichungen von QM! Die Entscheidung zwischen ihnen und QM muss also eine Frage der Philosophie oder Ästhetik sein. Auf jeden Fall sind die Zeiten der Hegemonie der Kopenhagener Deutung, falls es sie je gegeben hat, für immer vorbei.

Vielleicht ist das zu einfach, aber:

1. Die Wechselwirkung zwischen zwei Phänomenen tritt auf, wenn sie ihre Eigenschaften gegenseitig ändern:$p_1$Änderungen$p_2$ und $p_2$Änderungen$p_1$. Und es besteht keine Möglichkeit, dass ein Phänomen das andere beeinflusst, ohne selbst verändert zu werden.

2. Eine Messung ist eine Art Interaktion, bei der einige Informationen über den Wert einer Immobilie von z$p_1$, lässt sich aus den Veränderungen in ableiten$p_2$Eigenschaften von , nachdem sie interagiert haben. Der erhaltene Wert ist immer mit einer Unsicherheit ungleich Null behaftet.

Diese Frage versuchen nun Physikphilosophen zu beantworten, nicht Physiker (auch wenn die Grenze meist nicht wirklich scharf ist). Wenn Sie also nach einer ausführlicheren Diskussion (und Ressourcen) suchen, sollten Sie sich diesen Artikel der Stanford Encyclopedia of Philosophy ansehen: http://plato.stanford.edu/entries/qt-measurement/

Die Messung geschieht am Ende der Zeit für unser Universum als Kollaps in Form einer Nachselektion wie im Zwei-Zustands-Formalismus. Lesen Sie die Artikel von Aharonov und Vaidman für weitere Einzelheiten. Es gibt einen Satz in der Quantenmechanik, der besagt, dass wir den Kollaps der Messung jederzeit ohne beobachtbare Folgen in die Zukunft verschieben können.

Es scheint, dass sich diese Frage ausschließlich auf die Kopenhagener Interpretation (und andere verwandte Interpretationen mit Kollaps und einem Beobachter) bezieht, da sie den Begriff "Messung" verwendet, der in anderen Interpretationen keine Sonderstellung einnimmt.

Angenommen, es geht hier um die Kopenhagener Interpretation, ja, die Messung unterscheidet sich von jeder anderen Interaktion. Der Unterschied besteht darin, dass das Quantensystem mit dem Beobachter interagiert, einer Person, die über besondere physikalische Eigenschaften verfügt, um den Kollaps der Wellenfunktion auszulösen. Es gibt nur eine solche Person und das QM bietet die theoretische Möglichkeit, anhand seiner besonderen Fähigkeiten, mit Materie umzugehen, eindeutig zu bestimmen, wer es ist.

Dies stellt das Hauptproblem der Kopenhagener Deutung dar und der Grund, warum andere Deutungen vorgeschlagen wurden (Relational, MWI), die beobachterunabhängig sind, keine besonderen, auserwählten Persönlichkeiten einschließen und über alle Menschen hinweg symmetrisch sind. Dies bedeutet jedoch nicht, dass es nicht zumindest im beobachtbaren Universum eine Person geben sollte, die scheinbar besondere Eigenschaften hat.

Die kurze Antwort lautet, dass Messung und Interaktion zwei verschiedene Tiere in der Quantenmechanik sind. In der Realität werden Messungen unter Verwendung einer der fundamentalen Wechselwirkungen (normalerweise EM) durchgeführt, aber dies fällt nicht in den Rahmen von QM.

Die lange Antwort ist, dass Sie keine zufriedenstellende Antwort auf Ihre Frage erhalten werden. Erstens, weil Physiker die Antwort nicht kennen, und zweitens, weil es Physikern egal ist.

Die Physik befasst sich mit dem Verständnis der Natur, indem sie Vorhersagen über Messungen trifft. Wenn wir eine Theorie darüber haben, was zwischen Messungen passiert (Dinge wie Lagrange und Kräfte) und eine Theorie der Messungen (ein Postulat in der Quantenmechanik, dass Wellenfunktionen kollabieren, plus die probabilistische Interpretation des absoluten Quadrats der Wellenfunktion), und das Rahmenwerk mit der gewünschten Genauigkeit funktioniert, dann sind die philosophischen Implikationen des Versuchs, beide zu vereinen, für Physiker uninteressant, es sei denn, sie führen zu einem tieferen Verständnis der Natur, indem sie präzisere oder allgemeinere Vorhersagen über Messungen treffen.

In der Praxis wurde die von Ihnen gestellte Fragestellung seit dem Aufkommen der Quantenmechanik untersucht, aber meines Wissens ist daraus nie etwas über die Vereinheitlichung von Kräften und Messungen geworden ("weiß nicht"), sodass der Mainstream verloren hat Interesse vor langer Zeit ("don't care"). (Als interessante Nebenbemerkung ist ein wichtiges Ergebnis, das aus einer verwandten Art von Untersuchung hervorgeht, die Bell-Ungleichung.)

Tut mir leid, wenn diese Antwort negativ erscheint. Um David Mermin [korrigiert] bezüglich der philosophischen Fragen bezüglich der Quantenmechanik zu zitieren, ist die pragmatische Sache, die man tun muss, „die Klappe zu halten und zu rechnen!“