Pengukuran yang
lemah (pengukuran
lemah, pengukuran bebas interaksi, pengukuran reversibel, pengukuran tanpa kontak ) adalah paradigma yang cukup terkenal di kalangan sempit, bahkan disebutkan
di Habré . Gagasan ini telah diajukan dan dipromosikan sejak tahun 90-an oleh sekolah fisikawan Israel (Yakir Aaronov, Lev Weidman dan banyak tokoh yang kurang dikenal) dan bermuara pada fakta bahwa postulat mekanika kuantum tentang pengukuran seharusnya dapat dielakkan.
Inilah dalil yang tidak menguntungkan ini:
Ketika mengukur, vektor keadaan (fungsi gelombang) runtuh menjadi salah satu vektor eigen (fungsi) operator dari kuantitas yang diukur.
Fisikawan Israel secara implisit (dan keliru) percaya bahwa keruntuhan terjadi ketika alat pengukur berinteraksi dengan sistem yang diukur. Oleh karena itu, logikanya adalah sebagai berikut: mari kita pikirkan tentang bagaimana mengukur suatu sistem tanpa interaksi fisik apa pun dengan sistem ini. Maka kita akan membuktikan bahwa pengukuran dilakukan, tetapi keruntuhan tidak terjadi. Dan mereka memimpin
eksperimen pemikiran berikut, yang sekarang dikenal luas berkat Roger Penrose.
Bom kuantum Elitzur-Weidman
Biarkan ada bom yang begitu sensitif sehingga meledak ketika mereka menabrak satu partikel elementer, seperti foton. Diketahui bahwa beberapa bom rusak, tetapi tidak diketahui yang mana. Tugasnya adalah memilah bom yang tidak berfungsi dari pekerja tanpa meledakkan bom yang terakhir.
Di bawah kondisi yang dinyatakan, tugas tampaknya tidak dapat diselesaikan. Untuk memeriksa kinerja sebuah bom, Anda harus memisahkannya atau melakukan sesuatu yang lain dengannya. Bagaimanapun, Anda harus menyentuhnya, tetapi menurut aturan permainan ini akan menyebabkan ledakan. Memang, dalam kerangka fisika klasik, tidak mungkin menguji bom seperti itu untuk operabilitas tanpa meledakkannya. Namun, di dunia kuantum kita, hampir semuanya mungkin.
Tempatkan bom di salah satu lengan interferometer Mach-Zehnder. Biarkan cermin menjadi bagian dari bom. Jika bom tidak berfungsi, maka interferometer akan berfungsi. Kedua lengan interferometer identik, informasi di mana lengan yang dilewati foton hilang. Gangguan akan diamati dan semua foton akan jatuh ke detektor yang lebih rendah.
Jika bom berhasil, maka interferometer tidak akan beroperasi. Kedua bahu sekarang tidak identik. Sebuah foton yang melewati bahu bagian bawah akan menyebabkan ledakan bom. Tidak akan ada gangguan lagi, karena ada informasi tentang bahu mana yang dilewati foton (bom meledak atau tidak).
Sebuah foton dapat memantul dari cermin tembus pertama, melewati bahu atas, memantul dari cermin tembus kedua, dan jatuh ke detektor atas. Tetapi perhatikan bahwa dalam kasus bom yang tidak berfungsi dia tidak bisa berada di detektor atas - itu berarti bomnya berfungsi. Tapi dia tidak meledak ketika foton berjalan di bahu atas. Fiksasi foton oleh detektor atas menunjukkan bahwa bom itu operasional dan pada saat yang sama tetap utuh.
Diskusi lebih rinci tentang eksperimen Elitzur-Weidman ada di
sini .
Sudahkah fisikawan Yahudi membantah postulat pengukuran dengan eksperimen ini? Tentu saja tidak. Apa kesalahan dalam logika mereka? Masalahnya adalah mereka tidak mengerti bahwa
pengukuran adalah tanda terima oleh pengamat informasi , dan bukan interaksi sistem dengan alat pengukur. Adalah ketika pengamat menerima data baru bahwa vektor negara runtuh. Fakta bahwa informasi tentang pengoperasian bom diperoleh bukan melalui interaksi fisik langsung dengan alat pengukur tidak mengubah apa pun.
Akankah para pendiri mekanika kuantum dikejutkan oleh eksperimen mental semacam itu sebelum dipublikasikan? Tentu tidak! Tidak heran mereka memperkenalkan konsep "pengamat" ke dalam mekanika kuantum. Jika alat pengukur adalah pengamat, maka istilah fisik tambahan ini akan berlebihan.
Siapa atau apa pengamat itu? Orang yang menerima data baru adalah pengamat. Baginya mekanika kuantum memberikan prediksi probabilitas hasil pengukuran di masa depan berdasarkan data yang saat ini tersedia baginya.
Keterikatan kuantum dan keruntuhan vektor negara
Fakta bahwa keruntuhan bukanlah proses fisik, tetapi hanya memperbarui pengetahuan pengamat tentang sistem ketika ia menerima data baru, tentu saja diketahui oleh para pendiri. Mari kita ambil eksperimen klasik keterikatan kuantum, yang dibahas oleh Niels Bohr sendiri dalam perselisihan dengan Einstein.
Pi-meson meluruh menjadi elektron dan positron, yang terbang terpisah di berbagai ujung galaksi. Punggung mereka bingung. Saat mengukur kedua putaran sehubungan dengan arah sumbu yang sama, mereka akan selalu berlawanan untuk memberikan total nol.
Mustahil untuk memprediksi dengan tepat apa putarannya tanpa informasi tentang hasil pengukuran putaran partikel kedua. Misalkan Alice ingin mengukur putaran elektron relatif terhadap sumbu z dan ternyata +1/2. Vektor statusnya runtuh menjadi vektor spin up.
Apa yang terjadi pada vektor keadaan pengamat kedua, Bob, mengikuti positron? Tidak ada Baginya, tidak ada yang berubah. Alice tahu bahwa jika Bob ingin mengukur putaran positron relatif terhadap sumbu z, maka ia akan mendapatkan -1/2. Tapi Bob tidak tahu itu. Vektor statusnya belum runtuh. Kapan keruntuhan akan terjadi pada Bob?
1. Dia akan mengukur putaran positron relatif terhadap sumbu z, mendeteksi -1/2, dan vektornya akan runtuh ke dalam vektor "spin down".
2. Alice akan mengiriminya informasi tentang hasil pengukurannya, dan setelah diterima, vektor tersebut juga akan runtuh menjadi "spin down" relatif terhadap sumbu z.
Opsi kedua adalah apa yang para ilmuwan Israel mulai sebut "pengukuran bebas interaksi" (pengukuran non-kontak). Seperti yang Anda lihat, mereka tidak menciptakan sesuatu yang baru tetapi sebuah istilah tambahan yang berlebihan. Vektor keadaan runtuh dalam hal apa pun, dan tepat pada saat memperoleh informasi baru tentang sistem. Keruntuhan ini, menurut definisi, adalah dimensi.
Perhatikan bahwa Bob dapat memilih beberapa sumbu lain, belum tentu z. Katakanlah sumbunya beberapa derajat menyimpang dari sumbu Alice.
Tanpa informasi dari Alice tentang hasil pengukurannya, semua pengukuran Bob benar-benar acak (ini adalah properti dari status
singlet : sehubungan dengan segala arah sumbu, putaran akan "naik" dengan probabilitas 50% dan turun dengan probabilitas 50%).
Namun, jika sebelum pengukurannya ia menerima informasi dari Alice, maka vektor kondisinya runtuh. Peluang didistribusikan kembali. Katakanlah 90% putarannya akan "turun" dan 10% "naik" jika Alice memiliki "naik". Dan jika putaran Alice berubah "turun", maka ketika informasi ini (lainnya) diterima, vektor tersebut runtuh menjadi vektor lain, yang akan menghasilkan 10% "turun" dan 90% "naik".
Mekanika kuantum memungkinkan seseorang untuk mendapatkan formula yang tepat untuk korelasi probabilitas tersebut, yang darinya juga
mengikuti bahwa mustahil untuk mengasumsikan arah putaran sebagaimana ditentukan sampai informasi tentang hasil pengukuran diperoleh. Perputaran positron di ujung lain alam semesta tidak berubah secara instan ketika mengukur perputaran elektron yang terjerat dengannya, seperti yang sering diklaim. Dan ya, transmisi informasi superluminal tidak mungkin karena Alice mendapatkan hasil acak ketika mengukur putaran elektron.
Secara umum, terlepas dari upaya fisikawan Israel, keruntuhan tidak akan berhasil. Ketika mengukur (memperoleh data baru), vektor itu runtuh, yang hanya mencerminkan pembaruan pengetahuan subjektif pengamat tentang sistem, yang dikodekan dalam vektor ini (fungsi gelombang).
Pekerjaan Rumah untuk Penganut Interpretasi Seluruh Dunia: Dapatkan Hasil yang Sama dari Konsep Everett. Ceritakan dengan tepat kapan dunia terbagi dalam kasus ini dan berapa cabang.
"Paradoks" dari sarang merpati
Tetapi fisikawan Israel tidak menyerah, dan di sini ada
artikel lain di mana penulis (Aaronov at al.) Menggunakan pendekatan yang dijelaskan "
pengukuran tidak selalu mengarah pada kehancuran " untuk memperoleh pernyataan yang absurd seperti:
Tiga merpati dapat dijejalkan ke dalam dua lubang merpati, dan tidak akan ada dua merpati di setiap lubang.
Inilah yang terjadi jika kita mengabaikan postulat mekanika kuantum! Ketidakcocokan pernyataan fisikawan Yahudi ini dengan mekanika kuantum telah diperlihatkan berkali-kali. Saya merekomendasikan sebuah artikel oleh mantan profesor Harvard Lubos Motl berjudul "
Tiga lubang merpati di otak enam fisikawan ."