Как теоретики «многих миров» объясняют двойные щелевые интерференционные картины? - физиков.нет
5 голосов
/ 20 октября

В последние пару недель я повторно посмотрел замечательную лекцию Сидни Коулмана 1994 года «Квантовая механика» на вашем лице »и выступление Шона Кэрролла в Google в 2019 году« Нечто глубоко скрытое: квантовые миры и появление пространства-времени ». Они оба очаровательны и доступны для студентов, и я настоятельно рекомендую побаловать себя обоими.

Коулман, 1994: https://www.youtube.com/watch?v=EtyNMlXN-sw

Кэрролл, 2019: https://www.youtube.com/watch?v=F6FR08VylO4

Оба профессора отвергают концепцию коллапса волн Копенгагенской интерпретации, рассматривают наблюдателя как систему контроля качества и устанавливают интерпретацию «многих миров» (MWI) QM, хотя оба высказывают оговорки относительно этого имени, которое было придумано другими.

Мой вопрос: как профессиональные физики, подписавшиеся на MWI, объясняют электронную интерференционную картину с двумя щелями? Если каждое квантовое решение разделяет волновую функцию на истории ветвления, и мы снимаем по 1000 электронов по одному на двойной щели, тогда волновая функция должна быть разделена на 2 ^ 1000 «миров», соответствующих каждой комбинации, каждая из которых прорезаетэлектрон прошел. Но тогда ни один из 2 1000 наблюдателей никогда не увидит интерференцию между электронами, идущими слева и справа одновременно. Каждый из них просто видел бы два перекрывающихся рисунка с одной прорезью без «темных» полос.

Я не профессор, но я сам объяснил, что эти ветвящиеся истории действительно должны вернутьсяи даже обрезать некоторые ветви от "дерева". Когда вы стреляете электроном через щели, и он попадает в «яркую» полосу шаблона с двумя щелями, его левая и правая истории возвращаются вместе в одну. Если электрон попадает в «темную» полосу, две истории, которые его там получили, несовместимы, и поэтому они обрезают друг друга с дерева, и поэтому никакая история, приводящая к электрону в темной полосе, не выживет.

Но опять же, это просто я рассказываю себе историю, которая имеет смысл для меня. Были ли опубликованы какие-либо профессиональные физики теории о разветвлении «множества миров», объединяющих или сокращающих друг друга? Если нет, то как еще они объясняют шаблон с двумя щелями?

OP EDIT: Некоторые комментаторы сказали, что даже в MWI электрон проходит через обе щели и создает интерференционную картину. Я скептически отношусь к этому заявлению о MWI, потому что все равно потребуется, чтобы волновая функция электрона рухнула - в стиле Копенгагена - в одну точку на мишени, а избавление от коллапса в Копенгагене было основным мотиватором MWI.

Мне также было бы ясно, что я спрашиваю, что сторонники MWI думают об этой проблеме, а не думают ли люди, что MWI верен или нет.

Кроме того, да, я знаю, что серьезные сторонники MWI буквально не верятв "мирах" "расщепление". Это просто терминология, и оба профессора озвучили эту оговорку в отношении названия в лекциях, которые я связал.

Ответы [ 7 ]

2 голосов
/ 22 октября

«Многие миры» - это просто имя, и не очень хорошее, поскольку теория, к которой оно относится, ничего не говорит о мирах или расщеплении.

Самое близкое к явному правилу расщепления историйв квантовой механике есть правило Борна (коллапс волновой функции), которое гласит, что в определенное время вселенная выбирает один результат измерения и принимает его на постоянной основе. Результаты, которые он не выбрал, представляют собой альтернативные истории вселенной (в смысле «романа об альтернативной истории»), и хотя большинство людей, вероятно, думают, что эти альтернативные истории не случаются, это всего лишь философская позиция, а не то, чтомы могли бы знать наверняка.

Когда вы пишете

Если каждое квантовое решение разбивает волновую функцию на истории ветвления, и мы снимаем 1000 электронов по одному вдвойная щель, тогда волновая функция должна быть разделена на 2 ^ 1000 "миров", соответствующих каждой комбинации, через которую проходит каждая щель, через которую прошел каждый электрон.

По сути, вы описываете ситуацию, когда применяется правило Борна. когда каждая частица проходит через щели.

Изображение многих миров / относительных состояний не имеет правила Борна, оно просто непрерывно эволюционирует в соответствии с уравнением Шредингера. Прогноз уравнения Шредингера состоит в том, что вы получаете интерференционную картину в базовом эксперименте с двумя щелями (тот, у которого нет устройств обнаружения в щелях). Это совершенно не вызывает сомнений, поэтому сторонникам MWI нет необходимости убеждать кого-либо в том, что это правда.

эти истории ветвления должны на самом деле возвращаться вместе и даже удалять некоторые ветви с "дерева". Когда вы стреляете электроном через щели, и он попадает в «яркую» полосу шаблона с двумя щелями, его левая и правая истории возвращаются вместе в одну. Если электрон попадает в «темную» полосу, две истории, которые его там получили, несовместимы, и поэтому они обрезают друг друга с дерева, и поэтому никакая история, приводящая к электрону в темной полосе, не выживет.

Это довольно точное описание суммы за истории формулировки квантовой механики, и это верный способ понять двухщелевую интерференцию, но это не то, что люди обычно имеют в виду, когдаони говорят о «мирах» в MWI.

Дэвид Дойч и несколько других в его лагере действительно говорят, что квантовые компьютеры используют интерференцию между различными мирами MWI, и что работающий квантовый компьютер докажет MWI правильно. Но с таким широким понятием «мир», их «MWI» - это обычная квантовая механика, и это уже убедительно подтверждено экспериментом. Все остальные определяют мир как часть волновой функции, которая из-за термодинамической необратимости постоянно мешает другим частям. Эти миры необнаружимы (и бесполезны для квантовых вычислений) по существу по определению.

1 голос
/ 22 октября

Многие объяснения MWI плохие. Лучшими объяснениями для чтения являются те, которые дал Дэвид Дойч в главе 2 «Ткань реальности» и в главе 11 «Начало бесконечности» и

https://www.daviddeutsch.org.uk/many-minds-interpretations-of-quantum-mechanics/

https://arxiv.org/abs/quant-ph/0104033

В MWI каждая система существует в нескольких версиях, и при некоторых обстоятельствах эти разные версии могут мешать друг другу. Во время этих экспериментов с интерференцией нельзя сказать, что разные версии находятся в параллельных вселенных, потому что вы не можете объяснить результат, не принимая во внимание обе версии. Если информация о состоянии системы копируется из системы во время помех, тогда помехи подавляются, и может быть хорошим приближением рассматривать две версии как находящиеся в разных вселенных, см .:

https://arxiv.org/abs/1212.3245

Поэтому, когда система измеряется в конце эксперимента с интерференцией, будет хорошим приближением рассматривать разные версии как параллельные вселенные.

Вы писали:

Некоторые комментаторы говорили, что даже в ММИ электрон проходит через обе щели и создает интерференционную картину. Я скептически отношусь к этому заявлению о MWI, потому что все равно потребуется, чтобы волновая функция электрона коллапсировала - в стиле Копенгагена - до одной точки на мишени, а избавление от коллапса в Копенгагене было основным мотиватором MWI.

Объяснение того факта, что вы видите конкретную диаграмму помех после эксперимента, состоит в том, что существует несколько версий результатов измерений, и вы видите только одну из них, поскольку существует одна версия вас для каждого результата и помехимежду различными версиями подавляется копирование информации.

1 голос
/ 20 октября

Интерпретация многих миров (MWI) и копенгагенская интерпретация (CI) не являются разными физическими теориями, потому что во всех разработанных до сих пор экспериментах в реальном мире они делают одни и те же предсказания. Теория является квантовой механикой. MWI и CI являются интерпретациями. Поэтому физикам не нужно выбирать то или другое, чтобы верить. В наши дни внимание сместилось от MWI / CI к декогеренции.

Если каждое квантовое решение разделяет волновую функцию на ветвящиеся историии мы снимаем 1000 электронов по одному на двойной щели, тогда волновая функция должна быть разделена на 2 ^ 1000 «миров», соответствующих каждой комбинации, через щель которой прошел каждый электрон.

Несмотря на название MWI, интерпретация многих миров не должна включать в себя ветвление вселенных. Первоначальное название интерпретации было «относительное состояние интерпретации». Самые строгие версии MWI вообще не имеют разветвлений.

Кажется, вы представляете, что электрон случайно выбирает одну щель или другую, чтобы пройти через нее. Это не правильно. Электрон проходит через обе щели. Все еще есть помехи, когда электрон достигает детектора.

Даже в версиях MWI, в которых говорится о ветвлении, люди могут представить, что ветвление происходит на детекторе.

0 голосов
/ 24 октября

Во-первых, чтобы ответить на ваш последний комментарий, да, я знаю, что серьезные сторонники MWI буквально не верят в "расщепление" миров ". На самом деле сторонники MWI do буквально верят врасщепление миров, которое можно определить с точки зрения высвобождения энтропии и декогеренции.

Во-вторых, как описан эксперимент с двумя щелями в MWI? Важным моментом является то, что в Копенгагенской интерпретации волновая функция падает, когда она попадает в конечный детектор, где формируются полосы помех. В MWI это то же самое, за исключением того, что на конечном детекторе нет коллапса, поэтому каждый возможный результат для каждого электрона (или фотона) вызывает расщепление миров. После того, как вы пропустили несколько электронов через систему, обычная интерференционная картина сформировалась в большинстве миров. В меньшинстве миров образец не формируется «правильно» - и, вероятно, будет отклонен в этих мирах как просто статистическая аномалия или выброс.

0 голосов
/ 20 октября

Трудно дать однозначное объяснение MWI, так как, кажется, существует очень много его вариаций. Однако логическим общим знаменателем является предположение, что разветвление происходит в тех точках, в которых копенгагенская интерпретация предполагает, что волновая функция коллапсирует, что в эксперименте с двумя щелями было бы, когда частица, проходящая через щели, сталкивается с экраном детектора за пределамиЭто. Если на экране происходит ветвление, то оно будет воплощать интерференционные эффекты.

0 голосов
/ 20 октября

Интерференция - это наиболее плохо объясненное понятие в физике, часто оно основано на старом классическом мышлении, которое подходит для многих задач. Современный метод - это волна вероятности, но сложно применить правильные граничные условия для двойной щели. Один из способов понять это состоит в том, чтобы увидеть, что волновая функция требует, чтобы фотон или электрон проходили n кратных своей длины волны, поэтому слишком длинный или слишком короткий путь маловероятен.

Темные области последвойная щель, где почти нет фотонов! Яркие области получают почти все фотоны.

Электрон не проходит через обе щели, только одну, но у него был шанс пройти в любую сторону.

0 голосов
/ 20 октября

В этом эксперименте 1000 электронов приземляются на датчик, который создает изображение распределения их положения. Вероятность того, что электрон приземлится в определенном месте, определяется квадратом волновой функции. Эта квадратная волновая функция является известной интерференционной картиной. Предполагая, что детектор имеет N пикселей, в принципе требуется $2^N$ миров, чтобы описать результат. Конечно, внутри каждого пикселя это может снова занять $2^M$, с М чем-то порядка числа Авогадро. Я предоставляю читателю возможность составить собственное мнение о том, насколько значимым является MWI в этом контексте. Я уверен, что вместо этого может быть полезно рассмотреть ансамблевую интерпретацию.

...