2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




На страницу Пред.  1, 2
 
 
Сообщение20.04.2009, 19:26 
В каких случаях состояние замкнутой системы является смешанным (т.е. не может быть задано вектором, волновой функцией)? Этих случаев обычно выделяют два.

Добавлено спустя 27 минут 3 секунды:

Кому нужна подсказка - есть в книге:
Блум: Теория матрицы плотности и ее приложения

 
 
 
 
Сообщение21.04.2009, 03:26 
Аватара пользователя
вы задали вопрос, а потом сами нашли ответ через 27 минут ? :-)

 
 
 
 
Сообщение21.04.2009, 09:25 
Аватара пользователя
Это он пытается наставить заблудшие души на путь истинный...

 
 
 
 
Сообщение24.04.2009, 13:56 
redfox в сообщении #206483 писал(а):
В каких случаях состояние замкнутой системы является смешанным (т.е. не может быть задано вектором, волновой функцией)? Этих случаев обычно выделяют два.

Это:
1) Если система взаимодейсвовала ранее с другой системой и находится с ней в запутанном состоянии (Блум, стр. 78);
2) Если мы не обладаем полной информацией о системе (Блум, стр. 7).

Можно рассмотреть второй вариант. Если бы мы имели полную информацию о системе, мы бы знали её гамильтониан, мы могли бы получить и оператор эволюции матрицы плотности. При унитарной эволюции фазовый объём системы не изменяется во времени, что означает постоянство энтропии во времени. Но как получить этот гамильтониан, если мы о системе знаем не всё?

Ссылки по теме:

[url]http://ru.wikipedia.org/wiki/Уравнение_Лиувилля[/url]
В математической физике, теорема Лиувилля, названная по имени французского математика Жозефа Лиувилля, является ключевой теоремой в статистической и гамильтоновой механике. Она гласит, что функция распределения в фазовом пространстве постоянна вдоль траекторий системы — плотность точек системы около данной точки системы, движущихся через фазовое пространство постоянно во времени.

[url]http://ru.wikipedia.org/wiki/Уравнение_Линдблада[/url]
Уравнение Линдблада — уравнение для матрицы плотности, является наиболее общим видом марковского производящего уравнения, описывающего неунитарную (диссипативную, негамильтонову) эволюцию матрицы плотности.

 
 
 
 Re: Измерение в КМ и энтропия
Сообщение26.08.2009, 10:35 
Аватара пользователя
Жесть в сообщении #238051 писал(а):
Спасибо за ссылку. Статью скачал, но полностью прочитать сегодня точно не смогу, а может и в ближайшие дни тоже. Статья достаточно объёмистая.

Первые три раздела почитайте. Собственно, уже в третьем разделе можете ориентироваться по оглавлению, чего читать. И даже во втором, после п. II.A. А может, можно начать с более простого изложения по-русски http://ufn.ru/ru/articles/2000/6/c/ (только про сознание там читать не надо :-) ).

-- 26.08.2009 12:18:22 --

Жесть в сообщении #238051 писал(а):
Собственно, вспомнил я про эту тему в связи с Вашим сообщением:
Munin в сообщении #237811 писал(а):
И есть законы, по которым определяется, каков будет результат измерения спина электрона. Эти законы - не детерминистские. Но это обусловлено нашей неполной информированностью о начальных условиях - о точном квантовом состоянии измерительной установки. Так что Вселенная живёт не по этим законам.

Мне непонятно про детерминистский закон, определяющий результат измерения спина электрона. В курсах КМ говорится, что при измерении какой-то величины, ВФ коллапсирует в собственное состояние этой самой величины.

Да, в курсах КМ так говорится, потому что курсы КМ преследуют две цели: дать в руки рабочий инструмент, и не пудрить голову сложностями. Для остального надо читать не курсы КМ, а монографии (может, в каких-то курсах эти моменты и рассмотрены подробнее, не знаю). Кроме того, многие курсы КМ написаны довольно давно.

Ситуация тут очень простая. С самого появления квантовой механики всем было практически ясно, что наш обычный классический мир "состоит" из квантового, точно так же, как макроскопические куски вещества состоят из атомов и молекул. Умными словами это называется "редукционизм", когда мы считаем, что все законы макромира имеют в своей основе известные нам квантовые законы, и полностью к ним сводятся. Любую классическую систему можно рассмотреть под бо́льшим увеличением как квантовую, и этого будет достаточно, чтобы описать всё, что возникает на более высоких уровнях: среды и химию, жизнь, сознание, свободу воли. Подразумевается принципиальная возможность рассмотрения, потому что ясно, что практически это нам совершенно недоступно из-за объёма задачи. Кроме того, что "всем это было ясно", это ещё подтверждалось и дальнейшими исследованиями: ФТТ свелась к квантам, химия свелась к квантам, биохимия с её "волшебными" молекулами ДНК - тоже свелась к квантам. Итого, можно считать, что в мире ничего, кроме квантов, нет.

Теперь посмотрим на ситуацию: экспериментатор при помощи прибора измеряет спин электрона. Тут есть практическое правило: мы берём модуль квантовомеханической амплитуды, возводим в квадрат, и получаем вероятность. Но с другой стороны, экспериментатор и прибор - тоже "состоят из квантов". Их можно описать на квантовом уровне, как часть системы, и посмотреть, что будет дальше. А дальше будет эволюция системы по уравнению Шрёдингера. Но эта эволюция однозначна (детерминирована). При точно заданном начальном векторе состояния, у нас будет и точный результат в каждый момент времени. Откуда же появляются вероятности?

Этот вопрос встал сразу же, как появилась вообще вероятностная интерпретация волновой функции (а перед этим вообще непонятно было, что это за объект, и почему он позволяет что-то рассчитать). И на него появилось несколько разных ответов, носящих название "интерпретации квантовой механики". Самая известная, которая как раз излагается в курсах КМ - это Копенгагенская интерпретация. Она звучит так: "вероятности появляются, и всё тут, и не задумывайтесь над этим. Вы можете взять кучу фотопластинок, и статистически обработав их, найти эти вероятности - вот и занимайтесь этим делом." Более приличными словами, там сказано, что разделение мира на квантовый и классический - факт экспериментальной физики, который в теории используется без обсуждения. Просто когда волновая функция "импортируется" в классический мир, она - хлоп! - превращается в вероятность. Причём в вероятность разных величин, смотря как прибор сконструирован. Как нам удаётся сконструировать приборы для измерения нужных величин, когда мы не знаем законов работы этих приборов - загадка. И наоборот, когда что-то "экспортируется" из классического мира обратно в квантовый, оно - хлоп! - превращается в собственную функцию этой нужной величины. Почему-то.

Были и другие интерпретации. Например, доведённый до отчаяния "кошкой Шрёдингера" и "другом Вигнера" Эверетт придумал экстремистскую интерпретацию: на самом деле, вероятностей не появляется вообще. Просто наши мозги умеют воспринимать только однозначный мир, и когда сами наши мозги переходят в состояние суперпозиции, то "одно слагаемое" видит мир в одном виде, а другое - в другом, и оба считают, что в мире произошли однозначные события. Поскольку слагаемые расщепляются по тем же самым амплитудам, то вспоминая историю событий, "слагаемое сознания" считает, что события происходят с вероятностью, соответствующей амплитуде. Постепенно эту мысль довели до идеи расщепляющихся не сознаний, а целых миров, и назвали многомировой интерпретацией.

С другой стороны, что мы знаем про "классический прибор"? То, что он большой не только в смысле КМ, но и в смысле статистической физики. Мы не можем задать точно положение и скорость каждого атома в этом приборе, мы их игнорируем, когда говорим про прибор. То есть в терминах статфизики мы задаём для прибора только макропараметры, а микропараметры оказываются случайными, из-за нашего незнания. Может ли быть так, что именно эта информационная случайность и приводит к случайному результату измерения спина прибором? Мысль соблазнительная, но очень долго к ней не могли толком подступиться. И вот в последние годы появилась надежда разобраться с трудностями, и именно этот подход довести до конца. Именно эту цель (не считая некоторых других) преследует исследовательская программа декогеренции. Тогда эвереттовская интерпретация отпадёт как заблуждение, а копенгагенская - останется максимум как упрощённый рабочий инструмент. Ведь то, что мы (с)можем принципиально понять, откуда вероятности берутся, не отменит того факта, что мы их не способны рассчитать и предсказать на практике, и придётся пользоваться копенгагеном. Впрочем, тут возможны разные продвижения в области систем, промежуточных по масштабам между классическими и квантовыми.

 
 
 
 Re: Измерение в КМ и энтропия
Сообщение27.08.2009, 08:28 
Munin в сообщении #238054 писал(а):
С другой стороны, что мы знаем про "классический прибор"? То, что он большой не только в смысле КМ, но и в смысле статистической физики. Мы не можем задать точно положение и скорость каждого атома в этом приборе, мы их игнорируем, когда говорим про прибор. То есть в терминах статфизики мы задаём для прибора только макропараметры, а микропараметры оказываются случайными, из-за нашего незнания. Может ли быть так, что именно эта информационная случайность и приводит к случайному результату измерения спина прибором? Мысль соблазнительная, но очень долго к ней не могли толком подступиться. И вот в последние годы появилась надежда разобраться с трудностями, и именно этот подход довести до конца. Именно эту цель (не считая некоторых других) преследует исследовательская программа декогеренции. Тогда эвереттовская интерпретация отпадёт как заблуждение, а копенгагенская - останется максимум как упрощённый рабочий инструмент. Ведь то, что мы (с)можем принципиально понять, откуда вероятности берутся, не отменит того факта, что мы их не способны рассчитать и предсказать на практике, и придётся пользоваться копенгагеном. Впрочем, тут возможны разные продвижения в области систем, промежуточных по масштабам между классическими и квантовыми.


Хорошая идея и одно время она мне дазе нравилась.
Только вот природа, зараза, хитра и коварна.
Пропускаем пучек через полупрозрачную пластинку и ставим
на выходах два детектора. Срабатывает то один, то другой.
То есть, фотон или отражается, или проходит - в зависимости
от текущего микросостояния полупрозрачной пластинки.
Все тип-топ.
Но если вместо детекторов поставить два зеркала и вторую
полупрозрачную пластинку - и детектировать
фотоны за ней - увы.
Фотон почему то при этом и отражается и проходит сквозь
первую пластинку одновременно - не обращая внимания на ее
микросостояние.
Как будто в курсе, что его ждет вторая полупрозрачная
пластинка и важным становится не микросостояние
пластинок а разность двух возможных путей и поэтому
пройти над по обоим.

 
 
 
 Re: Измерение в КМ и энтропия
Сообщение28.08.2009, 17:21 
Аватара пользователя
Жесть в сообщении #205423 писал(а):
Энтропия в макроскопических системах всегда (почти) возрастает, хотя уравнения Шрёдингера и Ньютона симметричны по отношению к обращению времени. В учебниках по статистической физике,которые я читал, или не объясняется причина такой асимметрии или (как в ЛЛ5) делается ссылка на то, что процесс измерения в КМ вводит асимметрию по отношению к направлению течения времени.

Это довольно странные упоминания. Мне встречались в учебниках статфизики совсем другие. Суть там та, что энтропия будет возрастать, если мы возьмём начальное состояние не с максимальной энтропией, и это будет наблюдаемым неравновесным поведением системы. А вот если мы возьмём состояние с максимальной энтропией, система будет неравновесна, и в среднем неинтересна. Хотя и в том и в другом случае за счёт флуктуаций энтропия может и понижаться, но эти флуктуации оказываются страшно маловероятны, и с учётом известного возраста Вселенной их можно не учитывать: они не успевают произойти ни разу.

Таким образом, проблема оказывается космологической: каким-то образом получилось, что Вселенная в начальном состоянии имела очень малую энтропию, так что в последующее время ей есть ещё куда расти. А с квантами тут вряд ли что-нибудь связано.

По части космологии, насколько я понимаю, всё самое интересное происходит в связи с ростом пространства. При этом в пространстве помещается больше частиц, или больше полевых переменных.

Жесть в сообщении #205423 писал(а):
В большинстве учебников по КМ просто постулируется, что измерение какой-либо величины переводит состояние в собственное состояние измеряемой величины. В ЛЛ3 объясняется это в контексте "в достаточной мере классических приборов, которые подчиняются классической механике с большой степенью точности" (Точное объяснение приводить здесь не буду, дабы не загромождать излишне сообщение. Любой желающий найдёт его в 7-ом параграфе ЛЛ3). Сама идея того, что квантовая механика требует для самого своего обоснования классическую механику, являющуюся одновременно предельным случаем КМ, кажется мне несколько искусственной (возможно, что из-за моей недоученности), так что интересно современное состояние этого вопроса, т.к. ЛЛ уже полвека.

Про это я уже написал, и похоже, это оказалось не интересным.

 
 
 [ Сообщений: 22 ]  На страницу Пред.  1, 2


Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group