?

Log in

No account? Create an account

eslitak

Previous Entry Поделиться Next Entry
10:04 pm: Квантовый ликбез - 11. Измерение и редукция.

Предыдущие посты

Как уже неоднократно сообщалось, реализация виртуального варианта (она же – редукция) происходит в момент измерения. Это следует понимать буквально: редукция происходит в тот момент, когда наблюдатель получает информацию о квантовом объекте.

Взглянем ещё раз на простейший опыт с полупрозрачным зеркалом (рисунок 11.1).

Излучатель выпускает одиночный фотон. Если бы мы могли следить за тем, что происходит в квантовой реальности, мы бы видели следующий процесс. Непосредственно после "выстрела" (момент времени t0) на выходе излучателя образуется достаточно компактное "облако" высокой вероятности обнаружения фотона. Если представлять дело более упрощённо, то можно сказать, что на выходе излучателя появляется рой виртуальных фотонов.

Далее это облако-рой движется со скоростью света в направлении зеркала (момент t1), и в момент t2 достигает его. Здесь рой разделяется надвое: часть облака проходит полупрозрачное зеркало насквозь и летит прямо, в детектор D1. Другая часть отражается от зеркала и летит вниз, в детектор D2.

В момент времени t3 оба роя достигают своих детекторов. Вот тут-то и происходит измерение: один из детекторов срабатывает, сообщая экспериментатору (который наблюдает за процессом из классической реальности) информацию: "фотон здесь!". Таким образом, один из виртуальных вариантов "выныривает" из квантовой реальности в классическую и становится зафиксированным результатом эксперимента. Второй исход, который мог реализоваться, после редукции становится невозможным. Какой именно из вариантов реализуется - это до самого момента редукции совершенно не предопределено, предопределена лишь вероятность срабатывания того или другого детектора. Именно здесь, в момент редукции, и происходит разрыв детерминизма. Только здесь, и нигде больше!

Так что же, "пусковой кнопкой" для квантовой редукции является в данном опыте срабатывание детектора? Как бы не так! Немного поменяем условия эксперимента (рисунок 11.2).

Всё почти то же самое, только детектор D1 мы теперь оттащили на большое расстояние, скажем, на одну световую минуту. По-прежнему возможны два результата: сработает либо D1, либо D2. В тех попытках, где в момент t3 сработает D2, да, редукция привязана к моменту срабатывания детектора. Но если в момент t3 детектор D2 "не щёлкнул" - то экспериментатор сможет уверенно утверждать, что он в этой попытке уже и не "щелкнет", зато в момент t4 гарантированно сработает D1. Несрабатывание D2 в нужный момент - это тоже получение информации о будущем результате эксперимента. То есть, и в этом случае квантовая редукция происходит в момент t3, хотя ни один из детекторов пока ещё не сработал.

Остаётся непонятным, что же всё таки "запускает" редукцию: само событие срабатывания/несрабатывания детектора, или факт наблюдения этого события экспериментатором? Этот больше философский, чем физический вопрос называют "проблемой наблюдателя".  Обрисуем суть этой проблемы на примере рассмотренного чуть выше эксперимента (рисунок 11.1).

Представьте себе, что опыт от начала (момент t0 - генерация фотона) и до окончания (момент t3 - срабатывание одного из детекторов) осуществляется автоматически, в наглухо закрытом "чёрном ящике". И лишь затем  наблюдатель открывает ящик и получает информацию о том, какой из детекторов сработал. Так когда в таком случае происходит редукция? По-прежнему в момент t3 (объективный вариант), или позже, в момент, когда наблюдатель открыл ящик (субъективный вариант)? Должен вас разочаровать: "науке это не известно". Среди физиков есть сторонники как "объективного", так и "субъективного" вариантов, но решающих аргументов в пользу того или другого пока нет. Достоверно известно только то, что измерение – акт субъективного наблюдения – стопроцентно "гарантирует" редукцию. Именно так мы и будем считать: результат измерения получен - значит, редукция состоялась. А тем, кого "проблема наблюдателя" глубоко интересует, рекомендую вбить это словосочетание в поисковик и вдоволь насладиться философскими спекуляциями на тему. Хотя, от пары замечаний философского характера всё же не могу удержаться.

Первое. Если считать, что редукция происходит в момент заглядывания в ящик, тогда придётся признать, что не только сам фотон, но и вся экспериментальная установка в целом до измерения существует в совокупности виртуальных вариантов. Буквально, пока мы не открыли ящик, он находится в двух реализуемых состояниях одновременно (если быть более точным и вспомнить то, о чём говорилось раньше – в двух бесконечных группах реализуемых состояний). Как кот Шредингера.

Второе. Мы тут исходили из того, что существует один наблюдатель (в классической реальности) и бесконечное множество разных виртуальных состояний наблюдаемого объекта (в квантовой реальности). Однако, никакие законы логики не мешают распространить эту множественность состояний также на самого наблюдателя, и считать, что в квантовой реальности существует бесконечное множество виртуальных наблюдателей. Каждый из них в своей виртуальной реальности. То есть, это для нас они виртуальны. Но каждый наблюдатель воспринимает свою реальность, как "нормальную". А все остальные реальности, и наша в том числе, виртуальны для него. Это я так вкратце обрисовал идею, лежащую в основе многомировой интерпретации квантовой механики.  Лично мне эта концепция не кажется близкой к истине, но это чисто интуитивное ощущение. С точки зрения "научности", в смысле, объяснения результатов квантовых экспериментов, такая интерпретация не хуже прочих

Итак, мы выяснили: в момент измерения мы в классической реальности получаем один результат из множества потенциально возможных. В следующей части мы узнаем, что происходит в момент измерения в квантовой реальности.

Продолжение



Tags: ,

Comments

[User Picture]
From:levyi_botinok
Date:Февраль 5, 2013 07:08 pm
(Link)
"Это следует понимать буквально: редукция происходит в тот момент, когда наблюдатель получает информацию о квантовом объекте."
Мне кажется, это маленько перебор. Конечно есть масса формально неопровергаемых философских концепций, типа солипсизма. Но наверное, есть смысл обсуждать, существует ли "материалистический" вариант объяснения (что объекты существуют и взаимодействуют независимо от "нашего сознания", если, конечно, мы сами с ними не взаимодействуем). И вроде как, он существует (правда требует поступиться принципом локальности). Так откуда утверждение, что что-то (неизбежно?) определяется получением информации неким наблюдателем (если конечно под событием не понимать собственно получение кем-то информации о нем).
Тем не менее, ждем с нетерпением, что же происходит "в момент" измерения. Для себя будем называть "измерение" "взаимодействием", квантовым переходом или "макровмешательством" (исключая наблюдателя) по вкусу и в зависимости от обстоятельств.
[User Picture]
From:eslitak
Date:Февраль 5, 2013 08:00 pm
(Link)
Я же оговорил, что науке это неизвестно. Просто предлагаю принять принцип "измерение гарантирует редукцию" в качестве проверенной рабочей гипотезы.

"И вроде как, он существует (правда требует поступиться принципом локальности)" - я не в курсе, что это за "материалистический вариант объяснения"? Принципом локальности квантовая физика давно уже "поступилась", но объективной причины квантового скачка по прежнему не найдено, насколько я знаю.
[User Picture]
From:levyi_botinok
Date:Февраль 5, 2013 08:28 pm
(Link)
:)
Так науке получается ничего неизвестно... Тот же самый мячик от пола отскочил или это новый точно такой же материализовался взамен сгинувшего падавшего?
Про нелокальность совпали - хорошо. Про материалистический вариант я же пояснил - от наблюдателя не зависит (если только он не включен напрямую во взаимодействие, что чаще всего имеет место).
"Гипотеза" "Измерение гарантирует редукцию" в вашей трактовке (не измерил - нет редукции) - это скорее не гипотеза, а определение измерения. Неплохо бы все таки определить, что же именно гарантирует редукцию? Скажем, мне по прежнему больше нравится, что возбужденные атомы излучают, или наоборот, свет поглощается, или люминофор возбуждется в какой-то точке детектора независимо от того смотрю я на них или нет.
Объективная причина квантового скачка - это круто. Мы же, вроде, договорились о внесении "некоторой доли индетерминизма" в нашу реальность. И как ее можно ввести, если всему есть объективная причина (возвращаем детерминизм). При этом время достижения "виртуальным роем" некоей преграды, Вы объективным поводом для квантового скачка (вероятного) не считаете?
[User Picture]
From:eslitak
Date:Февраль 5, 2013 08:54 pm
(Link)
Как это "ничего не известно"? Получение результата измерения гарантирует то, что редукция состоялась - известно. То, что мячик отскочил - известно. А "новый" он или "старый" - вот это уже предмет околонаучной спекуляции.

Что такое "материалистический вариант" - понятно. Я имел в виду, что не известны "материалистические условия", при которых редукция становится неизбежной.

> Объективная причина квантового скачка - это круто. Мы же, вроде, договорились о внесении "некоторой доли индетерминизма" в нашу реальность."

Индетерминизм противопоставляется не субъективизму, а предопределённости. Мы пока что договорились о том, что в некоторых ситуациях делается (природой) абсолютно случайный выбор одного из нескольких вариантов. Но сам акт выбора, судя по всему, обусловлен какой-то причиной. Объективной или субъективной - это как раз предмет спора философов о "проблеме наблюдателя".


[User Picture]
From:levyi_botinok
Date:Февраль 5, 2013 09:13 pm
(Link)
Э-э! погодите! Есть спонтанные процессы (распад, излучение) - тогда выбор идет не из нескольких вариантов, а из "нескольких моментов времени". Там - да. Можно говорить об "отсутствии материальной причины акта". Хотя и это наблюдателя не требует.
А если, как в примере данного поста речь идет о редукции в момент достижения "облаком" (роем виртуальных... виртуальным роем... как правильно, не знаю) первого детектора - так этот акт вполне предопределен именно моментом достижения! Убрали детектор - нет редукции. Почему это взаимодействие роя со стенкой мы должны обзывать измерением? (Хотя, я не против, главное, не впадать в идеализм).
[User Picture]
From:eslitak
Date:Февраль 6, 2013 03:39 pm
(Link)
> этот акт вполне предопределен именно моментом достижения

Представьте, в качестве детекторов в эксперименте 11.1 мы используем одиночные атомы. Изначально атом не возбуждён, но если в него попадает фотон, тогда он возбуждается. В таком случае в момент попадания (виртуального) фотона в атом никакой редукции определённо не происходит. А происходит она только в тот момент, когда мы измерим состояние одного из атомов. Так что само по себе наступление момента достижения ничего не решает. Если мы остаёмся целиком в "объективной" версии, то мы должны заключить, что тип детектора имеет значение. Нам тогда придётся искать какую-то чёткую грань между "микродетектором" и "мактродетектором". Пока что эта грань физиками не определена, поэтому некоторые считают, что её вообще нет.
[User Picture]
From:levyi_botinok
Date:Февраль 6, 2013 04:16 pm
(Link)
Не соглашусь.
Если атом возбуждается, то редукция точно происходит, и к измерению нами состояния атома момент и вероятность редукции никакого отношения не имеют.
Вы могли хитрее поставить вопрос. Ведь я утверждаю, что если в момент достижения облаком детектора (теперь - одиночного атома) этот детектор не возбудился, то редукция все равно имела место! Я бы так и настаивал, если бы речь шла о "макродетекторе", который проскочить мимо не возбудив было бы нереально.
Поскольку атом можно и не возбудить, то редукции состояния при прохождении первого-попавшегося атома (без возбуждения = взаимодействия = "измерения") не происходит. В этом, кстати отличие макро от микро. На макродетекторе отсутствие сигнала в нужный момент - однозначное свидетельство "пролетел мимо", то есть - "редукции". Правда, тут слово "редукция" мне нравится еще меньше, чем слово "измерение": речь не о неком "сворачивании" состояния, а о переходе из одного квантового состояния в другое через "воротики вероятности".
[User Picture]
From:falcao
Date:Февраль 5, 2013 11:45 pm
(Link)
Хорошо "подан" материал -- изложение воспринимается достаточно легко. Я отметил для себя ещё то, что мне обычно долго приходится вдумываться в рисунки, схемы и диаграммы. А здесь всё сразу "вошло".

Заметил в тексте маленькую опечатку: "Всё прочти то же самое". Но я-таки всё прочёл, и даже обсуждение в комментах! :)

Кстати, про отскочивший от пола мячик. Вы сказали, что задавать вопрос, "тот" ли это мячик, или "реинкарнация" прежнего, представляется бессмысленным. Типа того, что как ни ответь, это ничего не поменяет. Я с этим в принципе согласен, но при этом считаю, что сама проблема "тождественности" объектов далеко не так проста. Я этим вопросом давно интересуюсь, и всё время мечтаю хотя бы начать об этом разговор. Но пока так и не решился. Вопрос, в частности, связан и с тем, что такое "я". То есть, с чем мы "себя" отождествляем, а с чем -- нет, и почему.
[User Picture]
From:eslitak
Date:Февраль 6, 2013 03:16 pm
(Link)
В разговоре о тождественности с удовольствием поучаствую, если чё :)
[User Picture]
From:schegloff
Date:Апрель 24, 2013 03:20 am
(Link)
Замечательная серия заметок! Обнаружил в Ваших текстах сразу два момента, которые не встречал в столь явно сформулированном виде нигде больше:
1) ранее, картинку с полем стрелочек, изменение направлений которых является перемещением "частицы" (какая уж тут частица!) в пространстве,
2) и вот здесь - несрабатывание детектора как тоже "редукция" суперпозиции (этот момент совершенно не очевиден при чтении обычных популярных текстов о КМ); отсюда сразу возникает идея эксперимента с запутанными фотонами, которого я пока не встречал...

В целом, у Вас пока лучшее из популярных изложений квантовой теории, которые я читал. Правда, требующее от читателя определенной подготовки - чтобы заметить именно новое в изложении. Если будете преобразовывать в статью или книгу - эту новизну имеет смысл подчеркнуть несколькими жирными линиями.
[User Picture]
From:eslitak
Date:Апрель 24, 2013 06:42 pm
(Link)
Спасибо за такой отзыв, вдохновляет :)

Честно говоря, приём со стрелочками "подсмотрен" у Фейнмана в книжке "КЭД - странная теория света и вещества". Хотя у меня он использовал немного "под другим углом".
[User Picture]
From:schegloff
Date:Апрель 25, 2013 04:12 am
(Link)
У Фейнмана были "цепочки" из стрелочек, но вроде бы он не рисовал векторное поле циферблатами. На мой взгляд, тут Ваш приоритет.

Хотя конечно, до полной наглядности квантовых полей - еще визуализировать и визуализировать.
[User Picture]
From:urjuk
Date:Июль 17, 2015 09:11 pm
(Link)
прекрасно. спасибо
[User Picture]
From:wgay
Date:Сентябрь 13, 2017 03:56 pm

Квантовый ликбез - 11. Измерение и редукция.

(Link)
"И лишь затем наблюдатель открывает ящик и получает информацию о том, какой из детекторов сработал. Так когда в таком случае происходит редукция? По-прежнему в момент t3 (объективный вариант), или позже, в момент, когда наблюдатель открыл ящик (субъективный вариант)? Должен вас разочаровать: "науке это не известно". "
..."Достоверно известно только то, что измерение – акт субъективного наблюдения – стопроцентно "гарантирует" редукцию"
Странно. Т.е. полный солипсизм. Весь мир у меня в голове. А как с вариантом, что один физик посмотрел результат, а второй, его коллега, был в это время в буфете. Тогда для первого редукция произошла, а для второго нет?
Все эти рассказы про котов Шредингера - туман для чувствительной публики. Но возможно и сами уважаемые физики не до конца понимают суть происходящего, а этим туманом выказывают свою растерянность.
Редукция происходит "автоматически" по "тиканью" времени, как выбор варианта будущего из пространства вариантов, независимо от нашего личного наблюдения . Если я не открываю ящик с котом, это не значит, что он находится в состоянии не жив, не мертв, а то , что он в данный момент времени реально или жив или мертв т.е. гарантировано реализован один из вариантов будущего, на данный момент времени. Это как многомировая концепция, только для будущих "миров". Будущие вселенные, коих бесконечно много и они виртуальны (виртуальны для нашего классического мира, но реальны в пространстве вариантов, в другой пространственно-временной метрике, как и Ваши виртуальные частицы из коих эти вселенные состоят) в момент кванта "такта" времени, схлопываются в одну нашу реальную (происходит редукция всей Вселенной) и выбирается одна реальная вселенная.
А наблюдение за детекторами это лишь маленькая сценка из этого грандиозного спектакля. И понятно, что смотрел наблюдатель в черный ящик с двумя детекторами, что не смотрел, редукция происходит независимо от него и срабатывает один из детекторов. Если на рис.11.2 не сработал D2 значит уже выбран другой сценарий и возможно даже не во время t3, а раньше , например, t2. Вопрос лишь в том, кто или что заказывает музыку, т.е. по какому алгоритму идет выбор сценария.
[User Picture]
From:eslitak
Date:Сентябрь 13, 2017 06:58 pm

Re: Квантовый ликбез - 11. Измерение и редукция.

(Link)
..."Достоверно известно только то, что измерение – акт субъективного наблюдения – стопроцентно "гарантирует" редукцию"

> Странно. Т.е. полный солипсизм. Весь мир у меня в голове.

Ничего подобного. Написано же: когда именно и почему именно происходит редукция - "науке это не известно". Но то, что в момент наблюдения она уже произошла, это известно точно, имеено это и имелось в виду под словом "гарантирует".
[User Picture]
From:wgay
Date:Сентябрь 13, 2017 09:02 pm

Re: Квантовый ликбез - 11. Измерение и редукция.

(Link)
Извините, но тогда по логике следует, что пока не наблюдали, то может и не произошла, "раз науке неизвестно", плюс фраза из текста: "Среди физиков есть сторонники как "объективного", так и "субъективного" вариантов, но решающих аргументов в пользу того или другого пока нет." Т.е. есть физики, которые утверждают, что редукция, это только акт наблюдения. Плюс опять же фраза из текста "Если считать, что редукция происходит в момент заглядывания в ящик, тогда придётся признать, что не только сам фотон, но и вся экспериментальная установка в целом до измерения существует в совокупности виртуальных вариантов. Буквально, пока мы не открыли ящик, он находится в двух реализуемых состояниях одновременно (если быть более точным и вспомнить то, о чём говорилось раньше – в двух бесконечных группах реализуемых состояний). Как кот Шредингера." Тут вообще одна спекуляция. Кто должен открыть ящик? А может это робот по времени, пока физики пошли спать. Вот я и говорю, что это для "туману". в закрытом ящике тоже 100% произошла редукция, а наука что-то запуталась в философских дебрях.
[User Picture]
From:wgay
Date:Октябрь 23, 2017 11:56 am

Re: Квантовый ликбез - 11. Измерение и редукция.

(Link)
Тут намедни немного поразмышлял. Основная причина непонимания в том, что путаются понятия "наблюдение/не наблюдение эксперимента" и "коллапс волновой функции". Почему-то ( наверно с легкой лапы кота Шредингера)эти понятия отождествляются. А так , как коллапс волновой функции не имеет классического наглядного аналога, то возникают различного рода спекуляции на котах. Если принять, что коллапс волновой функции - есть самостоятельный физический процесс зависящий лишь от условий эксперимента, и не зависит, от того в какой момент мы решили пронаблюдать результат, то спекуляциям не остается места.
Если взять пример с монеткой: подкинем классическую монетку в черном ящике. По истечении гарантированного промежутка времени , когда энергия вращения закончится, с результатом 1/2 выпадет орел или решка. Этот результат не зависит от того, когда мы решим пронаблюдать эксперимент, или вообще не наблюдать.
Теперь возьмём монетку квантовую в том же черном ящике (аналог спина), у которой орел и решка равномерно размазан по обеим сторонам. Примем, что энергетика ее такова, что за конечное время, произойдет взаимодействие с классическим объектом - взаимодействие со стенками ящика,(четкое условие эксперимента). Тогда так же с вероятностью 1/2 выпадет орел или решка (коллапс волновой функции), независимо, от того когда мы решимся на просмотр результата.
В случае с примером данного раздела , в момент времени t3, произойдет контакт виртуального облака с классическим датчиком D2 и с вероятностью 1/2 произойдут следующие события. 1. произойдет коллапс волновой функции оба виртуальных облака схлопнутся в одно на данном датчике, детектор D2 зафиксирует результат. 2. произойдет коллапс волновой функции детектор D2 не зафиксирует результат, а облако схлопнется в один компактный фотон на траектории по пути к датчику D1, который с задержкой стопроцентно зафиксирует результат. Причем независимо от нашего наблюдения за результатом опыта.
Разработано LiveJournal.com