¿Cómo sabemos que un estado cuántico no es sólo un desconocido clásica del estado?

Question

Cuando un observador hace que la función de onda de una partícula de colapso, ¿cómo podemos saber que la función de onda no se derrumbó ya antes de la medición?

Supongamos que medimos la componente z del espín de un electrón. Después de la medición, es totalmente alineados a lo largo de la dirección tomada, por ejemplo, la +dirección z. Antes de la medida que tenemos que asumir que una distribución de probabilidad proporcional a $|\Psi|^2$ de las dos direcciones permitidas está presente.

Si repetimos la medición con muchos idénticamente preparados electrones, se debe ver como una distribución finalmente. Por ejemplo, podemos medir el 40% de spin-down y el 60% de spin-up.

Sin embargo, parece que también podría asumir que todas estas partículas tienen definida una spin-dirección antes de medir.

¿Qué es un intuitivo (siendo conscientes de que los fenómenos cuánticos, como tales, son rara vez intuitivo) explicación de por qué no podemos simplemente asumir que la vuelta ya estaba alineado completamente en los que se midió la dirección?

Answer 1

La mecánica cuántica fue desarrollada con el fin de coincidir con los datos experimentales. La aparentemente muy extraña idea de que algunas características observables no tiene un valor definido antes de que su medición no es algo que los físicos han estado promoviendo activamente, es algo que consideraciones teóricas seguido por muchos de los experimentos reales han obligado a admitir.

Yo no creo que hay una intuitiva explicación para esto. Está estrechamente vinculado a la noción de superposición. La idea básica es que hacemos indirectamente observar los efectos de la interferencia entre los estados cuánticos superpuestos, pero a la medición real nunca vemos los estados superpuestos, sólo la clásica, la de los valores definidos. Si suponemos que estos valores donde allí todo el tiempo, entonces ¿por qué tenemos alguna interferencia? El marco general de QM sería inútil.

En otras palabras, un estado cuántico es lo que es (lo que es) precisamente porque es en contraste con un clásico de estado: lo más importante es que sólo se describe una distribución de probabilidad para los valores observables, no real, permanente los valores de estas variables observables.

Una función de onda que siempre se derrumbó sólo sería una clásica del estado. Ahora, ¿por qué (y qué?) una medición de "colapso" nada en absoluto, es una pregunta abierta, el problema de medición.

Answer 2

Imagine el siguiente conjunto de datos experimentales:

Cada día, usted decide si poner en sus gafas de sol antes de mirar el cielo para ver el tiempo. Cada día que yo, a mil millas de distancia, hacer la misma cosa.

Después de que hemos hecho a nuestras observaciones, nos llamamos por teléfono para comparar. Descubrimos que en los días cuando nos hemos visto, sin gafas de sol, siempre vemos la misma cosa (a veces soleado, a veces nublado). En los días cuando uno de nosotros lleva gafas de sol y el otro no, todavía hemos de ver siempre la misma cosa. Pero en los días que tanto las gafas de sol, es invariablemente el caso de que uno de nosotros ve un cielo soleado y el otro ve un cielo nublado.

Ahora supongamos que cada día, uno de los cuatro cosas es cierta: el cielo por encima de su casa es soleada (y soleado, con o sin lentes de sol), o está nublado (y se ve nublado con o sin lentes de sol), o en una condición que se ve soleado, sin gafas de sol, pero nublado con ellos, o en una condición que se ve soleado con gafas de sol nublado pero sin. De la misma manera por el cielo por encima de mi casa. Y supongamos que cada cielo es inequívocamente en uno de estos estados antes de que lo veamos.

Pregunta: ¿Qué patrón podría dar cuenta de los datos experimentales? Respuesta: Ninguno. Si tu cielo y mi cielo son siempre bien sea soleado o ambos nublado, que representa lo que vemos en tres de los cuatro días, pero no puede dar cuenta de lo que vemos cuando ambos nos use gafas de sol. Si hay algunos mucho más complicado patrón (por ejemplo, 8% del tiempo de nuestros cielos son ambos soleado, 7% son tanto nublado, el 19% el tuyo es soleado mientras que el mío es en el estado que se ve soleado, sólo a través de las gafas de sol, etc), que todavía no será capaz de dar cuenta de que los datos experimentales. No es difícil demostrar que no importa lo que los porcentajes de asignar a los dieciséis posibles pares de los estados, los datos experimentales no se ajustan a las predicciones.

Conclusión: no Se puede usar ordinaria de la teoría de la probabilidad para explicar el clima.

Ahora en la vida real no tenemos este problema con el tiempo, porque nunca vemos el tipo de los datos experimentales se supone que debo en primer lugar. Pero en la mecánica cuántica, vemos que estos datos (no se exactamente como se supone que aquí, pero lo suficientemente cerca para que el mismo problema se plantea). Thereefore puede no uso ordinario de la teoría de la probabilidad, en el sentido de que usted está tratando de utilizarlo, para explicar los hechos observados.

Answer 3

¿Qué es un intuitivo (siendo conscientes de que los fenómenos cuánticos, como tales, son rara vez intuitivo) explicación de por qué no podemos simplemente asumir que la vuelta ya estaba alineado completamente en los que se midió la dirección?

Para que una sola medición en particular que es exactamente lo que suponemos.

Permite hacer más simple : aquí están las mediciones de los electrones en los orbitales del átomo de hidrógeno:

Cada punto hay una (x,y) de medición de un solo átomo de hidrógeno. Los orbitales son la probabilidad de loci de los electrones alrededor de los protones del hidrógeno.Cuando el electrón interactuado con el sistema de detección, que estaba allí.

La mecánica cuántica es la teoría de que los modelos y predice lo que la acumulación de todas las mediciones se muestran ( de la distribución de probabilidad)

La edición y la dirección del nuevo título:

¿Cómo sabemos que un estado cuántico no es sólo un desconocido clásica del estado?

La gente ha estado tratando desde el principio de la formulación de la mecánica cuántica, sin éxito, encontrar un subyacente clásica determinista del sistema a partir de la cual las probabilidades puede ser calculado de estilo clásico.

La de de Broglie-Bohm modelo teórico logrado tener la función de onda de no relativista de la mecánica como emergente de un modelo determinista.

Además de la función de onda en el espacio de todas las posibles configuraciones, también postula una configuración real que existe aun cuando no se ve. La evolución en el tiempo de la configuración (es decir, las posiciones de todas las partículas o la configuración de todos los campos) se define por la función de onda a través de un rectores de la ecuación. La evolución de la función de onda a lo largo del tiempo está dada por Schrödinger, ecuación.

El problema es que no puede ser extendido a la relativista régimen y ecuaciones. Además de la teoría viola la mayoría de los físicos intuiciones que el simple matemáticamente modelos son preferibles a los complejos, la navaja de Occam:" Entre las hipótesis en competencia, el uno con el menor número de suposiciones deben ser seleccionados" .

Hay continuas exploraciones a lo largo de la línea de la búsqueda de un determinista para apuntalar la mecánica cuántica. G. 't Hooft ( ganador del premio Nobel)es un miembro de este sitio y ha escrito en sus esfuerzos hacia el determinismo de la mecánica cuántica, ver aquí, por ejemplo..

La respuesta es que en la actualidad la mecánica cuántica modelos con éxito todas nuestras observaciones experimentales, mientras que no existen determinista de la teoría que demuestra que la mecánica cuántica modelos surgen de un subyacente determinista marco/nivel.

Answer 4

Mientras usted tiene un solo electrón para ser medido no tiene ningún sentido preguntarse a sí mismo si era en un cierto giro de la dirección antes de ser medido o si usted obligado a asumir.

Si tenemos muchos electrones que podemos asumir que ser "idéntico", por ejemplo, porque son producidos en la misma manera (por ejemplo emitida por un metal calentado), y podemos ver los diferentes resultados a la hora de cuantificar sus efectos, tiene sentido preguntarnos si una descripción clásica o una descripción cuántica sostiene.

Por ejemplo, pueden tener diferentes velocidades. Pero podríamos formular una descripción clásica de este fenómeno: salen del metal con una velocidad dada, desconocido para nosotros -el experimentador - pero que tiene un cierto valor antes de la medida. La distribución de estos la velocidad, se puede seguir un cierto clásica distribución de probabilidad.

Pero en algún momento de un quantum de la imagen es necesario. Por ejemplo, para la vuelta. En este caso, debemos suponer que antes de la medición de la vuelta no tiene ningún valor definido y que la distribución de probabilidad que describe los resultados se escriben como |psi|^2.

Por lo general, cuando un quantum de la imagen tiene un ingenuo clásica falla uno de ellos, porque las probabilidades - calculado con las funciones de onda - tienen propiedades diferentes de ingenuo clásica de probabilidades. Pensar, por ejemplo, el patrón de interferencia en los dos hendidura experimento.

Sin embargo, desde cuántica es tan diferente de la experiencia cotidiana, es natural preguntarse si se mantiene a una descripción clásica de un "quantum" de los fenómenos, pero que no somos capaces de encontrar porque se nos olvida algo. Este intento se llama "variable oculta" descripciones. En este descripciones postulamos que algunos de los secretos de los grados de libertad existe, lo que ignoramos (de ahí el nombre oculto). Es este grado de libertad, que es totalmente clásica descrito por un estándar de la distribución de probabilidad - que la regla de que los resultados que vemos y que parecen seguir un quantum de la imagen.

Es posible mostrar, sin embargo , que una variable oculta la imagen no reproducir exactamente un quantum de la imagen. Así que desde un Punto de vista teórico, la teoría cuántica y la teoría clásica son de hecho diferentes. Por otra parte, los experimentos han sido realizados (Google Alan EPR), lo que descarta la posibilidad de que una variable oculta descripción vale para ciertos fenómenos. Así que es justo afirmar que hemos evidencia de al menos una situación en la naturaleza que no puede ser descrito por una teoría clásica, no importa cómo muchos "variables ocultas" que ignoramos.

Answer 5

Cuando un observador hace que la función de onda de una partícula de colapso, ¿cómo podemos saber que la función de onda no se derrumbó ya antes de la medición?

Primero de todo, un "observador" es cualquier interacción física con el sistema considera "suficiente" para producir una medición. Segundo, el "colapso" es un peligroso término a utilizar. Sabemos que el sistema no es sólo la partícula-como componente de ver debido a cosas como los patrones de interferencia y el enredo.

Supongamos que medimos la componente z del espín de un electrón. Después de la medición, es totalmente alineados a lo largo de la medida de la dirección, por ejemplo, la +dirección z. Antes de la medida que tenemos que asumir que un distribución de probabilidad proporcional a |Ψ|2|Ψ|2 de los dos las direcciones se presente.

Si repetimos la medición con muchos idénticamente preparados electrones, debemos ver como una distribución finalmente. Por ejemplo, podríamos miden 40% de spin-down y el 60% de spin-up.

Sin embargo, parece que también podría asumir que todas estas partículas tienen definida una spin-dirección antes de medir.

Usted acaba de decir que ellos fueron preparados de forma idéntica. Si tenían diferentes propiedades intrínsecas, no serían idénticos.

¿Qué es un intuitivo (siendo conscientes de que los fenómenos cuánticos, como tales, son rara vez intuitivo) explicación de por qué no podemos simplemente asumir que la giro ya estaba alineado completamente en los que se midió la dirección?

Un ejemplo es el Enredo, donde la correlación de medición de vueltas en realidad, depende de las partículas "saber" de qué eje de su gemelo se mide en.