Физические, философские и прочие основы и смыслы квантов

[VTur]

Хочется еще немного добавить. Приготовить спутанное состояние макроскопической системы за счёт внутренних резервов, без взаимодействия с другими объектами, можно только в мысленном эксперименте. На любом этапе взаимодействия будет реализовано наиболее вероятное состояние. Это произойдёт потому, что чистая система в момент взаимодействия кот-объект распадётся на две системы - кот и объект. Вы об этом узнаете, открыв ящик.
Открыв 10 тысяч ящиков, получите грубое распределение для котов жив/мёртв. И сможите потом судить, в каком состоянии будет кот при открытии 10 001 ящика, найдете среднее число живых котов в подобных ящиков и т.д.

[dan14444]

Приготовить спутанное состояние макроскопической системы за счёт внутренних резервов, без взаимодействия с другими объектами, можно только в мысленном эксперименте.

Разумеется.

Это произойдёт потому, что чистая система в момент взаимодействия кот-объект распадётся на две системы - кот и объект.

Вот это "распадение" ПМСМ и является причиной парадоксов.

[dan14444]

А выставлять меня здесь мальчиком не нужно.

Прошу прощения, но стиль "с детьми и мальчиками" привнесён Вами

Вы путаете получение информации (изменение состояния наблюдателя) и её рождение (изменение состояния системы).

Насколько я знаю, такое разделение некорректно. Спутывание.

Я не зря всё время даю ссылки, в частности на разные интерпретации КМ - это нужно для выработки общего языка. Тем более, что их разрабатывали специалисты-физики, разбирающиеся в теме лучше нас и формулировкам можно доверять.

[Droog_Andrey]

Вы путаете получение информации (изменение состояния наблюдателя) и её рождение (изменение состояния системы).

Насколько я знаю, такое разделение некорректно. Спутывание.

Такое разделение необходимо. Ребёнку это, опять же, понятно, а вот взрослому приходится отказываться от привычного.

VTur справедливо указал на то, что "измерением" (в квантовом смысле) будет вовсе не открытие ящика, а взаимодействие квантовой системы со смертоносным для кота механизмом, т.к. именно наличие этого механизма позволяет системе определиться с выбором состояния, точно так же как наличие датчика на одной из щелей позволяет электрону определиться с выбором щели, через которую он пролетит.

это нужно для выработки общего языка.

Термины "наблюдение", "измерение" и т.п. в разных интерпретациях и в разных контекстах имеют весьма разный смысл, поэтому выработке общего языка это только повредит.

Так что, раз уж Вы предложили мне объяснить КМ, давайте всё-таки будет пользоваться общепринятыми толкованиями слов русского языка.

* * * * * * *

Любое измерение есть фиксация некоторой информации. Для того, чтобы зафиксировать некоторую информацию о системе, мы ставим систему в некоторые условия, заставляющие её взаимодействовать с прибором, а прибор конструируем так, чтобы он макроскопически бифурцировал в зависимости о результата взаимодействия.

В этих искусственно созданных для измерения условиях некоторые состояния для системы уже перестают быть вырожденными (ведь прибор так устроен, чтобы отличать эти состояния), и система становится способной совершить выбор между ними тем быстрее, чем заметнее для неё разница между этими состояниями. Как только выбор сделан, он фиксируется прибором, безвозвратно изменяющим своё макросостояние в соответствии с этим выбором. И никакого спутывания.

Очевидно, на выходе мы можем получить как информацию, относящуюся к самой измеряемой системе до измерения, так и информацию, относящуюся к результату воздействия на неё прибором.

Проведу аналогию с хиральностью. Пусть у нас есть прибор с хиральным "щупом", который может определять конфигурацию хиральных молекул и выдаёт "0" либо "1". Измеряя тот или иной энантиомер, мы будет получать последовательность одинаковых результатов; измеряя же рацемат, мы получими получим набор результатов 0 и 1 примерно 50:50. Эта информация соответствует измеряемой системе. Однако, измеряя плоские молекулы, мы точно так же будем получать нули и единицы в соотношении 50:50, в точности как с котом Шрёдингера. Это будет происходить потому, что хиральный щуп хирально поляризует нашу плоскую молекулу случайным образом. Эти срабатывания прибора уже не соответствуют измеряемой системе, т.е. прибор превращается в генератор случайных чисел.

Конечно, аналогия неполная (например, наши плоские молекулы устойчивы к хиральным деформациям), но тем не менее, иллюстрация хорошая.

Таким образом, описание системы в терминах чистых состояний является избыточным, т.к. обусловлено нашей привычкой оперировать для описания состояния системы результатами её измерений. Это примерно то же самое, что описывать плоскую молекулу как находящуюся одновременно в обеих R- и S-конфигурациях.

[dan14444]

взаимодействие квантовой системы со смертоносным для кота механизмом

Который тоже может быть описан как квантовая система и коллапса волновой функции не произойдёт.

Так что, раз уж Вы предложили мне объяснить КМ, давайте всё-таки будет пользоваться общепринятыми толкованиями слов русского языка.

Нет уж, давайте пользоваться терминами, введёнными создателями КМ (Копенгагенская интерпретация) и специалистами, КМ развивающими (Эверетт и т.д.). А не "общими толкованиями".

...прибор конструируем так, чтобы он макроскопически бифурцировал в зависимости о результата взаимодействия.

В этих искусственно созданных для измерения условиях некоторые состояния для системы уже перестают быть вырожденными (ведь прибор так устроен, чтобы отличать эти состояния

Такой прибор невозможен, если мы и его описываем как квантовую систему. В очередной раз пришли к "Божественному наблюдателю" .

[Droog_Andrey]

взаимодействие квантовой системы со смертоносным для кота механизмом

Который тоже может быть описан как квантовая система и коллапса волновой функции не произойдёт.

Произойдёт точно так же. В механизме этом вообще каждую секунду миллиарды миллиардов миллиардов квантовых событий происходят. В том числе и это измеряемое произойдёт. Если подробно рассматривать эволюцию всей системы, то можно будет отследить, как измеряемое событие влечёт за собой лавинообразную цепочку новых, существенно уменьшающих энергию системы и в конечном итоге приводящих к изменению макросостояния.

Правда, намного проще, конечно, мысленно заморозить систему до абсолютного нуля и считать всё спутанным до тех пор, пока не откроем ящик. Но это представление, очевидно, не соответствует действительности, несмотря на то, что оно верно описывает результат открытия ящика: оно крайне неполно.

Нет уж, давайте пользоваться терминами, введёнными создателями КМ (Копенгагенская интерпретация) и специалистами, КМ развивающими (Эверетт и т.д.). А не "общими толкованиями".

Во-первых, это может привести к тем парадоксам, от которых Вы так хотели избавиться. Во-вторых, чем Вам не нравится, например, толкование понятия "измерение" как "фиксация информации"?

Такой прибор невозможен, если мы и его описываем как квантовую систему.

Почему Вы так решили?

В очередной раз пришли к "Божественному наблюдателю" .

С чего Вы взяли?

Наблюдатель "божественен" лишь в своей субъективной реальности. Он может творить там что хочет, представлять вещи такими, какими хочет. Например, котов Шрёдингера - одновременно здравствующими и полусгнившими.

Однако это не имеет отношения к действительности.

[Droog_Andrey]

Вообще говоря, любая интерпретация привносит избыточную информацию (например, информация о параллельных мирах у Эверетта), поэтому кажущаяся "божественность" наблюдателя - всего лишь свобода выбора конкретной интерпретации.

Я абстрагируюсь от интерпретаций, рассматривая лишь ту информацию, которая существует в действительности. Правда, для этого нужно, во-первых, признать объективность существования информации, а во-вторых, научиться мыслить о ней абстрактно. Но результат стоит того.

[dan14444]

Произойдёт точно так же. ... приводящих к изменению макросостояния.

В модели КМ - не произойдёт. Система квантовая, никакого "фиксированного" макросостояния нет.

Во-первых, это может привести к тем парадоксам, от которых Вы так хотели избавиться.

Т.е. Вы хотите заменить термины, введённые разработчиками КМ на "бытовые" с целью избавиться от парадоксов?

Во-вторых, чем Вам не нравится, например, толкование понятия "измерение" как "фиксация информации"?

Неполнотой при использовании в КМ. Ложными ассоциациями.

Наблюдатель "божественен" лишь в своей субъективной реальности.

Наблюдатель "божественен" в силу того, что он - неквантовая система. Не описываемая той же моделью, что и объект наблюдения.

Он может творить там что хочет, представлять вещи такими, какими хочет.

У нас с Вами несовпадение терминологии. Использовать "бытовые термины" для КМ мне не хочется. Посему сворачиваю дискуссию до тех пор, пока Вы не ознакомитесь с классическими терминами, введёнными специалистами. Как минимум с "наблюдателем" в Копенгагенской интерпретации, ЭПР парадоксом, теоремой Белла и её опровержением (Phys. Rev. Lett. 49, 25. — 1982. — С. 1804-1807). Плюс, по возможности - с терминологией транзактной интерпретации (например, Reviews of Modern Physics 58, 647-688, July (1986)).

P.S. Тем более, что и "во-первых, признать объективность существования информации, а во-вторых, научиться мыслить о ней абстрактно" для меня бессмысленный набор слов.

[VTur]

Софизм с котом Ш. в другом. Любая живая система, в том числе кот, есть открытая система и по-определению взаимодействует с окружающей средой. Спутанные состояния могут существовать только в изолированных (замкнутых) системах.
Конечно, из кота можно приготовить изолированную систему. Но, во-первых, это не понравится ни коту, ни членам общества охраны природы, а, во-вторых, о состоянии кота вскоре можно будет узнать не открывая ящик - по запаху.

Для неживых тел спутанное состояние приготовить можно. Но чем больше размеры тел, тем сложнее будет создать потенциальную яму для такой системы. Для макроскопических тел очень трудно представить, что это может быть за устройство, так как есть еще взаимодействие с физическими полями.

Если же требуется пример приготовления спутанного состояния, то он следующий: слева пустое пространство, справа пустое пространство, по средине узкий барьер не бесконечной высоты. На него налетает квантовый объект, частично отражается, частично переваливает (проходит под барьером) и идет дальше.

[Droog_Andrey]

dan14444, я прекрасно знаком с классической терминологией.

Использовать "бытовые термины" для КМ мне не хочется.

Я их предлагаю использовать для объяснения КМ, а не для построения её аппарата.

для меня бессмысленный набор слов.

То есть Вы попросту отказываетесь от понимания.

Так бы сразу и сказали.

Вообще говоря, любая интерпретация привносит избыточную информацию (например, информация о параллельных мирах у Эверетта),

Или, например, информация о наборе орбиталей в молекуле. Помню, преподаватель по квантовой химии на одной из последних лекций пришёл к тому, что мы вольны сами выбирать, на какие орбитали разбивать электронное облако молекулы, и ожидал от аудитории шока: мол, как так, мы указываем молекуле, из чего состоять! А на самом деле ничего тут удивительного нет, т.к. базис орбиталей - это всего лишь удобный инструмент для описания.

[dan14444]

VTur, то, что это жывотное - мысленный эксперимент - как бы очевидно с 35 году . Не надо описывать экспериментальные трудности в котоквантовании . Просто хорошая демонстрация классиком неполноты и/или нынешней формулировки КМ и/или реализма. Не нравится жывотное - ну давайте об ЭПР говорить, те же зайцы.
После опытов Аспе и убиения Белла сомнений в том, что измерение определяет свойства (а не доступность информации, как тут, извиняюсь, писали) вроде бы не осталось. Отсюда и описываемое офигение...

Droog_Andrey, очень сложно не "отказаться от понимания" приведённой фразы. Либо расписывайте её подробно и вменяемо (используя общепринятые термины КМ), либо...
Хотя - хороший способ поиздеваться над студентами, надо будет попробовать: а ну-ка "научитесь абстрактно мыслить о признанной объективной информации!", кто не сможет, тому незачёт! Ну а если кто, сцуко, не "признает объективной" - тому ващще аццкие пытки!

[Yurii]

... А суперструны, при всей красивости...

Чтобы понять мало-мальски эту красивость, необходимо изучить квантовую теорию поля. Суперструны являются следующим этапом после квантованного поля. Знание квантовой механики должно быть достаточно глубоким - даже глубже Ландау-Лифшица (к примеру, необходимы знания по функциональному интегралу по траекториям).

[Droog_Andrey]

После опытов Аспе и убиения Белла сомнений в том, что измерение определяет свойства (а не доступность информации, как тут, извиняюсь, писали) вроде бы не осталось. Отсюда и описываемое офигение...

Из того, что измерение определяет некоторые свойства, не следует, что оно определяет все свойства.

Для квантовых систем объём получаемой при измерении информации сравним с энтропией системы, поэтому сам процесс измерения вносит значительный вклад в состояние системы. Для макросистем объём получаемой при измерении информации существенно меньше энтропии системы, поэтому подавляющее большинство свойств системы остаются прежними, а вклад в эволюцию микросостояний, как правило, невелик.

расписывайте её подробно и вменяемо

Тогда начнём с основ. Согласны ли Вы с тем, что волновая функция, описывающая реальную систему, объективно существует? Или Вы считаете её плодом воображения учёного?

[VTur]

Мысленный эксперимент с котом не корректен в том смысле, что свойства и метод описания изолированных систем применены к открытой системе. Отсюда и методическая ошибка.

Хочется добавить к ответу Андрея то, что акт измерения есть взаимодействие, в результате которого некоторые свойства квантового объекта (не все) приобретают конкретные значения. До этого в чистом состоянии они были не определены - то, что и называют спутанностью. А некоторые свойства имели определенные значения и до взаимодействия.

[Droog_Andrey]

Вообще, любое измерение обязательно происходит с увеличением энтропии, т.е. система "измеряемое+прибор" до измерения и после измерения - это совершенно разные системы с точки зрения КМ.

[dan14444]

Из того, что измерение определяет некоторые свойства, не следует, что оно определяет все свойства.

Для квантовых систем объём получаемой при измерении информации сравним с энтропией системы, поэтому сам процесс измерения вносит значительный вклад в состояние системы. Для макросистем объём получаемой при измерении информации существенно меньше энтропии системы, поэтому подавляющее большинство свойств системы остаются прежними, а вклад в эволюцию микросостояний, как правило, невелик.

Можно и так сформулировать. И что?
Речь-то не о "малости ошибок", а о принципиальной целостности описания.

Тогда начнём с основ. Согласны ли Вы с тем, что волновая функция, описывающая реальную систему, объективно существует? Или Вы считаете её плодом воображения учёного?

ОК, если формулируем отсюда - давайте определять, что значит "объективно существует"? Любое описание в каком-то смысле "объективно существует", как и любая информация - в привязке к носителю. Но в более "кондовом и упрощённом" варианте реализма - нет, это способ описания системы.
(Хотя тут мы упираемся в махровую философию с нейрологией, в принципе любое наше восприятие мира - модель. Так что определять придётся ну ооочень аккуратно.)

Вообще, любое измерение обязательно происходит с увеличением энтропии, т.е. система "измеряемое+прибор" до измерения и после измерения - это совершенно разные системы с точки зрения КМ.

И если на "измеряемое+прибор", как на единую квантовую систему, смотрит второй прибор - что мы имеем с волновой функцией "измеряемого+прибор"?

Мысленный эксперимент с котом не корректен в том смысле, что свойства и метод описания изолированных систем применены к открытой системе. Отсюда и методическая ошибка.

Стоп, что здесь есть открытая система? Это уже всплывало, но тогда я не обратил внимания. Вы действительно считаете, что ящик с котом в силу сложности не может быть закрытой системой? Или я чего-то не понял?

[VTur]

Вы действительно считаете, что ящик с котом в силу сложности не может быть закрытой системой?

Любая живая система по-определению открытая система. Т.е. обменивается с окружающей средой массой и энергией (взаимодействует со средой). Любая попытка превратить живую систему в закрытую ведёт к её немедленной гибели.
Из-за этого, кстати, большая часть медицинских и биологических построений просто бессмысленный набор слов. У них живые системы описываются в понятиях равновесной термодинамики и методов математической статистики, разработанных для замкнутых систем.

Теперь о других терминах в мысленном эксперименте. Ящик с котом - это смешанное состояние, если мы принебрегаем их взаимодействием. Но тогда ящик можно убрать и ничего не изменится. Ну, или просто открыть крышку.
Пусть ящик с котом чистое состояние. Но тогда между котом и ящиком есть взаимодействие, и кот и ящик будут находится в определённых (возможно, нам и неизвестных) состояниях.

[Droog_Andrey]

Тут дело не в том, живая ли система, и есть ли взаимодействие между котом и ящиком.

Дело в том, что любой измерительный прибор - будь то ящик с котом либо что-то иное - существенно непостоянен во времени, т.к. его температура и энтропия ненулевые (конкретнее говоря, величина TS/h достаточно велика), поэтому на систему "прибор+измеряемое" нельзя смотреть как

как на единую квантовую систему

- там постоянно происходит квантовая движуха, смена микросостояний одного за другим, и это отражается на окружающей среде даже в условиях полного вакуума вокруг ящика, т.е. система не является закрытой. Мы просто привыкли эту движуху не замечать, принимая в расчёт лишь макросостояния, оттого и заблуждение.

[VTur]

Тут дело не в том, живая ли система, и есть ли взаимодействие между котом и ящиком.

Это очень существенно. Закрытая система описывается классической (равновесной) термодинамикой и в терминах чистых состояний - кванты, открытая система описывается неравновесной термодинамикой, а в квантах - смешанным состоянием.

[dan14444]

Любая живая система по-определению открытая система. Т.е. обменивается с окружающей средой массой и энергией (взаимодействует со средой). Любая попытка превратить живую систему в закрытую ведёт к её немедленной гибели.

Не подменяйте понятия! "Ящик с котом" - это "живая система+"кусок среды", упакуйте всё вместе - и откуда возникнет "немедленная гибель"?
Упакуйте Галактику - сколько пройдёт времени, прежде чем жизнь на Земле это заметит?

- там постоянно происходит квантовая движуха, смена микросостояний одного за другим, и это отражается на окружающей среде даже в условиях полного вакуума вокруг ящика, т.е. система не является закрытой. Мы просто привыкли эту движуху не замечать, принимая в расчёт лишь макросостояния, оттого и заблуждение.

Любая система "не является закрытой" в этом смысле - она как минимум гравитирует. Взаимодействия не обрезаются ножницами.
А в смысле "классического" формализма КМ - границу можно провести где угодно. Матэматический формализм, однако. Пофиг, что изолировать - пару фотонов или Солнечную систему.