Ролята на декохерентността в квантовата механика

Съдържание:

Ролята на декохерентността в квантовата механика
Ролята на декохерентността в квантовата механика

Видео: Ролята на декохерентността в квантовата механика

Видео: Ролята на декохерентността в квантовата механика
Видео: Консультация по квантовой механике. Часть 5. "Волновая функция. Уравнение Шредингера" 2024, Март
Anonim

Това е файл в архивите на Философията на Станфордската енциклопедия.

Ролята на декохерентността в квантовата механика

Публикувана за първи път на 3 ноември 2003 г.; съществена ревизия Thu 23 август 2007 г.

Явленията на интерференцията са добре известна и решаваща характеристика на квантовата механика, експериментът с две прорези предоставя стандартен пример. Съществуват обаче ситуации, при които въздействието на смущения се потиска (изкуствено или спонтанно). Ще трябва да уточним какво означава това, но теорията за декохерентността е изследването на (спонтанните) взаимодействия между една система и нейната среда, които водят до такова потискане на смущения. Това проучване включва подробно моделиране на взаимодействията система-среда, извличане на уравнения („главни уравнения“) за (намаленото) състояние на системата, обсъждане на времевите мащаби и др. Дискусия за концепцията за потискане на смущения и опростено проучване на теорията е дадена в раздел 2,наблягайки на характеристики, които ще бъдат от значение за следващата дискусия (и ограничени до стандартната нерелативистка квантова механика на частиците. [1] Частично припокриващо се поле е полето на историята, свързано с декоративни данни, което изхожда от абстрактно определение за загуба на намеса, но което няма да разглеждаме подробно.

Декохерентността е уместна (или се твърди, че е от значение) за различни въпроси, вариращи от проблема с измерването до стрелката на времето и по-специално до въпроса дали и как „класическият свят“може да възникне от квантовата механика. Тази публикация се занимава главно с ролята на декохерентността във връзка с основните проблеми и подходи в основите на квантовата механика. Раздел 3 анализира твърдението, че декохерентността решава проблема с измерването, както и разширяването на проблема чрез включване на взаимодействия с околната среда, идеята за възникване на класицизма и мотивацията за обсъждане на декохерентността заедно с подходите към основите на квантовата механика. След това в раздел 4 се прави преглед на връзката на декохерентността с някои от основните основополагащи подходи. На последно място,в раздел 5 споменаваме предложените приложения, които биха изтласкали още повече ролята на декохерентност.

Потискането на смущения, разбира се, е включено в много документи от началото на квантовата механика, като например анализа на Мот (1929) на алфа-частици. Съвременните наченки на декохерентността като самостоятелна тема са несъмнено документите на HD Zeh от началото на 70-те години (Zeh 1970; 1973). Много известни са и документите на У. Зурек от началото на 80-те години (Zurek 1981; 1982). Някои от тези по-ранни примери за декохерентност (напр. Потискане на намесата между левичар и дясна страна на молекула) са математически по-достъпни от по-новите. Zurek in Physics Today (1991) предоставя кратък и четим увод към теорията. Тази статия беше последвана от публикуване на няколко писма с отговорите на Зурек (1993), които подчертават противоречивите въпроси. По-новите проучвания са Zeh 1995,който отделя много място за интерпретацията на декохерентността, и Zurek 2003. Учебникът за декохерентността от Giulini et al. (1996) и съвсем скорошната книга на Schlosshauer (2007) също са силно препоръчителни.[2]

2. Основи на декохеренцията

2.1 Смущение и потискане на смущения

Експериментът с две прорези е пример за парадигма за интерференционен експеримент. Човек многократно изпраща електрони или други частици през екран с две тесни прорези, като електроните се нанасят върху втори екран и ние искаме разпределението на вероятността на детекции по повърхността на екрана. За да се изчисли това, не може просто да се вземат вероятностите за преминаване през прорезите, да се умножи с вероятностите за откриване на екрана, обусловени от преминаването през която и да е прореза, и да се сумират приносите на двете прорези. [3] В правилния израз за вероятността има допълнителен т. Нар. Интерференционен термин и този термин зависи от двата компонента на вълната, които преминават през процепите.

По този начин експериментът показва, че правилното описание на електрона по отношение на квантовите вълнови функции наистина е такова, при което вълната преминава през двете прорези. Квантовото състояние на електрона не се дава от вълна, която преминава през горната процеп, или вълна, която преминава през долната процеп, дори и с вероятна мярка за невежество.

Съществуват обаче ситуации, в които този термин на интерференция не се спазва, т.е. в които се прилага класическата формула на вероятността. Това се случва например, когато извършваме откриване в процепите, независимо дали вярваме, че измерванията са свързани с „истинския“срив на вълновата функция (т.е. само един от компонентите оцелява при измерването и продължава да удря екрана). Изчезването на интерференционния термин обаче може да се случи и спонтанно, дори когато не се предполага, че се случва „истински колапс“, а именно ако някои други системи (да речем, достатъчно много бездомни космически частици, разпръснати от електрона), взаимодействат подходящо с вълната между процепите и екрана. В този случай терминът на интерференция не се спазва,защото електронът се е заплел с бездомните частици (виж записа за квантово заплитане и информация).[4] Фазовото отношение между двата компонента, което е отговорно за интерференцията, е добре дефинирано само на нивото на по-голямата система, съставена от електронни и бездомни частици, и може да създаде смущения само в подходящ експеримент, включително по-голямата система. Вероятностите за резултатите от измерванията се изчисляват така, сякаш вълновата функция се е сринала към единия или другия от двата й компонента, но фазовите отношения са просто разпределени в по-голяма система.

Именно този феномен на потискане на интерференцията чрез подходящо взаимодействие с околната среда се нарича „потискане на намесата“и това се изучава в теорията за декохерентността. [5]За пълнота споменаваме припокриващата се, но отличаваща се концепция за декоративни (или последователни) истории. Декохерентността в смисъла на този абстрактен формализъм се дефинира просто от условието, че (квантовите) вероятности за компоненти на вълната в по-късен момент могат да бъдат изчислени от тези за компоненти на вълната в по-ранен момент и (квантовите) условни вероятности, според стандарта класическа формула, т.е. сякаш вълната се е сринала. Има някои противоречия, които оставяме настрана по отношение на твърденията около състоянието на този формализъм като основополагащ подход сам по себе си. Без тези твърдения формализмът е интерпретационно неутрален и може да бъде полезен при описване на ситуации на потискане на намесата. Наистина,абстрактната дефиниция има заслугата да разкрие две концептуални точки, които са от решаващо значение за идеята за декохерентност и които ще бъдат подчертани по-долу: тези компоненти на вълната могат да бъдат преидентифицирани във времето и че ако го направим, можем официално да идентифицираме “траектории “за системата.[6]

2.2 Характеристики на декохерентността

Теорията за декохерентността (понякога наричана също „динамична“декохерентност) изучава конкретни спонтанни взаимодействия, които водят до потискане на намесата.

В моделите на такива взаимодействия възникват няколко особености (макар че в никакъв случай всички тези характеристики не са общи за всички модели):

  • Потискането на смущения може да бъде изключително бърз процес, в зависимост от разглежданата система и средата. [7]
  • Средата ще има тенденция да свързва и потиска смущения между предпочитан набор от състояния, било то дискретен набор (състояния от ляво и дясно в модели на хирални молекули) или някакъв непрекъснат набор („кохерентни“състояния на хармоничен осцилатор),
  • Тези предпочитани състояния могат да се характеризират по отношение на тяхната „здравина“или „стабилност“по отношение на взаимодействието с околната среда. Грубо казано, докато системата се заплита с околната среда, състоянията, между които се потиска намесата, са тези, които се заплитат най-малко със самата среда при по-нататъшно взаимодействие. Този момент ни води до различни допълнителни (взаимосвързани) аспекти на декохерентността.
  • На първо място, интуитивната картина на взаимодействието между система и среда може да бъде предоставена чрез аналогия с измервателно взаимодействие (вижте записите по квантовата механика и измерването в квантовата теория): средата „наблюдава“системата, тя е спонтанно "извършване на измерване" (по-точно оставяне на системата да претърпява взаимодействие, както при измерване) на предпочитаните състояния. Аналогията със стандартните идеализирани квантови измервания ще бъде много близка в случая, да речем, с хиралната молекула. В случая, да речем, за кохерентните състояния на хармоничния осцилатор, трябва да се мисли вместо приблизителни измервания на положението (или всъщност на приблизителни съвместни измервания на положение и импулс, тъй като в околната среда се записва и информация за времето на полета).
  • Второ, устойчивостта на предпочитаните състояния е свързана с факта, че информацията за тях се съхранява излишно в околната среда (да речем, защото котката Шрьодингер е взаимодействала с толкова много бездомни частици - фотони, молекули въздух, прах). Това може по-късно да се наблюдава от наблюдател, без да се нарушава допълнително системата (ние измерваме - обаче това може да се тълкува - дали котката е жива или мъртва, като прихваща върху ретината ни малка част от светлината, която е взаимодействала с котката).
  • Трето, в този контекст често се казва, че декохерентността предизвиква „правилни правила за суперселекция“. Концепцията за (строго) правило за суперселекция е нещо, което изисква обобщение на формализма на квантовата механика и означава, че има някои наблюдения - наречени „класически“в техническата терминология, които комутират с всички наблюдаеми (за преглед, вижте Wightman 1995). Интуитивно тези наблюдаеми са безкрайно здрави, тъй като никое възможно взаимодействие не може да ги смущава (поне докато взаимодействието Хамилтониан се счита за наблюдаемо). Под ефективно правило за суперселекция се разбира, че приблизително аналогично някои наблюдаеми (напр. Хиралност) няма да бъдат нарушени от взаимодействията, които действително се осъществяват. (Вижте също коментарите относно правилото за избор на такса в раздел 5 по-долу.)
  • Четвърто и може би най-важното, устойчивостта е свързана с възможността или преидентифицирането на компонент на вълната във времето и по този начин се говори за траектории, независимо дали са пространствени или не (компонентът на вълната на електрон, който преминава през горната цепка, удря екрана при определено място с определена вероятност; левият компонент на състоянието на хирална молекула в даден момент t се развива в левия компонент на може би леко променено състояние на молекулата в някакъв по-късен момент t '). Забележете, че в много от ранните доклади за декохерентността акцентът е върху самите предпочитани състояния или върху това как се развива (намаленото) състояние на системата: по-специално върху това как състоянието на системата става приблизително диагонално в основата, определена от предпочитаното състояния. Този акцент върху (така да се каже) кинематични аспекти не трябва да заблуждава един: динамичните аспекти на преидентификацията във времето и образуването на траектория са също толкова важни, ако не и най-важните за концепцията за декохерентност и нейното разбиране.
  • В случай на взаимодействия на декохерентността под формата на приблизителни измервания на съвместно положение и импулс, предпочитаните състояния са очевидно вълните на Шрьодингер, локализирани (тесни) както в положение, така и в инерция (по същество „кохерентните състояния“на системата). Всъщност те могат да бъдат много тесни. Петна прах с радиус a = 10 -5 см, плаващ във въздуха, ще има смущения, подтиснати между (положение) компоненти с ширина („дължина на кохерентност“) от 10 до 13 cm. [8]
  • В този случай траекториите на нивото на компонентите (траекториите на предпочитаните състояния) ще изненадващо добре приблизително съответните класически (нютонови) траектории. Интуитивно може да се обясни това, като се отбележи, че ако предпочитаните състояния, които са "вълнови пакети", които са едновременно тесни на позиция и остават тесни (защото са тесни по инерция), са склонни да се заплитат най-малко със средата, те ще са склонни да следват повече или по-малко необезпокоявано уравнение на Шрьодингер. Но в действителност, тесно-вълновите пакети ще следват приблизително нютоновите траектории (ако външните потенциали, по които се движат, са достатъчно еднакви по ширината на пакетите: резултатите от този вид са известни като "теореми на Еренфест"). „ще бъде близо до нютоновите (по съответните везни). [9]Най-интуитивният физически пример за това са наблюдаваните траектории на алфа частици в мехурната камера, които наистина са изключително близки до нютоновите, с изключение на допълнителни малки „кинки“. [10]

Не се твърди, че нито една от тези характеристики се получава във всички случаи на взаимодействие с някаква среда. Въпрос на подробно физическо проучване е да се прецени кои системи показват кои характеристики и колко общи са уроците, които бихме могли да научим от изучаването на конкретни модели. По-специално човек трябва да се пази от често срещани свръхгенерализации. Например, декохеренцията не засяга само и всички „макроскопични системи“. Вярно е, че средните по големина обекти, да речем, на земната повърхност ще бъдат много ефективно декорирани от въздуха в атмосферата и това е отличен пример за декохерентност при работа. От друга страна, има и много добри примери за взаимодействия, подобни на декохеренция, засягащи микроскопичните системи, като например във взаимодействието на алфа-частици с газа в камера на мехурчета. И по-нататък,съществуват спорно макроскопични системи, за които въздействието на смущения не се потиска. Например, показано е, че е възможно да се защити в достатъчна степен SQUIDS (вид свръхпроводящи устройства) от декохеренция с цел наблюдение на суперпозиции на различни макроскопични токове - противно на очакваното (виж например Leggett 1984; и esp. 2002, раздел 5.4). Anglin, Paz и Zurek (1997) изследват някои по-недобре поведени модели на дехехерентност и предоставят полезен коректив по отношение на границите на декохерентността. Раздел 5.4). Anglin, Paz и Zurek (1997) изследват някои по-недобре поведени модели на дехехерентност и предоставят полезен коректив по отношение на границите на декохерентността. Раздел 5.4). Anglin, Paz и Zurek (1997) изследват някои по-недобре поведени модели на дехехерентност и предоставят полезен коректив по отношение на границите на декохерентността.

3. Концептуална оценка

3.1 Решаване на проблема с измерването?

Фактът, че обикновено интерференцията е много добре потискана между локализирани състояния на макроскопични обекти, подсказва, че е релевантно защо макроскопичните обекти всъщност ни се струват в локализирани състояния. По-силно твърдение е, че несъответствието е не само за този въпрос, но само по себе си вече дава пълния отговор. В специалния случай на измервателни апарати би обяснило защо никога не наблюдаваме апарат, насочен, да речем, към два различни резултата, т.е. декохерентността би осигурила решение на проблема с измерването. Както посочват много автори, обаче (наскоро например, Adler 2003; Zeh 1995, стр. 14-15), това твърдение не е допустимо.

Проблемът с измерването, накратко, работи по следния начин. Квантовите механични системи се описват от вълнообразни математически обекти (вектори), от които могат да се образуват суми (суперпозиции) (виж вписването на квантовата механика). Времевата еволюция (уравнението на Шрьодингер) запазва такива суми. По този начин, ако квантовата механична система (да речем, електрон) е описана чрез суперпозиция на две дадени състояния, да речем, въртене в x-посока е равно на +1/2 и въртене в x-посока е равно на 1/2, и ние оставяме той взаимодейства с измервателен апарат, който се свързва към тези състояния, крайното квантово състояние на композита ще бъде сбор от два компонента, единият, в който апаратът е свързан (регистрирал) x -spin = +1/2, и един в който апаратът е свързан към (регистрирал) x -spin = -1/2. Проблемът е, че макар да приемем идеята микроскопичните системи да бъдат описани с такива суми, ние дори не можем да започнем да си представяме какво би означавало за (описания от електрон и) апарат да бъде описан така.

Какво ще стане, ако включим декохеренцията в описанието? Decoherence ни казва, наред с други неща, че има много взаимодействия, при които различно локализирани състояния на макроскопските системи се свързват с различни състояния на тяхната среда. По-специално, различно локализираните състояния на макроскопската система могат да бъдат състоянията на показалеца на апарата, регистриращ различните стойности на x -spin на електрона. Със същия аргумент като по-горе, съставът на електрон, апаратура и среда ще бъде сбор от състояние, съответстващо на свързването на средата към свързването на апарата от своя страна на стойността +1/2 за спина и на състоянието, съответстващо на свързването на средата с апарата на съединителя от своя страна на стойност -1/2 за въртенето. Така че отново не можем да си представим какво би означавало съставената система да бъде описана с такава сума.

Остава ни следният избор дали включваме или не декохеренция: или композитната система не е описана с такава сума, защото уравнението на Шрьодингер всъщност се разгражда и трябва да бъде модифицирано, или е така, но тогава трябва да разберем какво това означава и това изисква да се даде подходяща интерпретация на квантовата механика. По този начин декохерентността не дава решение на проблема с измерването, поне не, освен ако не е комбинирана с подходяща интерпретация на вълновата функция. И наистина, както ще видим, някои от основните работници в тази област като Zeh (2000) и Zurek (1998) предполагат, че декохерентността се разбира най-естествено по отношение на тълкувания, подобни на Еверет (виж по-долу раздел 4.3, и записите) относно тълкуването на относителното състояние на Еверет и тълкуването на много светове).

За съжаление наивните твърдения от рода по-горе все още са донякъде част от „фолклора“на декохерентността и заслужено привличат гнева на физиците (напр. Pearle 1997) и философите (напр. Bub 1999, глава 8). (За да бъдем справедливи, тази „народна“позиция има заслугата да се опита да се подлагат на измервателни взаимодействия на по-нататъшен физически анализ, без да се предполага, че измерванията са основен градивен елемент на теорията.)

3.2 Смесване на проблема с измерването

Декохерентността очевидно не е нито динамична еволюция, която противоречи на уравнението на Шрьодингер, нито нова интерпретация на вълновата функция. Както ще обсъдим, обаче, той разкрива важни динамични ефекти в рамките на еволюцията на Шрьодингер и може да подсказва за възможни интерпретации на вълновата функция.

Като такъв той има други неща, които да предложи на философията на квантовата механика. В началото обаче изглежда, че обсъждането на взаимодействията с околната среда дори изостря проблемите. Интуитивно, ако средата извършва без наша намеса много приблизителни измервания на позицията, тогава проблемът с измерването трябва да се прилага по-широко, също и при тези спонтанно възникващи измервания.

Всъщност, въпреки че е добре известно, че локализираните състояния на макроскопични обекти се разпространяват много бавно при свободната еволюция на Шрьодингер (т.е. ако няма взаимодействия), ситуацията се оказва различна, ако те са във взаимодействие с околната среда. Въпреки че различните компоненти, които се свързват с околната среда, ще бъдат индивидуално невероятно локализирани, колективно те могат да имат разпространение, което е с много по-големи порядки. Тоест, състоянието на обекта и околната среда би могло да бъде суперпозиция на милиони от много добре локализирани термини, всеки с малко по-различни позиции и които са колективно разпространени на макроскопично разстояние, дори и в случай на всекидневни обекти. [11]

Като се има предвид, че всекидневните макроскопични предмети са особено обект на взаимодействия на декохерентност, това повдига въпроса дали квантовата механика може да обясни появата на всекидневния свят дори извън проблема с измерването в строгия смисъл. Казано по-грубо: ако всичко е във взаимодействие с всичко останало, всичко е заплетено с всичко останало и това е по-лош проблем от заплитането на измервателни апарати с измерените сонди. И наистина, обсъждането на проблема с измерването, без да се взема под внимание (напълно) отчитането, може да не е достатъчно, както ще илюстрираме в случая с някои версии на модалната интерпретация в раздел 4.4.

3.3 Възникване на класицизма

Това, което подсказва, че декохерентността може да е от значение за въпроса за класическия облик на всекидневния свят е, че на ниво компоненти, квантовото описание на феномените на дехехерентността може да покаже драматично класически аспекти. Въпросът е след това дали, ако се разглежда в контекста на някой от основните основополагащи подходи към квантовата механика, тези класически аспекти могат да бъдат използвани за обяснение на съответните класически аспекти на явленията. Отговорът, може би изненадващо, се оказва, че зависи от избрания подход, а в следващия раздел ще обсъдим на свой ред връзката между декохерентността и няколко от основните подходи към основите на квантовата механика.

Още по-общо може да се попита дали резултатите от декохерентността могат да бъдат използвани за обясняване на появата на цялата класика на всекидневния свят, т.е. всеки път, когато се случат феноменологично адекватни описания. Както споменахме, има случаи, в които класическото описание не е добро описание на явление, дори ако явлението включва макроскопични системи. Има и случаи, по-специално квантови измервания, при които класическите аспекти на всекидневния свят са само кинематични (определеност на показанията на показалеца), докато динамиката е силно некласическа (недетерминиран отговор на апарата). В известен смисъл,всекидневният свят е светът на класическите понятия, както се предполага от Бор (вж. вписването в интерпретацията от Копенхаген), за да се опишат на първо място „квантовите явления“, които самите по този начин биха станали следствие от дехехерентността (Zeh 1995, p 33; вж. Също Bacciagaluppi 2002, раздел 6.2). Въпросът за обясняване на класиката на всекидневния свят се превръща във въпрос дали човек може да извлече от квантовата механика условията, необходими за откриването и практикуването на самата квантова механика, и по този начин, в думите на Shimin (1989), затварянето на кръга. Раздел 6.2). Въпросът за обясняване на класиката на всекидневния свят се превръща във въпрос дали човек може да извлече от квантовата механика условията, необходими за откриването и практикуването на самата квантова механика, и по този начин, в думите на Shimin (1989), затварянето на кръга. Раздел 6.2). Въпросът за обясняване на класиката на всекидневния свят се превръща във въпрос дали човек може да извлече от квантовата механика условията, необходими за откриването и практикуването на самата квантова механика, и по този начин, в думите на Shimin (1989), затварянето на кръга.

В този общ въпрос на въпроса очевидно е твърде трудно да се отговори, тъй като зависи от това доколко физическата програма за декохерентност (Zeh 1995, стр. 9) може да бъде успешно разработена. По този начин ще отложим (частично спекулативната) дискусия за това докъде може да стигне програмата за несъответствие до раздел 5.

4. Декохерентност и подходи към квантовата механика

Съществува широк спектър от подходи към основите на квантовата механика. Терминът „подход“тук е по-подходящ от термина „интерпретация“, тъй като няколко от тези подходи всъщност са модификации на теорията или поне въвеждат някои видни нови теоретични аспекти. Удобен начин за класифициране на тези подходи е от гледна точка на техните стратегии за справяне с проблема с измерванията.

Някои подходи, така наречените сривови подходи, се стремят да модифицират уравнението на Шрьодингер, така че суперпозициите на различни „ежедневни“състояния да не възникват или да са много нестабилни. Подобни подходи може да нямат интуитивно малко общо с декохерентността, тъй като се стремят да потиснат точно тези суперпозиции, които са създадени от декохерентността. Въпреки това връзката им с декохерентността е интересна. Сред подходите за срив ще обсъдим (в раздел 4.1) постулата на срива на фон Нойман и теориите за спонтанна локализация (виж вписването на теориите за срив).

Други подходи, известни като „скрити променливи“подходи, се стремят да обяснят квантовите явления като равновесни статистически ефекти, произтичащи от теория на по-дълбоко ниво, по-скоро силно аналогично с опитите за разбиране на термодинамиката от гледна точка на статистическата механика (виж статията за философията на статистическа механика). От тях най-развитите са т. Нар. Теории за пилотни вълни, по-специално теорията на Дьо Бройли и Бом (виж вписването на Бохмийската механика), чието отношение към декохерентността обсъждаме в раздел 4.2.

И накрая, има подходи, които се стремят стриктно да решат проблема с измерването, като предоставят подходяща интерпретация на теорията. Леко език по бузата, човек може да групира заедно под тази рубрика подходи толкова разнообразни, колкото интерпретациите на Еверет (виж записите за интерпретацията на Еверет за относително състояние и за тълкуването на много светове), модални интерпретации и интерпретация на Копенхаген на Бор (раздели 4.3, 4.4 и 4.5) съответно).

Ще анализираме тези подходи конкретно във връзка с тяхната несъвместимост. За повече подробности и по-обща оценка или критика насочваме читателя към съответните записи.

4.1 Свиване на подходите

4.1.1 Фон Нойман

Известно е, че фон Нойман (1932) предложи съзнанието на наблюдателя по някакъв начин да е свързано с онова, което той нарече Процес I, известен иначе като постулат за срив или постулат на проекцията, който в книгата му се третира наравно с уравнението на Шрьодингер (неговото Процес II). Има някаква неяснота в начина на тълкуване на фон Нойман. Той може да се застъпва за някакъв специален достъп до собственото ни съзнание, което ни прави да се струва, че вълновата функция се е сринала, като по този начин оправдава феноменологичното четене на Процес I. Алтернативно, той може да предложи, че съзнанието играе някаква причинно-следствена роля в утаяването сривът, в този случай Процес I е физически процес, напълно равен на Процес II. [12]

И в двата случая интерпретацията на фон Нойман разчита на нечувствителността на крайните прогнози (за това, което съзнателно записваме) точно къде и кога процесът I се използва при моделирането на еволюцията на квантовата система. Това често се споменава като подвижността на фон Нейман, разрязан между субекта и обекта, или някаква подобна фраза. Свиването може да възникне, когато частица се нахвърли върху екрана, или когато екранът почернее, или когато се направи автоматично разпечатване на резултата, или в ретината ни, или по протежение на зрителния нерв, или когато в крайна сметка е включено съзнанието. Преди и след срива уравнението на Шрьодингер би описало еволюцията на системата.

Фон Нойман показва, че всички тези модели са еквивалентни, що се отнася до крайните прогнози, така че той наистина може да поддържа, че сривът е свързан със съзнанието, докато на практика прилага проекционния постулат на много по-ранен (и по-практичен) етап в описанието. Това, което позволява на фон Нойман да получи този резултат, обаче е предположението за отсъствие на намеса между различни компоненти на вълновата функция. В действителност, ако имаше намеса в противен случай, времето на срива би повлияло на крайната статистика, точно както би направило и в случая с експеримента с две прорези (колапс зад процепите или на екрана). Следователно, въпреки че фонът на Нойман е (поне на някои четения) истински подход на колапс, неговото разчитане на декохерентността всъщност е от решаващо значение.

4.1.2 Спонтанни теории за колапс

Най-известната теория за спонтанен срив е т. Нар. GRW теория (Ghirardi Rimini & Weber 1986), при която материална частица спонтанно претърпява локализация в смисъл, че в произволни моменти преживява срив на формата, използвана за описване на приблизителни измервания на позицията, [13] В оригиналния модел сривът се случва независимо за всяка частица (голям брой частици по този начин „задействат“срив много по-често); в по-късните модели честотата на всяка частица се претегля спрямо нейната маса и общата честота на срутване е свързана с плътността на масата. [14]

По този начин, формално, ефектът от спонтанния срив е същият като при някои от моделите на декохеренция, поне за една частица. [15] Две ключови разлики от друга страна са, че имаме „истински“срив вместо потискане на смущения (виж по-горе раздел 2) и този спонтанен срив се случва, без да има взаимодействие между системата и всичко друго, докато в В случай на декохерентност потискането на намесата очевидно възниква чрез взаимодействие с околната среда.

Може ли декохеренцията да се използва за GRW? Ситуацията може да е малко сложна, когато взаимодействието на декохеренция не е приблизително привилегировано положение (например, токове в SQUID вместо това), тъй като сривът и декохеренцията всъщност могат да се „изтеглят“в различни посоки. [16]Но в случаите, когато основното взаимодействие с декохеренцията също е под формата на приблизителни измервания на позицията, отговорът се свежда до количествено сравнение. Ако колапсът се случи по-бързо от декохеренцията, тогава суперпозицията на компонентите, свързани с декохерентността, няма да има време да възникне и доколкото теорията за срив е успешна във възстановяването на класически явления, декохеренцията не играе никаква роля за възстановяването. Вместо това, ако декохеренцията се осъществява по-бързо от колапса, тогава (както в случая на фон Нойман) механизмът на срутване може да намери „готови“структури, върху които наистина да се срине вълновата функция. Това наистина се потвърждава от подробно сравнение (Tegmark 1993, esp. Таблица 2). По този начин изглежда, че декохерентността играе роля и в теориите за спонтанен срив.

Свързан въпрос е дали декохерентността има отражение върху експерименталната доказателство на теориите за спонтанен срив. Всъщност, при условие, че декохеренцията може да бъде използвана и при подходи без срив, като пилотна вълна или Еверет (възможности, които обсъждаме в следващите подраздели), тогава във всички случаи, в които декохеренцията е по-бърза от колапс, какво може да бъде интерпретирано като доказателство за срив може да бъде интерпретирано като "просто" потискане на намесата (помислете за категорични резултати от измерването!), и само случаите, в които теорията за срив прогнозира срив, но системата е защитена от дехехерентност (или може би, в която двамата влизат различни посоки) могат да бъдат използвани за тестване на теории за срив експериментално.

Един особено лош сценарий за експериментална проверка е свързан със спекулациите (в контекста на версията за „плътност на масата“), че причината за спонтанен срив може да бъде свързана с гравитацията. Tegmark 1993 (таблица 2) цитира някои несигурни оценки за потискане на смущения поради предполагаема квантова гравитация, но те са количествено много близки до степента на унищожаване на интерференцията поради срива на GRW (поне извън микроскопичния домейн), Подобни изводи стигат до Кей (1998). Ако наистина има такова количествено сходство между тези възможни ефекти, тогава ще бъде изключително трудно да се разграничат двете (с горното условие). При наличие на гравитация всеки положителен ефект може да се тълкува като подкрепа или за колапс, или за декомхерентност. И в онези случаи, в които системата е ефективно защитена от декохерентност (да речем, ако експериментът се извършва при свободно падане), ако механиката на срутване наистина се задейства от гравитационни ефекти, тогава не може да се очаква и срив. Следователно връзката между теориите за декохерентност и спонтанен крах наистина е далеч от праволинейна.

4.2 Теории за пилотни вълни

Теорията на пилотните вълни са формулировки на квантовата механика без срив, които присвояват на вълновата функция ролята на определяне на еволюцията на („пилотиране“, „насочване“) на променливите, характеризиращи системата, да кажем конфигурации на частици, както в де Бройли (1928 г.)) и теорията на Бом (1952 г.) или плътността на броя на фермионите, както в Bell (1987, гл. 19) „библейска“квантова теория на полето или отново конфигурации на полето, както в предложенията на Валентини за квантовите теории на полевите полета (Валентини, в подготовка; виж също Valentini 1996).

Идеята на Де Бройли беше да модифицира класическата хамилтонова механика по такъв начин, че да я направи аналогична на класическата вълнова оптика, като замести функцията на Хамилтън и Якоби във фазата S на физическата вълна. Такава „механика на вълните“, разбира се, дава некласически движения, но за да разберем как динамиката на Броли се свързва с типичните квантови явления, трябва да включим анализа на Бом (1952, част II) за появата на колапс. В случай на измервания, Бом твърди, че вълновата функция се развива в суперпозиция от компоненти, които са и остават разделени в общото конфигурационно пространство на измерената система и апарат, така че общата конфигурация да бъде „хваната“в един компонент на вълната функция, която ще ръководи по-нататъшното му развитие,сякаш вълната се е срутила ("ефективна" вълнова функция). Този анализ позволява да се възстанови качествено сривът на измерването и чрез разширяване на типичните квантови характеристики като принципа на несигурност и перфектните корелации в EPR експеримента (игнорираме тук добре разработените количествени аспекти на теорията).

Естествена идея е, че този анализ трябва да се разшири от случая на измервания, индуцирани от апарат, до този на „спонтанните измервания“, извършени от околната среда в теорията за дехерентността, като по този начин се прилага същата стратегия за възстановяване както на квантови, така и на класически явления, Получената картина е тази, в която теорията на Брогли-Бом в случаи на дехехерентност би описала движението на частици, които са хванати в един от изключително добре локализираните компоненти, избрани от взаимодействието на декохеренцията. По този начин траекториите на Брой-Бом ще участват в класическите движения на нивото, определено от декохеренцията (ширината на компонентите). Тази употреба на декохерентност би могла да разреши дискутираните пъзели, напр. От Holland (1996) по отношение на възможността за „класическа граница“на теорията на Дьо Брой. Един проблем, който е объркващ е например, че възможните траектории в теорията на Брой-Бом, различаващи се в първоначалните си условия, не могат да се пресекат, тъй като вълната направлява частиците по уравнение от първи ред, докато уравненията на Нютон са втори ред, както и добре известни и възможните траектории се пресичат. Въпреки това, не-намесващите компоненти, произведени от декохеренцията, наистина могат да се пресичат и така ще бъдат и траекториите на частици, хванати в тях.както и траекториите на частици, хванати в тях.както и траекториите на частици, хванати в тях.

Горната картина е естествена, но не е очевидна. Теорията на De Broglie-Bohm и декохеренцията обмислят два априорно различни механизма, свързани с очевиден срив: съответно разделяне на компонентите в конфигурационното пространство и потискане на смущения. Докато първото очевидно предполага второто, също толкова очевидно е, че декохерентността не трябва да предполага разделяне в конфигурационното пространство. Може обаче да се очаква, че взаимодействията на декохерентността под формата на приблизителни измервания на позицията ще са.

Ако основните случаи на декохерентност наистина са съпътстващи с случаи на разделяне в конфигурация, теорията на Брогли-Бом може по този начин да използва резултатите от декохерентността, свързани с формирането на класически структури, като същевременно предоставя интерпретация на квантовата механика, която обяснява защо тези структури наистина са наблюдателно релевантни. Въпросът, който възниква за теорията на Броли-Бом, е разширяването на добре познатия въпрос дали всички очевидни сривове на измерването могат да бъдат свързани с разделяне в конфигурация (като се аргументира, че на определен етап всички резултати от измерванията се записват в макроскопски различни конфигурации) на въпроса дали всички форми на класицизъм могат да бъдат свързани с раздяла в конфигурационното пространство. [17]

Дискусията за ролята на декохерентността в теорията на пилотните вълни във формата, предложена по-горе, все още е до голяма степен незабелязана. Неофициална дискусия е дадена в Bohm and Hiley (1993, гл. 8), частични резултати са дадени от Appleby (1999), а различен подход е предложен от Allori (2001; вж. Също Allori & Zanghì 2001). Appleby обсъжда траектории в модел на декохерентност и получава приблизително класически траектории, но при специално предположение. [18]Алори изследва на първо място границата на „късата дължина на вълната“на теорията на Броли-Бом (предложена от аналогията с геометричната граница във вълновата оптика). Ролята на декохерентността в нейния анализ е от решаващо значение, но се ограничава до поддържане на класическото поведение, получено при подходящи условия на къса дължина на вълната, тъй като в противен случай поведението ще се разпадне след определено време.

4.3 Тълкувания на Еверет

Интерпретациите на Еверет са много разнообразни и вероятно споделят само основната интуиция, че една вълнова функция на Вселената трябва да се тълкува като множество от „реалности“на някакво или друго ниво. Тази множественост, колкото и да е разбрана, формално се свързва с компоненти на вълновата функция при известно разлагане. [19]

Различните интерпретации на Еверет, грубо казано, се различават по отношение на това как да се идентифицират съответните компоненти на функцията на универсалната вълна и как да се обоснове подобна идентификация (т. Нар. Проблем на „предпочитаната основа“- въпреки че това може да е погрешно), и се различават по отношение на това как да се интерпретира получената множественост (различни „много светове“или различни интерпретации на „много умове“), по-специално по отношение на интерпретацията на (възникващите?) вероятности на ниво компоненти (проблем на „значението на вероятностите“).

Последният проблем е може би най-горещо обсъжданият аспект на Еверет. Ясно е, че дехехерентността позволява повторно идентифициране във времето както на наблюдателите, така и на резултатите от многократно измерване и по този начин определяне на емпиричните честоти. През последните години се постигна напредък, особено по отношение на интерпретирането на вероятностите в теоретично отношение за „разделящ“агент (вж. По-специално Wallace 2003b и по-дългия му предпечат, Wallace 2002). [20]

Най-полезното приложение на декохеренцията към Еверет обаче изглежда е в контекста на проблема с предпочитаната основа. Изглежда, че декохерентността дава (може би частично) решение на проблема, тъй като естествено идентифицира клас от "предпочитани" състояния (не непременно ортонормална основа!) И дори позволява да ги преидентифицира във времето, за да може човек да идентифицира " светове “с траектории, дефинирани от декохерентност (или по-абстрактно с декохерентни истории). [21]Ако част от целта на Everett е да интерпретира квантовата механика, без да въвежда допълнителна структура, по-специално без да постулира съществуването на някаква предпочитана основа, тогава човек ще се опита да идентифицира структура, която вече съществува във вълновата функция на ниво компоненти (вж. напр. Wallace, 2003a). В този смисъл декохеренцията е идеален кандидат за идентифициране на съответните компоненти.

След това може да се даде обосновка за тази идентификация, като се предположи, че „свят“трябва да бъде временно разширена структура и по този начин повторното идентифициране с течение на времето ще бъде необходимо условие за идентифициране на светове или по подобен начин като се подсказва, че за да се развие наблюдателите трябва да да са стабилни записи на минали събития (Saunders 1993, и непубликуваната Gell-Mann & Hartle 1994 (виж раздела „Други ресурси на Интернет“по-долу)) или че наблюдателите трябва да имат достъп до стабилни състояния, за предпочитане чрез наличието на излишна информация в околната среда („Екзистенциална интерпретация“на Зурек, 1998).

Като алтернатива на някакво глобално понятие „свят“, може да се разгледат компонентите на (смесеното) състояние на (локалната) система, или от гледна точка, че различните компоненти, дефинирани от декохерентността, ще засегнат отделно (различни компоненти на състоянието на) друга система или от гледна точка, че те отделно ще лежат в основата на съзнателното преживяване (ако има такова) на системата. Първият е добре с оригиналното понятие за относително състояние на Еверет (1957) и с предпочитаната от Сондърс (например, 1993) релационна интерпретация на Еверет и, изглежда, Зурек (1998). Последното води директно до идеята за интерпретации с много умове (вижте записа в интерпретацията на Еверет за относително състояние и уебсайта на тема „Разнообразно тълкуване на квантовата теория“, посочен в „Други интернет ресурси“). Ако се приеме, че манталитетът може да бъде свързан само с определени структури за обезличаване с голяма сложност, това може да има предимството в по-нататъшното намаляване на оставащата неяснота относно предпочитаната „основа“.

Идеята на много умове беше предложена рано от Зех (2000; също 1995, стр. 24). Както заявява Зе, мотивацията на фон Нойман за въвеждане на колапс е била да спаси това, което той нарича психо-физически паралелизъм (може би превъзходство на психическото върху физическото: преживява се само едно психическо състояние, така че трябва да има само един съответстващ компонент във физическото състояние). В една обединяваща вселената без колапс може вместо това да се въведе нов психо-физически паралелизъм, при който отделните умове се намесват върху всеки не-намесващ се компонент във физическото състояние. Всъщност Zeh предполага, че предвид декоративността това е най-естествената интерпретация на квантовата механика. [22]

4.4 Модални интерпретации

Модалните интерпретации възникват с Van Fraassen (1973, 1991) като чиста реинтерпретация на квантовата механика (други по-късни версии, които приличат на по-теории за скрити променливи). Основната интуиция на Ван Фраасен беше, че квантовото състояние на една система трябва да се разбира като описание на съвкупност от възможности, представени от компоненти в (смесено) квантово състояние. Предложението му разглежда само разлагането на единични моменти и е агностично по отношение на повторното идентифициране във времето. По този начин, тя може директно да се възползва само от факта, че декохерентността произвежда описания по отношение на състояния, подобни на класически, които ще бъдат отчетени като възможности в интерпретацията на Ван Фраасен. Това гарантира „емпирична адекватност“на квантовото описание (решаващо понятие във философията на науката на Ван Фраасен). Динамичните аспекти на декохерентността могат да бъдат експлоатирани индиректно, тъй като еднократните компоненти ще показват записи от миналото, които осигуряват адекватност по отношение на наблюденията, но за това чия верност Van Fraassen остава агностична.

Различно направление от модални интерпретации е слабо свързано с (отделните) възгледи на Кохен (1985), Хели (1989) и Диекс и Вермаас (например, 1998). Ние се фокусираме върху последното от тях, за да фиксираме идеите. Възможните разлагания на Ван Фраасен се свеждат до един, определен по математически критерий (свързан с т. Нар. Теорема за биотогонно разлагане) и изрично се търси динамична картина (и по-късно е разработена). В случай на идеално (не-приблизително) квантово измерване, това специално разлагане съвпада с определеното от собствените стойности на измереното наблюдаемо и съответните състояния на показалеца и следователно интерпретацията изглежда решава проблема с измерването (в строгия смисъл), Поне в първоначалните намерения на Диекс, обаче, подходът е имал за цел да осигури атрактивно тълкуване на квантовата механика и в случай на взаимодействия на декохерентност, тъй като поне в прости модели на дехехерентност един и същ вид разлагане отделя повече или по-малко и тези състояния между които намесата се потиска (с уговорка за много изродени състояния).

Този подход обаче се проваля зле, когато се прилага за други модели на декохерентност, например при Joos and Zeh (1985, раздел III.2). Всъщност изглежда, че като цяло компонентите, обозначени от тази версия на модалната интерпретация, са дадени от делокализирани състояния, за разлика от компонентите, възникващи естествено в теорията за декохерентността (Bacciagaluppi 2000; Donald 1998). Забележете, че оригиналното тълкуване на Ван Фраасен не е засегнато от този проблем и евентуално са някои по-нови модални или модални интерпретации на Spekkens и Sipe (2001), Bene и Dieks (2002) и Berkovitz и Hemmo (в подготовка).

И накрая, някои от възгледите, възприети в литературата за декоративни истории, могат да се считат за сходни с възгледите на Ван Фраасен, като се идентифицират възможностите на нивото на възможните курсове на световната история. Такива „възможни светове“биха били онези времеви последователности на (квантовите) предложения, които удовлетворяват условието за декохерентност и в този смисъл поддържат описание по отношение на вероятностна еволюция. Този възглед би използвал декохеренцията като основна съставка и всъщност може да се окаже най-ползотворният начин за прилагане на модални идеи досега; дискусия в тези термини все още трябва да се проведе подробно, но вижте Hemmo (1996).

4.5 Копенхагенска интерпретация на Бор

Изглежда, че Бор е държал повече или по-малко следното мнение. Ежедневните понятия, всъщност понятията от класическата физика, са незаменими при описанието на всякакви физически явления (в известен смисъл - и терминология - много напомнящи трансценденталните аргументи на Кант). Обаче експерименталните доказателства от атомните явления показват, че класическите концепции имат фундаментални ограничения в своята приложимост: те могат да дават само частични (допълващи се) снимки на физически обекти. Въпреки че тези ограничения са количествено пренебрежими за повечето цели при работа с макроскопични обекти, те се прилагат и на това ниво (както е показано от готовността на Бор да приложи отношенията на несигурност върху части от експерименталния апарат в дебатите за Айнщайн и Бор) и те са на първостепенно значение при работа с микроскопични предмети. Наистина,те оформят характерните черти на квантовите явления, например индетерминизма. Квантовото състояние не е „интуитивно“(anschaulich, преведено и като „визуализируемо“) представяне на квантов обект, а само „символично“представяне, стенограма за квантовите явления, съставени чрез прилагане на различни допълващи класически картини.

Макар че е трудно да се определи точно какви са възгледите на Бор (концепцията и дори терминът „копенхагенска интерпретация“изглежда са по-късна конструкция; вж. Хауърд 2003), ясно е, че според Бор, класическите понятия са автономни и наистина концептуално преди квантовата теория. Ако разберем теорията за декохерентността като посочваща как класическите концепции всъщност могат да възникнат от квантовата механика, това изглежда подкопава основното положение на Бор. Разбира се, че би било грешка да се каже, че декохеренцията (част от квантовата теория) противоречи на Копенхагенския подход (интерпретация на квантовата теория). Въпреки това, декохерентността предполага, че човек може да иска да възприеме алтернативни интерпретации, в които квантовите концепции са преди класическите, или по-точно,класическите концепции на всекидневно ниво произтичат от квантовата механика (независимо дали има още по-фундаментални понятия, както в теориите на пилотните вълни). В този смисъл, ако програмата за декохеренция е успешна, както е очертано в раздел 3.3, това наистина ще бъде удар по тълкуването на Бор, идващо от самата квантова физика.

От друга страна, интуицията на Бор, че квантовата механика, както се практикува, изисква класическа област, всъщност би била потвърдена от дехехеренция, ако се окаже, че дехехерентността наистина е основата на феноменологията на квантовата механика, както подсказва Еверетианският и евентуално бохмийският анализ, Всъщност Зурек (2003) намира своята екзистенциална интерпретация по средата между Бор и Еверет. Може би е лека ирония, че вследствие на декохерентността основите на квантовата механика може да завършат с преоценка на тази част от мисленето на Бор.

5. Обхват на декохеренцията

В раздел 2.2 вече споменахме, че трябва да се внимава, за да не се направят излишни генерални заключения, основаващи се на разглеждане само на добре поддържани модели на неприкосновеност. От друга страна, за да се оцени програмата за обяснение на появата на класицизма с помощта на декохерентност (заедно с подходящи основополагащи подходи), трябва да се проучи докъде могат да бъдат изтласкани приложенията за декохерентност. В този последен раздел разглеждаме някои от следващите приложения, които са предложени за декохерентност, освен по-лесните примери, които видяхме, като хиралност или алфа-частици. Дали декохеренцията наистина може да бъде успешно приложена към всички тези области, отчасти ще бъде въпрос за допълнителна оценка, тъй като се предлагат по-подробни модели.

Zurek и Paz (1994) използваха Zurek и Paz (1994) за получаване на хаотични траектории в квантовата механика. Проблемът с квантовото описание на хаотичното поведение е, че prima facie не трябва да има такова. Хаосът се характеризира приблизително като изключителна чувствителност в поведението на дадена система при нейните първоначални условия, при което разстоянието между траекториите, произтичащи от различни начални условия, се увеличава експоненциално във времето. Тъй като еволюцията на Schrödinger е единна, тя запазва всички скаларни продукти и всички разстояния между векторите на квантовото състояние. По този начин изглежда, че близките първоначални условия водят до траектории, които са равномерно близки през цялото време и не е възможно хаотично поведение („проблем на квантовия хаос“). Решаващият момент, който позволява анализа на Зурек и Паз, е, че съответните траектории в теорията на дехерентността са на ниво компоненти на състоянието на системата. Единствеността е запазена, защото векторите в средата, към които тези различни компоненти са свързани, са и остават ортогонални: как самите компоненти се развиват е несъществено. Изричното моделиране дава картина на квантовия хаос, в който се разклоняват различни траектории (характеристика, отсъстваща от класическия хаос, която е детерминирана) и след това наистина се разминават експоненциално. Както при пресичането на траектории в теорията на Брой-Бом (Раздел 4.2), човек има поведение на ниво компоненти, което е качествено различно от поведението, получено от вълновите функции на изолирана система. Анализът е, че съответните траектории в теорията за декохерентността са на ниво компоненти на състоянието на системата. Единствеността е запазена, защото векторите в средата, към които тези различни компоненти са свързани, са и остават ортогонални: как самите компоненти се развиват е несъществено. Изричното моделиране дава картина на квантовия хаос, в който се разклоняват различни траектории (характеристика, отсъстваща от класическия хаос, която е детерминирана) и след това наистина се разминават експоненциално. Както при пресичането на траектории в теорията на Брой-Бом (Раздел 4.2), човек има поведение на ниво компоненти, което е качествено различно от поведението, получено от вълновите функции на изолирана система. Анализът е, че съответните траектории в теорията за декохерентността са на ниво компоненти на състоянието на системата. Единствеността е запазена, защото векторите в средата, към които тези различни компоненти са свързани, са и остават ортогонални: как самите компоненти се развиват е несъществено. Изричното моделиране дава картина на квантовия хаос, в който се разклоняват различни траектории (характеристика, отсъстваща от класическия хаос, която е детерминирана) и след това наистина се разминават експоненциално. Както при пресичането на траектории в теорията на Брой-Бом (Раздел 4.2), човек има поведение на ниво компоненти, което е качествено различно от поведението, получено от вълновите функции на изолирана система. Единствеността е запазена, защото векторите в средата, към които тези различни компоненти са свързани, са и остават ортогонални: как самите компоненти се развиват е несъществено. Изричното моделиране дава картина на квантовия хаос, в който се разклоняват различни траектории (характеристика, отсъстваща от класическия хаос, която е детерминирана) и след това наистина се разминават експоненциално. Както при пресичането на траектории в теорията на Брой-Бом (Раздел 4.2), човек има поведение на ниво компоненти, което е качествено различно от поведението, получено от вълновите функции на изолирана система. Единствеността е запазена, защото векторите в средата, към които тези различни компоненти са свързани, са и остават ортогонални: как самите компоненти се развиват е несъществено. Изричното моделиране дава картина на квантовия хаос, в който се разклоняват различни траектории (характеристика, отсъстваща от класическия хаос, която е детерминирана) и след това наистина се разминават експоненциално. Както при пресичането на траектории в теорията на Брой-Бом (Раздел 4.2), човек има поведение на ниво компоненти, което е качествено различно от поведението, получено от вълновите функции на изолирана система. Изричното моделиране дава картина на квантовия хаос, в който се разклоняват различни траектории (характеристика, отсъстваща от класическия хаос, която е детерминирана) и след това наистина се разминават експоненциално. Както при пресичането на траектории в теорията на Брой-Бом (Раздел 4.2), човек има поведение на ниво компоненти, което е качествено различно от поведението, получено от вълновите функции на изолирана система. Изричното моделиране дава картина на квантовия хаос, в който се разклоняват различни траектории (характеристика, отсъстваща от класическия хаос, която е детерминирана) и след това наистина се разминават експоненциално. Както при пресичането на траектории в теорията на Брой-Бом (Раздел 4.2), човек има поведение на ниво компоненти, което е качествено различно от поведението, получено от вълновите функции на изолирана система.

Идеята за ефективни правила за суперселекция беше спомената в раздел 2.2. Както посочват Giulini, Kiefer и Zeh (1995, виж също Giulini et al. 1996, раздел 6.4), оправданието на (стриктното) правило за свръхселекция за такса в теорията на квантовото поле също може да бъде изразено като декохерентност. Идеята е проста: електрически заряд е заобиколен от кулоновско поле (което електростатично е безкрайно разширено; аргументът може да се пренесе и чрез използване на забавено поле). По този начин състоянията с различен електрически заряд на частица се свързват с различни, вероятно ортогонални състояния на нейното електрическо поле. Човек може да разглежда далечното поле като ефективно неконтролируема среда, която декорира частицата (и близкото поле), така че наистина да не се наблюдават суперпозиции с различни заряди.

Друго твърдение за значението на декохерентността се отнася до асиметрията на времето (виж например записите за асиметрия на времето в термодинамиката и философията на статистическата механика), по-специално дали декохерентността може да обясни очевидната насоченост във времето в нашия (класически) свят. Проблемът отново е във времевата насоченост на нивото на компонентите, произтичащи от симетрична еволюция на нивото на универсалната вълнова функция (вероятно със специални начални условия). Доколкото (очевидният) срив наистина е процес, насочен към времето, декохеренцията ще има пряко значение за появата на тази „квантова механична стрелка на времето“(за спектър от дискусии, вижте Zeh 2001, глава 4; Hartle 1998, и справки в тях; и Bacciagaluppi 2002, раздел 6.1). Дали декохеренцията е свързана с другите познати стрели на времето е по-специфичен въпрос, чиито дискусии са дадени например от Зурек и Паз (1994), Хеммо и Шенкер (2001) и непубликувания Уолъс (2001) (виж Раздел Други ресурси за интернет по-долу).

В неотдавнашен труд Зех (2003) твърди от схващането, че декохерентността може да обясни „квантови явления“като детектиране на частици, че понятието за частица в теорията на квантовото поле само по себе си е следствие на дехехерентност. Тоест, само полетата трябва да бъдат включени в основните понятия, а „частиците“са производна концепция, за разлика от предложеното от обичайното въвеждане на полета чрез процес на „второ количествено определяне“. Следователно декохерентността изглежда дава още един мощен аргумент за концептуалното примат на полетата над частиците във въпроса за интерпретацията на теорията на квантовото поле.

И накрая, се предполага, че декохеренцията може да бъде полезна съставка в теорията на квантовата гравитация по две причини. Първо, тъй като подходящото обобщение на теорията за декохерентността към пълната теория на квантовата гравитация трябва да доведе до потискане на интерференцията между различни класически пространства (Giulini et al. 1996, раздел 4.2). Второ, спекулира се, че декохерентността може да реши т. Нар. Проблем на времето, който възниква като виден пъзел в („каноничния“подход към) квантовата гравитация. Това е проблемът, че основното уравнение на кандидата (при този подход) - уравнението на Wheeler-DeWitt - е аналог на независимо от времето уравнение на Шрьодингер и изобщо не съдържа време. Проблемът следователно е просто: откъде идва времето? В контекста на теорията за декохерентността,може да се конструират модели на играчки, при които аналогът на вълновата функция Wheeler-DeWitt се разлага на не-смущаващи компоненти (за подходяща подсистема), всеки от които отговаря на зависимо от времето уравнение на Schrödinger, така че декохерентността се появява всъщност като източник на време,[23] Достъпно въведение и философско обсъждане на тези модели е дадено от Ridderbos (1999), с препратки към оригиналните документи.

библиография

  • Adler, SL (2003), „Защо декохеренцията не е решила проблема с измерването: отговор на PW Anderson“, Изследвания по история и философия на съвременната физика 34B, 135-142. [Предпечатът е достъпен онлайн]
  • Albert, D. и Loewer, B. (1988), „Тълкуване на интерпретацията на много светове“, Synthese 77, 195-213.
  • Allori, V. (2001), декохеренция и класическата граница на квантовата механика, д-р. Теза, Университета ди Генова, Dipartimento di Fisica.
  • Allori, V. и Zanghì, N. (2001), „На класическата граница на квантовата механика“, International Journal of Theoretical Physics, предстоящи. [Предпечатът е достъпен онлайн]
  • Anglin, JR, Paz, JP и Zurek, WH (1997), „Deconstructing Decoherence“, Physical Review A 55, 4041-4053. [Предпечатът е достъпен онлайн]
  • Appleby, DM (1999), 'Bohmian траектории след декохерентност', основи на физиката 29, 1885-1916. [Предпечатът е достъпен онлайн]
  • Bacciagaluppi, G. (2000), „Делокализирани свойства в модалното тълкуване на непрекъснат модел на декохерентност“, Основи на физиката 30, 1431-1444.
  • Bacciagaluppi, G. (2002), „Забележки за пространството-времето и локалността в интерпретацията на Еверет“, в T. Placek и J. Butterfield (eds), Non-Locality and Modality, NATO Science Series, II. Математика, физика и химия, кн. 64 (Dordrecht: Kluwer), стр. 105-122. [Предпечатът е достъпен онлайн]
  • Barbour, J. (1999), The End of Time (London: Weidenfeld and Nicolson).
  • Bell, JS (1987), Speakable and Unpeakable in Quantum Mechanics (Cambridge: Cambridge University Press).
  • Bene, G. и Dieks, D. (2002), "Перспективна версия на модалното тълкуване на квантовата механика и произхода на макроскопичното поведение", Основи на физиката 32, 645-672. [Предпечатът е достъпен онлайн]
  • Berkovitz, J. и Hemmo, M. (в подготовка), „Модални интерпретации и относителност: Преразглеждане“.
  • Broglie, L. de (1928), „La nouvelle dynamique des quanta“, в H. Lorentz (ed.), Électrons et Photons: Rapports et Discussions du Cinquième Conseil de Physique […] Solvay (Париж: Gauthiers-Villars).
  • Bohm, D. (1952), „Предложено тълкуване на квантовата теория в термините на„ скритите “променливи. 'I' и 'II', Физически преглед 85, 166-179 и 180-193.
  • Bohm, D. и Hiley, B. (1993), The Neразделена Вселена (London: Routledge).
  • Bub, J. (1999), тълкуване на квантовия свят (Cambridge: Cambridge University Press, второ издание).
  • Cushing, JT, Fine, A. и Goldstein, S. (1996), Bohmian Mechanics and Quantum Theory: Anpreisal (Dordrecht: Kluwer).
  • DeWitt, BS (1971), „Тълкуването на квантовата механика в много вселени“, в B. d'Espagnat (съст.), Основи на квантовата механика, Proceedings of the International School of Physics „Enrico Fermi“, Vol. 49 (Ню Йорк: Академик Прес). Препечатано в BS DeWitt и N. Graham (eds), Тълкуването на много светове на квантовата механика (Принстън: Принстънски университет Прес, 1973), стр. 167-218.
  • Dieks, D. и Vermaas, PE (eds) (1998), Модалното тълкуване на квантовата механика (Dordrecht: Kluwer).
  • Доналд, М. (1998) „Прекъсване и непрекъснатост на определени свойства в модното тълкуване“, в Dieks and Vermaas (1998), стр. 213-222. [Предпечатът е достъпен онлайн в PDF]
  • Dowker, F. и Kent, A. (1995), „Свойства на последователните истории“, Физически рецензионни писма 75, 3038-3041. [Предпечатът е достъпен онлайн]
  • Epstein, ST (1953), "Причинно-следственото тълкуване на квантовата механика", Физически преглед 89, 319.
  • Everett, H. III (1957), „Съотношение на състоянието“на квантовата механика “, Рецензии на съвременната физика 29, 454-462. Препечатано в Wheeler and Zurek (1983), стр. 315-323.
  • Fraassen, B. van (1973), „Семантичен анализ на квантовата логика“, в CA Hooker (съст.), Съвременни изследвания в основите и философията на квантовата теория (Dordrecht: Reidel), стр. 180-213.
  • Fraassen, B. van (1991), Квантова механика: Емпиричен изглед (Oxford: Clarendon Press).
  • Ghirardi, G., Rimini, A. и Weber, T. (1986), „Единна динамика за микроскопични и макроскопични системи“, Физически преглед D 34, 470-479.
  • Giulini, D., Joos, E., Kiefer, C., Kupsch, J., Stamatescu, I.-O., и Zeh, HD (1996), декохерентност и появата на класически свят в квантовата теория (Берлин: Springer; второ преработено издание, 2003 г.).
  • Halliwell, JJ (1995), „Преглед на декоративния подход на историята към квантовата механика“, Анали на Нюйоркската академия на науките 755, 726-740. [Предпечатът е достъпен онлайн]
  • Halliwell, JJ и Thorwart, J. (2002), „Животът в енергийна собствена държава: Анализ на кохерентни истории на моделна вечна Вселена“, Физически преглед D 65, 104009-104027. [Предпечатът е достъпен онлайн]
  • Hartle, JB (1998), „Квантовото минало и полезността на историята“, Physica Scripta T 76, 67-77. [Предпечатът е достъпен онлайн]
  • Healey, R. (1989), „Философия на квантовата механика: интерактивно тълкуване (Cambridge: Cambridge University Press).
  • Hemmo, M. (1996), Квантова механика без срив: модални интерпретации, истории и много светове, доктор на науките. Теза, Университет в Кеймбридж, Катедра по история и философия на науката.
  • Hemmo, M. and Shenker, O. (2001) „Можем ли да обясним термодинамиката чрез квантова декохерентност?“, Изследвания по история и философия на съвременната физика 32 B, 555-568.
  • Holland, PR (1996), „Универсална ли е квантовата механика?“, В Cushing, Fine and Goldstein (1996), стр. 99-110.
  • Хауърд, Д. (2003), „Кой е измислил интерпретацията от Копенхаген? Проучване по митология “, беседа, проведена на еднодневната конференция в памет на Джим Къшинг, Философски факултет, Оксфорд, 26 юни 2003 г.
  • Joos, E. and Zeh, HD (1985), „Възникване на класическите свойства чрез взаимодействие с околната среда“, Zeitschrift für Physik B 59, 223-243.
  • Kay, BS (1998), „Декохерентност на макроскопични затворени системи в нютонова квантова гравитация“, класическа и квантова гравитация 15, L89-L98. [Предпечатът е достъпен онлайн]
  • Kochen, S. (1985), „Ново тълкуване на квантовата механика“, в P. Mittelstaedt и P. Lahti (eds), Симпозиум за основите на съвременната физика 1985 (Сингапур: World Scientific), стр. 151-169.
  • Leggett, AJ (1984), „Котката на Schrödinger и нейните лабораторни братовчеди“, Contemporary Physics 25, 583-594.
  • Leggett, AJ (2002), „Тестване на границите на квантовата механика: мотивация, състояние на игра, перспективи“, Journal of Physics C 14, R415-R451.
  • Mott, NF (1929), "Механиката на вълните на алфавитните следи", Proceedings of the Royal Society of London A 126 (1930, № 800 от 2 декември 1929), 79-84.
  • Neumann, J. von (1932), Mathematische Grundlagen der Quantenmechanik (Берлин: Springer). Преведено като математически основи на квантовата механика (Принстън: Princeton University Press, 1955).
  • Pearle, P. (1997), „True Collapse and False Collapse“, в Da Hsuan Feng и Bei Lok Hu (eds), Квантова класическа кореспонденция: Proceedings of the 4th Drexel Symposium on Quantum Nonintegrability, Philadelphia, PA, USA, 8 септември -11, 1994 (Cambridge, MA: International Press), стр. 51-68. [Предпечатът е достъпен онлайн]
  • Pearle, P. (1989), „Комбиниране на стохастично динамично редукция на векторите със спонтанна локализация“, Физичен преглед A 39, 2277-2289.
  • Pearle, P. и Squires, E. (1994), „Възбуждане в граница на състоянието, експерименти на разпадане на нуклеон и модели на срив на вълновата функция“, Физически преглед, 73, 1-5.
  • Ridderbos, K. (1999), „Загубата на последователност в квантовата космология“, изследвания по история и философия на съвременната физика 30 B, 41-60.
  • Saunders, S. (1993), „Декохерентност, относителни състояния и еволюционна адаптация“, Основи на физиката 23, 1553–1585.
  • Saunders, S. (1999), „The Beables“на релативистката теория на пилотните вълни “, в J. Butterfield и C. Pagonis (eds), от физика до философия (Cambridge: Cambridge University Press), стр. 71-89,
  • Saunders, S. (2004), „Оперативно извличане на роденото правило“, Proceedings of the Royal Society of London 460, 1-18. [Предпечатът е достъпен онлайн]
  • Schlosshauer, M. (2007), декохеренция и преходът от квантово-класически преход (Springer: Хайделберг / Берлин, 1-во издание).
  • Shimin, A. (1989), „Търсенето на светоглед, който може да се съобрази с познанията ни за микрофизиката“, в JT Cushing и E. McMullin (eds), Философски последствия от квантовата теория (Нотр Дам, Индиана: Университет на Нотр Дам Прес), Препечатано в А. Шимон, търсене на натуралистичен светоглед, кн. 1 (Cambridge: Cambridge University Press, 1993), стр. 62-76.
  • Spekkens, RW и Sipe, JE (2001), „Модна интерпретация на квантовата механика, основана на принципа на минимизиране на ентропията“, Основи на физиката 31, 1431-1464.
  • Tegmark, М. (1993), „ Привидна вълнова функция се свива, причинена от разсейването“, Основи на физиката Писма 6, 571-590. [Предпечатът е достъпен онлайн]
  • Valentini, A. (1996), „Теория на пилотните вълни на полетата, гравитацията и космологията“, в Cushing, Fine and Goldstein (1996), стр. 45-66.
  • Валентини, А. (в подготовка), Теория на пилотните вълни (Cambridge: Cambridge University Press).
  • Van Fraassen, B., виж Fraassen, B. van.
  • Von Neumann, J., виж Neumann, J. von.
  • Wallace, D. (2003a), 'Everett and Structure', Изследвания по история и философия на съвременната физика 34 B, 87-105. [Предпечатът е достъпен онлайн]
  • Уолъс, Д. (2003b), „Рационалност на Еверет: Защита на подхода на Дойч към вероятността в тълкуването на Еверет“, Изследвания по история и философия на съвременната физика 34 B, 415-439. [Предпечатът е достъпен онлайн] [Вижте също по-дългата, непубликувана версия, озаглавена „Квантова вероятност и теория на решенията, преразгледана“, посочена в Други интернет ресурси.]
  • Wheeler, JA и Zurek, WH (1983) (eds), квантова теория и измерване (Princeton: Princeton University Press).
  • Wightman, AS (1995), „Правила за суперселекция; Стари и нови ’, Il Nuovo Cimento 110 B, 751-769.
  • Zeh, HD (1970), „За тълкуването на измерването в квантовата теория“, Основи на физиката 1, 69-76. Препечатано също в Wheeler and Zurek (1983), стр. 342-349.
  • Zeh, HD (1973), „Към квантовата теория на наблюдението“, Основи на физиката 3, 109-116.
  • Zeh, HD (1995), "Основни понятия и тяхното тълкуване". Преработено издание на глава 2 на Giulini et al. (1996). [Номерата на страниците се отнасят за предпечат, достъпен онлайн, озаглавен „Декоративност: основни понятия и тяхното тълкуване“.]
  • Zeh, HD (2000), „Проблемът за съзнателното наблюдение в квантовото механично описание“, Основи на физиката Писма 13, 221-233. [Предпечатът е достъпен онлайн]
  • Zeh, HD (2001), Физическата основа на посоката на времето (Берлин: Springer, 4-то издание).
  • Zeh, HD (2003), „Няма„ първа “квантоване“, Физически букви A 309, 329-334. [Предпечатът е достъпен онлайн]
  • Zurek, WH (1981), "Основа на показалеца на квантовата апаратура: в каква смес се срива вълновият пакет?", Физически преглед D 24, 1516-1525.
  • Zurek, WH (1982), „Правила за суперселекция, предизвикани от околната среда“, Physical Review D 26, 1862-1880.
  • Zurek, WH (1991), „Декохерентност и преходът от квантово към класическо“, Physics Today 44 (октомври), 36-44. [Абстрактна и актуализирана (2003 г.) версия, достъпна онлайн, под заглавието „Декоративност и преход от квантово към класическо - преразгледано“.]
  • Zurek, WH (1993), „Преговори за трудната граница между квантовото и класическото“, Physics Today 46 (април), 84-90.
  • Zurek, WH (1998), „декохеренция, Einselection и екзистенциалното тълкуване (The Rough Guide)“, Философски транзакции на Кралското общество в Лондон A 356, 1793-1820. [Предпечатът е достъпен онлайн]
  • Zurek, WH (2003), „Декохерентност, Einselection и квантовият произход на класиката“, Рецензии на съвременната физика 75, 715-775. [Номерата на страниците се отнасят до предпечатната информация, достъпна онлайн.]
  • Zurek, WH, и Paz, J.-P. (1994), „Декоративност, хаос и вторият закон“, Физически преглед писма 72, 2508-2511.

Други интернет ресурси

  • Gell-Mann, M. (Институт Санта Фе), и Hartle, JB (UC / Santa Barbara), 1994, "Еквивалентни набори от истории и множество квазикласически области", достъпни онлайн в архива на e-Print arXiv.org.
  • Wallace, D. (Оксфордския университет), 2000 г., „Последици от квантовата теория в основите на статистическата механика“, достъпна онлайн в архива на Phil-Sci в Питсбърг.
  • Wallace, D. (Oxford University), 2002, „Квантова теория на вероятностите и решенията, преразгледана“, достъпна онлайн в архива на e-Print arXiv.org. Това е по-дълга версия на Уолъс (2003b).
  • Архивът на e-Print arXiv.org, предишен архив на Лос Аламос. Това е основният архив за предпечат на физика; повечето връзки по-горе са към този архив.
  • Архивът на Филс-Пит в Питсбърг. Това е основната философия на предпечатния архив на науката; някои от връзките по-горе са към този архив.
  • Многообразно тълкуване на квантовата теория, поддържано от Матю Доналд (Лаборатория Кавендиш, Физика, Университета в Кеймбридж). Тази страница съдържа подробности за неговата многобройна интерпретация, както и дискусии на някои от книгите и документите, цитирани по-горе (и други от интерес). Следвайте също връзката към „Често задавани въпроси“, някои от които (и последващият диалог) съдържат полезна дискусия за несъответствие.
  • Квантова механика в голям мащаб, поддържан от Филип Стамп (Физика, Университет на Британска Колумбия). Тази страница има връзки към наличните разговори от семинара във Ванкувър, споменат в бележка под линия 2; вижте най-вече документите на Тони Легет и Филип Стамп.
  • Уебсайт за декохеренция, поддържан от Ерих Джоос. Това е сайт с информация, референции и допълнителни връзки към хора и институти, работещи върху декохерентността, особено в Германия и останалата част на Европа.

Свързани записи

Айнщайн, Алберт: дебати на Айнщайн-Бор | квантова механика | квантова механика: Бохманска механика | квантова механика: теории за срив | квантова механика: интерпретация от Копенхаген на | квантова механика: формулирането на Еверет за относително състояние на | квантова механика: интерпретация на много светове на | квантова теория: измерване в | квантова теория: квантово заплитане и информация | квантова теория: квантова теория на полето | квантова теория: квантова гравитация | квантова теория: аргументът на Айнщайн-Подолски-Розен в | статистическа физика: философия на статистическата механика | време: термодинамична асиметрия в | Принцип на несигурност

Благодарности

Бих искал да мисля много хора в дискусия, с които през годините формирах разбирането си за декохерентност, по-специално Маркъс Епълби, Матю Доналд, Беатрис Филкин, Меир Хеммо, Саймън Сондърс, Дейвид Уолъс и Войтек Зурек. За по-скорошни дискусии и кореспонденция, свързани с тази статия, искам да благодаря на Валя Алори, Питър Холанд, Мартин Джоунс, Тони Легет, Ханс Примас, Алберто Римини, Филип Стамп и Бил Унрух. С признателност признавам и дълга си към Стив Савит и Филип Стамп за покана за разговор в Университета на Британска Колумбия и за Клавдий Грос за покана в Саарския университет и за възможностите за дискусии, произтичащи от тези разговори. Най-накрая искам да благодаря на рефера на този текст, отново Дейвид Уолъс, за неговия ясен и конструктивен коментар,моят колега по тематичен редактор Джон Нортън, който кореспондираше с мен над предишна версия на част от материала и чиито предложения приех присърце, моят главен редактор Едуард Н. Залта за неговото светско търпение и моя приятел и предшественик като редактор на тема, покойният Роб Клифтън, който ме покани да пиша по тази тема.

Препоръчано: