측정 문제

Measurement problem
측정 문제와 혼동해서는 안 됩니다(동음이의).
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양자역학
슈뢰딩거 방정식
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방정식
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과학자

양자역학에서 측정 문제는 파동함수의 붕괴가 어떻게 일어나는지 또는 일어나는지에 대한 문제입니다.이러한 붕괴를 직접 관찰할 수 없는 것은 양자역학의 다른 해석을 낳았고, 각각의 해석이 답해야 하는 일련의 핵심 질문들을 제기한다.

양자역학에서 파동함수는 슈뢰딩거 방정식에 따라 다른 상태의 선형 중첩으로 결정적으로 진화한다.그러나 실제 측정에서는 항상 물리적 시스템이 확실한 상태에 있음을 알 수 있습니다.파동 함수의 미래 진화는 측정이 이루어졌을 때 시스템이 발견된 상태를 기반으로 합니다. 즉, 측정이 명백히 슈뢰딩거 진화의 결과가 아닌 시스템에 "뭔가" 한 것입니다.측정 문제는 "뭔가"가 무엇인지, 가능한 많은 값의 중첩이 단일 측정값이 되는 방법을 설명하는 것입니다.

문제를 다르게 표현하기 위해(Steven [1][2]Weinberg를 패러프레이싱하는) 슈뢰딩거 파동 방정식은 나중에 파동 함수를 결정합니다.관측자와 그 측정 장치가 결정론적 파동 함수에 의해 설명된다면, 왜 우리는 측정에 대한 정확한 결과를 예측하지 못하고 확률만 예측할 수 있는가?일반적인 질문으로서:양자 현실과 고전 [3]현실 사이의 대응 관계를 어떻게 확립할 수 있을까요?

슈뢰딩거의 고양이

측정 문제를 설명하기 위해 종종 사용되는 사고 실험은 슈뢰딩거 고양이의 "파라독스"입니다.방사성 원자의 붕괴 등 양자 이벤트가 발생했을 때 고양이를 죽이는 기구가 배치된다.따라서 큰 물체인 고양이의 운명은 양자 물체인 원자의 운명과 얽혀 있다.관측 전에, 슈뢰딩거 방정식과 수많은 입자 실험에 따르면, 원자는 시간에 따라 진화하는 붕괴 상태와 정지되지 않은 상태의 선형 조합인 양자 중첩 상태에 있다.따라서 고양이는 "살아있는 고양이"로 특징지을 수 있는 상태와 "죽은 고양이"로 특징지을 수 있는 상태의 선형 조합인 중첩 위치에 있어야 합니다.이러한 가능성은 각각 0이 아닌 특정 확률 진폭과 관련되어 있습니다.하지만 고양이를 한 번만 관찰해도 겹치는 것이 아니라 살아있는 고양이 또는 죽은 고양이를 항상 찾을 수 있다.측정 후 고양이는 확실히 살아 있거나 죽거나 한다.문제는 다음과 같습니다.확률은 어떻게 실제적이고 명확하게 정의된 고전적 결과로 변환됩니까?

해석

주요 기사:양자역학의 해석

코펜하겐의 해석은 가장 오래되고, 집합적으로 양자역학에 [4][5]대해 여전히 가장 널리 받아들여지고 있는 태도다.데이비드 머민은 코펜하겐 유형의 관점을 요약하기 위해 "닥치고 계산하라!"라는 문구를 만들어 냈는데, 이 말은 종종 리처드 파인만에게 잘못 전달되었고 머민은 나중에 충분히 [6][7]뉘앙스가 없다는 것을 알게 되었다.

일반적으로 코펜하겐 전통에서 보는 관점은 파동 함수의 붕괴를 초래하는 관찰 행위에서 무언가를 긍정한다.종종 닐스 보어가 가지고 있는 개념이지만, 이 개념은 베르너 하이젠베르크에 기인한 것으로, 그의 후기 글은 그와 보어가 협력하는 동안 가졌던 많은 의견 불일치를 가렸고, 두 사람은 [8][9]결코 해결하지 못했다.이들 학파에서는 파동함수는 양자계에 관한 통계정보로 간주될 수 있으며 파동함수 붕괴는 새로운 [10][11]데이터에 대한 응답으로 그 정보를 갱신하는 것이다.이 과정을 정확히 어떻게 이해하느냐가 여전히 [12]논쟁의 대상이다.

보어는 주관적인 관찰자, 측정 또는 붕괴로부터 독립적인 해석을 제공했다; 대신, "불가역적" 또는 효과적으로 되돌릴 수 없는 과정은 "관찰" 또는 "측정"[13][14][15][16]의 고전적인 행동을 부여하는 양자 일관성의 붕괴를 야기한다.

Hugh Everett의 다세계적 해석은 전 우주의 중첩이라는 하나의 파동함수만 존재하며 절대 붕괴하지 않는다는 것을 제시함으로써 문제를 해결하려고 합니다. 따라서 측정에는 문제가 없습니다.대신, 측정 행위는 양자 실체, 예를 들어 살아있는 고양이/행복한 과학자와 같이 하나의 큰 실체를 형성하기 위해 얽히는 관찰자, 측정기, 전자/양전자 등의 양자 실체 간의 상호작용일 뿐이다.에버렛은 또한 양자역학의 확률론적 성질이 측정에서 어떻게 나타날지 보여주려고 시도했는데, 이것은 나중에 브라이스 드윗에 의해 확장되었다.그러나 에버렛 프로그램의 지지자들은 확률을 [17][18]계산하기 위해 본 규칙을 사용하는 것을 정당화하는 올바른 방법에 대해 아직 합의에 이르지 못했다.

드 브로글리-Bohm 이론은 측정 문제를 매우 다르게 해결하려고 합니다. 시스템을 설명하는 정보는 파동 함수뿐만 아니라 입자의 위치를 제공하는 보조 데이터(궤적)도 포함합니다.파동 함수의 역할은 입자의 속도장을 생성하는 것입니다.이러한 속도는 입자에 대한 확률 분포가 정통 양자 역학의 예측과 일관되게 유지되도록 합니다.드 브로글리에 따르면...Bohm 이론, 측정 절차 중 환경과의 상호작용은 실제 [19]붕괴가 없는 경우에도 명백한 파동 함수 붕괴가 발생하는 구성 공간에서 파동 패킷을 분리합니다.

네 번째 접근방식은 객관적 붕괴 모델에 의해 제공된다.이러한 모형에서는 슈뢰딩거 방정식이 수정되어 비선형 항을 얻습니다.이러한 비선형 수정은 확률적 성질의 것으로 전자나 원자 같은 미세한 양자 물체에 대해 일반적인 슈뢰딩거 방정식에 의해 주어진 것과 측정할 수 없을 정도로 가까운 행동을 일으킨다.그러나 거시적 물체의 경우 비선형 수정이 중요해지고 파동 함수의 붕괴를 유도한다.객관적 붕괴 모델은 효과적인 이론이다.확률적 수정은 일부 외부 비양자장에서 발생하는 것으로 생각되지만, 이 필드의 성질은 알려져 있지 않다.가능한 후보 중 하나는 디오시와 펜로즈의 모형과 같은 중력 상호작용이다.다른 접근법과 비교한 목표-붕괴 모델의 주된 차이점은 표준 양자 역학과 다른 반증 가능한 예측을 한다는 것이다.실험은 이미 이러한 예측을 [20]테스트할 수 있는 모수 체계에 가까워지고 있습니다.Ghirardi-Rimini-Weber(GRW) 이론은 파동 함수의 붕괴가 역학의 일부로서 자발적으로 일어난다고 주장한다.입자는 약 1억년에 [21]한 번꼴로 "히트" 즉, 파동 함수의 자발적 붕괴를 겪을 확률이 0이 아니다.붕괴는 극히 드물지만 측정 시스템의 입자 수는 시스템 내 어딘가에서 붕괴가 발생할 확률이 높다는 것을 의미합니다.전체 측정 시스템이 (양자 얽힘에 의해) 얽히기 때문에 단일 입자의 붕괴는 전체 측정 장치의 붕괴를 시작합니다.GRW 이론은 어떤 조건에서는 정통 양자역학과는 다른 예측을 하기 때문에, 그것은 엄격한 의미에서 양자역학의 해석은 아니다.

퇴폐의 역할

Erich Joos와 Heinz-Dieter Zeh는 1980년대 굳건한 기초 위에 놓인 양자탈결현상이 이 [22]문제를 해결한다고 주장한다.그 생각은 환경이 거시적인 물체의 고전적인 모습을 유발한다는 것이다.Zeh는 또한 퇴결성이 양자 극초단파와 고전적 직관이 [23][24]적용되는 세계 사이의 애매한 경계를 식별하는 것을 가능하게 한다고 주장한다.양자 퇴폐는 일관된 [25][26]역사에 기초한 코펜하겐 해석의 일부 최신 업데이트의 중요한 부분이 됩니다.양자 데코히렌스는 파동 함수의 실제 붕괴를 설명하지는 않지만, 양자 확률(간섭 효과를 나타내는)을 일반적인 고전 확률로 변환하는 것을 설명합니다.예를 들어 Zurek[23],[3] Zeh,[27] Schlosshauer를 보십시오.

현재 상황은 Schlosshauer의 2006년 기사에서 다음과 [28]같이 기술되어 서서히 명확해지고 있다.

확률의 의미를 설명하고 Born rule에 도달하기 위해 과거 몇 가지 퇴폐적 관련 제안이 제시되었다.이러한 파생상품의 성공에 대해서는 아직 결정적 결론이 나지 않은 것 같다.

잘 알려진 바와 같이, 보어의 많은 논문은 고전 개념의 근본적인 역할을 주장한다.점점 더 큰 길이의 축척에서 거시적으로 구별되는 상태의 중첩에 대한 실험적 증거는 그러한 격언에 반박한다.중첩은 종종 고전적인 대응물이 없는, 참신하고 개별적으로 존재하는 상태로 보인다.시스템 간의 물리적 상호작용만이 각 특정 시스템의 관점에서 고전적인 상태로의 특정 분해를 결정한다.따라서 고전적 개념은 상대적인 상태적 의미에서 국지적으로 발생하는 것으로 이해되어야 하며 더 이상 물리적 이론에서 근본적인 역할을 주장해서는 안 된다.

「 」를 참조해 주세요.

주제에 관련된 수학에 대한 보다 기술적인 설명은 양자역학 측정을 참조하십시오.

레퍼런스 및 메모

  1. ^ Weinberg, Steven (1998). "The Great Reduction: Physics in the Twentieth Century". In Michael Howard & William Roger Louis (eds.). The Oxford History of the Twentieth Century. Oxford University Press. p. 26. ISBN 0-19-820428-0.
  2. ^ Weinberg, Steven (November 2005). "Einstein's Mistakes". Physics Today. 58 (11): 31–35. Bibcode:2005PhT....58k..31W. doi:10.1063/1.2155755.
  3. ^ a b Zurek, Wojciech Hubert (22 May 2003). "Decoherence, einselection, and the quantum origins of the classical". Reviews of Modern Physics. 75 (3): 715–775. arXiv:quant-ph/0105127. Bibcode:2003RvMP...75..715Z. doi:10.1103/RevModPhys.75.715. S2CID 14759237.
  4. ^ Schlosshauer, Maximilian; Kofler, Johannes; Zeilinger, Anton (August 2013). "A snapshot of foundational attitudes toward quantum mechanics". Studies in History and Philosophy of Science Part B. 44 (3): 222–230. arXiv:1301.1069. Bibcode:2013SHPMP..44..222S. doi:10.1016/j.shpsb.2013.04.004. S2CID 55537196.
  5. ^ Ball, Philip (2013). "Experts still split about what quantum theory means". Nature. doi:10.1038/nature.2013.12198. S2CID 124012568.
  6. ^ Mermin, N. David (1989). "What's Wrong with this Pillow?". Physics Today. 42 (4): 9. doi:10.1063/1.2810963.
  7. ^ Mermin, N. David (2004). "Could Feynman have said this?". Physics Today. 57 (5): 10–11. Bibcode:2004PhT....57e..10M. doi:10.1063/1.1768652.
  8. ^ Howard, Don (December 2004). "Who Invented the "Copenhagen Interpretation"? A Study in Mythology". Philosophy of Science. 71 (5): 669–682. doi:10.1086/425941. ISSN 0031-8248.
  9. ^ Camilleri, Kristian (May 2009). "Constructing the Myth of the Copenhagen Interpretation". Perspectives on Science. 17 (1): 26–57. doi:10.1162/posc.2009.17.1.26. ISSN 1063-6145.
  10. ^ Englert, Berthold-Georg (2013-11-22). "On quantum theory". The European Physical Journal D. 67 (11): 238. arXiv:1308.5290. doi:10.1140/epjd/e2013-40486-5. ISSN 1434-6079.
  11. ^ Peierls, Rudolf (1991). "In defence of "measurement"". Physics World. 4 (1): 19–21. doi:10.1088/2058-7058/4/1/19. ISSN 2058-7058.
  12. ^ Healey, Richard (2016). "Quantum-Bayesian and Pragmatist Views of Quantum Theory". In Zalta, Edward N. (ed.). Stanford Encyclopedia of Philosophy. Metaphysics Research Lab, Stanford University.
  13. ^ John Bell (1990), "Against 'measurement'", Physics World, 3 (8): 33–41, doi:10.1088/2058-7058/3/8/26
  14. ^ Niels Bohr (1985) [May 16, 1947], Jørgen Kalckar (ed.), Niels Bohr: Collected Works, vol. 6: Foundations of Quantum Physics I (1926-1932), pp. 451–454
  15. ^ Stig Stenholm (1983), "To fathom space and time", in Pierre Meystre (ed.), Quantum Optics, Experimental Gravitation, and Measurement Theory, Plenum Press, p. 121, The role of irreversibility in the theory of measurement has been emphasized by many. Only this way can a permanent record be obtained. The fact that separate pointer positions must be of the asymptotic nature usually associated with irreversibility has been utilized in the measurement theory of Daneri, Loinger and Prosperi (1962). It has been accepted as a formal representation of Bohr's ideas by Rosenfeld (1966).
  16. ^ Fritz Haake (April 1, 1993), "Classical motion of meter variables in the quantum theory of measurement", Physical Review A, 47 (4): 2506–2517, doi:10.1103/PhysRevA.47.2506, PMID 9909217
  17. ^ Kent, Adrian (2010). "One world versus many: the inadequacy of Everettian accounts of evolution, probability, and scientific confirmation". Many Worlds?. Oxford University Press. pp. 307–354. arXiv:0905.0624. ISBN 9780199560561. OCLC 696602007.
  18. ^ Barrett, Jeffrey (2018). "Everett's Relative-State Formulation of Quantum Mechanics". In Zalta, Edward N. (ed.). Stanford Encyclopedia of Philosophy. Metaphysics Research Lab, Stanford University.
  19. ^ Sheldon, Goldstein (2017). "Bohmian Mechanics". In Zalta, Edward N. (ed.). Stanford Encyclopedia of Philosophy. Metaphysics Research Lab, Stanford University.
  20. ^ Angelo Bassi; Kinjalk Lochan; Seema Satin; Tejinder P. Singh; Hendrik Ulbricht (2013). "Models of wave-function collapse, underlying theories, and experimental tests". Reviews of Modern Physics. 85 (2): 471–527. arXiv:1204.4325. Bibcode:2013RvMP...85..471B. doi:10.1103/RevModPhys.85.471. S2CID 119261020.
  21. ^ Bell, J. S. (2004)"양자점프 있어요?"Quantum Mechanics에서는 말하기 쉽고 말하기 어려운: 201~212.
  22. ^ Joos, E.; Zeh, H. D. (June 1985). "The emergence of classical properties through interaction with the environment". Zeitschrift für Physik B. 59 (2): 223–243. Bibcode:1985ZPhyB..59..223J. doi:10.1007/BF01725541. S2CID 123425824.
  23. ^ a b H. D. Zeh (2003). "Chapter 2: Basic Concepts and Their Interpretation". In E. Joos (ed.). Decoherence and the Appearance of a Classical World in Quantum Theory (2nd ed.). Springer-Verlag. p. 7. arXiv:quant-ph/9506020. Bibcode:2003dacw.conf....7Z. ISBN 3-540-00390-8.
  24. ^ Jaeger, Gregg (September 2014). "What in the (quantum) world is macroscopic?". American Journal of Physics. 82 (9): 896–905. Bibcode:2014AmJPh..82..896J. doi:10.1119/1.4878358.
  25. ^ V. P. Belavkin (1994). "Nondemolition principle of quantum measurement theory". Foundations of Physics. 24 (5): 685–714. arXiv:quant-ph/0512188. Bibcode:1994FoPh...24..685B. doi:10.1007/BF02054669. S2CID 2278990.
  26. ^ V. P. Belavkin (2001). "Quantum noise, bits and jumps: uncertainties, decoherence, measurements and filtering". Progress in Quantum Electronics. 25 (1): 1–53. arXiv:quant-ph/0512208. Bibcode:2001PQE....25....1B. doi:10.1016/S0079-6727(00)00011-2.
  27. ^ Maximilian Schlosshauer (2005). "Decoherence, the measurement problem, and interpretations of quantum mechanics". Reviews of Modern Physics. 76 (4): 1267–1305. arXiv:quant-ph/0312059. Bibcode:2004RvMP...76.1267S. doi:10.1103/RevModPhys.76.1267. S2CID 7295619.
  28. ^ Maximilian Schlosshauer (January 2006). "Experimental motivation and empirical consistency in minimal no-collapse quantum mechanics". Annals of Physics. 321 (1): 112–149. arXiv:quant-ph/0506199. Bibcode:2006AnPhy.321..112S. doi:10.1016/j.aop.2005.10.004. S2CID 55561902.

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