Lo que constituye una observación/medición en QM?

Question

Nociones fundamentales de QM tienen que ver con la observación, un gran ejemplo es El Principio de Incertidumbre.

1. ¿Cuál es la definición técnica de una observación/medición?

2. Si miro un sistema de gestión de calidad, se derrumbará. Pero, ¿cómo es que se diferencia de un montón de la materia "buscando" en el mismo sistema?

3. Puede el sistema de notar la diferencia entre los ojos de una persona y el montón de la materia?

4. Si no, ¿cómo puede el sistema sigue siendo QM?

5. Estoy en el camino correcto?

Answer 1

Una observación es un acto por el cual uno encuentra algo de información – el valor de un físico observable (la cantidad). Observables están asociados con la lineal Hermitian operadores.

Las anteriores frases tautologically implica que una observación es lo que "se derrumba" la función de onda. El "colapso" de la función de onda no es un proceso material en cualquier sentido clásico tanto como la función de onda en sí misma no es ni un quantum observables ni un clásico de la onda; la función de onda es el quantum de la generalización de una distribución probabilística y su "colapso" es un cambio de nuestro conocimiento probabilístico de distribución para varias opciones y la primera frase dice exactamente que la observación es lo que hace de nuestro conocimiento más completo o más agudo.

(Eso es también por qué el colapso puede proceder más rápido que la luz sin violar cualquiera de las reglas de la relatividad; lo que el colapso es un gedanken objeto, una distribución probabilística, que viven en la mente de alguien, no un objeto material, por lo que puede cambiar de forma instantánea.)

Ahora, usted puede preguntar cómo se determina si un proceso físico encontrar algo de información sobre el valor de un observable. Mi tratamiento sugiere que si la observación se ha producido es una "subjetiva", pregunta. Se sugiere hacerlo, porque esto es exactamente cómo funciona la Naturaleza. Hay condiciones para concebible "historias consistentes" que limitan lo que preguntas acerca de "observaciones" uno puede preguntar, pero no "la fuerza", el observador, quien o lo que sea, a este tipo de preguntas.

Es por eso que uno no está "obligado" a "colapso" de la función de onda en cualquier momento. Por ejemplo, un gato en la caja puede pensar que se observa algo más. Pero un observador externo no ha observado el gato todavía, así que él puede seguir describir como una superposición lineal de macroscópicamente estados distintos. De hecho, se recomienda hacerlo el mayor tiempo posible porque el macroscópicamente distintos estados todavía tienen la oportunidad de "recohere" y "interferir" y cambiar las predicciones. Un prematuro "colapso" siempre es una fuente de errores. De acuerdo con el gato, algunos de observación ya ha tenido lugar, pero de acuerdo con el más cuidadoso observador externo, no ha sido así. Es un ejemplo de una situación que muestra que el "colapso" es un proceso subjetivo, depende de la materia.

Debido a la consistencia de la condición, uno puede observar únicamente las cantidades que se han "decohered" y grabada la información acerca de sí mismos en muchos grados de libertad del medio ambiente. Pero uno nunca está "obligado" a admitir que ha habido un colapso. Si usted está tratando de encontrar un mecanismo o una regla exacta acerca de los momentos cuando se produce un colapso, no vas a encontrar nada, porque no hay ningún objetivo de la regla o de cualquier objetivo colapso, para esa materia. Si ocurrió un colapso es siempre un asunto subjetivo, porque lo que el colapso es subjetiva: es la función de onda que codifica el observador del conocimiento sobre el sistema físico. La función de onda es un cuántica, complejo-número-powered generalización de las distribuciones probabilísticas en la física clásica – y dos de ellos codifican el conocimiento probabilístico de un observador. No hay engranajes y ruedas dentro de la función de onda; la probabilístico subjetivo el conocimiento es la información fundamental que las leyes de la Naturaleza – mecánica cuántica leyes – de acuerdo con.

En un par de días, voy a escribir una entrada de blog acerca de la fundamentalmente subjetiva de la naturaleza de la observación en QM:

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

Answer 2

Permítanme tomar un poco más "pop ciencia" aproximación a este de Lubo, a pesar de que estoy diciendo básicamente lo mismo.

Supongamos que usted tiene algún tipo de sistema en una superposición de estados: un giro en una mezcla de arriba/abajo de los estados es, probablemente, el ejemplo más sencillo. Si podemos "medir" la vuelta al permitir que algunas otras partículas para interactuar con ella terminamos con nuestro giro original y la medición de las partículas en una enredada estado, y todavía tenemos una superposición de estados. Así que esto no es una observación y no ha colapsado la función de onda.

Ahora supongamos que "medir" la vuelta al permitir que un estudiante de posgrado para interactuar con él. En principio nos encontramos con nuestro giro original y el estudiante de postgrado en una enredada estado, y todavía tenemos una superposición de estados. Sin embargo, la experiencia nos dice que macrospcopic objetos como estudiantes de posgrado y el gato de Schrödinger no existen en estados superpuestos de modo que el sistema se colapsa a un solo estado, y esto no constituye una observación.

La diferencia es el tamaño de la "dispositivo de medición", o más específicamente, su número de grados de libertad. En algún lugar entre una partícula y un estudiante de posgrado, el dispositivo de medición se presenta lo suficientemente grande como la que vemos a un colapso. Este proceso es descrito por una teoría llamada la decoherencia (advertencia: que el artículo de la Wikipedia es bastante difícil ir!). La idea general es que cualquier sistema inevitablemente interactúa con su entorno, es decir, el resto del universo, y el más grande es el sistema más rápido de la interacción. En principio, cuando nuestro estudiante de posgrado, mide el giro que hacer la forma de una enredada sistema en una superposición de estados, pero la interacción con el resto del universo, es tan rápido que el sistema colapsa en un solo estado, efectivamente instantáneamente.

Así que la observación no es algo espeluznante fenómeno que requiere de inteligencia. Es simplemente lo relacionado con la complejidad del sistema que interactúan con nuestro objetivo de función de onda.

Answer 3

"No primaria fenómeno cuántico es un fenómeno hasta que esté registrado ('observado', 'indeleblemente grabado') fenómeno, llevó a una estrecha' por 'una acción irreversible de amplificación'." (W. A. Miller y J. A. Wheeler, 1983, http://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/9789812819895_0008 )

1. Una medición es una influencia de un sistema en un dispositivo de medición que se dejan allí un irreversible registro cuyo valor de medición está fuertemente correlacionada con la cantidad medida. Irreversibilidad debe ser válida, no para siempre, pero al menos el tiempo suficiente para que (al menos en principio) el valor puede ser grabado.

2. No hay ninguna diferencia.

3. El sistema no le importa. Interactúa con el dispositivo de medición, mientras que son sólo de lectura del dispositivo.

4. Cuántica de las interacciones de continuar, tanto antes, durante y después de la medición. Sólo la lectura del dispositivo debe ser tratada en una aproximación macroscópica, a través de la mecánica estadística. Ver, por ejemplo, Balian del papel http://arxiv.org/abs/quant-ph/0702135

5. La pista que te encuentras?

Answer 4

1. Una medición es un tipo especial de quantum proceso que involucra un sistema y un aparato de medición y que satisface los von Neumann Y Lüders proyección postulado. Este es uno de los postulados básicos de los ortodoxos QM y dice que inmediatamente después de la medición el sistema está en un estado cuántico (eigenstate), que corresponde al valor medido (autovalor) de lo observable.

2. La medición no cambia al considerar el sistema de par+aparato o por considerar el sistema de triple+aparato+observador, debido a que los fundamentales de la interacción que ocurre entre el sistema y el aparato de medición, y el observador puede considerarse parte del entorno que rodea a ambos. Esta es la razón por la que los aparatos de medición dar el mismo valor cuando están en el laboratorio durante la medición que cuando usted está en la cafetería durante la medición.

3. Ver 2.

4. El sistema es siempre QM.

Answer 5

¿Cuál es la definición técnica de una observación/medición?

Un administrador de cola de medición es esencialmente un filtro. Observables están representados por los operadores de $\smash {\hat O}$, de los estados o de las funciones de onda por (lineal superposiciones de) estados propios de estos operadores, $|\,\psi_1\rangle, |\,\psi_2\rangle, \ldots$. En una medición, se aplica un operador de proyección $P_n$ a su estado, y comprobar si hay un no-cero componente a la izquierda. Usted comprobar tu mismo el que el sistema está ahora en la eigenstate $n$. Experimentalmente, se envían a menudo a las partículas a través de un "filtro", y comprobar si hay algo que está a la izquierda. Pensar en el experimento de Stern-Gerlach. Las partículas que salen en la parte superior ray han spin $S_z = +\hbar/2$. Decimos que hemos medido su vuelta, pero en la actualidad disponemos de $prepared$ su spin. Su estado ahora cumple $\smash{\hat S} \,|\,\psi\rangle = +\hbar/2 \,|\,\psi\rangle$, por lo que es el spin-up eigenstate de $\smash{\hat S}$. Este es el físico, y funciona incluso si no hay nadie alrededor.

Si miro un sistema de gestión de calidad, se derrumbará. Pero, ¿cómo es que se diferencia de un montón de la materia "buscando" en el mismo sistema? Puede el sistema de notar la diferencia entre los ojos de una persona y el montón de la materia?

Hay dos cosas que están pasando, actualización de conocimientos (subjetivo), y la decoherencia (objetivo).

Primero la parte objetiva: Si usted tiene un sistema cuántico por sí mismo, es función de onda va a evolucionar unitarily, como una onda esférica, por ejemplo. Si la pones en un entorno físico, tendrán muchas interacciones con el medio ambiente, y su comportamiento se enfoque el límite clásico.

Creo que de los Mott experimento para un ejemplo muy simple: Su partícula puede comenzar como una onda esférica, pero una vez que llega a una partícula, va a ser localizada, y que tienen un marcado impulso (en $\Delta p \,\Delta x \geq \hbar/2$). Eso es parte de la definición de "golpea una partícula". La evolución continuará a partir de ahí, y es muy improbable que la partícula tiene la siguiente colisión en la otra mitad de la cámara. En su lugar, siga su clásica de la pista.

Ahora la parte subjetiva: Si nos fijamos en un sistema, y reconocer que tiene ciertas propiedades (por ejemplo, en cierto eigenstate), la actualización de sus conocimientos y el uso de una nueva expresión para el sistema. Esto es simple, y no mágica. No hay ningún cambio en el sistema físico en esta parte; otro observador podría tener un conocimiento diferente y por lo tanto una expresión diferente. Esta incertidumbre subjetiva es descrito por la densidad de las matrices.

Nota al margen en la densidad de las matrices:

Una matriz de densidad dice usted piensa que el sistema es con probabilidad de $p_1$ en el estado puro $|\,\psi_1\rangle$, con una probabilidad de $p_2$ en el estado puro $|\,\psi_2\rangle$, y así sucesivamente. (Un estado puro, es uno de los estados se define anteriormente, y puede ser una superposición de estados propios, donde como un estado mixto es dado por una matriz de densidad.)

Estados puros son objetivos, si yo tengo un montón de spin-up de las partículas de mi experimento de Stern-Gerlach, mi colega tiene que estar de acuerdo que son spin-up, no importa qué. Todos ellos van en su experimento a la parte superior, también. Si yo tengo un montón de indeterminado-spin de las partículas, $$|\,\psi\rangle_\mathrm{undet.} = \frac{1}{\sqrt{2}} (|\,\psi_\uparrow\rangle + |\,\psi_\downarrow\rangle)\,,$$ ellos van a salir 50/50, para nosotros dos.

Los estados mixtos son diferentes. Mi partículas podrían ser todos los spin-up, pero no sé que. Alguien más lo hace, y él utiliza un estado diferente para describir a ellos (por ejemplo, ver a esta pregunta). Si los vuelvo a ver volar a través de un campo magnético, puedo reconocer su comportamiento, y el uso de un nuevo estado, también.

Y tenga en cuenta que un estado de mezcla de 50$|\,\psi_\uparrow\rangle$% y 50$|\,\psi_\uparrow\rangle$% no es el mismo que el puro estado de $|\,\psi\rangle_\mathrm{undet.}$ definido anteriormente.

Si no, ¿cómo puede el sistema sigue siendo QM?

Técnicamente, sigue siendo QM todo el tiempo (porque el comportamiento clásico es un límite de QM, y la física siempre ha de obedecer QM incertidumbres). Por supuesto, eso no es lo que quieres decir. Si un sistema es permanecer en un agradable, limpio estado cuántico de un período prolongado de tiempo, ayuda a que se encuentra aislado. Si usted tiene algún tipo de interacción con el medio ambiente, no necesariamente completamente decohere y convertirse en clásicos, pero un perfecto QM descripción se convertirá en impractically complicada, ya que tendría que tomar el medio ambiente y el aparato en cuenta la mecánica cuántica.