Schwache Messungen (
schwache Messungen, interaktionsfreie Messungen, reversible Messungen, berührungslose Messungen ) sind ein ziemlich bekanntes Paradigma in engen Kreisen, das sogar
auf Habré erwähnt wird . Die Idee wurde seit den 90er Jahren von der israelischen Schule der Physiker (Yakir Aaronov, Lev Weidman und viele weniger bekannte Persönlichkeiten) vorgebracht und gefördert und läuft darauf hinaus, dass das Postulat der Quantenmechanik über das Messen angeblich umgangen werden kann.
Hier ist dieses unglückliche Postulat:
Beim Messen kollabiert der Zustandsvektor (Wellenfunktion) in einen der Eigenvektoren (Funktionen) des Operators der gemessenen Größe.
Israelische Physiker glauben implizit (und fälschlicherweise), dass ein Kollaps auftritt, wenn das Messgerät mit dem gemessenen System interagiert. Daher lautet ihre Logik wie folgt: Überlegen wir uns, wie ein System gemessen werden kann, ohne dass eine physikalische Interaktion mit diesem System stattfindet. Dann werden wir beweisen, dass die Messung durchgeführt wurde, aber der Zusammenbruch nicht stattgefunden hat. Und sie führten das folgende
Gedankenexperiment durch , das jetzt dank Roger Penrose weithin bekannt ist.
Elitzur-Weidman-Quantenbomben
Es gebe Bomben, die so empfindlich sind, dass sie explodieren, wenn sie auf ein einzelnes Elementarteilchen wie ein Photon treffen. Es ist bekannt, dass einige der Bomben zerbrochen sind, aber es ist nicht bekannt, welche. Die Aufgabe besteht darin, nicht arbeitende Bomben von Arbeitern auszusortieren, ohne diese zu detonieren.
Unter den genannten Bedingungen erscheint die Aufgabe unlösbar. Um die Leistung einer Bombe zu überprüfen, müssen Sie sie zerlegen oder etwas anderes damit tun. In jedem Fall müssen Sie es anfassen, aber gemäß den Spielregeln führt dies zu einer Explosion. Tatsächlich ist es im Rahmen der klassischen Physik unmöglich, eine solche Bombe auf ihre Funktionsfähigkeit zu testen, ohne sie zu zünden. In unserer Quantenwelt ist jedoch fast alles möglich.
Legen Sie die Bombe auf einen der Arme des Mach-Zehnder-Interferometers. Lass den Spiegel ein Teil der Bombe sein. Wenn die Bombe nicht funktioniert, funktioniert das Interferometer. Beide Arme des Interferometers sind identisch, es fehlt die Information, an welchem Arm das Photon vorbeigegangen ist. Interferenzen werden beobachtet und alle Photonen fallen in den unteren Detektor.
Wenn die Bombe funktioniert, funktioniert das Interferometer nicht mehr. Die beiden Schultern sind jetzt nicht identisch. Ein Photon, das die untere Schulter passiert, führt zu einer Bombenexplosion. Es wird keine Störung mehr geben, da es Informationen darüber gibt, durch welche der Schultern das Photon hindurchgegangen ist (Bombe explodiert oder nicht).
Ein Photon kann vom ersten durchscheinenden Spiegel abprallen, über die obere Schulter gehen, vom zweiten durchscheinenden Spiegel abprallen und in den oberen Detektor fallen. Beachten Sie jedoch, dass er sich im Fall einer nicht funktionierenden Bombe nicht im oberen Detektor befinden kann - das bedeutet, dass die Bombe funktioniert. Aber sie explodierte nicht, als das Photon über die obere Schulter lief. Die Fixierung des Photons durch den oberen Detektor zeigt an, dass die Bombe in Betrieb ist und gleichzeitig intakt bleibt.
Eine detailliertere Diskussion des Elitzur-Weidman-Experiments finden Sie
hier .
Haben jüdische Physiker das Messpostulat durch dieses Experiment widerlegt? Natürlich nicht. Was ist der Fehler in ihrer Logik? Das Problem ist, dass sie nicht verstehen, dass
Messung der Empfang von Informationen durch den Beobachter ist und nicht die Interaktion des Systems mit dem Messgerät. Wenn der Beobachter neue Daten empfängt, bricht der Zustandsvektor zusammen. Die Tatsache, dass Informationen über die Funktionsfähigkeit der Bombe nicht durch direkte physikalische Interaktion mit dem Messgerät erhalten wurden, ändert nichts.
Würden die Gründerväter der Quantenmechanik von einem solchen mentalen Experiment überrascht sein, bevor sie veröffentlicht wurden? Natürlich nicht! Kein Wunder, dass sie den Begriff „Beobachter“ in die Quantenmechanik einführten. Wenn das Messgerät ein Beobachter wäre, wäre dieser zusätzliche physikalische Begriff überflüssig.
Wer oder was ist dann ein Beobachter? Wer neue Daten erhält, ist ein Beobachter. Für ihn liefert die Quantenmechanik probabilistische Vorhersagen über die Ergebnisse zukünftiger Messungen auf der Grundlage der ihm derzeit zur Verfügung stehenden Daten.
Quantenverschränkung und Zustandsvektorkollaps
Die Tatsache, dass der Zusammenbruch kein physischer Prozess ist, sondern nur die Kenntnis des Beobachters über das System aktualisiert, wenn er neue Daten erhält, war den Gründungsvätern natürlich bekannt. Nehmen wir das klassische Experiment der Quantenverschränkung, das Niels Bohr selbst im Streit mit Einstein diskutiert hat.
Das Pi-Meson zerfällt in ein Elektron und ein Positron, die an verschiedenen Enden der Galaxie auseinander fliegen. Ihr Rücken ist verwirrt. Wenn Sie beide Spins in Bezug auf die gleiche Achsenrichtung messen, sind sie immer entgegengesetzt, um insgesamt Null zu ergeben.
Es ist unmöglich, genau vorherzusagen, wie der Spin sein wird, ohne Informationen über das Ergebnis der Messung des Spin des zweiten Teilchens zu haben. Angenommen, Alice wollte den Elektronenspin relativ zur z-Achse messen und es stellte sich heraus, dass er +1/2 betrug. Sein Zustandsvektor zerfällt in einen Spin-up-Vektor.
Was ist mit dem Zustandsvektor des zweiten Beobachters, Bob, nach dem Positron passiert? Nichts Für ihn hat sich nichts geändert. Alice weiß, dass wenn Bob den Positronendrall relativ zur z-Achse messen möchte, er -1/2 erhält. Aber Bob weiß das nicht. Sein Zustandsvektor ist noch nicht zusammengebrochen. Wann wird Bob zusammenbrechen?
1. Er misst den Positronen-Spin relativ zur z-Achse, erkennt -1/2 und sein Vektor kollabiert in den "Spin-Down" -Vektor.
2. Alice sendet ihm Informationen über das Ergebnis ihrer Messung und nach dem Empfang kollabiert der Vektor auch relativ zur z-Achse zu einem „Spin-down“.
Die zweite Option ist genau das, was israelische Wissenschaftler als "interaktionsfreie Messungen" (berührungslose Messungen) bezeichneten. Wie Sie sehen, haben sie nichts Neues erfunden, sondern einen zusätzlichen redundanten Begriff. Der Zustandsvektor kollabiert in jedem Fall und zwar genau zum Zeitpunkt des Erhaltens neuer Informationen über das System. Dieser Zusammenbruch ist per Definition eine Dimension.
Beachten Sie, dass Bob eine andere Achse wählen kann, nicht unbedingt z. Angenommen, seine Achse weicht um einige Grad von Alices Achse ab.
Ohne Informationen von Alice über das Ergebnis ihrer Messung sind alle Messungen von Bob absolut zufällig (dies ist eine Eigenschaft des
Singulett-Zustands : In Bezug auf jede Richtung der Achse wird der Spin mit einer Wahrscheinlichkeit von 50% "hoch" und mit einer Wahrscheinlichkeit von 50% "runter" sein).
Wenn er jedoch vor seiner Messung Informationen von Alice erhält, bricht sein Zustandsvektor zusammen. Wahrscheinlichkeiten werden neu verteilt. Sagen wir 90%, dass sein Spin "down" und 10% "up" sein wird, wenn Alice "up" hat. Und wenn Alices Spin auf "down" gedreht wird, dann, wenn diese (andere) Information empfangen wird, kollabiert der Vektor in einen anderen Vektor, der 10% "down" und 90% "up" ergibt.
Die Quantenmechanik erlaubt es, eine exakte Formel für solche Wahrscheinlichkeitskorrelationen zu erhalten, aus der auch
folgt, dass die ermittelte Spinrichtung erst dann angenommen werden kann, wenn Informationen über das Messergebnis vorliegen. Der Spin des Positrons am anderen Ende des Universums ändert sich nicht sofort, wenn der Spin eines damit verwickelten Elektrons gemessen wird, wie oft behauptet wird. Und ja, eine superluminale Informationsübertragung ist unmöglich, da Alice beim Messen des Elektronenspins zufällige Ergebnisse erhält.
Im Allgemeinen wird der Kollaps trotz der Bemühungen der israelischen Physiker nicht funktionieren. Beim Messen (Gewinnen neuer Daten) kollabiert der Vektor, was lediglich die Aktualisierung des subjektiven Wissens des Beobachters über das System widerspiegelt, das in diesem Vektor kodiert ist (Wellenfunktion).
Hausaufgaben für Anhänger einer weltweiten Interpretation: Erhalten Sie die gleichen Ergebnisse mit Everetts Konzept. Sagen Sie mir genau, wann die Welt in diesem Fall geteilt ist und wie viele Zweige.
Das "Paradox" des Taubennestes
Aber die israelischen Physiker geben nicht auf, und hier ist ein weiterer
Artikel, in dem die Autoren (Aaronov et al.) Den beschriebenen Ansatz „
Messung führt nicht immer zum Kollaps “ anwenden, um eine solch absurde Aussage abzuleiten, dass:
Drei Tauben können in zwei Taubenlöcher gesteckt werden, und in keinem der Löcher befinden sich zwei Tauben.
Das passiert, wenn wir die Postulate der Quantenmechanik vernachlässigen! Die Unvereinbarkeit dieser Aussage jüdischer Physiker mit der Quantenmechanik wurde mehrfach gezeigt. Ich empfehle einen Artikel des ehemaligen Harvard-Professors Lubos Motl mit dem Titel „
Drei Taubenlöcher im Gehirn von sechs Physikern “.