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¿El detector no siempre mide y, por lo tanto, siempre colapsa el estado?

Tengo un radiactivos de la partícula en una caja, preparado para estar inicialmente en un estado puro

$\psi_0 =1\ \theta_U+ 0\ \theta_D$

(U es no desintegrados, D es la Caries). Puedo poner un contador Geiger en el cuadro.

A lo largo del tiempo (t), la teoría dice que el estado debe evolucionar hacia un estado puro, que es una superposición de no desintegrados y Decaído, con la Caries parte cada vez más grande y más grande

$\psi_t =a\ \theta_U+ b\ \theta_D$

Finalmente, el contador de "click", lo que indica que la partícula ha Decaído. Ahora sé que el estado es 100% Decaído.

Sin embargo, antes de que esto sucediera, el silencio del contador indicado también que la partícula no había Decaído aún. Así que todo el tiempo hasta que punto, sabía también que el estado fue de 100% no desintegrados.

Pero esto sería contradecir lo que la teoría sugiere (una superposición con un cero la contribución de la Caries estado, después de algún tiempo), así que supongo que es una forma incorrecta de analizar el experimento.

Quiero saber donde está el error reside.

En otras palabras, a mí me parece que el contador Geiger es siempre medir el estado de la partícula. El silencio significa no desintegrados, haga clic en medio Descompuesto. Por lo que la partícula se en realidad nunca Decadencia desde que yo continuamente saber su estado es

$\psi_t =1\ \theta_U+ 0\ \theta_D$

lo que significa que sus posibilidades de descomposición sería perpetuamente cero (Zeno efecto, he oído?).

¿Cómo lidiar con este constante "pasivas" de la medición?

20voto

user3141592 Puntos 568

Buena pregunta. El libro de texto, el formalismo de la Mecánica Cuántica & QFT no lidiar con este problema (así como algunos otros). Se trata de los casos en donde hay una bien definida momento de la medición, y una variable con un correspondiente hermitian operador $x, p, H$, etc se mide. Sin embargo, hay preguntas que pueden ser frecuentes, como este, que salen de esa estructura.

Aquí es una respuesta a su pregunta en el marco de QM: observe la posición de la función de onda de la caries de partícula $\psi(x)$ (*si es que existe: véase la parte inferior del post si te interesa). Cuando esta función de onda "que alcanza al detector" (aunque es probable que tenga algún valor distinto de cero en el detector todo el tiempo) el contador Geiger se registra un deterioro. Mediante esto se obtiene una característica de tiempo de decaimiento. Esta foto es una buena intuición, pero también inexacto/insuficiente respuesta, porque la noción de "alcanza el detector" es sólo heurística y la clásica. Un total de quantum el tratamiento de este problema nos debe de dar más: una distribución de probabilidad en el tiempo $\rho(t)$ cuando la partícula se detecta. Voy a volver a este.

Entonces, ¿qué acerca de la Zenón efecto? Basado en el razonamiento que dio la oportunidad de descomposición es siempre cero, que es, obviamente, un problema! La traducción de la pregunta a la posición del espacio $\psi(x)$, su razonamiento dice que la función de onda debe ser proyectado a $0$ en la región de el detector en cada momento en el tiempo que la partícula no ha sido encontrado. Y en el hecho de que estás haciendo este no causa la función de onda para nunca llegar al detector! (Que en realidad sólo se modeló esto como parte de mi tesis). Este resultado es coherente con el experimento, por lo que podemos concluir: continuamente en busca de medición no puede ser modelado por la simple proyección en el interior del detector en cada instante en el tiempo.

Una nota, en respuesta a los comentarios de Marca Mitchison y JPattarini: esta "constante proyección", de un modelo de medición continua puede ser rescatado, por la elección de un valor distinto de cero de tiempo entre las mediciones de $\Delta t \neq 0$. Tales modelos pueden dar resultados razonables, y $\Delta t$ puede ser elegido en base a una característica del detector de tiempo, pero en mi opinión, estos modelos son todavía heurística y una más profunda y más precisa explicación debe ser aspirado. Marca Mitchison dio útil respuestas y orígenes vinculados en los comentarios para cualquier persona que quiera leer más sobre esto. Otra manera de rescatar el modelo es redefinir las proyecciones para ser "más suave", como en las fuentes vinculadas por JPattarini.

De todos modos, a pesar de la discusión anterior, todavía hay un enorme pregunta: Si la proyección continua de la función de onda está mal, ¿cuál es la forma correcta de modelar este experimento? Como un recordatorio, queremos encontrar una función de densidad de probabilidad del tiempo, $\rho(t)$, por lo que $\int_{t_a}^{t_b}\rho(t)dt$ es la probabilidad de que la partícula se detectó en el intervalo de tiempo $(t_a, t_b)$. El libro de texto de manera de encontrar una distribución de probabilidad para un observable es el uso de los autoestados del operador correspondiente ($|x\rangle$ para la posición, $|p\rangle$ para el impulso, etc) para formar densidades de probabilidad como $|\langle x | \psi \rangle|^2$. Pero no hay una clara auto-adjunto "operador de tiempo", por lo que los libros de texto de la mecánica cuántica no dar una respuesta.

Un no-libro de texto de manera de obtener un $\rho(t)$ es el "finito $\Delta t$ enfoque" que se menciona en la nota anterior, pero además de esto hay una variedad de otros métodos que dan resultados razonables. El problema es, que no todos dan el mismo resultado (al menos no en todos los regímenes)! La teoría no tiene una respuesta definitiva sobre cómo encontrar un $\rho(t)$ en general; esto es realmente una cuestión abierta. La predicción de "cuando" algo sucede en la Mecánica Cuántica (o la densidad de probabilidad para cuando sucede) es un punto débil de la teoría, que las necesidades de trabajo. Si usted no quiere tomar mi palabra para ella, echa un vistazo a Gonzalo Muga del libro de texto de Tiempo en la Mecánica Cuántica, que es un buen resumen de los diferentes enfoques sobre los problemas de tiempo en QM que aún están abiertas para ser resuelto hoy en día de una manera totalmente satisfactoria. Todavía estoy aprendiendo más acerca de estos enfoques, pero si eres curioso, el que me pareció más limpia, por lo que ahora utiliza las trayectorias en Bohmian Mecánica para definir cuando la partícula llega al detector. Dicho esto, el marco de medición de QM en general sólo es impreciso, y yo sería muy feliz si una nueva forma de entender la medición se encontró que da un mayor nivel de comprensión de las preguntas como esta. (sí, soy consciente de la decoherencia argumentos, pero aún dejan a preguntas como esta sin respuesta, e incluso Wojciech Zurek, el pionero de la decoherencia, no diría que es totalmente resuelve los problemas de medición)

(*nota de 2º párrafo): Asegúrese de que usted puede, en principio, de la esperanza a la posición de representación para obtener una característica de tiempo de decaimiento como esto, pero podría no ser tan fácil como suena porque QFT tiene problemas con la posición del espacio de funciones de onda, y que había necesidad QFT para describir la aniquilación y creación de partículas. Por lo tanto, incluso esta intuición no siempre tiene matemático de respaldo.

10voto

darkserith Puntos 21

No, el detector no siempre está colapsando el estado.

Cuando la partícula se encuentra en estado no decaído, su función de onda se localiza físicamente con una amplitud extremadamente pequeña en la región del detector, por lo que el detector no interactúa con ella y no está 'siempre' midiéndola. Es solo cuando el estado de la partícula evoluciona hasta el punto en que tiene una amplitud significativa en la vecindad del detector que el contador hace clic.

10voto

theimmortalbg Puntos 18

Mi opinión sobre esto es que en el original experimento de pensamiento, que no llega a supervisar el detector. Cuando el detector detecta, mata al gato. Pero no se lo dirá a continuación. Sólo se encuentran cuando se abra el cuadro.

Si se le indica de inmediato, entonces usted sabe de inmediato. Y entonces hay la cuestión de si el detector detecta el 100%.

Si el contador Geiger detecta el 100%, entonces usted podría tener 100 contadores Geiger o 10000, y que todos los que detectar la partícula en descomposición. Si todos estuvieran a la misma distancia, todos ellos deben detectar al mismo tiempo. (Suponiendo que la partícula no estaba en movimiento con respecto a ellos. De lo contrario, la relatividad podría darles diferentes tiempos, que sería el 100% predecible.

Creo que es más plausible que cada detector detecta un diferente fotón. Y el primer single del detector puede fácilmente perderse un particular fotones de rayos gamma.

Lo que si existe es sólo uno de partículas radiactivas, entonces, si la geoger contador detecta, entonces usted sabe que ha sido detectado y sabes más o menos cuando. Pero si no ha detectado todavía, hay una creciente oportunidad con el tiempo que la partícula se ha desintegrado y el contador geiger no la detecta y nunca va a detectar.

4voto

Fernando Briano Puntos 3704

Sus declaraciones el tratamiento de la mecánica cuántica de distribución física, considerando que es una función matemática ajuste de la condición de frontera de su experimento, es decir, la función matemática que describe una partícula probabilidad de caries.

Las probabilidades son las mismas en la mecánica clásica, en la economía en los juegos de azar, en la población de las interacciones. Tome la probabilidad de lanzar un dado y el que viene con seis. Para un verdadero dados (no ponderado) es de 1/6 de la hora, no importa si lanzas los dados o no , si la tiras usted tiene una probabilidad de 1/6. Si un jugador ha ponderado los dados, tal vez la curva de probabilidad se centra en el 6, así que podría ser que usted tiene 1/3 de probabilidad de obtener un 6 con un promedio ponderado de morir.

Usted tiene una partícula que puede causar caries, mientras estaba sentado a solas. La probabilidad de su decadencia está dado por $Ψ^*Ψ$ , por la solución de un matemático de la mecánica cuántica diferencial de la ecuación ( o tal vez lattice QCD, que utiliza las soluciones). Si un contador geiger estaba allí o no, uno puede calcular cuántos núcleos se han desintegrado, dada la distribución de probabilidad para el núcleo (en función del tiempo en este caso) y el tiempo pasado.

El contador geiger es incidental , una segunda interacción con un $Ψ^*Ψ$ a nivel local que ha idealmente 100% probabilidad de interactuar cuando una partícula cargada en ella. Una herramienta para la grabación de una caries. (a medida que sus ojos no afectan a la probabilidad de que los dados llegando hasta 6).

Los estados de que escribir no mecánico-cuántica de los estados. Pueden ser lógicas, reglas nemotécnicas, pero ellos no tienen que obedecer la mecánica cuántica ecuaciones o postulados , que no son un $Ψ^*Ψ$ .

4voto

user98041 Puntos 58

Considere el enfoque de muchos mundos.

Tienes una función de onda (una inmensamente complicada, por supuesto). Su amplitud por haber escuchado un clic crece constantemente en magnitud.

No es una paradoja si lo miras así.

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