Квантовая неравновесность - это понятие в стохастических формулировках теории квантовой физики Де Бройля – Бома .
Квантовая неравновесность: |
Релаксация к квантовому равновесию: |
Гипотеза квантового равновесия: |
с представлением функции плотности вероятности |
и представляющий волновую функцию . |
Обзор [ править ]
В копенгагенской интерпретации , то есть, наиболее широко используемый интерпретация квантовой механики, как правило рождения определяет , что функция плотности вероятности частицы (то есть вероятность найти частицу в дифференциальном объеме в момент времени Т ) равно абсолютный квадрат волновой функции и составляет одну из фундаментальных аксиом теории.
Это не относится к теории Де Бройля – Бома, где правило Борна не является основным законом. Скорее, в этой теории связь между плотностью вероятности и волновой функцией имеет статус гипотезы, называемой гипотезой квантового равновесия , которая дополняет основные принципы, управляющие волновой функцией, динамикой квантовых частиц и уравнением Шредингера. . (Математические подробности см. В выводе Питера Р. Холланда.)
Соответственно, квантовая неравновесность описывает состояние дел, при котором не выполняется правило Борна; то есть вероятность найти частицу в дифференциальном объеме в момент времени т есть неравно , чтобы
Недавние успехи в исследованиях свойств квантовых неравновесных состояний были достигнуты в основном физиком-теоретиком Энтони Валентини , а более ранние шаги в этом направлении были предприняты Дэвидом Бомом , Жан-Пьером Вижье , Базилем Хили и Питером Р. Холландом . Существование квантовых неравновесных состояний экспериментально не подтверждено; квантовая неравновесность пока является теоретической конструкцией. Актуальность квантовых неравновесных состояний для физики заключается в том, что они могут приводить к различным предсказаниям результатов экспериментов в зависимости от того, является ли теория де Бройля – Бома в ее стохастической форме или копенгагенская интерпретацияпредполагается описать реальность. (Копенгагенская интерпретация, которая априори предусматривает правило Борна , вообще не предвидит существования квантовых неравновесных состояний.) То есть свойства квантового неравновесия могут сделать определенные классы бомовских теорий фальсифицируемыми в соответствии с критерием Карл Поппер .
На практике, при выполнении вычислений по бомовской механике в квантовой химии , гипотеза квантового равновесия просто считается выполненной, чтобы предсказать поведение системы и результаты измерений.
Релаксация до равновесия [ править ]
Причинная интерпретация квантовой механики была создана де Бройля и Бома как причинного детерминированной модели, и она была расширена позже Бома, Vigier, Hiley, Valentini и другие включать стохастические свойства.
Бом и другие физики, в том числе Валентини, рассматривают правило Борна, связывающее с функцией плотности вероятности, не как основной закон, а как результат достижения системой квантового равновесия в ходе развития во времени в соответствии с уравнением Шредингера . Можно показать, что после достижения равновесия система остается в таком равновесии в ходе своей дальнейшей эволюции: это следует из уравнения неразрывности, связанного с эволюцией Шредингера в [2]. Однако менее просто продемонстрировать достигается ли такое равновесие и каким образом.
В 1991 году Валентини предоставил указания для вывода гипотезы квантового равновесия, которая утверждает это в рамках теории пилотных волн . (Здесь обозначает коллективные координаты системы в конфигурационном пространстве ). Валентини показал, что релаксация может быть объяснена H-теоремой, построенной по аналогии с H-теоремой Больцмана статистической механики. [3] [4]
Вывод Валентини гипотезы квантового равновесия подвергся критике со стороны Детлефа Дюрра и его сотрудников в 1992 году, и вывод гипотезы квантового равновесия остается темой активных исследований. [5]
Численное моделирование демонстрирует тенденцию к спонтанному возникновению распределений по правилу Борна на коротких временных масштабах. [6]
Вопрос, который еще не рассматривался в литературе, заключается в том, что происходит, когда система подвергается резонансной накачке, как в эффекте Фрелиха , чтобы предотвратить релаксацию к равновесию. Это новая физика, еще не изученная.
Прогнозируемые свойства квантовой неравновесности [ править ]
Валентини показал, что его расширение теории Де Бройля-Бома допускает « нелокальность сигнала » для неравновесных случаев, в которых [3] [4] тем самым нарушает предположение, что сигналы не могут двигаться быстрее скорости света .
Валентини, кроме того, показал, что ансамбль частиц с известной волновой функцией и известным неравновесным распределением может быть использован для выполнения в другой системе измерений, которые нарушают принцип неопределенности . [7]
Эти предсказания отличаются от предсказаний, которые были бы результатом приближения к той же физической ситуации посредством копенгагенской интерпретации и, следовательно, в принципе сделали бы предсказания этой теории доступными для экспериментального изучения. Поскольку неизвестно, могут ли и как создаваться квантовые неравновесные состояния, проведение таких экспериментов затруднено или невозможно.
Однако также гипотеза о квантовом неравновесном Большом взрыве приводит к количественным предсказаниям неравновесных отклонений от квантовой теории, которые кажутся более доступными для наблюдения. [8]
Заметки [ править ]
- Перейти ↑ Valentini, Antony (2013). «Скрытые переменные в современной космологии» . youtube.com . Философия космологии . Проверено 23 декабря +2016 .
- ^ См. Например. Детлеф Дюрр, Шелдон Гольдштейн, Нино Занги: Бомовская механика и квантовое равновесие , случайные процессы, физика и геометрия II. World Scientific, 1995, стр. 5
- ^ a b Джеймс Т. Кушинг : Квантовая механика: историческая случайность и гегемония Копенгагена , The University of Chicago Press, 1994, ISBN 0-226-13202-1 , стр. 163
- ^ a b Энтони Валентини: локальность сигнала, неопределенность и субквантовая H-теорема, I , Physics Letters A, vol. 156, нет. 5 января 1991 г.
- ^ Питер Дж. Риггс: Квантовая причинность: концептуальные вопросы в причинной теории квантовой механики , Исследования по истории и философии науки 23, Springer, 2009, ISBN 978-90-481-2402-2 , DOI 10.1007 / 978-90- 481-2403-9, с. 76
- ^ MD Towler , NJ Рассел, Энтони Валентини: Временные шкалы для динамической релаксации к правилу Борна , Proc. R. Soc. A, опубликовано до печати 30 ноября 2011 г., DOI 10.1098 / rspa.2011.0598 ( полный текст )
- ^ Энтони Валентини: Subquantum информация и вычисления , 2002, Pramana Journal of Physics, vol. 59, нет. 2, август 2002 г., стр. 269–277, с. 272
- ^ Энтони Валентини: Предсказание Де Бройля-Бома квантовых нарушений для космологических режимов супер-Хаббла , arXiv: 0804.4656 [hep-th] (представлено 29 апреля 2008 г.)
Ссылки [ править ]
- Энтони Валентини: Локальность сигнала, неопределенность и субквантовая H-теорема, II , Physics Letters A, vol. 158, нет. 1, 1991, с. 1–8
- Энтони Валентини: Локальность сигнала, неопределенность и субквантовая H-теорема, I , Physics Letters A, vol. 156, нет. 5 января 1991 г.
- Крейг Каллендер : Возникновение и интерпретация вероятности в бомовской механике [1] (немного более длинная и исправленная версия статьи, опубликованная в «Исследованиях истории и философии современной физики» 38 (2007), 351-370).
- Детлеф Дюрр и др. : Квантовое равновесие и происхождение абсолютной неопределенности , arXiv: Quant-ph / 0308039v1 6 августа 2003 г.
- Сэмюэл Колин: Квантовая неравновесность и релаксация к равновесию для класса теорий типа де Бройля – Бома , 2010 New Journal of Physícs 12 043008 ( аннотация , полный текст )