Эффект наблюдателя (физика)

Часть серии по
Квантовая механика
${\displaystyle i\hbar {\frac {\partial }{\partial t}}|\psi (t)\rangle ={\hat {H}}|\psi (t)\rangle }$ Уравнение Шредингера
Вступление Глоссарий История Учебники
Фон Классическая механика Старая квантовая теория Обозначение Бра – Кет Гамильтониан Вмешательство
Основы Согласованность Декогеренция Комплементарность Уровень энергии Запутанность Гамильтониан Принцип неопределенности Основное состояние Вмешательство Измерение Нелокальность Наблюдаемый Оператор Квантовый Квантовая флуктуация Квантовое число Квантовый шум Квантовая область Квантовое состояние Квантовая система Квантовая телепортация Кубит Вращение Суперпозиция Квантовое вакуумное состояние Симметрия (Спонтанное) нарушение симметрии Состояние вакуума Распространение волн Волновая функция Коллапс волновой функции Дуальность волна-частица Волна материи Прямоугольный потенциальный барьер
Последствия Эффект Зеемана Эффект Старка Эффект Ааронова – Бома Квантование Ландау Квантовый эффект Холла Квантовый эффект Зенона Квантовое туннелирование Фотоэлектрический эффект Эффект Казимира
Эксперименты Неравенство Белла Дэвиссон-Гермер Двойная щель Элицур – Вайдман Франк-Герц Неравенство Леггетта – Гарга Мах – Цендер Поппер Квантовый ластик  ( отложенный выбор ) Кот Шредингера Штерн-Герлах Отсроченный выбор Уиллера
Составы Обзор Динамические картинки ( Гейзенберг ; Взаимодействие ; Шредингер ) Матрица Фазовое пространство Суммирование по историям (интеграл по путям)
Уравнения Дирак Хеллманн-Фейнман Кляйн – Гордон Липпманн-Швингер Паули Ридберг Шредингер
Интерпретации Обзор Байесовский Последовательные истории Копенгаген де Бройль-Бом Ансамбль Скрытая переменная Многомиры Объективный коллапс Квантовая логика Реляционный Стохастик Транзакционный
Дополнительные темы Квантовый отжиг Квантовый хаос Квантовые вычисления Квантовая геометрия Матрица плотности Квантовая теория поля Дробная квантовая механика Квантовая гравитация Квантовая информатика Квантовое машинное обучение Теория возмущений (квантовая механика) Релятивистская квантовая механика Теория рассеяния Теория сверхтекучего вакуума Самопроизвольное параметрическое преобразование с понижением частоты Квантовая статистическая механика
Ученые Ааронов Колокол Блэкетт Блох Бом Бор Родившийся Bose де Бройль Кэндлин Комптон Дирак Дэвиссон Дебай Эренфест Эйнштейн Эверетт Фок Ферми Фейнман Глаубер Gutzwiller Гейзенберг Гильберта Иордания Крамерс Паули ягненок Ландо Лауэ Мозли Милликен Оннес Планк Раби Раман Ридберг Шредингер Зоммерфельд фон Нейман Weyl Вена Вигнер Zeeman Цайлингер Гоудсмит Уленбек Ян
Категории ► Квантовая механика
v т е

В физике , то эффект наблюдателя является нарушением наблюдаемой системы акта наблюдения. ^{[1] [2]} Это часто является результатом работы приборов, которые по необходимости каким-то образом изменяют состояние того, что они измеряют. Типичный пример - проверка давления в автомобильной шине; это трудно сделать, не выпуская часть воздуха, что приведет к изменению давления. Точно так же невозможно увидеть какой-либо объект, если на него не попадает свет и не заставляет его отражать этот свет. Хотя эффекты наблюдения часто незначительны, объект все же претерпевает изменения. Этот эффект можно найти во многих областях физики, но обычно его можно свести к минимуму с помощью различных инструментов или методов наблюдения.

Особенно необычная версия эффекта наблюдателя проявляется в квантовой механике , что лучше всего продемонстрировал эксперимент с двумя щелями . Физики обнаружили, что даже пассивное наблюдение квантовых явлений (путем изменения тестового прибора и пассивного «исключения» всех возможностей, кроме одной) может действительно изменить результат измерения. Несмотря на то, что «наблюдатель» в этом эксперименте был электронным детектором - возможно, из-за предположения, что слово «наблюдатель» подразумевает человека, его результаты привели к распространенному мнению, что сознательный разум может напрямую влиять на реальность. ^[3] Необходимость в сознании «наблюдателя» не подтверждается научными исследованиями,и был отмечен как заблуждение, основанное на плохом понимании квантовой волновой функцииψ и квантовый процесс измерения ^{[4] [5] [6],} очевидно, являющийся генерацией информации на самом базовом уровне, которая производит эффект.

Физика элементарных частиц [ править ]

Электронов обнаруживается при взаимодействии с фотоном ; это взаимодействие неизбежно изменит скорость и импульс этого электрона. На электрон могут влиять другие, менее прямые средства измерения. Также необходимо четко различать измеренное значение величины и значение, полученное в процессе измерения. В частности, измерение количества движения невозможно повторить за короткие промежутки времени. Формула (одномерная для простоты), связывающая вовлеченные величины, из-за Нильса Бора (1928) дается следующим образом:

${\displaystyle |v'_{x}-v_{x}|\Delta p_{x}\approx \hbar /\Delta t,}$

куда

Δ p _x - неопределенность измеренного значения количества движения,

Δ t - продолжительность измерения,

v _x - скорость частицы до измерения,

v '
х - скорость частицы после измерения,

ħ - приведенная постоянная Планка .

Тогда измеренный импульс электрона связан с v _x , тогда как его импульс после измерения связан с v ′ _x . Это лучший сценарий. ^[7]

Электроника [ править ]

В электронике , амперметры и вольтметр , как правило , соединены последовательно или параллельно к цепи, и так очень их присутствие влияет на ток или напряжение они измеряют путем представления дополнительного действительного или комплексного нагрузку на схему, тем самым изменяя передачу функция и поведение самой схемы. Даже более пассивное устройство, такое как токовые клещи , которые измеряют ток провода, не вступая в физический контакт с проводом, влияет на ток через измеряемую цепь, поскольку индуктивность является взаимной .

Термодинамика [ править ]

В термодинамике стандартный ртутный стеклянный термометр должен поглощать или отдавать некоторую тепловую энергию для регистрации температуры и, следовательно, изменять температуру тела, которое он измеряет.

Квантовая механика [ править ]

Теоретическая основа концепции измерения в квантовой механике - спорный вопрос, глубоко связанный со многими интерпретациями квантовой механики . Ключевым моментом является то , что фокус на коллапс волновой функции , для которой несколько популярных интерпретаций утверждают , что измерения вызывает скачкообразное изменение в качестве собственного состояния оператора , связанного с величиной , которая была измерена, изменение , которое не является обратимым времени.

Более точно, принцип суперпозиции ( ψ = Σ _n a _n ψ _n ) квантовой физики диктует, что для волновой функции ψ измерение приведет к состоянию квантовой системы одного из m возможных собственных значений f _n , n = 1, 2, ..., m , оператора∧F которое в пространстве собственных функций ψ _n , n = 1, 2, ..., m .

После измерения системы становится известно ее текущее состояние; и это не мешает ему быть в одном из других государств - ⁠- он , по- видимому decohered из них без перспектив дальнейшего сильного квантовой интерференции. ^{[8] [9] [10]} Это означает, что тип измерения, выполняемого в системе, влияет на конечное состояние системы.

Экспериментально изученная ситуация, связанная с этим, - квантовый эффект Зенона , в котором квантовое состояние распадалось бы, если бы его оставили в покое, но не распадается из-за его непрерывного наблюдения. Динамика квантовой системы при непрерывном наблюдении описывается квантовым стохастическим главным уравнением, известным как уравнение Белавкина . ^{[11] [12] [13]} Дальнейшие исследования показали, что даже наблюдение за результатами после создания фотона приводит к коллапсу волновой функции и загрузке предыстории, как показывает квантовый ластик с отложенным выбором . ^[14]

Обсуждая волновую функцию ψ, которая описывает состояние системы в квантовой механике, следует остерегаться распространенного заблуждения, согласно которому волновая функция ψ представляет собой то же самое, что и физический объект, который она описывает. Эта ошибочная концепция должна затем требовать существования внешнего механизма, такого как измерительный прибор, который лежит за пределами принципов, управляющих временной эволюцией волновой функции ψ , чтобы учесть так называемый «коллапс волновой функции» после было выполнено измерение. Но волновая функция ψ является не физический объекткак, например, атом, который имеет наблюдаемую массу, заряд и спин, а также внутренние степени свободы. Вместо этого ψ - это абстрактная математическая функция, которая содержит всю статистическую информацию, которую наблюдатель может получить из измерений данной системы. В этом случае нет настоящей загадки в том, что эта математическая форма волновой функции ψ должна резко измениться после того, как измерение было выполнено.

Следствием теоремы Белла является то, что измерение одной из двух запутанных частиц может оказывать нелокальное влияние на другую частицу. Дополнительные проблемы, связанные с декогеренцией, возникают также, когда наблюдатель моделируется как квантовая система.

Принцип неопределенности часто путают с эффектом наблюдателя, очевидно, даже его создателем Вернером Гейзенбергом . ^[15] Принцип неопределенности в его стандартной форме описывает, насколько точно мы можем измерить положение и импульс частицы одновременно - если мы увеличим точность измерения одной величины, мы будем вынуждены потерять точность измерения другой. ^[16] Альтернативная версия принципа неопределенности, ^[17] больше в духе эффекта наблюдателя, ^[18] полностью учитывает возмущение, которое наблюдатель оказывает в системе, и возникшую ошибку, хотя на практике чаще всего используется термин «принцип неопределенности».

Ссылки [ править ]