Kommt es überall sofort zum Kollaps der Wellenfunktion?

Das ist nicht wirklich die richtige Frage. Wir messen niemals Wellenfunktionen. Wir messen Eigenschaften wie Ort, Impuls, Energie eines Elektrons. Ob das Elektron Spin-up oder Spin-down ist. Das Verhalten dieser Eigenschaften entspricht nicht dem, was man von der klassischen Physik erwarten würde. Wellenfunktionen sind ein mathematisches Konstrukt, mit dessen Hilfe wir vorhersagen können, welche Messungen wir erwarten können.

In der klassischen Physik ist ein Elektron ein kleines punktförmiges Teilchen. Es folgt einer Bahn. Eine Kraft wirkt glatt, um die Flugbahn zu ändern. Sie können Position und Impuls jederzeit mit beliebig guter Genauigkeit messen, ohne die Flugbahn zu stören.

Im Gegensatz dazu wird in der Quantenmechanik die Wirkung der Außenwelt auf ein Elektron oft besser durch diskrete Wechselwirkungen beschrieben. Möglicherweise kennen wir einen Messwert im Voraus. Wir können es danach erneut messen. Aber wir sehen nicht, was während einer Interaktion passiert. Diese Arten von Wechselwirkungen verändern den Zustand des Elektrons, aber sie können uns Informationen über das Elektron geben. Wir können sie verwenden, um Messungen des Elektrons durchzuführen.

Eine typische solche Wechselwirkung wäre, ein Elektron zu beleuchten und Dinge zu lernen, indem es reflektiert wird. Aber Licht kommt in Klumpen, die Photonen genannt werden. Das Abprallen eines Photons von einem Elektron kann Ihnen etwas über das Elektron verraten, aber es verändert auch die Energie und den Impuls des Elektrons.

Sie können ein kurzwelliges Photon verwenden, das gut lokalisiert werden kann. Dadurch erfahren Sie genauer, wo die Reflexion aufgetreten ist. Aber ein kurzwelliges Photon ist hochenergetisch. Es gibt dem Elektron einen starken Stoß, der nicht genau bestimmt werden kann. Sie kennen also den Impuls oder die Energie des Elektrons danach nicht sehr gut.

Sie können eine lange Wellenlänge verwenden, um den Tritt so sanft zu gestalten, wie Sie möchten. Aber Sie wissen nicht sehr genau, wo sich dieses Photon befindet. Sie können nicht so viel darüber lernen, wo sich das Elektron befindet.

Diese umgekehrte Beziehung zwischen der genauen Kenntnis der Position und der genauen Kenntnis des Impulses erweist sich als grundlegend und nicht nur als Einschränkung der Messung. Dies ist einer der Gründe, warum Wellen verwendet werden, um die Realität zu beschreiben. Ein Elektron hat keinen genauen Ort oder Impuls. Es hat immer eine Reihe möglicher Positionen und Impulse.

Diese Bereiche unterscheiden sich von allem Klassischen. Ein Gasbeutel hat keine bestimmte Größe oder Form und ist immer bis zu einem gewissen Grad ausgebreitet. Einige Teile davon können schnell gehen und andere langsam. Aber überall im Inneren des Beutels befindet sich eine bestimmte Menge Gas, und dieser Teil hat einen bestimmten Impuls. Ein Elektron ist nicht so.

Sie können ein Elektron durch Vakuum auf einen mit Phosphor bedeckten Glasschirm schießen. Wenn Sie das Elektron in einem ausgebreiteten Zustand präparieren, ist das Elektron überall in der Vakuumkammer präsent. Sie wissen das, weil es überall auf dem Bildschirm mit gleicher Wahrscheinlichkeit treffen kann. Aber es ist falsch zu glauben, dass überall in der Kammer ein Elektron vorhanden ist. Wenn das Elektron auf den Bildschirm trifft, trifft es auf ein Phosphoratom und bringt es dazu, Licht abzugeben. Die anderen Atome werden nicht gestört. Wenn Sie das Experiment wiederholen, finden Sie Lichtpunkte, die gleichmäßig über den Bildschirm verteilt sind.

Es ist auch falsch zu glauben, dass das Elektron nur ein Teilchen ist und Sie erfahren, wo es sich befindet, wenn es auf den Bildschirm trifft. Im ausgebreiteten Zustand hat es keine Position. Es gibt keine Möglichkeit vorherzusagen, welches Atom getroffen wird. Legt man zwei Schlitze in den Weg, so geht das Elektron gleichzeitig durch beide Schlitze und interferiert auf der anderen Seite wie eine Welle mit sich selbst. Sie würden immer noch feststellen, dass ein Elektron ein Atom zum Leuchten bringt. Aber die Verteilung würde sich dort konzentrieren, wo die Interferenz hinzugefügt wird, und weniger dort, wo sie aufgehoben wird.

Ein Elektron hat immer eine Reihe möglicher Positionen. Dieser Bereich kann so groß wie eine Vakuumkammer oder so klein wie ein Atom sein. Es kann viel kleiner sein. Kein Experiment hat eine Grenze gefunden, wie klein. Aber das kann nicht sein$0$. Wenn der Positionsbereich klein ist, ist der Impulsbereich notwendigerweise groß. Das Elektron hat in diesem Zustand keine Geschwindigkeit. Es gibt keine Möglichkeit vorherzusagen, wie lange es dauern wird, irgendwohin zu reisen. Es hat eine Reihe von Geschwindigkeiten und Sie können eine Reihe von Zeiten vorhersagen.

Will man mit einem solchen Elektron Physik betreiben, muss man seine Eigenschaften und sein Verhalten mit Mathematik beschreiben.

Da das Elektron über einen ausgedehnten Raumbereich präsent ist, beschreiben Sie es mit einer Funktion über diesem Bereich. Der Wert der Funktion beschreibt die „Höhe“ der Präsenz. Das Elektron interferiert mit sich selbst wie eine Welle, weil es eine Phase wie eine Welle hat. Der Wert muss also sowohl einen Betrag als auch eine Phase haben. Komplexe Zahlen passen. Diese Funktion informiert Sie umfassend über den Stand der Wahl. Die Fourier-Transformation davon sagt Ihnen alles, was Sie über den Impuls wissen müssen. Die Funktion beschreibt den Zustand des Elektrons vollständig.

Weitere Überlegungen zur Energieerhaltung führen zur Schrödinger-Gleichung. Dadurch können Sie die Form der Wellenfunktion in Gegenwart eines elektrischen Felds oder ihre zeitliche Entwicklung vorhersagen. Die Schrödinger-Gleichung ist eine Wellenfunktion. Der Zustand entwickelt sich wie eine Welle und wird als Wellenfunktion bezeichnet.

Dies funktioniert nur zwischen Interaktionen. Eine Interaktion ersetzt den Zustand durch einen neuen. Sobald die Wechselwirkung abgeschlossen ist, sagt Ihnen die Schrödinger-Gleichung, wie sie sich mit der Zeit entwickeln wird.

Die Schrödinger-Gleichung sagt voraus, wie sich der Zustand des Elektrons entwickeln wird, wenn das Elektron eine Vakuumkammer durchquert. Es sagt voraus, dass das Elektron eine einheitliche Präsenz auf dem Bildschirm haben wird. Da das Elektron nur eine über den Schirm verteilte Position hat, kann weder die Schrödinger-Gleichung noch irgendetwas anderes vorhersagen, welches Atom getroffen wird. Sobald ein Atom getroffen wurde und das Elektron einen neuen Zustand hat, sagt die Schrödinger-Gleichung voraus, wie sich der neue Zustand entwickeln wird.

Die Quantenmechanik funktioniert sehr gut und wurde viele Male auf viele Arten experimentell verifiziert. Aber es gibt einige offensichtliche Probleme damit.

Es gibt ein vollkommen gutes Gesetz, das funktioniert, solange das Elektron mit nichts anderem interagiert. Etwas anderes muss die Interaktion beschreiben. Und dann zurück zum ersten Gesetz.

Das riecht einfach nicht richtig. Die Quantenmechanik lässt Raum für "Interpretationen", das sind Mechanismen, die die Teile der Theorie erklären, die nicht gemessen werden können. Die Beschreibung war bisher die Kopenhagener Interpretation. Niemand hat genau definiert, was eine Wechselwirkung ist oder was genau passiert, wenn die unbeobachtbare Wellenfunktion zusammenbricht.

Die Leute haben darüber nachgedacht, wie man das beheben kann. Eine Möglichkeit ist die Viele-Welten-Interpretation. Darin kollabiert die Wellenfunktion niemals. Es entwickelt sich einfach weiter.

Wenn ein Elektron auf einen Schirm trifft, trifft die Wellenfunktion auf viele Atome. Jedes Atom hat starke elektrische Felder, die die Entwicklung des Teils der Wellenfunktion in seiner Nähe beeinflussen. Es gibt viele Zustände, in die das Elektron eintreten könnte, wobei jeder das Elektron beschreibt, nachdem es auf ein anderes Atom gestoßen ist. Der wahre Elektronenzustand ist eine Überlagerung von allen.

Die Atome haben alle Wellenfunktionen. Sie haben Grundzustände und angeregte Zustände. Jedes Atom wird stark von dem Teil der Elektronenwellenfunktion in seiner Nähe beeinflusst und schwach von dem Rest. Jedes Atom tritt in eine Überlagerung von Grund- und angeregten Zuständen ein. Es gibt eine kleine Amplitude, bei der es angeregt wird, und eine große Amplitude, bei der es sich im Grundzustand befindet.

Die Welt zerfällt in eine Überlagerung vieler Zustände. Jeder Zustand entwickelt sich gemäß der Schrödinger-Gleichung und interagiert niemals mit den anderen Zuständen. Tatsächlich hat sich die Welt in viele Welten gespalten. Jede Welt ist in sich abgeschlossen und kennt die anderen nicht.

Die Viele-Welten-Interpretation hat den Vorteil, dass sie die einfachste mathematische Interpretation der Wellenfunktion ist. Der Nachteil ist, dass wir akzeptieren müssen, dass sich die Welt ständig mit unvorstellbarer Geschwindigkeit aufspaltet, und wir uns dessen einfach nicht bewusst sind.

Was ist eine Wellenfunktion? Es ist eine mathematische Funktion, die von Energie und Impuls oder Raum und Zeit abhängt,$Ψ(p_x,p_y,p_z)$oder$Ψ(x,y,z,t)$(in seiner einfachen Form). Diese Funktion ist eine Lösung einer Wellengleichung, einer Differentialgleichung zweiter Ordnung.

Mathematische Funktionen sind eine Milliarde, was hat die Wellenfunktion mit messbaren physikalischen Größen zu tun? Der Zusammenhang wird axiomatisch in den Postulaten der Quantenmechanik postuliert ¨,$Ψ^*Ψ$ist die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Produkte der Wechselwirkung; Dies bedeutet, dass eine Reihe von Messungen mit den genauen Randbedingungen durchgeführt werden müssen, um eine experimentelle Verteilung zu erhalten, die mit der Theorie verglichen werden kann, die die Wellenfunktion berechnet hat. Die mathematische Funktion selbst wird also nicht direkt einem bestimmten Ereignis zugeordnet, kann also nicht gemessen werden.

Wie wird eine Messung durchgeführt?durch Interaktion. Jede Interaktion verändert die Randbedingungen und damit die spezifische Mathematik$Ψ$ist vor oder nach der Messung unterschiedlich. Das ist der Kollaps , die Veränderung der spezifischen Wellenfunktion.

Sie geben an:

die Wellenfunktion bricht überall sofort zusammen.

Wenn man eine andere Wellenfunktion wählen muss, da es sich um ein mathematisches Konstrukt handelt, kann sich diese natürlich überall sofort ändern.

Ich fand es hilfreich, den Unterschied zwischen Wahrscheinlichkeitsverteilungen und die Notwendigkeit einer anderen Wellenfunktion zu verstehen, das Einzelelektronen- Doppelspaltexperiment zu betrachten.

Jeder kleine Punkt scheint zufällig, aber es ist eine Materialisierung des "Kollaps der Wellenfunktion" (übrigens finde ich den Begriff Kollaps nicht sehr schlau, die Wellenfunktion ist kein Ballon).

Bevor das Elektron auf den Schirm trifft, hat es einen$Ψ$Nachdem es auf den Bildschirm trifft, hat es eine weitere, durch neue Randbedingungen gegebene: Elektron wechselwirkt mit Atomen im Bildschirm, eine ganz andere Funktion.

Braucht die Transformation Zeit? Da die Wechselwirkung elektromagnetisch ist, ist natürlich nichts "unmittelbar" in diesem Sinne, es braucht Zeit, um die experimentellen Randbedingungen zu ändern. Beachten Sie jedoch, dass das Ergebnis eines Elektrons ein einzelner Punkt ist , keine Funktion in Raum und Zeit überall. Die Wahrscheinlichkeitsverteilung, die für die Anhäufung vieler vieler Punkte verantwortlich ist, wird durch die Randbedingungen des ursprünglichen Problems "Elektronenstreuung an zwei Schlitzen mit gegebenem Abstand, gegebener Breite" begrenzt.

Es gibt keine Möglichkeit zu sagen, ob der Kollaps der Wellenfunktion sofort überall auftritt (was auch immer das in einem relativistischen Universum bedeuten mag), weil der Kollaps der Wellenfunktion keine beobachtbaren Folgen hat.

Die Everett-Interpretation der Quantenmechanik (fälschlicherweise auch als „Viele-Welten-Interpretation“ bekannt) erklärt alle Beobachtungen, ohne dass ein Zusammenbruch der Wellenfunktion erforderlich ist. Da die Kopenhagener Interpretation (mit Wellenfunktionskollaps) und die Everett-Interpretation (ohne Wellenfunktionskollaps) genau die gleichen Vorhersagen darüber machen, was Sie beobachten würden, gibt es keine Möglichkeit, sie experimentell zu unterscheiden. Und da der Zusammenbruch der Wellenfunktion nicht beobachtet werden kann, gibt es keine Möglichkeit zu sagen, ob er sofort auftritt.

Wenn Sie sich jedoch dafür entscheiden, Beobachtungen mit der Kopenhagener Interpretation zu interpretieren, dann erfordert dies, dass der Kollaps augenblicklich, schneller als Licht, zeitlich rückwärts und nicht umkehrbar reversibel ist.

Wenn Sie ein Paar verschränkter Teilchen trennen, korrelieren Messungen an einem mit Messungen an dem anderen, selbst wenn die Teilchen raumartig getrennt sind (was bedeutet, dass Sie sich schneller als Licht bewegen müssen, um von einem Ereignis zum anderen zu gelangen). Wenn der Zusammenbruch und die Wahl des Ergebnisses zum Zeitpunkt der Messung erfolgen, muss sich der Einfluss von einem schneller als Licht bewegen, um dem anderen Messwert mitzuteilen, wie er antworten soll. Die Entscheidung kann auch nicht in die Partikel eingebrannt werden, bevor sie sich trennen – dies wird als Theorie der „verborgenen Variablen“ bezeichnet und verstößt gegen Bells Ungleichungen, was experimentell gezeigt wurde, dass dies nicht geschieht. Jedes Paar raumartig getrennter Ereignisse ist in Bezug auf die zeitliche Reihenfolge mehrdeutig, sodass für einen Beobachter, der in einer Richtung an ihnen vorbeifliegt, A vor B passiert. aber für einen anderen Beobachter, der in der anderen Richtung an ihnen vorbeifliegt, passiert B vor A. Daher impliziert schneller als Licht rückwärts in der Zeit. Und weil die Änderung Ihrer Geschwindigkeit die Reihenfolge der Ereignisse ändert, schwingt Ihre Definition von „Jetzt“ durch das Universum, wenn Sie in eine Richtung durch den Raum gehen und sich dann umdrehen und zurückgehen, in der Zeit vor und zurück. In der Entfernung der Andromeda-Galaxie verschiebt sich „jetzt“ um etwa einen Tag, je nachdem, in welche Richtung Sie gehen. Wenn sich also der Kollaps der Wellenfunktion "jetzt" sofort zur Andromeda-Galaxie ausbreitet, dann springt die "Jetzt"-Uhr in Andromeda um einen Tag zurück, wenn Sie sich umdrehen und in die andere Richtung gehen, und der Kollaps findet nicht statt. Wenn Sie in eine Richtung durch den Raum gehen und sich dann umdrehen und zurückgehen, schwingt Ihre Definition von „Jetzt“ durch das Universum in der Zeit vor und zurück. In der Entfernung der Andromeda-Galaxie verschiebt sich „jetzt“ um etwa einen Tag, je nachdem, in welche Richtung Sie gehen. Wenn sich also der Kollaps der Wellenfunktion "jetzt" sofort zur Andromeda-Galaxie ausbreitet, dann springt die "Jetzt"-Uhr in Andromeda um einen Tag zurück, wenn Sie sich umdrehen und in die andere Richtung gehen, und der Kollaps findet nicht statt. Wenn Sie in einer Richtung durch den Raum gehen und sich dann umdrehen und zurückgehen, schwingt Ihre Definition von „Jetzt“ durch das Universum in der Zeit vor und zurück. In der Entfernung der Andromeda-Galaxie verschiebt sich „jetzt“ um etwa einen Tag, je nachdem, in welche Richtung Sie gehen. Wenn sich also der Kollaps der Wellenfunktion "jetzt" sofort zur Andromeda-Galaxie ausbreitet, dann springt die "Jetzt"-Uhr in Andromeda um einen Tag zurück, wenn Sie sich umdrehen und in die andere Richtung gehen, und der Kollaps findet nicht statt.

Das macht wenig Sinn, und wenn die Kopenhagener Interpretation nicht eine so etablierte und ehrwürdige Geschichte hätte und stattdessen heute vorgeschlagen würde, würde sie wahrscheinlich aus diesen Gründen als unphysisch und inkohärent abgelehnt werden. Es ist jedoch immer noch sehr beliebt und wird häufig gelehrt.

Die Everett-Interpretation hingegen behauptet, dass die Quantenüberlagerung von Zuständen, die auf der mikroskopischen Ebene gilt, auch auf der makroskopischen Ebene der täglichen Erfahrung gilt, aber weil die überlagerten Zustände orthogonal zueinander sind, interagieren sie nicht und daher nicht wir sehen sie nicht. (Auch in der klassischen Physik ist dies zu beobachten. Wenn zwei Oszillatoren wechselwirken, verschieben sie sich in eine Überlagerung von „Normalschwingungsmoden“, die auf die Eigenvektoren der Matrixgleichung bezogen sind, die die Wechselwirkung bestimmen und somit orthogonal sind. Die Normalmoden wirken unabhängig voneinander voneinander.) Das ist so, als würde man sagen, dass, wenn ein einzelnes Elektron durch zwei Schlitze geht, das Elektron, das durch einen Schlitz geht, die alternative Version von sich selbst, die durch den anderen Schlitz geht, nicht elektrostatisch abstößt. (Wenn ja, das Interferenzmuster würde sich verschieben.) Sie können einander nicht „sehen“. Es istals ob sie in getrennten Welten existierten. Oder wenn Sie zwei Sätze von Wellen über einen Teich schicken, passieren sie einander, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen, als ob der andere nicht existierte.

Wenn Sie ein Paar verschränkter Quantenmünzen an zwei Stellen werfen, verwandelt sich jede in eine Überlagerung von Kopf und Zahl, und die Wissenschaftler, die sie beobachten, verwandeln sich jeweils in eine Überlagerung von einem Wissenschaftler, der Köpfe beobachtet, und einem Wissenschaftler, der Zahl beobachtet. Wenn die Wissenschaftler später zur Basis zurückkehren, um Notizen zu vergleichen, kann der Wissenschaftler von A, der Köpfe gesehen hat, nur den Wissenschaftler von B sehen/mit ihm interagieren, der Schwänze gesehen hat, und umgekehrt. Somit stellt sich heraus, dass die beiden Beobachtungen korreliert sind, ohne dass sich irgendetwas schneller als Licht bewegen muss.

Da es keine Möglichkeit gibt zu sagen, ob die alternativen Ergebnisse einer Quantenmessung einfach aus der zukünftigen Realität verschwinden, wenn wir sie passieren (kollabieren), oder einfach nicht beobachtbar sind (eine Überlagerung orthogonaler Zustände), gibt es keine Möglichkeit zu sagen, ob der Kollaps vorliegt ist augenblicklich schneller als Licht. Aber wenn Sie der Kollaps-Interpretation glauben, dann ja, das ist sie.

Everetts Original-Dissertation, in der er viel detaillierter erklärt, wie seine Interpretation funktioniert, finden Sie hier .

Es gibt keine Theorien, die den Zusammenbruch von Wellenfunktionen beschreiben. Das Konzept ist reine Interpretation und meiner Meinung nach problematisch. Wellenfunktionen werden vollständig als Lösungen einer Wellengleichung, wie der Schrödinger- oder der Dirac-Gleichung, spezifiziert. Diese Gleichungen lassen keinen Kollaps zu.

Die Ensemble- oder statistische Interpretation erfordert unter anderem keinen Kollaps der Wellenfunktion.

Wenn wir einen messbaren Wert messen, bricht die Wellenfunktion überall sofort zusammen.

Als ich (vor 30 Jahren) Physik studierte, hielt mich dieses Konzept davon ab, zu glauben, was gelehrt wurde; weil es eindeutig falsch ist. Professoren konnten nicht einmal die Frage „was ist dann eine Messung“ beantworten? Damals dachte man sogar, dass es mit menschlicher Beobachtung zu tun habe. Gleichzeitig war eine universumweite sofortige Veränderung, weil ein Mensch etwas beobachtet, für mich genauso unverdaulich wie für Einstein.

Seitdem ich gründlich darüber nachgedacht habe, ist die einzige zufriedenstellende Antwort, die mir einfallen konnte, die folgende (die sich als bereits existierende Viele-Welten-Interpretation herausstellt):

Betrachten Sie den einfachsten Fall, in dem zwei Teilchen nur zwei mögliche Eigenzustände (klassische Zustände oder messbare Zustände) haben: Spin-up oder Spin-down. Dies steht im Gegensatz zu einer kontinuierlichen Wellenfunktion, aber die Idee ist die gleiche. Nehmen Sie außerdem an, dass diese Teilchen so verschränkt sind, dass die einzigen möglichen Zustände des kombinierten Systems der beiden {oben, unten} und {unten, oben} sind. Dann gibt es vor der Messung zwei mögliche zukünftige Realitäten: Entweder Sie messen für die erste nach oben und für die zweite nach unten, oder Sie messen für die erste nach unten und für die zweite nach oben. Sie wissen nicht, welcher der beiden Fälle das sein wird, aber Sie wissen (da Sie den Superpositionszustand und die Verschränkung kennen, da auf diese Weise das System aus zwei Teilchen geschaffen wurde), dass Sie niemals {up,up} oder {down} messen werden ,runter}.

Meine Interpretation war dann, dass diese beiden (zukünftigen) Realitäten tatsächlich zwei Realitäten sind: zwei reale "Zeitlinien", die ich "Realitäten" nannte. Eine Realität hingegen ist rein an einen Beobachter gebunden: Die Realität ist das, was Sie als solche wahrnehmen. Andere Menschen nehmen andere Realitäten wahr (auch nur im Zusammenhang mit der Allgemeinen Relativitätstheorie), Quanten-"Realitäten" sind jedoch orthogonal: Sie interagieren nicht.

Der Zustand des Systems ist also eine Überlagerung, aber Sie können ihn sich als Vektor vorstellen, der auf zwei Achsen projiziert werden kann, um zwei Koordinaten zu erhalten, wobei die Achsen die (zwei) möglichen Realitäten sind.

Dies löst zwei Dinge: 1) Es ist überhaupt kein Kollaps von Wellenfunktionen mehr notwendig. 2) es gibt keine Notwendigkeit, dass irgendetwas schneller als das Licht geht.

Erwägen Sie, eines der Teilchen an einen Freund zu schicken, der ein Lichtjahr entfernt ist. Und dann misst du "gleichzeitig" jedes deiner Teilchen. In beiden Fällen verstricken Sie sich in das von Ihnen gemessene Teilchen (ein Prozess, der an die Lichtgeschwindigkeit gebunden ist) und Ihre Realität scheint sich in zwei Teile zu teilen: Es gibt jetzt ein Sie, das nach oben gemessen hat, und ein Sie, das nach unten gemessen hat. Dies ist einfach die Fortpflanzung der Schrödinger-Gleichung, ohne von "Messung" oder "Wellenfunktionskollaps" zu sprechen. Es ist viel einfacher und intuitiv richtig. Diese beiden Realitäten sind jedoch orthogonal und können nicht interagieren. Sie selbst werden sich nur einer von ihnen bewusst sein, und es scheint Ihnen, dass Sie entweder nach oben oder nach unten gemessen haben, mit einer 50%igen Chance, sich in einer der beiden Realitäten wiederzufinden.

Ihr Freund tut dasselbe und findet sich ebenfalls in einer von zwei möglichen Realitäten wieder. Der lustige Teil ist: Es gab zu Beginn nur zwei Realitäten (in Bezug auf die Eigenzustände dieser Teilchen): {up,down} und {down,up}. Eine der Realitäten, in denen sich dein Freund befindet, KANN mit einer deiner Realitäten interagieren, und die anderen beiden Realitäten auch. Wenn Ihr Freund in einer oder beiden seiner Realitäten langsamer als das Licht zu Ihnen reist, wird er Sie in einer Realität treffen, in der er nach oben misst und Sie nach unten, oder in einer (jetzt geteilten) Realität, in der er nach unten misst und Sie nach oben.

Die vollständige Erkenntnis, wie das funktioniert, kam mir erst 25 Jahre später, als ich ein Programm zur Simulation eines Quantencomputers schrieb: In diesem Programm musste ich die genauen Formeln und Mathematik aufschreiben; und was ist dabei herausgekommen? Ich könnte den Code für die Verschränkung für die Messungen wiederverwenden: Sie sind GENAU dasselbe!

Messung == Verschränkung.

Es gibt keinen Kollaps der Wellenfunktion und nichts geht schneller als Licht. Wir müssen einfach akzeptieren, dass das, was wir als "Realität" wahrnehmen, nur das ist, was sich über größere Entfernungen und Zeit (dh makroskopisch) konsistent ausbreitet und daher auf Eigenwerte beschränkt ist, aber dass es tatsächlich eine gibt universumweite Quantenwelle, die sich gemäß der Schrödinger-Gleichung entwickelt, die viele, viele solcher Realitäten gleichzeitig beschreibt.

PS Meine Quantencomputersimulation ist hier zu finden: https://github.com/CarloWood/quantum und ein Messknoten ist derselbe (nur geringfügig geändert, um den Unterschied in der Ausgabe zu sehen) wie ein kontrolliertes NICHT-Gatter: https: / /github.com/CarloWood/quantum/blob/master/src/Circuit.h#L122

Schade, dass keine der Antworten (obwohl großartige Antworten gegeben wurden!) eine Interpretation der Quantenmechanik erwähnt, die eine physikalische Realität der Wellenfunktion voraussetzt: die Interpretation der verborgenen Variablen . Louis-Victor-Pierre-Raymond de Broglie schlug zunächst die Pilotwelle vor, die eine physikalische Welle ist, die der Wellenfunktion entspricht, und David Bohm widmete später einen Großteil seiner Arbeit der Konstruktion einer konsistenten (was auch immer das bedeutet) Theorie einschließlich so eine Welle. Ich denke, dass Einstein die Theorie gemocht hätte, da er den Gedanken nicht ertragen konnte, dass Gott den Tod spielt. Wenn dieser Denkrichtung zu Beginn der Quantenmechanik-Geschichte mehr Aufmerksamkeit geschenkt wurde, dann wäre das vielleicht heute das vorherrschende Bild. Anstelle der Kopenhagener Interpretation .
Was beinhaltet es? In der HV-Interpretation ist die Wellenfunktion nicht nur eine mathematische Einheit (Konstrukt, Objekt, Gerät), um physikalische Beobachtungen zu beschreiben und die Wahrscheinlichkeiten zu berechnen, diese zu finden. Die Wellenfunktion ist aus verborgenen Variablen aufgebaut, ähnlich wie ein Gas oder eine Flüssigkeit die Bewegung eines darin schwebenden kleinen Teilchens ( Brownsche Bewegung ) beeinflusst. Das Gas oder die Flüssigkeit stellt die Wellenfunktion dar, die ein Teilchen "umgibt" (die Quantenfeldtheorie verwendet auch die Brownsche Bewegung: siehe hier ).
Diese physikalische Wellenfunktion wirkt kontinuierlich auf das Teilchen ein. Das der Wellenfunktion entsprechende Teilchen entspricht im wörtlichen Sinne. Die Position und Geschwindigkeit des Teilchens sind zu jedem Zeitpunkt gut definiert. Sie ändern sich jedoch ständig entsprechend der Welle.
Was genau sind diese Variablen? Wer weiß? Sie sind versteckt! Sie bestehen nicht aus dem gleichen Stoff wie der Stoff, aus dem das Medium besteht, das das Brownsche Teilchen umgibt. Ich bin mir nicht sicher, was Bohm (oder van 't Hooft, ein niederländischer Physiker, der im Bereich der Quantenfeldtheorie und Verfechter verborgener Variablen bekannt ist) im Sinn hat (hatte). Die Existenz lokaler verborgener Variablen wurde durch Bells Experiment
ausgeschlossen , bei dem es sich um ein Experiment mit Quantenverschränkung handelt. Nicht überraschend! Schließlich ist die Quantenverschränkung ein nicht-lokales Phänomen. Wenn eine Messung durchgeführt wird, beeinflusst das physikalische Korrelat der Wellenfunktion ein weit entferntes Teilchen (verschränkt mit einem Teilchen, an dem eine Beobachtung oder Messung durchgeführt wird) augenblicklich. Dies zeigt nur, wie seltsam sich diese versteckten Variablen (Partikel?) Verhalten. Beachten Sie, dass der sofortige Einfluss auf ein weit entferntes Teilchen nicht bedeutet, dass die Lichtgeschwindigkeit überschritten wird. Keine Informationen werden schneller als diese Geschwindigkeit übertragen, obwohl Sie vielleicht denken, dass Informationen über ein Teilchen sofort von dem anderen Teilchen empfangen werden. Ich erinnere mich, dass es mir schwer fiel, dies einem Professor für Philosophie der Wissenschaften zu erklären, der sogar Physik studiert hatte. Ich nahm einige Exemplare eines populären Artikels über das Experiment von 1982 mit ins CollegeAlain Aspekt , ein weiteres Experiment im Bereich der Verschränkung (offensichtlich ist Quantenverschränkung sehr sexy!). Es ist verlockend, die beiden speziell getrennten Teilchen als Ganzes zu betrachten (Bohms bemerkenswertestes Buch ist etwas New-Age-artig mit dem Titel Wholeness and Implicate Order .
Angesichts verborgener Variablen kollabiert die Wellenfunktion also tatsächlich augenblicklich im gesamten Raum. Man kann argumentieren sogar, dass die Raumzeit selbst verborgene Variablen rund um Teilchen darstellt, obwohl das Konzept aufgrund der verborgenen Qualität immer problematisch sein wird.Eine
letzte Sache.Es wurde einmal gesagt, dass die eigentliche Handlungder Beobachtung lässt die Wellenfunktion kollabieren. Wenn dies der Fall wäre, hätte sich das Leben niemals entwickeln können. Alles Existierende (vor der Ankunft der Menschen) wäre in einer sich entwickelnden Überlagerung gewesen, was bedeutet, dass es unmöglich wäre, sich zu entwickeln.

Es „passiert“ nicht überall sofort, weil es überhaupt nicht „passiert“. Es ist Teil des Verständnisses der Person, die QM interpretiert.

Da Sie diese Frage insbesondere mit quantum-information, faster-than-light, und markiert causalityhaben, vermittelt "Kollaps der Wellenfunktion" keine Informationen, sodass es keinen der damit verbundenen Einschränkungen für diese Dinge unterliegt. Es gibt viele Fehlinformationen, die darauf hindeuten, dass der Zusammenbruch der Wellenfunktion und die Wechselwirkung mit der Verschränkung eine Art Informations-/Kommunikationskanal bieten. Das ist nicht der Fall.

x,y,z,tsind Mind-Variablen. Sie existieren als physikalische Variablen im physikalischen System unseres Geistes. Unser Geist hat auch ein Gedächtnis. Wir messen x,y,z,tein Teilchen mit einiger Genauigkeit und fassen dann unser Gedächtnis oder das Gedächtnis der fotografischen Platte oder des Instruments zusammen. Dieses Messverfahren ist losgelöst vom eigentlichen Geschehen. Wir vergleichen mit unseren Erwartungen. Wenn sie passen, ist die Wellenfunktion in Ordnung.

Die Wellenfunktion verwendet x,y,z,t. Das lässt uns glauben, dass dies das eigentliche x,y,z,tTeilchen ist. Es ist nicht. Jeder Wert einer solchen Mind-Variablen ( x,y,z,t) ist eine Zusammenfassung über viele mögliche Ist-Zustände und Zeiten des Teilchens, die kein Koordinatensystem haben und auch nicht kartesisch sind.

Speziell zur Zeit: Das Teilchen hat seine eigenen Zustandsänderungen und damit seine eigene Zeit. Unsere Uhr ist ziemlich losgelöst von dem gemessenen/beobachteten physikalischen System. ΔtViele unabhängige Änderungen/Zeiten sind in einer Uhr unserer Wahl zusammengefasst .

Der auf eine Wertekombination des kartesischen x,y,zoder eines anderen Koordinatensystems abgebildete Zustand ist nur eine Abbildung, ebenfalls ziemlich losgelöst, und fasst auch viele tatsächliche physikalische Zustände zusammen.

Da jedes Teilchen seine eigene Zeit und Zustände hat, hat es seine eigene Welt. Das wäre die Viele-Welten-Interpretation. Unsere Welt, die Ψ(x,y,z,t), ist eine Zusammenfassung über die möglichen Weltlinien von Teilchen. Viele-Welten- und Ensemble-Interpretationen widersprechen sich nicht.

Teilchenweltlinien sind nicht unendlich genau. Das ist die Grundaussage der Quantentheorie. Die Entwicklung vom Aufbau des Teilchens bis zur eigentlichen Messung summiert also die Unsicherheit auf. Diese Ungewissheit ist körperlich.

Die Wellenfunktion ist dabei unsere bestmögliche und verifizierte Beschreibung, die auch die physikalische Unsicherheit berücksichtigt. Es kollabiert nicht.

Um dies zu verstehen, müssen Sie Ihre klassische Intuition aufgeben und über Quantenverschränkung und -messung nachdenken.

Der "Zusammenbruch der Wellenfunktion" ist nur eine Interpretation und verschiedene Leute denken unterschiedlich darüber, und einige sagen sogar, dass es nicht physikalisch und nicht einmal real ist.

Verschränkung ist nur eine Korrelation – eine, die potenziell alle Kombinationen von Größen beeinflussen kann (die als Operatoren ausgedrückt werden, sodass der Raum für die Größe und Art von Korrelationen größer ist als in der klassischen Physik). In allen Fällen in der realen Welt entstand die Korrelation zwischen den Teilchen jedoch aus ihrem gemeinsamen Ursprung – einer gewissen Nähe, die in der Vergangenheit bestand.

Warum wird die Quantenverschränkung als aktive Verbindung zwischen Teilchen betrachtet?

Wenn wir eine Quantenmessung eines der verschränkten Teilchen durchführen, wählen wir (durch Dekohärenz, Informationslecks an die Umgebung und verursacht dies) einen Eigenzustand und ein Paar von Eigenwerten aus einer Menge von zulässigen Paaren von Eigenwerten. Die Betonung liegt auf zulässigen Paaren. Verschränkung ist ein Phänomen, bei dem Sie die zulässigen Sätze von Eigenwerten im Voraus festlegen. Das ist der Trick.

So gesehen bringt die Wechselwirkung mit dem CCD die Wellenfunktion zum Kollabieren, und der Kollaps der Wellenfunktion erfolgt bei beliebig hohen Geschwindigkeiten. Der superluminale Kollaps verstößt nicht gegen die spezielle Relativitätstheorie, da er keine Informationen übertragen kann.

Einige Zweifel an Photonen

Sie sagen, der "Zusammenbruch der Wellenfunktion" passiert überall sofort. Ich sage, es (der gesamte Satz erlaubter Paare) wurde bereits zum Zeitpunkt der Erstellung der Verschränkung festgelegt. So erstellen Sie sie.

Wenn Sie eine Messung durchführen, fügen Sie effektiv eine Bedingung hinzu, die das System befolgt, wodurch die Möglichkeiten reduziert werden, und Sie betrachten jetzt eine Teilmenge der ursprünglichen Liste. Das ist der Kollaps der Wellenfunktion. Aus diesem Grund kann eine Messung die Wellenfunktion überall sofort zusammenbrechen lassen, anstatt sich mit Lichtgeschwindigkeit vom Messort aus auszubreiten, wie es der Fall wäre, wenn die Wellenfunktion eine Art materielles Ding wäre.

Warum lässt die Beobachtung die Wellenfunktion kollabieren?

Unser Universum hat ein Drehbuch, das so geschrieben wurde, dass die Rollen dieser verschränkten Teilchen geschrieben wurden (als die Verschränkung geschaffen wurde), und wenn Sie eine Messung durchführen, erkennen Sie dies, und Sie fragen sich, warum diese Teilchen so verdächtig agieren (und Sie und viele andere haben das Gefühl, dass der Zusammenbruch überall sofort passiert). Beide Teilchen lesen vor dem (Mess-)Akt dasselbe Drehbuch. Dies ist die Antwort auf Ihre Frage.

Das Durchführen einer Messung kann gemäß diesem Artikel als "kontinuierlicher" Prozess angesehen werden . Sie können sehen, dass das gemessene Teilchen in einem bestimmten Eigenzustand fixiert wird, je mehr Sie es (schwach) messen / es wird mehr verschränkt / Informationen häufen sich (Anmerkung: Ich vermute, dass eine "schwächere" Messung verringerten Wechselwirkungen entspricht).

„Ein tieferer Mechanismus“ kann möglicherweise aus Sydney Colemans QM in Ihrem Gesicht abgeleitet werden – Messung ist eine Verschränkung Ihres Bewusstseins/einer Messmaschine/einer Wellenfunktion eines Beobachters mit der Ihres Systems. Die "Sicherheit" der Messung entspricht Ihrer Zuversicht, dass Sie beispielsweise den Spin-Up gemessen haben.

*Ich "nehme" hier an, dass je makroskopischer das Messgerät ist, desto mehr Interaktionen hat es mit dem System, was das beschleunigt, was im ersten Absatz passiert.

Hinweis: Ich bin Student und würde mich über Feedback von Personen mit größerer Erfahrung freuen.

Es gibt keinen Kollaps der Wellenfunktion. Darin sind sich die meisten Physiker heute einig. Obwohl es vor 20 Jahren nicht dasselbe war. Einen solchen Prozess kann es nicht geben, wenn die Schrödinger-Gleichung ein universelles Muster darstellen soll. Und ich werde natürlich die Haltung einnehmen, die es tut.

Der Kollaps der Wellenfunktion ist eine Konvention der sogenannten Kopenhagener Schule, die besagt, dass nach einer Messung beobachtbar$A$mit Ergebnis$a$, wechselt ein reiner Quantenzustand aus$\left|\psi\right\rangle$Zu,

Durch Anruf,

Andererseits sagt uns die Schrödinger-Gleichung, dass sich Quantenzustände immer gemäß einigen ändern,

Nun, das erste Problem ist die vorgeschlagene Änderung in$\eqref{1}$in nicht linear in$\left|\psi\right\rangle$. Wenn Sie den beleidigenden Faktor entfernen wollten,

Viele Interpretationen sind von hier aus offen. Eine Zusammenfassung der wichtigsten ist:

1. Kopenhagen hat recht: „Halt die Klappe und rechne“
2. Doppellösung: DeBroglie-Bohm -Interpretation
3. Transaktionale Interpretation (fortgeschrittene Wellen + verzögerte Wellen à la Feynman-Wheeler -Lösung
4. Viele-Welten (Everett) / konsistente Geschichten (Gell-Mann-Hartle); (ähnlich inspiriert) etc.

Aber ein anderer sehr wichtiger, denke ich, ist:

5. Ensemble-Interpretation der Quantenmechanik (Leslie E. Ballentine) Wenn ich es richtig verstehe, ist es so etwas wie:

Ein Quantenzustand (auch ein reiner) repräsentiert nicht dieses oder jenes Elektron. In der Tat, wenn Sie darüber nachdenken, ergibt dieses oder jenes Elektron nicht mehr viel Sinn, sobald Sie QM verstehen. Es sind alle Elektronen der Welt, die in meinen experimentellen Aufbau eintreten, indem sie kohärent auf meine experimentelle „Beschwörung“ (Filterung) reagieren. Dadurch wirken sie als ein großer kohärenter verstrickter Zustand. Dieser große kohärente Zustand kommt als strenger Mischungszustand heraus, wenn ich die Messung durchführe.

Um all dies zu verstehen, sind einige Kommentare von anderen Benutzern, die zuvor kamen, unerlässlich. Dh und zB: Die Wellenfunktion ist keine Observable. Das Thema ist weitläufig, Stand heute.

https://en.wikipedia.org/wiki/Wave_function_collapse

Heisenberg hat nicht versucht, genau zu spezifizieren, was der Kollaps der Wellenfunktion bedeutet. Er betonte jedoch, dass dies nicht als physikalischer Vorgang zu verstehen sei. Auch Niels Bohr warnte immer wieder davor, eine „bildliche Darstellung“ aufzugeben, und interpretierte den Kollaps vielleicht auch als einen formalen, nicht physikalischen Prozess.

https://en.wikipedia.org/wiki/Wave_function

https://en.wikipedia.org/wiki/Wave_equation

Die obigen Links von Wikipedia geben eine allgemeine Einführung in die Konzepte und wo sie verwendet werden.

Ich hoffe das hilft.

Die Wellenfunktion kollabiert nicht. Eine Messung ist nur eine Interaktion, die Informationen über etwas Beobachtbares von einem System auf ein anderes überträgt oder kopiert:

https://arxiv.org/abs/1212.3245

Messinteraktionen sind lokal und die Informationen über Observables breiten sich als Ergebnis von Messungen lokal von einem System zum anderen aus. Möglicherweise müssen Sie den relativen Zustand eines Systems nach der Messung aktualisieren, aber da es sich bei den Messungen um lokale Änderungen der relativen Zustände handelt, breiten sie sich auch lokal aus:

https://arxiv.org/abs/2008.02328