От переводчика. Шон Кэрролл — профессор в Caltech, занимающийся космологией и основами квантовой физики. Он последовательный сторонник многомировой интерпретации (ММИ) квантовой механики, о которой недавно выпустил книгу Something Deeply Hidden. Соответственно, объяснение эксперимента в посте будет с позиций ММИ. Хотя по большому счету это не столь важно для самого объяснения. Вы можете почитать мой недавний пост про ММИ, если хотите освежить в памяти основы.Эта статья — глава из книги Something Deeply Hidden, не вошедшая в финальный вариант текста.
А еще Кэрролл ведет прекрасный подкаст Mindscape. Этот подкаст оказался без малого главным событием моей интеллектуальной жизни в последний год, и, честное слово, это лучшее, что вы можете вынести из этого поста.
Disclaimer! Я местами адаптировал немного текст, и чуть-чуть добавлял от себя для пущей ясности. Все ошибки на моей совести (и в личке, надеюсь).
Давайте представим, что вы студент-физик, сидите на курсе по экспериментальной работе, а профессор в особенно плохом настроении. Она заставляет вас проводить особенно странную версию опыта Юнга, объясняя, что эта версия называется «квантовый ластик с отложенным выбором». Кажется, вы что-то такое видели на YouTube однажды.
В традиционном опыте Юнга с двумя щелями пучок электронов проходит через две щели и попадает на регистрирующий экран. Каждый электрон по отдельности оставляет точку на экране, но если мы подождем, пока наберется много таких событий, мы увидим интерференционную картинку со светлыми и темными полосами. Это происходит потому, что волновая функция электронов проходит через обе щели и интерферируют сама с собой.
Если мы измерим, через какую щель проходит каждый электрон, интерференционная картинка исчезнет, и мы увидим сглаженное распределение на экране. Учебники по квантовой механики традиционно нам расскажут, что это произошло из-за коллапса волновой функции при ее наблюдении нами на щелях. Многомировая интерпретация говорит, что это потому что электрон перепутался с измерительным прибором, а прибор — с окружением (произошла декогеренция), и волновая функция разделилась на два отдельных мира, в каждом из которых электрон прошел только через одну из щелей.
Интерференционная картинка видна когда электрон проходит через две щели (слева), пока не производится попытка измерить, через какую именно щель проходит электрон (справа).Ваш же эксперимент усложнен: вы будете измерять, через какую щель проходит электрон, но не с помощью большого макроскопического прибора, а с помощью квантового прибора, и хранить информацию в кубите. Например, на каждый «главный» электрон, проходящий через щели, у нас есть второй «вспомогательный» электрон, запутанный с первым. Пара запутанна следующим образом: если главный электрон проходит через левую щель, вспомогательный электрон оказывается в состоянии со спином вверх, а если через правую — со спином вниз:
? = (Л)[^] + (П)[v].
Ваш профессор, кто очевидно не в настроении сегодня, настаивает, чтобы вы не производили измерения над «вспомогательными» электронами, и даже не давали им улететь и врезаться во что-нибудь в комнате. Вы аккуратно ловите и храните их, например, в магнитной ловушке.
Что же мы увидим на экране, если повторим такой эксперимент со многими электронами? Конечно, сглаженное распределение без интерференционной картинки, конечно. Интерференция может возникнуть только если две части являются составляющими одной и той же волновой функции, а раз два главных электрона теперь запутаны с вспомогательными, пути через левую и правую щель оказываются различимыми, и мы не видим интерференционной картинки. В этом случае оказывается безразлично, что у нас не было настоящего измерения (и декогеренции), а лишь запутанность. Важно только то, что главные электроны оказались в состоянии запутанности с вспомогательными электронами. Любая запутанность убивает интерференцию.
Конечно, мы можем измерить спины вспомогательных электронов, если захотим. Если мы измерим их вдоль вертикальной оси, мы получим [^] или [v]. В отношении квантового состояния ? это поместит нас либо во вселенную, где главный электрон прошел через левую щель, либо во вселенную, где он прошел через правую. Наконец, если мы повторим эксперимент множество раз, мы не увидим интерференции.
Ладно, говорит, ваш профессор с садистскими наклонностями, потирая руки со злодейской ухмылкой. Давайте теперь измерим наши вспомогательные электроны, но не по вертикальной, а по горизонтальной оси. Состояние в вертикальном и горизонтальном базисах связаны как:
[^] = [>] + [<],
[v] = [>] – [<].
(Для простоты мы отбросим нормировочные факторы). В этом базисе то же состояние, что сверху будет выглядеть так:
? = (Л)[>] + (Л)[<] + (П)[>] – (П)[<]
= (Л + П)[>] + (Л – П)[<].
Когда мы измеряли вспомогательный спин в вертикальном направлении, мы получали определенный путь главного электрона: [^] был запутан с (Л), а [v] был запутан с (П). Производя измерение, мы узнавали, прошел ли главный электрон через левую или правую щель. Теперь же мы измеряем спин вдоль горизонтального направления, и эта определенность исчезает. После измерения мы вновь оказываемся в ветви волновой функции, где главный электрон проходит сразу через две щели. Если мы измерили спин «лево», главный электрон получит фазовый сдвиг при прохождении через правую щель (знак минус), но это чисто математическая особенность.
Итак, выбирая такой способ измерения, мы «стерли» информацию о том, через какую щель прошел электрон. Это так называемый «квантовый ластик». Сам процесс стирания не меняет общего распределения точек на экране. Оно остается гладким, и интерференции не возникает: результаты измерения «влево» и «вправо» по-прежнему случайны.
Но теперь у нас есть не только общее распределение электронов на экране. Для каждой точки на экране мы знаем также результат измерения для вспомогательного электрона: был он в состоянии «спин налево» или «спин направо». Так-с, расцветает ваш профессор, давайте теперь пойдем к компьютеру и разделим наши измерения на две части: часть, для которой вспомогательный электрон имел спин налево, и часть, для которой он был направо. Что мы теперь увидим?
Любопытно, что теперь интерференция снова возникает. Главные электроны, ассоциированные с вспомогательными электронами с левым спином, формируют интерференционную картинку, так же как и те, для которых вспомогательный электрон имел спин направо. (Помните, что интерференционная картинка возникает не сразу, а появляется по мере набора статистики одиночных электронов). Но эти две картинки оказываются сдвинуты друг относительно друга, так что пики в одной картинке совпадают с провалами в другом. При их наложении друг на друга возникает гладкое распределение там, где на самом деле спрятана интерференционная картинка.
Взято с WikipediaОглядываясь назад, мы не найдем это таким уж удивительным. Если посмотреть на то, как состояние ? было записано относительно вспомогательных электронов в горизонтальном базисе (спином налево или направо), мы увидим, что каждое измерение было запутанным с главным электроном, проходящим через обе щели. Так что конечно интерференция могла возникнуть. И тот минус, казавшийся совершенно неважной математической деталью, сдвинул одну картинку относительно другой так, что при их наложении они сложились в гладкую картинку.
Ваш профессор, кажется, удивился этому больше, чем вы. «Разве вы не видите!» — возбужденно восклицает она. «Если мы не измеряем вспомогательные электроны вовсе, или измеряем их по вертикальной оси, никакой интерференции не возникает. А если мы измеряем их вдоль горизонтальной оси, оказывается, там была скрытая интерференция, которую мы смогли обнаружить, разделив результаты измерения на части для разных спинов вспомогательного электрона.»
Вы и другие студенты согласно киваете, хоть и находитесь в некотором недоумении.
«Подумайте о том, что это значит! Выбор направления измерения вспомогательных спинов мог быть сделан уже после того, как все главные электроны были зарегистрированы на экране. Если бы мы сохранили все вспомогательные спины, не дав им запутаться с окружением, мы могли бы совершить этот выбор спустя годы.»
Кажется да, бормочет аудитория, похоже на правду.
«Но интерференция только происходит, когда главные электроны проходят через обе щели, а гладкое распределение возникает, когда электрон проходит через одну щель. Это решение — пройти через две щели или через одну — происходит задолго до того, как мы измерили вспомогательные электроны. Очевидно, наше решение измерить их горизонтально, а не вертикально, послало сигнал назад в прошлое и сообщило главным электронам, что им надо пройти сразу через обе щели, а не через одну.»
Озадаченная аудитория застывает на мгновение и взрывается в протесте. Решение? Назад в прошлое? Вы вообще о чем? Электрон не совершает выбора пройти через одну щель или другую. Его волновая функция (и все, с чем он запутан), эволюционирует с соответствии с уравнением Шредингера, как обычно. Электрон не совершает выборов, он однозначно всегда проходит через обе щели, но оказывается в запутанном состоянии. Измеряя вспомогательные электроны вдоль разных направлений, мы можем выбирать разные части запутанной волновой функции, некоторые из которых интерферируют, а некоторые — нет. Ничего не вернулось назад в прошлое. Это классный эксперимент, но никто не строит никакой машины времени тут.
Вы и ваши товарищи правы. Ваша профессор несколько увлеклась. Всегда есть искушение думать об электроне как о чем-то обладающем «свойствами волны и частицы одновременно», и Копенгагенская интерпретация квантовой механики только потворствует этому. Если мы поддадимся этому искушению, недалеко и мысль о том, что электрон при прохождении щелей ведет себя или как частица, или как волна, и в каждом эксперименте реализуется один из этих двух вариантов. А с этой позиции квантовый ластик с отложенным выбором действительно приводит к заключению, что информация должна была быть передана назад в прошлое, чтобы помочь электрону с выбором. Честно говоря, в популярных объяснениях зачастую усложняют картину, создавая у квантовой механики ауру загадочности. А предположение, что квантовая механика позволяет посылать сигналы в прошлое, только подливает масла в огонь.
Всем этим искушениям надо противостоять. Электрон просто является частью волновой функции Вселенной. Он не совершает выбора быть частицей или волной. Но по какой-то причине даже серьезные исследователи основ квантовой физики иногда рассматривают эксперименты с квантовым ластиком с отложенным выбором и другие ему подобные (которые, кстати, были многократно проверены на практике) как свидетельство обратной причинности в природе — сигналы, распространяющиеся назад во времени, влияют на прошлое. Вариант такого эксперимента, предложенный никем иным, как Джоном Уилером, предполагал несколько телескопов на другой стороне экрана, которые могут определить, через какую щель прошел электрон, значительно позже момента, когда он прошел. В отличие от поздних комментаторов, Уилер не зашел столь далеко, чтобы предположить обратную причинность, и не настаивал на том, что электрон всегда является либо частицей, либо волной.
Нет никакой надобности в обратной причинности для объяснения квантового ластика с отложенным выбором. Для последователя многомировой интерпретации, результат очевиден без всяких путешествий во времени. Хитрость в том, что при запутывании с одним спином, а не огромным ансамблем частиц в классическом детекторе и окружении, электрон не декогерирует в полном смысле этого слова. Когда главный электрон запутан только с одной частицей, мы можем рассматривать разные варианты измерения этой вспомогательной частицы. Если, как обычном опыте Юнга, мы измерили щель, через которую прошел электрон с помощью классического макроскопического прибора, у нас нет такого выбора вариантов измерения. При настоящей декогеренции крошечный размер изначальной запутанности оказывается усиленным, по сути необратимо, в запутанность с окружением. В этом смысле квантовый ластик с отложенным выбором оказывается полезным мысленным экспериментом для осознания роли декогеренции и окружения при измерениях.
К сожалению, не все являются сторонниками многомировой интерпретации. В других версиях квантовой механики волновые функции и в самом деле коллапсируют, в отличие от многомировой интерпретации, где коллапс только кажущийся, возникающий из-за декогренции. В интерпретациях, где коллапс на самом деле происходит (типа GRW), он оказывается асимметричным во времени: волновый функции коллапсируют, но не могут вернутся в изначальное состояние. Если в вашей теории есть коллапс волновой функции, но при этом вы хотите сохранить общую симметрию по времени в законах физики, вы можете убедить себя в необходимости обратной причинности.
А можете принять гладкую эволюцию волновой функции с ветвлением, а не коллапсом, и автоматически сохранить симметрию по времени для всех основных уравнений без необходимости путешествий во времени или сомневающихся электронов.
Welcome to the Many Worlds!
Комментарии (101)
red-barbarian
22.09.2019 17:21К сожалению, не все являются сторонниками многомировой интерпретации.
Почему «к сожалению»? Это одна из интерпретаций. Это не теория, она не предсказывает что-то новое, вне квантовой теории. Просто некоторый процессы с ней понимаются легче. Так можно сказать и про другие (популярные) интерпретации. Скажу честно, она мне симпатична и объясняя не физику, квантовую теорию я бы обязательно использовал и ее, но для специалиста, уверен, приверженность (горячая) какой-либо интерпретации, скорее, вредит.
Интерпретации в квантовой теории — точки зрения на эту теорию. Сама же теория не зависит от интерпретации. Желательно хорошо знать и оперировать всеми ими. Т.е. уметь объяснить результаты опыта, как на основе волн электрона, так и на основе суперпозиции состояния. Как используя классическое понятия суперпозиции, так и многомировое. Это является отличием межу поверхностным понимание и глубоким.
Shkaff Автор
22.09.2019 17:26Почему «к сожалению»?
Ну это точка зрения автора оригинального поста:)
Это не теория, она не предсказывает что-то новое, вне квантовой теории… Так можно сказать и про другие (популярные) интерпретации.
Не все, некоторые — например спонтанного коллапса — предполагают новую физику.
… но для специалиста, уверен, приверженность (горячая) какой-либо интерпретации, скорее, вредит.
Не очень понимаю, чем она может вредить… Есть точка зрения, что в интерпретациях прячется более фундаментальная теория. Скажем, тот же Кэрролл из ММИ пытается вывести квантовую гравитацию.red-barbarian
22.09.2019 17:52Ни к коем случае претензия не к Вам) Скорее в автору.
Есть точка зрения, что в интерпретациях прячется более фундаментальная теория.
Вот здесь подробнее. Есть ли факты/ предположения фактов проверяемых на опыте, которые противоречат другим интерпретациям, но в многомировой они существуют. Те. что проверить, что бы определить «ММИ это теория», а не просто интерпретация.
Модель, которую ученый использует, что бы построить теорию и сама теория вещи разные.
И она часто бывает отброшена по окончании работ.Shkaff Автор
22.09.2019 18:20+5Есть ли факты/ предположения фактов проверяемых на опыте, которые противоречат другим интерпретациям, но в многомировой они существуют.
В некотором смысле ММИ это единственная интерпретация, которая не вносит ничего нового. Скажем, в теориях спонтанного коллапса это дополнительное поле/частица, которая приводит к спонтанному коллапсу ВФ. Они очень проверяемы в экспериментах. В пилот-волне это собственно волна, которая неизвестно как будет работать с теорией относительности. В эпистемологических интерпретациях это наше сознание, которое производит «коллапс» — там ВФ не существует, это только мера нашего знания о системе, но там неясно какова «настоящая» физика. И т.д.
Так вот, в зависимости от интерпретации ВФ имеет разные свойства, и по-разному будет взаимодейтсвовать с ОТО при попытке построения квантовой гравитации. Кэрролл говорит, что, мол, все пространство-время возникает как эмерджентный феномен из свойств многомерного Гильбертова пространства, в котором существует ВФ нашей Вселенной. Так что в его теории ММИ фундаментальна настолько, что оказывается даже фундаментальнее пространства-времени.
Но это просто пример, конечно. Суть в том, что мы понятия не имеем, как быть с квантовой гравитацией. И у нас есть очевидная проблема: мы понятия не имеем, как на самом деле физически происходит измерение квантовой системы. Будет удивительно, если мы сможем решить одну проблему, не решив другую.red-barbarian
22.09.2019 18:36+1Кэрролл говорит, что, мол, все пространство-время возникает как эмерджентный феномен из свойств многомерного Гильбертова пространства, в котором существует ВФ нашей Вселенной.
Не является ли (на Ваш взгляд) это принципиальным отличием от «классической квантовой физики + ОТО», что пространство-время это некий особый квантовый объект. А в квантовой физике это нечто классическое псевдоэвклидовое.
Т.е. дело не в ММИ, а именно в этом. Т.е. суть теории.Shkaff Автор
22.09.2019 19:09+1Ну мы точно знаем, что квантовая физика — это приближенная теория, потому что она несовместима с ОТО. В этой теории пространство-время не является квантовым объектом, оно именно то, что мы знаем в ОТО. Только оно возникает как некоторый коллективный эффект при определенной конфигурации запутанности в ВФ Вселенной.
Но на самом деле, любая «интерпретация» КМ не будет работать с ОТО. И их объединение будет зависеть от варианта интерпретации. Так что: да, сейчас интерпретации по большей части воспроизводят классическую квантовую механику (но не квантовую теорию поля). Но некоторые из них дают новые предсказания на эксперимент (не ММИ). И от интерпретации будет зависеть теория квантовой гравитации. Так что очень важно думать об интерпретациях и искать новые варианты/решать проблемы в существующих.
Tyusha
22.09.2019 20:48+2Ну мы точно знаем, что квантовая физика — это приближенная теория, потому что она несовместима с ОТО.
Но-но, Михаил, полегче на поворотах. :) Я с вами категорически не согласна. Я бы сказала абсолютно наоборот. Квантовая гравитация, когда она появится (появится же она когда-нибудь :) ), будет именно расширением ОТО, а не квантовой теории. Раскрою мысль.
Давайте-ка обратимся к аксиомам квантовой физики. (Поразительно, но не могу нагуглить их), поэтому придётся их несколько вульгарно перечислить по памяти:
1. Система описывается унимодулярным вектором состояния ? в гильбертовом пространстве.
2. Суперпозиция состояний — тоже является состоянием.
3. Для измеримой величины A существует среднее: <?*A?>
4. Динамика состояния определяется линейным уравнением id?/dt = H?
Что-то ещё я подзабыла (их должно быть, вроде бы 5 аксиом), может быть отдельно говорится, что <?*?>=1?
Как видите, квантовая теория — это вообще «фрейворк». Она стоит особняком, как нечто находящееся над всем остальным. Можно сказать, что это и не физика вовсе! Да-да! Можно построить на этих аксиомах хоть социологию. Многие думают, что квантовая механика — это о волной функции, о дуализме, о коте Шрёдингера. Да ни фига, это всё уже частности.
Аксиоматическая квантовая теория в общем смысле вообще ничего «не знает» ни о пространстве, ни о его размерности, кривизне, топологии, ни о полях, ни о частицах, ни о щелях, ни о корпускулярно-волновом дуализме, ни… (о боже) о волной функции (таких слов нету в аксиомах ни разу). Замечу, что волновая функция — это лишь представление квантовой механики (не в смысле интерпретации, а в терминах теории групп).
Даже время t, появляющееся в аксиоме 4, которое можно расценить как соприкосновение с ОТО, никак не конкретизируется, оно может быть хоть кольцом намотано. Смысл последней аксиомы, что эволюция состояния определяется лишь самим этим состоянием и линейно зависит от него. [Но, правда, по t можно дифференцировать. Что может оказаться существенным ограничением, вот ведь чёрт.]
Посему говорить, что квантовая физика несовместима с ОТО, вообще не приходится. Это ОТО несовместима с квантАми. Может быть, это вопрос терминологии, но мне кажется важно обратить на это внимание.Shkaff Автор
22.09.2019 21:29+2Я сам, честно признаться, не обладаю достаточным пониманием проблемы, чтобы говорить так или иначе. Обычно говорят, как и вы пишете, что КГ будет расширением ОТО. Мне в целом кажется это логичным. Но есть направление, и Кэрролл в их числе, которые пытаются строить ОТО из квантов. И они говорят, что есть только Гильбертово пространство и волновая функция Вселенной в ней, и больше ничего. Все остальное — время, пространство, и тд и тп возникает как некий коллективный эффект. Так что можно смотреть с обеих сторон.
Кроме того, я не думаю, что КМ это фреймворк. Об этом, собственно, весь сыр-бор: надо перестать считать КМ чистой математикой и начать искать физическую основу у нее.
Посему говорить, что квантовая физика несовместима с ОТО, вообще не приходится. Это ОТО несовместима с квантАми.
Я думаю, что вообще говоря есть сложности и в первом моменте. Как только мы начинаем рассматривать координатную суперпозицию массивных объектов — как мы должны рассматривать их взаимодействие? Даже если брать пространство классическим, что будет происходить? А если произвести измерение, как будет себя вести «коллапсировавшая» часть искривленного пространства?
И тут наступает роль интерпретаций. Возьмем пилот-волну для примера: она несовместима с СТО, так как выделяет заданную систему отсчета. Не совместима с QFT, так как рассматривает частицы в волне. Так что оказывается, что без ответа на вопрос о выборе интерпретации мы не можем однозначно говорить о совместимости с ОТО. Да, основные проблемы в КГ в квантовании ОТО. Но и в обратную сторону возникают вопросы. Просто обычно мы их обходим стороной, т.к. до сих пор у нас не было экспериментов с близкими параметрами. Но скоро будут — вот как отвечать на них?Tyusha
22.09.2019 21:42+1Тут скорее извечная проблема измерительного прибора и перехода от квантовых объектов к классическим. Вот это проблема, так проблема! И она уже отлично видна в аксиоме 3. А проблемы совместимости с ОТО это частности.
Я вообще формалистка из категории «заткнись и считай». Если аппарат теории даёт правильные предсказания, так радуйся и не задавай лишних вопросов. Для меня не существует парадоксов квантовой механики или проблем с интерпретацией. (ММИ, кстати ненаучна, т.к. нефальсифицируема).
Понятно, что это лишь моё глубоко философское понимание. Разумеется, физика не перестаёт меня удивлять. Разумеется, я рассказываю детям эти парадоксы и учу их удивляться вместе со мной. (Дети = студенты МФТИ)
Оффтоп. То же могу сказать и про тёмную энергию. Её в моём мировоззрении нет, я за феноменологический подход — пишем ?-член и расслабляемся.Shkaff Автор
22.09.2019 21:52+4А проблемы совместимости с ОТО это частности.
Это согласен, просто ОТО пришлось к слову в обсуждении.
Мы знаем, что проблема измерения должна быть как-то решена. Не может это просто быть «коллапс» как в Копенгагене. Собственно больше важных парадоксов в квантах нет.
(ММИ, кстати ненаучна, т.к. нефальсифицируема).
Очень даже фальсифицируема: любой эксперимент, показывающий наличие спонтанного коллапса, например, фальсифицирует ММИ.
Оффтоп. То же могу сказать и про тёмную энергию. Её в моём мировоззрении нет, я за феноменологический подход — пишем ?-член и расслабляемся.
Ну не знаю, тут я еще пока не научился расслабляться настолько:) Особенно меня с квантами это заботит, конечно: когда в лабе каждый день наблюдаешь вот это все, сложно просто сказать себе «заткнись и считай». Каждый раз чувствуешь себя странно.Tyusha
22.09.2019 21:56+2Мы знаем, что проблема измерения должна быть как-то решена.
Тут всё очень грустно. Никаких перспектив мне не видно. Тут, видимо, нужен какой-то философский прорыв. Ждём нового гения.
Каждый раз чувствуешь себя странно.
Ради этого и занимаемся наукой.phenik
24.09.2019 17:10Тут всё очень грустно. Никаких перспектив мне не видно. Тут, видимо, нужен какой-то философский прорыв.
Так в МФТИ есть Липкин с теорфизической интерпретацией КМ:Постулаты Борна, которые часто называют “вероятностной интерпретацией волновой функции”, ответственны за появление в квантовой механике вероятности и за сочетание корпускулярных и волновых свойств. Это центральные постулаты квантовой механики. Именно из-за нечеткости их формулировки и существует множество “интерпретаций” квантовой механики. Предлагаемая здесь формулировка звучит так: 1) в квантовой механике состояние физической системы определяется не значениями, а распределениями вероятности значений соответствующих измеримых величин (это естественное обобщение понятия состояния в физике); 2) из этого следует, что одно измерение ничего не говорит о состоянии системы, и чтобы определить распределение вероятности, требуется достаточно длинная серия измерений[15]; 3)задаются правила, позволяющие по математическому образу состояния YA(t), определить распределения вероятности соответствующих измеримых величин[16]. Измерение в квантовой механике, как и в других разделах физики, проявляет, а не создает существующее состояние. Оно ничего не говорит о том, что будет с системой или ее состоянием после измерения (это прерогатива процедур приготовления, использующих фильтры и другие приборы). И, как и в классической физике, не надо сюда примешивать ни сознание, ни многомировые интерпретации
Что не устраивает?Shkaff Автор
24.09.2019 18:04Измерение в квантовой механике, как и в других разделах физики, проявляет, а не создает существующее состояние.
Если у нас есть состояние суперпозиции, значит ли это, что система находится в распределенном состоянии?
Кроме того, вопрос о процессе измерения — ключевой для интерпретаций — обходится стороной. Почему мы получаем тот или иной результат измерения?
Я текст не читал, если что, чисто из приведенного отрывка сужу.phenik
25.09.2019 17:49Интересовался мнением Tyusha.
Shkaff
В одной из тем уже давал вам ссылку на публикации Липкина. Ответили, что не поняли, в частности, его критики ММИ, возможно, как и сейчас не посмотрели описание самой интерпретации. Видимо, исходя из того, что если эти статьи не в известном иностранном рецензируемом источнике, то не достойны внимания, типа очередное фричество) Я так не считаю, доводы Липкина основываются на серьезном анализе развития физических представлений. Они мне интересны, потому что близки к собственным представлениям на эту тему. Но исхожу несколько из других соображений, связанных с особенностями когнитивных нейрофизиологических механизмов восприятия и представления (мои интересы отражены в переводах, кот. делаю для Хабра). Чтобы понять с чем связаны приведенные в цитате утверждения лучше почитать статью (по этой ссылке pdf, по пред. ссылке можно почитать статьи с дополнительной аргументацией). Если кратко, производится четкое разделение концептуальной и формальной модели КМ, в кот. ВФ математический объект, кот. описывает поведение кв. систем, а ее приготовление и измерение отдельные особые классические процедуры.Кроме того, вопрос о процессе измерения — ключевой для интерпретаций — обходится стороной. Почему мы получаем тот или иной результат измерения?
Результат измерения определяется распределением вероятности состояний кв. системы. Потому какОсновная новизна ее состоит во введении в формулировке постулатов Борна понятия состояния, которое объективно существует независимо от каких бы то ни было измерений, но определяется не значениями, а распределениями вероятности значений соответствующих измеримых величин. Эти состояния, как и в классической физике, однозначно связаны уравнением движения и существуют независимо от измерения и наблюдателя.
Не голосовали в этой теме?)
Shkaff Автор
25.09.2019 18:12Интересовался мнением Tyusha.
Пардон, я уже забыл, что мы с вами это обсуждали:)
Ответили, что не поняли, в частности, его критики ММИ, возможно, как и сейчас не посмотрели описание самой интерпретации.
Ну да, я и сейчас не понимаю, честно признаться. У меня, увы, совсем нет времени подробно разбирать очередную интерпретацию КМ, коих плодится сейчас с десяток на дню. Я не говорю о том, что он фрик или еще что-то, судя по всему вполне адекватный ученый. Но я не вижу в его интерпретации ничего отличного от других, а его объяснения «стандартных» интерпретаций мне кажутся неполными. Он говорит, что у него наблюдаемые задаются не значениями, а распределениями вероятностей. Но это так и в многомировой интерпретации, и вообще везде, где ВФ является объективной физической сущностью. Таких вариантов интерпретаций вагон и маленькая тележка.
Результат измерения определяется распределением вероятности состояний кв. системы. Потому как
Я говорю не о результате измерения, а о процессе. Как квантовое состояние становится классическим значением на экране прибора.
Не голосовали в этой теме?)
Как сторонник многомировой интерпретации, проголосовал за Эйнштейна, т.к. в ММИ нет объективной случайности — теория полностью детерминистична. Есть субъективная случайность — мы не видим всех исходов измерений, т.к. не может заглянуть в другие миры. С другой стороны, нет и новых законов физики, так что голосовал за Э. с опаской.
Yermack
23.09.2019 09:04Спасибо за перевод! Вопросы больше возникли к ММИ, я так понял Вы глубоко копали в этом вопросе. Во первых, ММИ она одна, каноническое? Или у нее много разных трактовок? Просто раз формулы одни и те же, то тогда интерпретация будет варьироваться от человека к человеку, в зависимости от багажа знаний и образа мыслей каждого.
Да и похоже на заметание мусора под ковер: если в КИ все списывается на коллапс и абсолютную случайность, то ММИ либо антропоцентрична давая экспериментатору право плодить Миры (это же всё в рамках одной Вселенной?), либо все постоянно расщипляется — каждое спутывание, переход в атоме или ядре, флуктуация вакуума, в общем, всё что может спутаться и скорелироваться создает ветвления этого жуткого бинарного(?) дерева.
Короче в голове не укладывается, вопросов много и если на меня не будут давить с дипломом, надо будет плотнее заняться этим вопросомShkaff Автор
23.09.2019 09:52Во первых, ММИ она одна, каноническое?
Сама ММИ одна, но разные люди могут по-разному отвечать на сложные вопросы ММИ, которые еще не до конца решены (скажем, о природе вероятности).
то ММИ либо антропоцентрична давая экспериментатору право плодить Миры (это же всё в рамках одной Вселенной?), либо все постоянно расщипляется — каждое спутывание, переход в атоме или ядре, флуктуация вакуума
Второе: для ММИ вообще не важно наличие наблюдателя. Постоянно плодится огромное количество ветвей Вселенной. Но это на самом деле условность отчасти: все эти миры — это просто способ упростить разговор о Вселенной, так как на самом деле есть только одна волновая функция, ничего больше. Мы выделяем миры приблизительно, так как это это удобно для нас: мы наблюдаем классическую в основном картинку и миры позволяют нам говорить о наблюдаемых эффектах вместо многомерной ВФ Вселенной.Yermack
23.09.2019 10:40Спасибо, начал смотреть вопросы на кворе и по перекрестным ссылкам наткнулся на более менее успокаивающее объяснение. Забавно, начал формулировать вопрос, дескать вероятности объясняются нашими ограничениями в восприятии, или выбор базиса, ну или ветви, опять таки сваливается на абсолютную объективную случайность, как выскочила публикация https://habr.com/ru/post/468203/
Shkaff Автор
23.09.2019 11:38Спасибо, начал смотреть вопросы на кворе и по перекрестным ссылкам наткнулся на более менее успокаивающее объяснение.
Мне, честно говоря, это объяснение не нравится. Сразу скажу, что мне довольно неприятен автор статьи (Chad Orzel), мне кажется, он частенько пишет статьи с ошибками, но это субъективно, так что воспринимайте мою критику ниже с учетом наличия этого сдвига восприятия.
Так вот, оно обходит важные вопросы стороной: собственно, почему мы видим классический мир, почему есть выделенное состояние (pointer state) и как возникают вероятности в ММИ. Просто сказать, что «это трюк для простоты описания» — недостаточно, так как мы все же хотим уметь использовать ММИ для построения каких-то полезных предсказаний или экспериментов.
То есть, основной посыл статьи верен: на самом деле есть только волновая функция, а все эти «миры» возникают, когда мы пытаемся объяснить наблюдаемую реальность. Но тем не менее эти миры возникают и в самой ВФ: мы всегда можем разделить ВФ на отдельные миры, так что это предложение из статьи не совсем верно:
This, strictly speaking, isn’t a complete and correct description, in the same way that your household budget, strictly speaking, isn’t completely separable from the rest of the global financial system– if you’re making payments on a loan, you’re directly or indirectly affected by the complicated assets and obligations of the bank you owe money to.
ВФ может быть представлена в разных базисах, например в таком, где каждый элемент ВФ является отдельным миром. Разные элементы ВФ при разложении по такому базису оказываются ортогональны друг другу, так что они не будут взаимодействовать друг с другом — ровно как говорит ММИ. Есть большой вопрос о том, почему мы должны выбрать именно этот базис, но оставим его.
Также он не совсем верно говорит о вероятностях в ММИ: по большому счету, их просто нет в ММИ как таковой — любой исход обязательно реализуется. И его способ разделения на «классическую» и «квантовую» части тоже не совсем стандартен для ММИ. И так далее.
Я бессовестно порекомендую свою статью на хабре же о ММИ, если не читали — там много интересного обсуждения в комментах собралось.
Забавно, начал формулировать вопрос, дескать вероятности объясняются нашими ограничениями в восприятии, или выбор базиса, ну или ветви, опять таки сваливается на абсолютную объективную случайность, как выскочила публикация habr.com/ru/post/468203
В ММИ вероятности вообще не заложено. Вопрос о том, почему мы наблюдаем ее — одна из главных нерешенных проблем ММИ. Разные люди по-разному отвечают на это, вот, скажем, Кэрролл тот же говорит так.Yermack
23.09.2019 12:16Но погодите, раз трактовка не дружит с вероятностями, то какая от нее польза? Эволюция подарила нам замечательный придаток для того, чтоб моделировать мир и предсказывать его поведение, а объяснения типа "случатся все варианты" или "ну это как боженька кинет кости" сами по себе конечно прикольны, но по мне, так это больше скидывание ответственности. То есть я за вариант, что все в принципе постижимо и вычислимо, но сказывается наша ограниченность, и значит всегда есть куда расти, а не вот это вот, раскидывание исходов по изолированным реальностям и всякие там квантовые бессмертия (хотя я этот контраргумент ММИ за парадокс не считаю)
Shkaff Автор
23.09.2019 13:13Вероятности не заложены в саму теорию. Каждая ветвь при делении обретает вес — амплитуду ВФ. Ровно как и в обычной КМ. Но при этом все варианты реализуются, просто с разным весом. ММИ не отвечает на вопрос, почему этот вес, возведенный в квадрат, соответствует вероятности. Мы это наблюдаем в экспериментах, конечно, но интерпретация этого коэффициента как вероятности не заложена в ММИ. Именно потому что ММИ детерминистична по своей сути: вся эволюция Вселенной однозначно определяется начальными условиями и уравнением Шредингера.
Но при этом конкретно для нас играет роль наша ограниченность — мы не можем предсказать, в какой ветви ВФ мы окажемся, а так как они обладают разными весами, для нас очень даже важно уметь это анализировать и предсказывать. Потому что вы после деления ВФ — уже два разных человека. В этом смысле квантовое бессмертие довольно странный аргумент — тот факт, что какой-то из ваших копий выживает не отменяет того, что остальные умирают. Условно, если аргумент этот представить в несколько ином свете — там вам не убивает, а отрезает ноги. Так вот вам очень захочется узнать вероятность оказаться в ветви с отрезанными ногами, хоть другая копия вас и окажется без отрезанных ног.
DrSmile
23.09.2019 13:33+1Но погодите, раз трактовка не дружит с вероятностями, то какая от нее польза?
На мой взгляд, это, как раз, одно из преимуществ ММИ: то что она избавляется от сомнительного понятия «квантовой случайности» и переводит ее в классическую плоскость. Вопрос, в кого конкретно переходит наблюдатель, если из него сделать 10 эквивалентных копий (без выделенного оригинала), имеет смысл без всякой квантовой механики (даже если не для людей, то, по крайней мере, для сильных ИИ).
mad_god
22.09.2019 21:45Не означает ли это всего лишь то, что электрон, как и наше измерение его, высечено заранее и предопределено заранее и всё, без возвратов в прошлое?
Tyusha
22.09.2019 21:52+1Вы, батенька, фаталист. А как же свобода воли.
Shkaff Автор
22.09.2019 21:56+2О, а свободы воли как раз и нет. Точнее, в строгом смысле: мы все подчиняемся законам физики, и нет никакого дополнительного объекта, который бы отвечал за свободу воли. Так что свобода воли — это социальный конструкт, наш способ предсказывать действия других и объяснять свои действия постфактум в условиях неполной информации.
Shkaff Автор
22.09.2019 21:54Есть и такой подход, называется супердетерминизм. Но это в общем слишком скучно со всех точек зрения — если все предопределено с начала времен, зачем тут вообще какой-то физикой заниматься?
mad_god
22.09.2019 22:40Потому что занятия физикой предопределены )
В упрощённом виде я представляю мышление, как способ поиска выхода из лабиринта, есть много дверей и много комнат за ними, куда-то интересно ходить, куда-то опасно, но чаще всего мозг старается к разнообразию, новым дверям и чтобы у него не отбирали возможности. Скучно бродить в одной комнате и нескольким связанным комнатам, нужно больше и больше всего. Когда всё будет изучено, будет нечем заниматься.
artskep
23.09.2019 07:40+1зачем тут вообще какой-то физикой заниматься
Потому что это тоже предопределено. Так что ноги в руки и дуй в лабу :-)
Sery_Kardinal
23.09.2019 08:29Схема эксперимента «с отложенным выбором», предложенный Уилером в 1978 году наглядна и понятна.
Однако в данном эксперименте у меня возникает вопрос в тот момент, когда говорится: «если главный электрон проходит через левую щель».
Каким образом мы можем заставить электрон, например со спином «вверх», пройти через левую щель?
Нам придётся сначала измерить направление спина, и если он окажется «вверх», то закрыть правую щель, а если «вниз», то закрыть левую.
Значит, никакого двух щелевого эксперимента нет.
Например, мы можем в течении года набирать статистику только для электронов со спином «вверх» и левой щели, потом взять отпуск на пару лет, и провести вторую годовую серию для спина «вниз» и правой щели.
И как же они будут интерферировать?
Кстати, разве кроме геометрии интерференционная картина зависит, ещё и от собственного момента импульса?Shkaff Автор
23.09.2019 08:39Каким образом мы можем заставить электрон, например со спином «вверх», пройти через левую щель?
Не совсем так. Спин главного электрона нам не важен, нам важен спин вспомогательного. Понятное дело, что этот пример достаточно условный, но можно сделать так: поместим вспомогательный электрон со спином вверх у левой щели, а со спином вниз — у правой. Допустим, при пролете главный электрон взаимодействует со вспомогательным, выбивает его от экрана. Откуда вспомогательный электрон прилетел — мы не можем определить, а вот спин его измерить можем. Таким образом и получается то состояние, как выбрано в статье.
Кстати, разве кроме геометрии интерференционная картина зависит, ещё и от собственного момента импульса?
Нет, в этом и суть. Спин важен только для вспомогательных электронов, которые не участвуют в интерференции.
zesetup
23.09.2019 09:52+1Может лучше говорить о поступлении информации в "наш мир".
Пока частица не декогерирована она вероятнось для нашего мира, она находится в "сверх-мире". Как только какой-то детектор определил ее, инфорация о ней попала в наш мир.
Говорит ли это о том, что пока нет информации о прошлом, то прошлого нет? То есть прошлое не определено(он нем ничего не известно в нашем мире) и становится реальностью от выбора в будущем.
Можно ли записать данные детекторов на щелях, не "смотреть" на них,
а потом, в зависимости от того уничтожили ли мы данные детекторов или нет, видеть на экране одну или другую картинку(экран тоже "не смотреть" до времени)?Shkaff Автор
23.09.2019 10:19Пока частица не декогерирована она вероятнось для нашего мира, она находится в «сверх-мире». Как только какой-то детектор определил ее, инфорация о ней попала в наш мир.
Не очень понимаю, что вы имеете в виду под «сверх-миром». В ММИ мир один до момента измерения, при измерении происходит разделение на два мира, в каждом из которых реализуется один или второй вариант. В этом смысле нет никакого потока информации. Есть другие интерпретации, в которых волновая функция не является физическим объектом, как в ММИ, а просто информацией о системе, которой мы как экспериментаторы обладаем. Тогда до измерения ВФ является именно что вероятностью измерения частицы в определенном состоянии. Мне лично такая интерпретация менее близка.
Говорит ли это о том, что пока нет информации о прошлом, то прошлого нет? То есть прошлое не определено(он нем ничего не известно в нашем мире) и становится реальностью от выбора в будущем.
Это именно то, против чего аргументирует пост. Прошлое не может определяться чем-то в будущем, по крайней мере в обычных вариантах физики. Можно придумать интерпретацию, где будущее влияет на прошлое, и даже создает его, но это не является принятым в сообществе. А ваш вариант уже близок к солипсизму, кажется.
Можно ли записать данные детекторов на щелях, не «смотреть» на них,
Собственно в примере их статьи (где используется вспомогательный электрон) сам факт записи данных не влияет на интерференцию. Мы можем увидеть картинку только после обработки данных: когда, например, мы разделяем все данные на две части — с левым и правым спином вспомогательных электронов.
а потом, в зависимости от того уничтожили ли мы данные детекторов или нет, видеть на экране одну или другую картинку(экран тоже «не смотреть» до времени)?
Однако если вы производите измерение на щели с помощью макроскопического детектора, вам ничего не поможет — вы не сможете восстановить интерференцию, даже если «выбросите» данные с измерения. Все дело в том, что в таком случае у вас частица запуталась с большим количеством степеней свободы (декогерировала), и «распутать» обратно ее не получится — этот процесс необратим.zesetup
24.09.2019 09:45Не очень понимаю, что вы имеете в виду под «сверх-миром».
Немного пофантазирую.
Когда частицы теряют всякую связь с нашим миром они попадают в "сверх-мир",
где по нашим понятиям творятся невообразимые вещи: частица одновременно может принимать все свойства, быть в разных точках пространтва, нет прошлого и будущего, с нашей точки зрения. С точки зрения сверх-мира это нормальное поведение.
"Сверх-мир" — мир невероятных возможностей, которые для нас видны как набор вероятностей, реализация которых возможна для нашего мира.
Предполагаемые возможности сверх-мира впечатляют, он может реализовать совершенно другие миры. Быть может для сотворения нашей Вселенной достаточно небольшой горсти частиц сверх-мира.
Если масштабы и сложность нашей Вселенной поражают, то наскольно поразительны возможности сверх-мира!
Shkaff Автор
24.09.2019 11:51+2У вас прямо Платон получается! В целом, фантазировать можно и об этом, но это будет не очень научно — т.к. в этом сверх-мире возможно что угодно, наши теории достаточно бесполезны и не обладают предсказательной силой.
stanislavkulikov
25.09.2019 13:50Так разве это не Голографический принцип? Вполне себе научная теория. Помнится были работы Ньяешь Афшорди из канадского Университета Ватерлоо, где даже были какие-то доказательства.
Shkaff Автор
25.09.2019 14:13+1Нет, голографический принцип, по крайней мере в космологии, это про то, что все взаимодействия + гравитацию в 3+1 мерном пространстве можно описать как физику на поверхности, окружающей этот объем без гравитации. Нынче это основа целого направления физики/математики, adS/CFT, только неприменимая к нашему миру. Но это не значит, что эта плоскость является «сверх-миром», на котором возможны «невообразимые вещи».
vassabi
23.09.2019 10:34небольшая аналогия — представьте что вы через щель пропускали смесь квадратно-круглых и зелено-красных электронов и детектор у вас стоял только на одну пару признаков (например квадратность). Тогда по «экрану» (т.е. всех записей датчиков) вы можете увидеть, что квадратность у вас не интерферирует, но зелено-красность показывает интерференцию.
При этом в «классической» системе (т.е. когда «экран» — это вся вселенная) они друг друга детектят по всем возможным парам признаков — вот и получается её классическое поведение.
old_gamer
23.09.2019 16:20Спасибо огромное за перевод. Очень доступно написано. И за подкаст отельное спасибо!
Shkaff Автор
23.09.2019 16:35Рад, что понравилось! Да, подкаст очень крут, я каждую неделю жду новых эпизодов, а некоторые эпизоды даже переслушивал… И все пытаюсь найти что-то подобное, и все не находится.
stanislavkulikov
23.09.2019 17:48Я понимаю, что это всё антинаучно, но мне нравится объяснение, что весь наш мир — это симуляция, и для уменьшения потребляемых ресурсов квантовые взаимодействия просчитываются только тогда, когда мы хотим их наблюдать. Как в наших играх, где более общие текстуры по мере приближения заменяются на более мелкие. От сюда же и вся эта тёмная материя и энергия — просто накосячали, а потом подпёрли костылями.
Shkaff Автор
23.09.2019 17:56Кстати, ничего прямо антинаучного в этом нет. Гипотеза о симуляции вполне себе имеет право на существование. Вполне может быть, что мы часть симуляции, которая тоже подчиняется своим законам физики на самом фундаментальном уровне (как железо, на котором работает эта симуляция). Другое дело, что эта гипотеза не так полезна для научного прогресса — если за всем этим нет единой системы, а есть просто костыли местами, все наши теории в общем теряют предсказательную силу. Поэтому кажется, что стоит пытаться найти все же систему и объяснить вещи иначе.
DGN
24.09.2019 15:38+2И еще теория симуляции добавляет сущность, типа вне симуляции есть другой мир, возможно с другими законами. Это примерно как отодвигать зарождение жизни с Земли на планету гипотетических инопланетян панспермитов, никак не объясняя зарождение жизни у них.
stanislavkulikov
25.09.2019 13:54Ну сверхмир есть почти во всех концепциях. Т.е. банально даже тот факт, что до Большого Взрыва что-то было, почти ни кто не отрицает. Но на данный момент мы ни как не можем узнать, что же там было.
Shkaff Автор
25.09.2019 14:15Позвольте, это кто же говорит о существовании до Большого Взрыва? Вообще говоря, т.к. время возникло в БВ, само понятие «до БВ» не имеет смысла. Есть теории циклической космологии, где «до» большого взрыва был другой большой взрыв, или большое сжатие. Но это не значит, что есть «сверх-мир», в котором существует наша вселенная.
phenik
25.09.2019 18:04И еще теория симуляции добавляет сущность, типа вне симуляции есть другой мир, возможно с другими законами.
Не… этот другой мир еще одна симуляция) получаются вложенные симуляции населенные симулянтами симулирующими симуляции)
NIN
24.09.2019 09:57Пара запутанна следующим образом: если главный электрон проходит через левую щель, вспомогательный электрон оказывается в состоянии со спином вверх, а если через правую — со спином вниз:
? = (Л)[^] + (П)[v].
Подождите, но, согласно ММИ, существует только ВФ вселенной, поэтому состояние записывается как:
?all = ((Л)[^] + (П)[v])*?other. При этом возникает вопрос, каким образом левая часть ВФ «отделилась» от правой, и чем это отличается от коллапса в КИ?Shkaff Автор
24.09.2019 11:42+1В общем вы правы, конечно, должна быть и вся остальная часть Вселенной (окружение, то бишь). Эта часть никуда не девается, как раз она и приводит к декогеренции. Есть, конечно, большой вопрос — как различить, где начинается объект измерения, а где заканчивается окружение (а где наблюдатель). Но это, опять же, вопрос скорее удобства формулировки наших уравнений — мы не можем записать всю ВФ Вселенной, так что приходится производить такое разделение. Иногда это разделение будет приблизительным — мы проигнорируем слабую запутанность, которая остается у частицы с окружением. С такой точки зрения мы скажем, что частица находится приблизительно в чистом состоянии, достаточно чистом для описания эксперимента. С точки зрения ММИ это все одна ВФ, конечно.
NIN
24.09.2019 15:12Я даже имел в виду немного другое.
Представьте, что ВФ Вселенной на самом деле имеет вид:
?all = { :< * '(Л)[^] + (П)[v]' + :> * '(Л)[^] + (П)[^]' }*?other,
где :< — состояние профессора в плохом настроении; :> — профессор в хорошем настроении, не заставляет студентов следить за вспомогательными электронами.
В этом случае нельзя утверждать, что электроны имеют слабую запутанность с окружением, наоборот, она очень сильная, их состояние — не чистое.
Однако профессор с плохим настроением, являющийся сторонником ММИ, и, возможно в дальнейшем написавший статью в своей ветви Вселенной, постулирует, что система находится в чистом состоянии.
По моему мнению, это не что иное, как коллапс ВФ, т.е. выбор определенного мира.
Поэтому мне кажется ироничным то, что большинство статей про ММИ начинаются с коллапса (как только записывается начальное состояние).
Подчеркну еще раз, что это не декогеренция, а выбор только определенного мира, внутри которого подсистема имеет определенное чистое состояние, и отбрасывание остальных.Shkaff Автор
24.09.2019 16:19+1В этом случае нельзя утверждать, что электроны имеют слабую запутанность с окружением, наоборот, она очень сильная, их состояние — не чистое.
Возможно я вас не понимаю, но я так не думаю. Копия электронов в мире профессора с хорошим окружением находится в чистом состоянии. Рассмотрите эволюцию электронов только в состоянии :< * '(Л)[^] + (П)[v]' — и все будет как в статье. Оно было бы не чистым, если было бы так: :< * '(Л)[^] + :> *(П)[v]'
Это же сама суть разделения на «миры» — да, миры на самом деле все сильно перепутаны, но если выделить копию системы в одном мире, ее можно представить как чистое состояние.
Кроме того, в ММИ выбор мира не является физической операцией, в отличие от коллапса ВФ, а скорее вычислительной: нам удобно рассмотреть данную ветвь волновой функции, потому что так удобнее считать или обсуждать. Мы при этом не отбрасываем остальные миры — они точно так же существуют, но просто не имею возможности повлиять на наш мир, поэтому мы их не рассматриваем в наших вычислениях.NIN
24.09.2019 17:38+1Я имел в виду, что в том состоянии Вселенной подсистема электронов максимально запутана с настроением профессора, и, следовательно, находится в смешанном состоянии. Выделение же одного конкретного мира не является унитарной эволюцией ВФ, а, по сути, коллапс ВФ.
Кроме того, в ММИ выбор мира не является физической операцией, в отличие от коллапса ВФ, а скорее вычислительной: нам удобно рассмотреть данную ветвь волновой функции, потому что так удобнее считать или обсуждать. Мы при этом не отбрасываем остальные миры — они точно так же существуют, но просто не имею возможности повлиять на наш мир, поэтому мы их не рассматриваем в наших вычислениях.
Но ведь коллапс в КИ точно также не является физической операцией! И в КИ, и в ММИ вся Вселенная описывается единой ВФ, которая унитарно эволюционирует (без коллапсов КИ, т.к. вне Вселенной ничего нет, и без декогеренции, т.к. это унитарная эволюция).
Коллапс — это процесс, введенный для удобства, описывающий то, что происходит с ВФ подсистемы (не ВФ Вселенной) после измерения, с точки зрения наблюдателя. Абсолютно так же, при коллапсе, никакие ветви ВФ Вселенной не уничтожаются, они просто перестают существовать (не рассматриваются) для наблюдателя внутри системы с определенным результатом измерения.Shkaff Автор
24.09.2019 18:01Я имел в виду, что в том состоянии Вселенной подсистема электронов максимально запутана с настроением профессора, и, следовательно, находится в смешанном состоянии. Выделение же одного конкретного мира не является унитарной эволюцией ВФ, а, по сути, коллапс ВФ.
Профессор является макроскопическим объектом, поэтому эти две части у вас находятся в двух ортогональных ветвях ВФ. Поэтому в каждой ветви отдельно мы можем представить состояние как чистое. При этом само выделение мира — это просто выбор базиса, при этом нет никаких неунитарных операций.
Но ведь коллапс в КИ точно также не является физической операцией!
Как раз КИ не отвечает на этот вопрос: мы не знаем, что происходит в момент коллапса.
Абсолютно так же, при коллапсе, никакие ветви ВФ Вселенной не уничтожаются, они просто перестают существовать (не рассматриваются) для наблюдателя внутри системы с определенным результатом измерения.
В ММИ, допустим, мы стартуем из чистого состояния. И мы можем унитарно проследить всю эволюцию системы, включая измерение. Можем объяснить результат измерерния и как он связан с ветвями ВФ.
В КИ мы стартуем из чистого состояния, потом происходит нечто (измерение) и мы получаем результат. Это нечто не имеет никакого объяснения, поэтому об унитарности говорить не приходится.
И конечно результат ММИ выглядит для одного наблюдателя ровно как коллапс, иначе это не было бы интерпретацией. Все интерпретации должны воспроизводить математику КМ и наблюдаемые явления.NIN
24.09.2019 19:26При этом само выделение мира — это просто выбор базиса, при этом нет никаких неунитарных операций.
Можно этот момент пояснить по-подробнее, все-таки выделение мира — это не выбор базиса (т.е. выбор набора ортогональных собственных состояний Вселенной), а выбор только одного слагаемого из суперпозиционного состояния Вселенной. Грубо говоря, было ?all=(?a+?b)/v2, а стало ?all=?a, что не является унитарным преобразованием.
Как раз КИ не отвечает на этот вопрос: мы не знаем, что происходит в момент коллапса.
Почему не отвечает, по моим представлениям ответ такой (простите за дословное копирование):
В КИ, мы стартуем из чистого состояния (и имеем право так сделать). Мы можем унитарно проследить всю эволюцию системы, включая измерение. Можем объяснить результат измерения и как он связан с ветвями ВФ.
Затем на основе полученного при измерении результата мы перестаем учитывать остальные (невозможные для нас) ветви ВФ, что является коллапсом, ВФ в нашей системе становится чистой.Shkaff Автор
24.09.2019 21:10Грубо говоря, было ?all=(?a+?b)/v2, а стало ?all=?a, что не является унитарным преобразованием.
Я не очень понимаю, почему вдруг становится ?all=?a. Просто в одном мире вы наблюдаете один результат измерения, а во втором — другой. Может быть я недопонимаю что-то в аргументе вашем.
В КИ, мы стартуем из чистого состояния (и имеем право так сделать). Мы можем унитарно проследить всю эволюцию системы, включая измерение.
Мне кажется, не так: надо разделять все же учет от реальности. Мы хотим объяснить что происходит на самом деле в момент измерения. ММИ говорит: ничего особенно не происходит, просто обычная запутанность. КИ говорит — часть реальности перестает существовать (отсекаются ветви). И вот механизм этого отсечения и причины КИ не объясняет, а ММИ — объясняет (его нет, собственно).NIN
24.09.2019 21:45По моему мнению, отсечение в КИ введено нами для удобства, у него нет механизма. Часть реальности не перестает существовать — при рассмотрении ВФ всей Вселенной.
Разве указание начального состояния — это не отсечение ветвей со всеми другими начальными состояниями?Shkaff Автор
24.09.2019 22:37+1По моему мнению, отсечение в КИ введено нами для удобства, у него нет механизма. Часть реальности не перестает существовать — при рассмотрении ВФ всей Вселенной.
У вас непривычное понимание КИ, которое, кажется, ничем не отличается от ММИ. В обычной КИ ветви физически перестают существовать, в том и вся проблема.
Разве указание начального состояния — это не отсечение ветвей со всеми другими начальными состояниями?
Я не очень понимаю, почему вы говорите об отсечении каких-то ветвей. Допустим, вы готовите состояние электрона для эксперимента. Процесс квантовый, соответственно, иногда получается, иногда нет. В каждую попытку у вас плодятся ветви ВФ. В те, в которых получилось — у вас локально (внутри ветви) чистое состояние.
А вообще формально начальное состояние — Большой Взрыв.NIN
25.09.2019 10:00Мне кажется, что у меня как раз обычное понимание КИ. В КИ ветви ВФ Вселенной не могут перестать существовать принципиально, т.к. коллапсов для ВФ Вселенной нет. Иначе было бы отличие в описании реальности с ММИ, что принципально не может быть т.к. КИ и ММИ всего лишь интерпретации.
Также при таком понимании есть отличие КИ от ММИ — в ней для наблюдателя не вводятся дополнительные миры, существование которых он внутри своего мира не может проверить.
То, как вы описали процесс приготовления начального состояния — т.е. измерение, а затем постулирование получения чистого состояния внутри ветви — не что иное, как коллапс.
Мне кажется непоследовательным, что выбор начального состояния в ММИ считается, незнаю, как выбор «системы отсчета», а абсолютно аналогичный выбор конечного состояния (т.е. постулирование получения чистого состояния внутри новой локальной ветви) — как нечто неунитарное, коллапс, и что-то плохое.tmaxx
25.09.2019 10:23+1Мне кажется главное отличие КИ от ММИ в том, что теоретически разделившиеся миры можно «склеить» обратно. Склейке «мешает» исключительно второй закон термодинамики (вероятностный).
Как с этим в КИ? Есть ли теоретическая возможность «отменить» коллапс?
Shkaff Автор
25.09.2019 10:31Абсолютно верно! Теоретически, будь мы божественной сущностью и имей контроль над всеми степенями свободы окружения, мы могли бы откатить измерение.
NIN
25.09.2019 11:47Я же кажется подчеркнул, что описание ВФ всей Вселенной и в КИ и в ММИ абсолютно идентично. ВФ Вселенной точно так же ветвится. Если вы можете обратить эволюцию ВФ Вселенной, то это произойдет и в КИ, и в ММИ, независимо от интерпретации.
Shkaff Автор
25.09.2019 12:29Нет, это не так! В КИ ВФ Вселенной не ветвится. Или, как говорится, ссылку на источник.
NIN
25.09.2019 12:59-1Это так. Вы хотите ссылку на то, что эволюция ВФ Вселенной описывается унитарным преобразованием? Из этого следует, что в КИ для ВФ Вселенной нет коллапсов.
Shkaff Автор
25.09.2019 13:02+1В КИ нет ВФ Вселенной, именно потому, что там постулируется коллапс ВФ. Или дайте ссылку на обратное.
NIN
25.09.2019 13:19Меня учили, что ВФ существует строго говоря, только у замкнутых систем, при этом, по настоящему замкнутой системой, на самом деле является только вся Вселенная. Утвержение, что в КИ нет ВФ Вселенной абсолютно недопустимо, а у чего тогда есть ВФ? Хотя я попробую найти ссылку, но не уверен что кто-то стал явно это писать, это и так понятно.
Shkaff Автор
25.09.2019 13:21Вы можете определить ВФ Вселенной в каждый момент, но она не будет эволюционировать — каждое измерение будет ее коллапсировать, и вам придется задавать новую. Поэтому в том смысле, как она есть в ММИ ВФ Вселенной в КИ нет.
NIN
25.09.2019 13:28Это неверно, ВФ Вселенной эволюционирует согласно уравнению Шредингера. Измерения самой ВФ Вселенной невозможны — для этого нужен прибор снаружи, а она — замкнутая, и включает вообще все.
Shkaff Автор
25.09.2019 13:36Найдите мне источник про ВФ Вселенной в КИ, и как в этом всем работают измерения. Пока я не вижу этого.
Shkaff Автор
25.09.2019 13:43+1И еще: как только вы говорите, что существует ВФ Вселенной, и она эволюционирует унитарно — вы приходите к ММИ. Потому что ММИ буквально не включает ничего кроме этих двух постулатов (и математики квантов).
NIN
25.09.2019 20:07Например: М. Нильсен, И. Чанг — Квантовые вычисления и квантовая информация. Параграф 2.2 — постулаты квантовой механики.
далее пара слов о системе всей Вселенной:
далее:
И про измерения:
И еще: как только вы говорите, что существует ВФ Вселенной, и она эволюционирует унитарно — вы приходите к ММИ.
Абсолютно нет, это постулаты квантовой механики, а не только лишь ММИ.Shkaff Автор
25.09.2019 21:24Я не увидел в цитатах выше ничего подтверждающего вашу точку зрения, что эволюция Вселенной вместе с измерением может быть описана унитарной эволюцией в КИ.
Абсолютно нет, это постулаты квантовой механики, а не только лишь ММИ.
В точку! Только все остальные интерпретации добавляют еще что-то к этим постулатам. Например, постулат 3 о коллапса в вашей цитате выше. Или что-то другое. В ММИ нет никаких больше постулатов, кроме первых двух.
А дополнительные постулаты, типа 3, убивают унитарность эволюции.NIN
25.09.2019 21:42Я не увидел в цитатах выше ничего подтверждающего вашу точку зрения, что эволюция Вселенной вместе с измерением может быть описана унитарной эволюцией в КИ.
Вы серьезно? В источнике ясно указано, что Вселенная — замкнутая система, обладающая ВФ, которая унитарно эволюционирует.
Далее ясно написано, что акт измерения проводится внешней системой, и делает исследуемую систему не замкнутой, что, очевидно, невозможно для всей Вселенной. Даже сказано: «с эволюцией системы, которая не взаимодействует с остальным окружающим миром, все в порядке.»
А дополнительные постулаты, типа 3, убивают унитарность эволюции.
Система постулатов на то и постулируется, что они непротиворечивы. Последующие постулаты, естественно, не опровергают предыдущие. 3 постулат вводит понятие измерения, я подчеркиваю, над системой, внешним наблюдателем.Shkaff Автор
25.09.2019 22:13Еще раз: мой вопрос в том, как измерение в КИ по-вашему согласуется с унитарной эволюцией Вселенной. По-моему, очевидно — никак. Я не против того, что вы можете ввести ВФ Вселенной до момента измерения. Но введение постулата 3 делает описание Вселенной как эволюции единой ВФ невозможным. Просто потому что механизм коллапса должен включаться в ВФ Вселенной по определению, но КИ не объясняет откуда и как это происходит.
NIN
25.09.2019 22:30Я уже писал несколько раз, что провести измерение над Вселенной невозможно, у вас нет прибора и наблюдателя для этого, момент измерения (коллапс) никогда не наступит.
Но введение постулата 3 делает описание Вселенной как эволюции единой ВФ невозможным. Просто потому что механизм коллапса должен включаться в ВФ Вселенной по определению, но КИ не объясняет откуда и как это происходит.
Позвольте уточнить, вы утверждаете, что 3 постулат противоречит 2?Shkaff Автор
25.09.2019 23:42+1В стандартной КМ не постулируется ничего о ВФ вселенной. Только то, что если система замкнута, она будет следовать уравнению Шредингера. Наличие ВФ у Вселенной будет противоречить КИ, а именно постулату 3, поэтому вы не найдете нигде слов «волновая функция Вселенной в Копенгагенской интерпретации».
Отвлекитесь на секунду от спора и задумайтесь: ну допустим есть ВФ Вселенной, и допустим постулат 3 выполняется для систем внутри нее. Каков бы инструмент измерения ни был, он должен включаться в ВФ Вселенной. А если он включается в ВФ Вселенной и эволюционирует унитарно с ней, это противоречит постулату 3, ибо там говорится о неунитарной операции.NIN
26.09.2019 10:02Из того, что
Только то, что если система замкнута, она будет следовать уравнению Шредингера.
и того, что Вселенная — это замкнутая система, следует, что эволюция ВФ Вселенной описывается ур. Шредингера.
Наличие ВФ у Вселенной будет противоречить КИ, а именно постулату 3, поэтому вы не найдете нигде слов «волновая функция Вселенной в Копенгагенской интерпретации».
Еще раз, строго говоря, только Вселенная и имеет ВФ, это также написано в источнике.
А если он включается в ВФ Вселенной и эволюционирует унитарно с ней,
Именно так, но никакого противоречия нет, т.к. измерение, т.е. взаимодействие с прибором делает исследуемую подсистему (не Вселенную) незамкнутой. Для незамкнутой подсистемы унитарность эволюции не обязательна.Shkaff Автор
26.09.2019 10:06Повторю свой вопрос: как операция из постулата 3 выглядит с точки зрения унитарной эволюции Вселенной. Вот прямо по шагам. Как ведет себя измерительный аппарат так, что реализуется постулат 3 при сохранении унитарности системы в целом.
NIN
26.09.2019 12:36-1Я выше писал, что с точки зрения Вселенной, при измерении она ветвится, т.е просходит запутывание прибора с системой (как вы писали про ММИ), это унитарный процесс. Измерение (постулат 3) работает только с точки зрения наблюдателя, в исследуемой подсистеме (открытой) происходит коллапс.
Мне кажется, что наше обсуждение заходит в тупик, вы игнорируете мои аргументы и считаете противоречивыми четко сформулированные постулаты КИ из учебника. Так как и вы и я — заинтересованные стороны, прошу людей, профессионально занимающихся КМ, рассудить нас. Tyusha Bars21 qbertych. Буду благодарен как за поддержку, так и за критику.Shkaff Автор
26.09.2019 12:40+1Я выше писал, что с точки зрения Вселенной, при измерении она ветвится, т.е просходит запутывание прибора с системой (как вы писали про ММИ), это унитарный процесс.
Но об этом НЕ говорится в КИ. Это мой единственный тезис — вы все верно говорите, только это не имеет отношения к КИ.
Измерение (постулат 3) работает только с точки зрения наблюдателя, в исследуемой подсистеме (открытой) происходит коллапс.
Так, и как он так работает? Расскажите все же, что именно происходит с ВФ, пусть и с точки зрения наблюдателя. Если вы говорите, что коллапс — субъективен, это не КИ, это любая эпистемологическая интерпретация, типа QBism. В КИ коллапс объективен. А если он объективен, то как — математически — просходит переход от точки зрения наблюдателя ко всей Вселенной.
Shkaff Автор
25.09.2019 10:30Давайте начнем сначала. КИ постулирует, что при измерении ВФ частицы меняется так, чтобы соответствовать результату измерения. Это называется коллапсом. Ни о каких ветвях речи не идет. Была распределенная ВФ, а потом исчезла полностью, кроме одной точки. Этот коллапс моментален и не имеет какого-либо физического механизма, он просто постулируется.
В ММИ такого постулата нет. Все, что происходит при измерении — запутывание измерителя и объекта. Единственная причина, почему измерение оказывается «классическим» — большое количество степеней свободы у измерителя, со всеми из которых происходит запутанность. Так что в итоге мы не можем обратить измерение. Если мы измерили частицу в состоянии суперпозиции:
(спин вверх + спин вниз, я не знаю о частице, окружение) -> (спин вверх, я вижу спин вверх, окружение спин вверх) + (спин вниз, я вижу спин вниз, окружение спин вниз)
Я разделился на две сущности, один я увидел спин вниз, другой я — спин вверх. Мир разделился на две части, и обратно измерение не провернуть — слишком много степеней свободы задействованы. Теперь эти миры ортогональны и не взаимодействуют друг с другом.
Ни в один момент мы не постулируем ничего дополнительного, и не происходит никакого коллапса или «выбора миров».
Вы можете говорить обо мне в запутанном состоянии между двумя мирами, а можете определить нового меня, который относительно выбранного мира находится в чистом состоянии. Это чисто формальная операция, она не меняет ничего ни физически, ни математически, но позволяет нам проще описывать явления на естественном языке. Никакого коллапса не происходит, в каждый момент времени тут унитарная эволюция.NIN
25.09.2019 12:10КИ постулирует, что ВФ частицы меняется для наблюдателя (внутри его системы). Как же речь не идет о ветвлении, если ВФ Вселенной при «измерениях» внутри себя может только ветвиться, а не коллапсировать?
Мне кажется, что вы сравниваете разные вещи — берете коллапс ВФ из КИ в локальной системе наблюдателя, и сравниваете с ВФ другой системы в ММИ — всей Вселенной. На уровне ВФ Вселенной никакого различия в интерпретациях быть не может.
Ни в один момент мы не постулируем ничего дополнительного, и не происходит никакого коллапса или «выбора миров».
Как это вы не постулируете ничего дополнительного, если вы считаете, что в начале частица была в состоянии (спин вверх + спин вниз)? Это верно только для одного мира, все остальные вы отбрасываете.Shkaff Автор
25.09.2019 12:31Это верно только для одного мира, все остальные вы отбрасываете.
В остальных мирах другие частицы. Как только вы определяете частицу внутри одного мира, она оказывается ортогональна своим копиям из других миров. Никакие миры не отбрасываются, они все сущестуют одновременно.NIN
25.09.2019 13:06Никакие миры не отбрасываются, они все сущестуют одновременно.
Тогда запишите их явно в начальном состоянии, разве их игнорирование — это не отбрасывание?Shkaff Автор
25.09.2019 13:08Нет, я их не записываю просто потому что они ни на что не влияют. Они в мирах, ортогональных нынешнему. Их включение в начальное состояние ВФ не изменит ровным счетом ничего ни в физике, ни в математике. Но они тем не менее существуют и реальны в ММИ.
we1
24.09.2019 11:34Вопрос немного не в тему. Как экспериментатор может убедиться, что на электроны нет никакого воздействия? Куча частиц летает вокруг, масса полей. Насколько я помню, в школе учили, что все молекулы и атомы постоянно вибрируют (даже Броуновское движение, как следствие этого, используют в объяснениях и в экспериментах). Получается ли, что экспериментатор просто не знает какие внешние воздействия повлияли на прохождение электрона через конкретную щель? Не просто не может их посчитать, но именно не знает. (И если знает, то рассчитать это невозможно).
Shkaff Автор
24.09.2019 11:47+1Эти частицы и сторонние поля — как раз то, что называется «окружением» и приводит к декогеренции состояния. Предполагается, что экспериментатор может достаточно изолировать частицу от окружения — поставить экраны, доп. поля, вакуум, охлаждение и т.п. И обычно речь идет о каком-то небольшом промежутке времени, за который в среднем частица остается в покое. В зависимости от типа частиц, над которыми экспериментируют, этот промежуток может быть больше или меньше: условно, электрон настолько мал, что вероятность, что в него попадет случайная частица тоже очень мала. А фотон, например, так вообще может оставаться непотревоженным очень долго. Но самое главное, что тут же все равно набирается статистика, и если какой-то из электронов ударится о частицу окружения, это просто ухудшит качество финальных данных. Все равно никогда в реальности не получается идеальной интерференции.
we1
24.09.2019 20:52Удивительно. Почему-то думал, что полная изоляция в таких вещах невозможна.
Shkaff Автор
24.09.2019 21:01+1Ну вы правы, полная — невозможна. Но для конкретной задачи можно изолировать на достаточно долго, чтобы можно было пренебречь эффектом. Всегда важно время жизни по сравнению с характерным временем эксперимента — можно делать эксперимент очень быстро, а можно постараться избавиться от всех воздействий.
Nuwen
24.09.2019 21:26А вот ещё такой полёт больной мысли: Что если взять обычный классический компьютер с квантовым генератором случайных чисел, изолировать этот компьютер полностью от окружения — пусть это практически и невозможно, но всё-же — и запустить на нём какой-нибудь алгоритм разбиения большого числа на простые множители простым перебором, но чтобы перебор выполнялся не последовательно, а в порядке, зависящем от совершенно случайного числа, выдаваемого квантовым ГСЧ. То есть, чтобы всегда была вероятность того, что результат будет получен в самое ближайшее время, а не по прошествии миллионов лет. И настроить алгоритм так, чтобы при нахождении искомого результата, компьютер давал команду на вывод результата во внешний мир, нарушая полную изоляцию. Получится, что компьютер будет находиться в суперпозиции всех состояний — и тех, в которых результат найден, и всех остальных. Станет ли этот классический компьютер квантовым, решающим сложные проблемы практически в тот же миг, как он начнёт работу?
Изоляцию основать на каком нибудь принципе полного отражения излучения на границах сред, например, не суть.
Frankenstine
26.09.2019 12:43+1То есть, чтобы всегда была вероятность того, что результат будет получен в самое ближайшее время, а не по прошествии миллионов лет
В описанной вами постановке, эта вероятность стремится к нулю.
Квантовые компьютеры, в отличии от классических, выполняют «вычисления» непосредственно в кубитах, и чем их больше, тем выше скорость работы квантового компьютера. Но это же ограничивает их сферу применимости — далеко не все вычислительные задачи можно свести к операциям над спутанными состояниями.
Nuwen
24.09.2019 19:50Интерференция может возникнуть только если две части являются составляющими одной и той же волновой функции, а раз два главных электрона теперь запутаны с вспомогательными, пути через левую и правую щель оказываются различимыми, и мы не видим интерференционной картинки. В этом случае оказывается безразлично, что у нас не было настоящего измерения (и декогеренции), а лишь запутанность. Важно только то, что главные электроны оказались в состоянии запутанности с вспомогательными электронами. Любая запутанность убивает интерференцию.
И тут я снова лишился иллюзии, что хоть как-то понимаю работу квантовых компьютеров. Разве запутывание одного кубита с другим напрочь разрушает когеренцию первого? Мне казалось, что когеренция просто ослабевает — волновая функция делится на количество участников, и интерференционная картинка просто становится менее выраженной, но не исчезает полностью.Shkaff Автор
24.09.2019 21:05Тут такое дело: не всегда состояние может быть максимально запутанным (как в статье) — иногда запутанность достаточно слабая. Тогда получится ровно как вы говорите. Но это уже скорее коллективный эффект — т.е. одна частица всегда максимально запутанна, а вот в статистике получает смесь не запутанных и запутанных. Те, которые не запутанны, дают картинку, а те, которые запутанны — ее ослабляют.
Frankenstine
26.09.2019 12:30Многомировая интерпретация говорит, что это потому что электрон перепутался с измерительным прибором, а прибор — с окружением (произошла декогеренция), и волновая функция разделилась на два отдельных мира, в каждом из которых электрон прошел только через одну из щелей.
Электрон не совершает выбора пройти через одну щель или другую. Его волновая функция (и все, с чем он запутан), эволюционирует с соответствии с уравнением Шредингера, как обычно. Электрон не совершает выборов, он однозначно всегда проходит через обе щели, но оказывается в запутанном состоянии
Кажется, вы квантово запутались и оказались во Вселенной, где электрон прошёл через обе щели, но одну из них предпочёл :)
P.S. для меня многомировая интерпретация всё ещё выглядит как метафизический трюк, пытащийся объяснить наблюдаемые результаты вероятностных событий просто фразой «так получилось, что мы наблюдаем именно данную ветку Вселенной».Shkaff Автор
26.09.2019 12:34Ну это как посмотреть: с точки зрения Вселенной он прошел через обе щели. Но когда мы измерили их, для нас мир разделился на два: в одном мы увидели, что он прошел через одну щель, а в другом — через другую. Так что это просто две перспективы: изнутри измерения (нашего классического мира) и снаружи — если бы мы могли наблюдать за эволюцией Вселенной снаружи.
fm-00
В пятницу с другом попробовали какой то странный напиток.
Сегодня прочитал этикетку — оказалось цианид.
К моменту написания этого комента мы оба уже два дня мертвы.
CHolfield
Если вы до сих пор мертвы, это был не цианид