Как понять Корпускулярно-волновой дуализм?  Публичный пост

А кто может подробно пояснить за дуализм частиц-волн?
Мечтаю понять на низком уровне.
Вроде как эти штуки не всегда одновременно в двух ипостасях существуют, потому что в разных экспериментах они проявляют одни или другие свойства.

#физика

Связанные посты
35 комментариев 👇

"Волна" и "частица" - это просто модели, которые мы можем легко понять, так как примеры таких объектов у нас перед глазами. Если же говорить, например, о фотонах, то они не являются ни тем, ни другим; но проявляют отдельные свойства и того, и другого.

Объяснение на пальцах на примере электронных облаков вроде бы в "Кратчайшей истории времени" Хокинга было, если мне память не изменяет.

  Развернуть 1 комментарий
Andrey Rakhubovsky, quantum information postdoc 12 июня 2020

tl;dr: никак :)

В начале двадцатого века началась неклассическая физика, чье сильное отличие от того, что было раньше, в том, что она вообще не связана с житейским опытом. То есть, в конце девятнадцатого века всем казалось, что электрон и там теннисный мячик - это примерно одно и то же, только вот надо ещё чуток поднажать, чтобы определить внутренние упругие свойства электрона, и все, полная теоретическая картина мира построена, никто ничего нового больше не придумает. А потом что-то пошло не так.

На эту тему советую речь Ландау, которую он прочитал в каком-то театре что ли https://ufn.ru/ru/articles/2018/1/j/. Там о том, что такое современная физика, и как она связана с житейским опытом.

По сути корпускулярно-волнового дуализма можно привести в пример опыт Юнга. Если поставить две доски параллельно друг за другом, одну с двумя дырками и начать швырять в дырявую электроны по одному, то на сплошной доске будут пятна, куда попали электроны.

Вот оказывается, что если одну дырку закрыть, то и пятно будет одно, как будто мы шарики (корпускулы, прости лгосподи) бросаем. Если открыть вторую дырку, то вопреки классическим ожиданиям, будет не два светлых пятна, по одному за каждой дыркой, а сложная интерференционная картина. Как будто электрон ведет себя как волна - волны умеют накладываться друг на друга и усиливать/ослаблять друг друга. Тут еще важно, что электроны мы бросаем по одному, то есть похоже, что электрон кагбе делится на две волны, которые друг на друга накладываются. Но если мы между дырявой и сплошной досками научимся определять, через какую дырку прошел электрон, мы всегда будем видеть, что только через одну. То есть увидеть разделенный на две волны электрон невозможно.

Очевидно, что ничего подобного в быту не происходит - кирпичи себя так не ведут. Самые большие объекты, с которыми сработал опыт Юнга, насколько мне известно, это молекулы фуллеренов С60 и какие-то еще побольше, но все равно с атомными массами до тысячи (кажется). Поэтому свести такой эксперимент к житейскому опыту, наверное, нельзя.

Понятно,что где-то между кирпичами и фуллеренами есть квантово-классическая граница, и сейчас многие научные группы пытаются ее нащупать и протащить какой-нибудь условный кирпич на квантовую сторону. Косвенным образом я тоже этим занимаюсь, есть места в аспирантуре, кстати :)

  Развернуть 1 комментарий

Поэтому свести такой эксперимент к житейскому опыту, наверное, нельзя.

По моему интуиция квантовых частиц проще чем у волн волн (для моего программистского мышление).

Опыт обьясняется просто. Квант. механика считает амплитуду (комплексный аналог вероятности) разных путей прохождения частицы. То есть амплитуа прихода частицы по дефолту равна сумме амплитуд через разные два пути.

Прикол (понятный гораздо позднее чем была открыта квантовая механика) заключается в том, что амплитуды считаются не для отдельных обьектов, а для всего мира сразу. Получается что если вы не регистрировали как проходит частицаь - это одно состояние мира и амплитуды суммируются.
А если вы зарегистрировали как шла частица, то это два разных состояния и вероятности приходят к каждому и не суммируются.

Так же решается более хитрый опыт, где фотон не приходит только если обе щели открыта.

Формализация "разных путей частицы" рассказывается в науч. поп. книге Фейнмана "КЭД. Удивительная теория ..." . Интуиция "разных миров" рассказывается в науч. попе Дойтча (весьма предвзято) и у Юдковского (он не проффесионал в этой области, https://www.lesswrong.com/posts/JrhoMTgMrMRJJiS48/decoherence).

Понятно,что где-то между кирпичами и фуллеренами есть квантово-классическая граница

Это не так, это ошибка ранней интерпретации квант. механики.

Есть макроскопические квантовые явления - сверхпроводимость например. Я, правда,
не проверял у норм физиков что это контрпример, но по логике так.

Классический мир появляется из квантового при большом количестве частиц, по причинам
аналогичным тому, что один атом газа/воды ведет себя случайным образом, а весь газ целиком
ведет себя весьма предсказуемо. Это явление декогеренции, и именно оно мешает создавать квантовые компьютеры.

Насколько я понимаю, опыт с фурреленами, чисто демонстрационный, и никаких границ не ищет.

  Развернуть 1 комментарий

Косвенным образом я тоже этим занимаюсь, есть места в аспирантуре, кстати :)

Расскажите пожалуйста, интересно.

  Развернуть 1 комментарий

Вот тут простое обьяснение феномена декогеренции: https://www.scottaaronson.com/democritus/lec11.html

  Развернуть 1 комментарий

@uhbif19, так, давайте приведем некоторые понятия в соответствие с общепринятыми в современной физике обозначениями.

Распространение одиночной квантовой частицы описывается уравнением Шрёдингера. Это дифференциальное уравнение, решение которого дает волновую функцию частицы. Волновая функция (квадрат ее модуля) показывает распределение плотности вероятности частицы.

При детектировании частицы происходит коллапс волновой функции. Если до измерения она показывала плотность вероятности, то после измерения, когда результат достоверно известен, все вероятности схлопываются в один результат измерения.

Не существует теории, обладающей предсказательной силой, которая бы объясняла коллапс волновой функции - как он происходит, в какой момент и т.п. Это одна из насущных проблем квантовой теории измерений. Многомировая интерпретация вводит какие-то дополнительные сущности и мало что предсказывает - вы не сможете с ее помощью просчитать эксперимент, скажем. Хотя звучит очень по-фантастически, это да.

Граница между квантовым и классическим мирами, безусловно есть, она выражается именно в том, что мы не видим как кирпичи интерферируют сами с собой. Может быть, я невнятно выразился с этой границей, но ее пока никто не нащупал явно. Экспериментальные данные говорят, что с ростом степеней свободы наблюдать квантовые эффекты тяжелее. Почему так? Какая формула у зависимости квантовости от числа степеней свободы? Никто не знает. Явление декогеренции - это другое слово чтобы обозначить то же самое. А что оно значит? Какой формулой описывается? Когда мы узнаем формулу, мы увидим что надо изменить, чтобы ее побороть, и тогда да, квантовый компьютер.

Явление сверхпроводимости, бозе-эйнштейновская конденсация, сверхтекучесть гелия, просто яркий свет - это все макроскопические квантовые эффекты. Это тот случай, когда целое, составленное из квантовых частей, тоже ведёт себя квантовым образом. А вот кирпич, составленный из атомов, не ведет себя квантовым образом.

  Развернуть 1 комментарий

@uhbif19, про аспирантуру вот в теме про менторов/падаванов писал https://vas3k.club/idea/2684/#comment-f0e9efcb-48f3-498f-a982-b6c98a8c553d

Вкратце, я занимался гравитационно-волновыми антеннами, там внутри как раз есть сорокакилограммовый кирпич, который хотят заставить вести себя каким-нибудь неклассическим способом.

Я очень уважаю Скотта Ааронсона, но надо отдавать себе отчет, что этот текст научно-популярный, и такую роль он выполняет, но его тяжело развить до строгой научной теории. В частности, его «объяснение декогеренции» строится на том, что волновые функции разных миров интерферируют. Тут столько наверчено в этой фразе.

  Развернуть 1 комментарий

@omnster, Клево, всегда мечал об этом поспорить с физиком. Мне как-то тяжело понять, почему физики могут топить за обьективный волновой коллапс.

Многомировая интерпретация вводит какие-то дополнительные сущности

Это распространенное заблуждение. MMI не вводит новых сущностей, а только убирает постулат о коллапсе.

"Мир" - это часть обьяснения того, почему мы не наблюдаем квантовых эффектов в классическом мире. Технически это та же запутанность, и математика никак не усложняется.

Цитируя вики:

However, decoherence by itself may not give a complete solution of the measurement problem, since all components of the wave function still exist in a global superposition, which is explicitly acknowledged in the many-worlds interpretation. All decoherence explains, in this view, is why these coherences are no longer available for inspection by local observers. To present a solution to the measurement problem in most interpretations of quantum mechanics, decoherence must be supplied with some nontrivial interpretational considerations (as for example Wojciech Zurek tends to do in his existential interpretation). However, according to Everett and DeWitt, the many-worlds interpretation can be derived from the formalism alone, in which case no extra interpretational layer is required.

Подробно это заблуждение и его связь с бритвой Оккама разбирается в книгах Дойча.

Не существует теории, обладающей предсказательной силой, которая бы объясняла коллапс волновой функции - как он происходит, в какой момент и т.п.

Конечно ее не существует, ведь не существует квантового коллапса.

Один атом жидкости ведет себя вероятностным образом. Жидкость целиком ведет себя детерминированно. Как происходит этот переход, в какой момент?

Так же и с декогеренцией - это необратимый процесс термодинамической природы. Он очень быстрый, но нет никакого точного момента "когда" произошел коллапс.

Интерпретации основанные на декогеренции проще просто потому что не вводят лишнего и очень странного понятия квантового коллапса. Коллапс волновой функции - явление нарушающее кучу принципов, странно определенное и вообще непонятное.

Тут снизу список нарушаемых принципов, но без аргументации: https://www.lesswrong.com/posts/xsZnufn3cQw7tJeQ3/collapse-postulates

это все макроскопические квантовые эффекты

Разве вы не противоречите предыдущим утверждениям? Если бы существовала "классическая граница" заданная только размерами обьекта, то это бы было не возможно, разве нет?

  Развернуть 1 комментарий

@omnster,

Когда мы узнаем формулу, мы увидим что надо изменить, чтобы ее побороть, и тогда да, квантовый компьютер.

Нужно зафиксировать что такое "квантовые эффекты происходят", что бы понять, когда они нарушаются и какая у этого формула.

Насколько я понимаю в фиксации этого, спорах что такое "логический кубит" и заключается загвоздка у компьютерщиков.

Но само понятие "времени до декогеренции" в разных моделях квантовых компьютеров, насколько я понимаю, постоянно обсуждается. И это один из основных параметров их сравнения.

Вот первое нагугленное: https://www.sciencedirect.com/topics/mathematics/decoherence-time

В частности цитата:

Third criterion: The decoherence times of the physical system implementing the qubit must be much longer than the quantum gate operation time. The decoherence of a quantum system is due to thermodynamically irreversible interactions with the environment; it represents the principal mechanism for the transition from quantum to classical behavior.

Так же есть работы по предотвращению декогеренции и т.п.

Так что это вполне конкретная вещь, которую измеряют.

Что еще тут "непонятного" и требующего обьяснений остается, мне не ясно.

В частности, его «объяснение декогеренции» строится на том, что волновые функции разных миров интерферируют. Тут столько наверчено в этой фразе.

Это иллюстрация, а не логика построения. "Разные миры" это просто члены волновой функции реальности, которые различаются на макроскопический компонент.

(извиняюсь, за возможные формальные ошибки, думаю что идея понятна)

Рассмотрим ситуацию, где есть некий макроскопический прибор и вся остальная реальность в состоянии X. Тогда компоненты волн. функции: "Прибор показывает 0" * X и "Прибор показывает 1" * X будут разными "мирами". Они не интерферируют просто потому что состояния прибора разные и больше не станут одинаковыми. Для этого не нужно вводить никаких дополнительных понятий.

В то же время состояния "Фотон находится в месте 0" * Y и "Фотон находится в месте 1" * Y - могут проинферировать. Потому что фотон может придти в одно и то же место, а остальная реальностьи так совпадает. Тогда амплитуды сложатся!

Так что то "произошел ли волновой коллапс" описывается стандартным формализмом. Другое дело что, вероятно, во всех практически интересных ситуациях, будет нереально посчитать это напрямую.

  Развернуть 1 комментарий

@uhbif19,

Некоторые квантовые системы бывают в состоянии суперпозиции. В этом состоянии они, грубо говоря, могут интерферировать сами с собой. В просторечии, это называется "вести себя квантовым (или неклассическим) образом". Обычно, чем больше у системы масса, размеры или температура, тем слабее ее возможности интерферировать самой с собой. Например, сверхпроводящий кубит может это делать, а кирпич не может. Где-то (непонятно, где именно) между маленькими и большими системами (теми, которые довольно просто наблюдать в состоянии суперпозиции, и которые довольно сложно/невозможно) находится квантово-классическая граница. Между разными интерпретациями квантовой механики нет разногласий по этому поводу.

Детектирование квантовой системы уничтожает суперпозицию (в объективной физической реальности вселенной, где мы находимся). В многомировой интерпретации считается, что это происходит только в одной ветви вселенной, при этом суперпозиция сохраняется между разными ветвями. В копенгагенской интерпретации коллапс происходит при взаимодействии с прибором, во многомировой ветвление происходит при взаимодействии с прибором. Ни та, ни другая, не дают точного объяснения, что такое прибор, просто это некий достаточно большой (макроскопический) объект. Насколько он должен быть большой, чтобы вызывать коллапс/ветвление никто точно не знает пока, и это одно из проявлений квантово-классической границы. Я еще раз подчеркну, что никто не знает наверняка, где она, хотя ее существование очевидно. Более того, скорее всего она для одного и того же объекта подвижна, то есть, скажем, теплый электрон может вести себя классически, а холодный - неклассически.

С условно практической точки зрения, когда мы пронаблюдали фотон, который после полупрозрачного зеркала был в суперпозиции (летел одновременно направо и налево), летящим в одну сторону, мы в своей реальности уже никогда не увидим его летящим в другую сторону (более того, мы никогда не пронаблюдаем его летящим в обе стороны, только в одну). Это коллапс, это часть объективной физической реальности. Можно утверждать, что физическая реальность на самом деле содержит еще другие ненаблюдаемые ветви вселенной, но по-моему, это те самые дополнительные сущности. Я не спорю с тем, что многомировая интерпретация может что-то объяснить на качественном уровне. Но о ее количественных предсказаниях мне не известно.

Аналогия с термодинамикой некорректна, потому что макроскопическая термодинамика выводится из микроскопических уравнений динамики отдельных частиц. Вот летит частица идеального газа, стукается об стенку, за счет этого давит на нее силой какой-то. Если эту силу умножить на концентрацию частиц, получится уравнение состояние идеального газа, с точностью до констант, pV = T.

Попытка многомировой интерпретации стереть квантово-классическую границу в том, что если записать уравнения Шредингера для всего, что участвует в измерении, должно выйти что-то, в локальной ветви вселенной выглядящее как коллапс. То есть, наблюдаемый коллапс - это что-то вроде коллективного поведения индивидуальных частиц. Во-первых, никому это пока не удалось, и не факт, что удастся. Во-вторых, это никак не помогает понять и предсказать, что же будет происходить в наблюдаемой ветви вселенной.

  Развернуть 1 комментарий

@omnster,

У меня ощущение, что вы не учли мою линию аргументации. Так как я даю на нее ссылки, мне кажется что вы должны указать где я ошибаюсь. Сейчас я ощущаю, что вы говорите ваши убеждения, которые мне понятны, потому что это в целом популярная позиция, но не обозначаете где они не совпадают со мной.

во многомировой ветвление происходит при взаимодействии с прибором

Разница в том, что "ветвление" это чисто обьяснительный, неформальный термин. И моментальным оно является только условно, на самом деле оно просто очень быстро "происходит". Квантовый коллапс же, это отдельно постулируемая сущность, которая нарушает кучу физических принципов.

Где-то (непонятно, где именно) между маленькими и большими системами (теми, которые довольно просто наблюдать в состоянии суперпозиции, и которые довольно сложно/невозможно) находится квантово-классическая граница. Между разными интерпретациями квантовой механики нет разногласий по этому поводу.

Вы неправы. Во всех источниках что я видел MWI не делает границы. Я могу проверить оригинальную работу Эверетта, если вы не верите.

Кроме того, я читал книгу с обзором интерпретаций, и они там четко делятся на постулирующие коллапс и не постулирующие. Логично что в не постулирующих граница просто не нужна.

уничтожает суперпозицию (в объективной физической реальности вселенной, где мы находимся)

У вас тут неточность. В обычной оригинальной MWI, без безумных расширений всяких космологов, "обьективная физическая реальность" это как-раз мультиверс. Какие-то его части (не наши универсы) нам недоступны по чисто физическим причинам, но это не противоречит их обьективному
существоанию.

Ни та, ни другая, не дают точного объяснения, что такое прибор, просто это некий достаточно большой (макроскопический) объект.

И термодинамика тоже не определяет, что такое макроскопический газ ведущий себя детерменистично, а что такое одна или несколько его молекул, которые ведут себя стохастически. Это же не значит, что это открытый научный вопрос.

Вы можете явно просчитать с какой вероятностью набор молекул газа соберется в точку, например. Точно так же тут, вы можете просчитать с какой вероятностью у вас произойдет интерференция частицы с самим-собой, после того как ее "измерил прибор", или иными словами она совершило какое-то взаимодействие с разными возможными исходами.

Я еще раз подчеркну, что никто не знает наверняка, где она, хотя ее существование очевидно.

Не очень понятно кому оно очевидно. Полагаю что сторонникам MWI это не очевидно. И почему сверхтекучесть не является прямым контр-примером.

Идея MWI что мы просто считаем эволюцию волновой функции реальности. Понятно что это нереально в общем случае. Поэтому мы берем какой-то кусок этой волновой функции, где состояния мира достаточно похожи и отличаются только на N частиц. Тогда мы дальше можем продолжать считать динамику этих N частиц. Такая себе динамическая подсистема.

Проблема в том, что когда эти N частиц взаимодействуют с остальным миром, который был одинаковым на момент начала рассмотрения, эта идея выделения подсистемы ломается. С ее точки зрения происходит что-то вообще непонятное и не-унитарное. Это событие можно описать с точки зрения подсистемы как "квановый коллапс". Поэтому для квантовых систем, в отличие от детерминированных и стохастических, взаимодействие подсистемы с окружением это совсем другой процесс чем обычное функционирование, и поэтому нужны всякие density matrix.
Но для всего мира целиком по прежнему работает обычная унитарная динамика.

Это очень необычно с классической точки зрения. Получается что замкнутость системы это не просто приближение удобное для расчетов, а принципиальный момент. И то что волновая функция определенна для всего мира сразу влияет на теорию, а не является какой-то деталью определения как в классических системах.

Так как во временна Бора не знали про запутанность, такое неожиданное обьяснение не могло им придти в голову. Мы наблюдаем некую систему, значит только ее состоянием определяется ее динамика. И если она коллапсирует, то есть очень странно себя ведет, то нужно добавить такой вариант в ее динамику. Если же, как предложил Эверет в 50-х годах, считать динамику всего мира сразу, то необходимости это обьяснять просто не возникает.

скорее всего она для одного и того же объекта подвижна, то есть, скажем, теплый электрон может вести себя классически, а холодный - неклассически.

Конечно. Потому что это не граница, а вероятность наступления некой ситуации - возврата частиц всего мира в одно положение. На эту вероятность можно влиять в том числе изменением температуры.
Собственно разработчики квант. компьютеров насколько я понимаю и занимаются придумыванием хитрых схем для этого.

который после полупрозрачного зеркала

Возможно имелось в виду до?

Можно утверждать, что физическая реальность на самом деле содержит еще другие ненаблюдаемые ветви вселенной, но по-моему, это те самые дополнительные сущности.летящим в одну сторону, мы в своей реальности уже никогда не увидим его летящим в другую сторону.

Большую часть атомов внутри тел и звезд вдалеке мы тоже не видим. Это не влияет на сложность физики. Сложность имеет смысл измерять только в математических законах, а не "сущностях", подсчет которых зависит от перспективы.

Попробую передать, почему сущностей тут не прибавляется в любом случае. И до и после есть только универсальная волновая функция. С точки зрения MWI до коллапса у нас была суперпозиция состояний фотона (точнее суперпозиция состояние мира с одиним состоянием фотона и реальности с другим состоянием), которые в теории
могли бы придти в состояние мира с одним и тем же состоянием фотона, и их амплитуды бы сложились.
После коллапса (условного, никакого момента коллапса в MWI конечно нет) у нас суперпозиция двух вселенных с разными состояниями прибора и фотона. Прибор в одно и тоже состояние
вы никогда не приведете - он содержит слишком много разных частиц. Поэтому амплитуды
этих миров не будут складываться и они "разделились".

Как видно и до и после у нас просто меняются амплитуды у разных состояний мира. И до и после "разделения реальностей" это были просто коэффициенты волновой функции. Меняется только то, насколько сильно отличаются эти два возможных состояния.

  Развернуть 1 комментарий

@omnster, Нашел подробную статью, которая занимается ответом на ваш вопрос про измеримеримость декогеренции. Там есть и практические модели и оценки и все это действительно прикладывается к квантовым компьютерам.

"In this way, decoherence lies at the heart of the quantum-to-classical
transition. It ensures consistency between quantum and classical predictions for systems observed to behave classically. It provides a quantitative, dynamical account of the boundary between quantum and classical physics. In any concrete experimental situation, decoherence theory specifies the physical requirements, both qualitatively and quantitatively, for pushing the quantum–classical boundary toward the quantum realm."

https://arxiv.org/abs/1911.06282v1

  Развернуть 1 комментарий

@uhbif19, а у вас есть какие-то конкретные вопросы? У меня есть ощущение, что вы систематически пытаетесь предоставить мне научно-популярный ликбез в области, близкой к кругу моих профессиональных интересов.

Мне кажется, я в нескольких простынях пытался объяснить, что я понимаю под словом "коллапс", и почему нельзя просто так сказать, что его нет, а потом вы пишете, что это условность, которая необязательна.

Наука сейчас работает следующим образом: выдвигаются гипотезы, а потом люди с приборами и математической статистикой пытаются их опровергнуть. Пока не опровергли, гипотеза считается достойным кандидатом, чтобы представлять истину.

Гипотезу о том, что измерение квантовой системы приводит к коллапсу, вроде пока никто не опроверг с приборами и матстатистикой. Уточним еще раз, "коллапс" - это когда у вас была когерентная суперпозиция векторов состояния, которая могла интерферировать, пси = эф + жэ, а потом хуяк и стало пси = эф.

У вас может быть искушение сказать, что это никакой не коллапс, а унитарная эволюция из начального состояния в конечное. Поздравляю, вы придумали гипотезу, которая объясняет коллапс (а не доказывает его отсутствие - переход из эф + жэ в просто эф никуда не делся). Проблема в том, что унитарная эволюция, которую описывает уравнение Шредингера, - это линейное преобразование. А преобразования, сопутствующие измерениям, по-видимому, нелинейные и из уравнения Шредингера предельным переходом, по-видимому, не выводятся. Это очень принципиальный момент, на самом деле.

Термодинамику, к слову, не надо больше упоминать. Это стройная теория, которая выводится предельным переходом из микроскопических уравнений (законов Ньютона, условно). Предельный переход осуществляется устремлением к нулю обратного числа частиц (1/N). В термодинамике не стоит вопрос, где один атом газа, а где облако, потому что и два атома будут вести себя как облако, только с говеной точностью (потому что 1/2 - это так себе малый параметр). Вот сотня атомов уже с очень хорошей точностью описывается уравнениями идеального газа.

  Развернуть 1 комментарий

@omnster,

У меня есть ощущение, что вы систематически пытаетесь предоставить мне научно-популярный ликбез в области, близкой к кругу моих профессиональных интересов.

Я предоставил конкретные контр-аргументы к вашим утверждениям, с со ссылками на источники. Я хотел увидеть как на них можно ответить. Это интересно потому что я много раз видел подобную вашей убеждения, и я не понимаю как они могут быть обоснованны.

По этому и предыдущим ответам мне кажется, что вы видимо ни одно из моих утверждений и ссылок не прочитали. Ну или я так не понятно пишу, что из моих слов вообще ничего не понятно.

Ну окей, тогда я могу свернуть дисскусию, если вы не хотите обсуждать дальше.

почему нельзя просто так сказать, что его нет, а потом вы пишете, что это условность, которая необязательна

Конечно, волновой коллапс, как эмпирическое явление существует. С этим я не спорю.

Гипотезу о том, что измерение квантовой системы приводит к коллапсу, вроде пока никто не опроверг с приборами и матстатистикой.

Эмпирическое явление никто не опровергал.

Опровергают логическое неполное и противоречивое обьяснение через постулирование коллапса. Этот постулат изначально был таким, но ему не было альтернатив. И изначально с ним физики спорили именно по этой причине. Парадоксы типа кота Шредингера заявлялись как демонстрация логической неполноты Коп. интерпретации и они по факту ей и являются.

Недостаточная

С декогеренцией ему появилась логически полная и практически полезная (см. мою предыдующую ссылку с моделями и оценками декогеренции) альтернатива. А с развитием квантовой информатики практические недостатки постулирования коллапса все более явны.

Тезис интерпретаций через декогеренцию в том, что коллапс это явление, которое не является фундаментальным. И именно попыткой его вставить в квантовую теорию, обусловленны "запутанность и непонятность".

А преобразования, сопутствующие измерениям, по-видимому, нелинейные

Да, они нелинейные для исследуемой подсистемы. Но если вы рассмотрите всю систему вместе с испытательным прибором, то ее преобразование будет линейно. Декогеренция ровно это и описывает: то как взаимодействие с макроскопическим прибором делает эволюцию нелинейной, и как это считать. Аналогично с поднятием смешанного состояния до чистого на над-системе https://en.wikipedia.org/wiki/Purification_of_quantum_state

Собственно MWI это и говорит - если рассмотреть эволюцию мира целиком, то вся эволюция линейна.

Во времена становления квантовой механики о квантовой запутанности не знали, и такого обьяснения придумать не могли.

  Развернуть 1 комментарий

@uhbif19, господи упаси, тут не было никакой дискуссии, о чем вы. Мы, очевидно, говорим на разных языках, поэтому я и пытался все это время так многословно прояснить терминологию. До тех пор, пока она не прояснена, я не вижу смысла комментировать отдельные "вы не правы" и "тут неточность", их слишком много, и они только уводят от сути.

То, о чем я тут писал, (квантовый коллапс и наличие квантово-классической границы как раздела между объектами, способными и неспособными быть обнаруженными в состоянии суперпозиции) - это эмпирические факты, они доказаны (т.е., с допустимо возможной точностью не опровергнуты) приборами и матстатистикой. Как-то непонятно даже, что тут можно отвечать.

Да, они нелинейные для исследуемой подсистемы. Но если вы рассмотрите всю систему вместе с испытательным прибором, то ее преобразование будет линейно.

вот тут сорянчик, снимаю шляпу, глупость написал.

По поводу многомировой интерпретации - это красивая и изящная теория, которая допускает вывод коллапса через декогеренцию. Если вам показалось, что я с этим спорю - это не так.

Я утверждаю, что кроме допущения такого объяснения многомировая интерпретация не дает ничего. То есть, многомировая интерпретация допускает объяснение но не объясняет коллапс при измерении. Объяснять - значит указывать на какие-то конкретные параметры, которые можно проверять экспериментально. Тут надо добавить дисклеймер что-то вроде, to the best of my knowledge, но я считаю себя осведомленным.

Чтобы проиллюстрировать, вот есть вывод уравнения Ланжевена для затухания гармонического осциллятора. Там в модели предполагают, что гармонический осциллятор взаимодействует с осцилляторами термостата, т.е. своего окружения, вполне конкретным образом, из этого предположения выводится их совместная унитарная эволюция, из которой, после убирания термостата, выводится уравнение, условно, затухающих колебаний. С конкретными параметрами, которые можно померить (в простейшем случае там один параметр - постоянная затухания).

Я несколько раз об этом писал, но многомировая интерпретация пока не предсказала ничего конкретного, что можно было бы проверять приборами и матстатистикой, to the best of my knowledge.

Из этого не следует, что я собираюсь до конца дней, зарывшись головой в песок, постулировать коллапс волновой функции, просто я считаю, что изящество теории - характеристика, не достаточная для того, чтобы сразу принять ее на вооружение. Особенно, если она, по-видимому, не предсказывает ничего нового.

Есть такой Стивен Вольфрам, известный своими системами Wolfram Alpha и Mathematica, вот он когда-то узнал о существовании клеточных автоматов (Cellular Automata), что они из простых начальных правил генерируют красивую динамику, и постепенно уверовал, что в основе всего сущего лежит клеточный автомат. Потому что теория красивая. Теперь пытается построить теорию всего на основании нее https://www.wolframphysics.org/.

  Развернуть 1 комментарий

Ну тут же вопрос ещё ачто значит понять? И что значит понять на низком уровне?

Если речь идёт о том чтобы себе представить, то мне кажется это невозможно. Ну то есть наверное возможно просто у меня представлялки нормальной не было, но не мне. Я, честно говоря, ни разу не встречал ни в книгах, ни на лекциях оптимальной аналогии или метафоры, которая позволяла бы представить. Потому что аналогии и метафоры это всегда упрощения, которые порождают вот такие дихотомии.

По-моему, объяснять это как-то кроме как через вероятности очень странно и неполноценно. А на вопрос как понять или представить вероятности я тоже не вижу ответа. Ну как бы берёшь такой вероятность, ок, профит. Наверное есть смысл почитать про волновую функцию, когерентность и вот это вот.

Поэтому про «эти две штуки» тоже не совсем понятно. Что за штуки? И если это те две штуки, что я думаю, то они всегда в двух ипостасях, но это не точно. А то щас придут местные квантовые оптики и пояснят мне, что я лошара.

  Развернуть 1 комментарий

Понимать по частям:)

Корпускулярно-волновой дуализм, например, в случае света проявляется в том, что свет демонстрирует как свойства потока частиц так и свойства волны.

В универе эти свойства так по частям на разных предметах и разбираются. Понять как мне кажется это до конца и не возможно. Можно только запомнить:)

  Развернуть 1 комментарий

Потому что дуализм - это приближение, и оно не для понимания нужно. Квантовые частицы ни являются ничем иным, и описываются своим формализмом. Квантовая система - это определенное обобщение вероятностной системы на комплексные числа. Например это коротко обьясняет Скотт Аарсон (есть перевод книги на русский): https://www.scottaaronson.com/democritus/lec9.html

Я не физик, я только рядом стоял.

  Развернуть 1 комментарий

Процитирую:

"As a direct result of this "QWERTY" approach to explaining quantum mechanics - which you can see reflected in almost every popular book and article, down to the present -- the subject acquired an undeserved reputation for being hard. Educated people memorized the slogans -- "light is both a wave and a particle," "the cat is neither dead nor alive until you look," "you can ask about the position or the momentum, but not both," "one particle instantly learns the spin of the other through spooky action-at-a-distance," etc. -- and also learned that they shouldn't even try to understand such things without years of painstaking work.

The second way to teach quantum mechanics leaves a blow-by-blow account of its discovery to the historians, and instead starts directly from the conceptual core -- namely, a certain generalization of probability theory to allow minus signs. Once you know what the theory is actually about, you can then sprinkle in physics to taste, and calculate the spectrum of whatever atom you want. This second approach is the one I'll be following here."

  Развернуть 1 комментарий

Наверное, ты хочешь понять не костыль, изобретённый человеками, а свойства самого явления.
Тогда тебе нужно изучить больше моделей, в разных ситуациях, их достоинства, недостатки. В каких условиях они не работают.
Посмотри разные модели частицы. Волновой пакет, волны де-Бройля, кванты. Постарайся досканально разобраться в экспериментах.
Научпоп любит рассказывать по две щели, электрон и фотопластинку, на которой появляется интерференционная картинка. Но почему-то никогда не пишет, что картинка эта возникает после большого числа экспериментов, чисто статистически. А один конкретный электрон, пролетев через две щели, оставит на фотопластинке одну единственную точку. Впрочем, с одним единственным фотоном будет то же самое, но в школе об этом не рассказывают почему-то.

Если же углубляться в квантмех хоть чуть-чуть на уровень построения прогнозов (если я отпущу камень, то он начнет падать на землю с ускорением g), то одно лишь "понимание" практически никогда ничего не даёт и может ввести в заблуждение. В квантмехе надо всегда считать.

  Развернуть 1 комментарий

Но почему-то никогда не пишет, что картинка эта возникает после большого числа экспериментов

Интересно, а можешь привести несколько примеров?

  Развернуть 1 комментарий

@EugeneYakshin, Конкретно здесь я имел в виду эксперимент с двумя щелями. Электрон через две щели запускают на фотопластинку. Потом смотрят на пластинку и, ба!, там интерференционная картинка! Так вот после одного электрона никакой картинки не будет, только одна точка. После второго электрона -- две точки. И только по мере увеличения количества этих точек на фотопластинке становится видно, что точки рисуют интерференционную картинку.
Нужно также понимать, что эта картинка нечеткая и неравномерная, т.е. фактически точки будут разбросаны по всей пластинке, но в каких-то местах их будет больше, они будут расположены плотнее. И распределение этих точек будет соответствовать плотности волновой функции.

Ещё любят рассказывать про туннелирование частиц через потенциальный барьер. Рисуют такую стенку и электрончик, который типа сквозь неё проходит. Такая подача вводит в заблуждение. Потому что сначала неплохо бы объяснить, что такое потенциальный барьер. Например, это может быть просто электрическое поле, из которого, по классике, электрон вылететь не способен, но в квантмехе вылетает. В принципе, это может быть и стена (какая-то кристаллическая решетка, атомы которой создают то же самое электрическое поле), но такая подача с одной стороны сужает в сознании применимость явления, а с другой стотроны выглядит, как телепортация (на картинке шарик пролетает сквозь стену, а на деле маленький электрон пролетает сквозь здоровенную атомную решетку).

  Развернуть 1 комментарий

@OVal, а, ясно, да :) Я думал ты имеешь в виду что можно получить аналог интерференционной картины в каких-то других, не квантовых областях, оперируя дискретными объектами :)

  Развернуть 1 комментарий

Вот, да, это очень важное уточнение, что интерференционная картина - это статистическое явление, то есть только большое количество одиночных электронов нарисует полосы, каждый отдельный электрон оставит только одну точку. Волновая природа электрона проявляется в том, что эта точка может оказаться не там, где мы ее ожидаем от упругого шарика, то есть не только на прямой, соединяющей источник и щели.

  Развернуть 1 комментарий
Egor Biriukov, Engware Softineer 11 июня 2020

Рекомендую прочитать эту книгу.
Она довольно популярно объясняет, что такое КМ, начиная с основ.

P.S. по твоему вопросу там тоже есть ответы, довольно подробно про де Бройля и Бома, например.

  Развернуть 1 комментарий

Я когда-то учился в универе на физика и запомнил то, что просто у нас нет приборов, которые могут засечь-измерить "вещество" правильно. Мы либо видим что оно ведёт себя как частица в некоторых ситуациях. Но так же замечаем что может вести себя и как волна.
А потом нам взорвали мозг тем, что если разогнать теннисный мяч до скорости света, он тоже будет себя вести как волна...

  Развернуть 1 комментарий
LexsZero, Embedded Software Engineer 24 июня 2020

Была каша в голове, прочитал цикл по квантмеху от Юдковского - каша стала гораздо более структурирована, рекомендую. В этом треде уже приводили ссылки на отдельные статьи оттуда, но из-за неортодоксальности подхода к изложению вырванные из общего фреймворка статьи не дают полной картины, кмк.
То что автор не является специалистом по квантмеху на мой взгляд есть плюс, так как позволяет think out of the box. В частности, обсуждается вопрос почему корпускулярно-волновой дуализм вызывает столько confusion у людей.
Если вкратце, то и волны, и частицы - это абстракции одной и той же картины распределения вероятностей, а на самом деле нет ни волн, ни частиц, а есть только квантовые поля, из которых и состоит реальность, а люди их для удобоваримости представляют как системы частиц/волн в зависимости от ситуации.

  Развернуть 1 комментарий

@LexsZero, что из книг Юдковского посоветуете в первую очередь, чтобы захотеть прочитать и другие?

  Развернуть 1 комментарий
LexsZero, Embedded Software Engineer 4 октября 2020

Мне помог вот этот цикл статей от Юдковского: https://www.lesswrong.com/lw/pc/quantum_explanations/
Он конечно тот еще физик, но читается интересно, в частности, заход там с того, что исторический метод обучения физике только вносит путаницу. В реальности нет ни частиц, ни волн, а есть многомерные векторные поля, некоторые паттерны в которых можно назвать "частицами", "волнами" or both в зависимости от ситуации и того что нам удобнее для представления в конкретный момент. Всякие "необычные" с бытовой точки зрения квантовые эффекты являются следствием законов комплексной арифметики, но так как люди слишком тупые чтоб думать в терминах таких вещей, приходится упрощать до частиц, волн, а в более сложных случаех остается заткнуться и считать.

  Развернуть 1 комментарий

📔Книги Девида Дойча и Макса Тегмарка хорошо помогают понять, что сейчас происходит в науке по квантовым делам. Без них же и не разобрать, что за колапсы и явления декогеренции происходят в комментах. Тред начинает резко задирать порог вхождения.

👍🏼Мне понравился простой ответ про модели @EduardSurov.

🧐Часть вопроса лежит в текущей несостоятельности традиции нашего языка. Не существует разделения на духовное и материальное. Например есть воздух, который мы не видим, но мы быстро ощутим его отсутствие. То же самое с WiFi.

🌍Из парадигмы ума кругозор становиться шире, если думать обо всём как об информационном феномене. По-крайней мере всё, что вызывает в нас эмоции - поступает в нас именно как информационный феномен.

🛸Также отмечу, что на низком уровне можно думать об этом так.
Мы часто встречаемся с лингвистическими парадоксами, когда даём слишком большие полномочия языку. Нужно помнить, что понятия вводяться определенными людьми для их целей и нужд. То есть само понятие "Корпускулярно-волновой дуализм" - это ссылка на тредик для учёных. Где название - это название, не предмет. И свойства предмета не переходят к названию. Теперь представьте, что добавилась ещё какая-то 1-3 функции у частицы и вы получите уже не дуализм, а триолизм-четвертолизм-пятиолизм. Но их не появляется, так как в самом названии зашит парадокс. Получается , чтобы ответить на вопрос автора - нужно найти точку входа, которая ложиться в общую картину его знаний. Однако вопрос может отпасть сам собой, если расширить знания общей информацией по смежным темам.

  Развернуть 1 комментарий
Eugene Yakshin, разный креатив, программирование 24 июня 2020

😱 Комментарий удален его автором...

  Развернуть 1 комментарий

В школе часто упрощают, чтобы детям было проще. И далее в универе, если вы учитесь не на физика, тоже особо не углубляются. Отсюда представление о атоме, фотоне, как о какой то круглой частице. Есть прикольный старый ролик, раскрывающий суть:

  Развернуть 1 комментарий

@MaxLipsky, добавил пару дней назад в закладки и только сейчас посмотрел. Ощущение, что ролик сильно троллит реальность. Диалоги в нём устроены так, что говорят фактами, которые воспринимаются только если вы УЖЕ понимаете популярную квантовую теорию.

От того смотриться как интеллектуальный 🐱🤹абсурд🤹🏻‍♂️🐱 и абсолютная неискренность происходящего.

  Развернуть 1 комментарий
Maximus, Электрический инженер 25 июня 2020

Хех, если углубиться в понятие "электрический ток", то там тоже очень много внезапного в стиле корпускулярно-волнового дуализма можно найти. ;)

Как пример: как вы думаете, какова линейная скорость движения электронов в простейшей электрической цепи постоянного тока ( aka бытовые "батарейка-лампочка-выключатель ") при комнатной температуре?

  Развернуть 1 комментарий

если память не изменяет метра 3 в секунду, зависит от материала

  Развернуть 1 комментарий
Andrey Lakhaev, разработчик 26 июня 2020

Ну я для себя в голове создал примерно такую модель. Свет состоит из частиц которые с большой частотой постоянно колеблятся пока летят. Это близко не пересекается с реальностью, но на просто бытовом уровне мне хватает :) я математик, а не физик

  Развернуть 1 комментарий

😎

Автор поста открыл его для большого интернета, но комментирование и движухи доступны только участникам Клуба

Что вообще здесь происходит?


Войти  или  Вступить в Клуб