Роль наблюдения в мысленном эксперименте "Кот Шрёдингера".

[Ontos]

Эксперимент у большинства на слуху, и обычно преподносится так: "кот в суперпозиции живого и мертвого до открытия ящика".
По легенде, кота помещают в ящик, ящик закрывают, и с этого момента отсчитывается период полураспада злополучного атома.

(Оффтоп)

Кстати, у Шрёдингера не верно про "крохотное количество радиоактивного вещества, столь небольшое, что в течение часа может распасться только один атом", ведь с некоторой, отличной от нуля, вероятностью, могут распасться и 2 атома, и все; поэтому для гарантии "не более 1 атом", нужен не более 1 атом. Хотя это и не критично для считывающей трубки, если она разрядится и при распаде нескольких атомов.

1) Добавим пару условий - ящиков 1 000, запущенных одновременно, и в каждом стоит таймер (не наблюдаемый до открытия), включаемый с начала эксперимента и останавливающийся в случае распада атома.
Мы получим в итоге, вытаскивая котов ровно через час, наиболее вероятное распределение в 500 живых и 500 мертвых (хотя скорей всего числа будут разными).
Так же, мы получим в случаях смерти записи с таймеров - показывающие, во сколько атом распался и кот (скажем, через секунду) умер. Совокупность значений таймера будет приблизительно совпадать с ожидаемой кривой полураспада. Могут быть смерти и через минуту, и через 29.
А раз таймер показал смерть через, скажем, 15 минут - почему считается, что на момент открытия этого ящика кот был в суперпозиции, и именно наблюдение схлопнуло волновую функцию? Ведь кот уже был мертв 45 минут.
Значения таймеров никому не известны, до открытия ящика.

Могут счесть, что в таком случае, наблюдателем, схлопывающим волновую функцию, является таймер. Но как? Конструкция устроена таким образом, что таймер никак значимо не влияет на радиоактивное вещество. Да и сам период полураспада, насколько мне известно, не меняется в зависимости от условий, в которых находится вещество.

1. На каком, в таком случае, основании, можно говорить о том, что наблюдение лишает кота статуса суперпозиции?
2. Не будет ли более обоснованным счесть, что наблюдение лишь выполняет свою функцию - наблюдает текущее состояние кота? А жизнь или смерть кота - в любой момент вполне определенны? Кот может умереть в любой момент, однако либо он ещё жив, либо умирает/умер, либо он вытащен из коробки.

2) Можно иначе модифицировать мысленный эксперимент: ящик (1 000 ящиков) наблюдается регулярно. В любой момент в течение часа (пока кот не вынут), при распаде атома и смерти кота, наблюдатель тут же будет оповещён об этом.

3. Разве в этом случае вероятностное распределение жизни и смерти кота изменится? И разве атом хоть на йоту иначе будет подвержен распаду?

Отсюда вывод - наблюдение не влияет на квантовые процессы. По крайней мере, в рамках мысленного эксперимента "кот Шрёдингера"

-- 17.10.2017, 21:18 --

Вероятно, большинство, думая об этом мысленном эксперименте, непроизвольно подразумевают, что до наблюдения кот умереть не может, а если и умрёт, то время смерти не возможно фиксировать.

[warlock66613]

Ontos в сообщении #1256425 писал(а):

почему считается, что на момент открытия этого ящика кот был в суперпозиции, и именно наблюдение схлопнуло волновую функцию?

Потому что если заменить кота на объект попроще (ну хотя бы на молекулу фуллерена, а ещё лучше просто электрон/фотон), то вместо того, чтобы просто открыть ящик и увидеть результат, можно заставить два классически несовместимых состояния синтерферировать, а отсюда следует, что пока ящик не открыт, его содержимое находится в суперпозиции. Чтобы понять о чём идёт речь, надо обратиться к другому каноническому квантомеханическому эксперименту — эксперименту с двумя щелями. Соответствие между этими двумя экспериментами такое:
электрон прошёл через верхнюю щель — живой кот
электрон прошёл через нижнюю щель — мёртвый кот
электрон прошёл через обе щели (интерференция) — кот в состоянии интерференции

Конечно, никто никогда не видел кошек в состоянии интерференции (то есть в таком состоянии $X$, в которое с примерно равными амплитудами можно попасть как по пути $\text{кот до эксперимента} \to \text{живой кот после эксперимента} \to X$, так и по пути $\text{кот до эксперимента} \to \text{мёртвый кот после эксперимента} \to X$), но если мы предполагаем, что квантовая механика применима к коту, то вывод о суперпозиции представляется неизбежным.

[realeugene]

Ontos в сообщении #1256425 писал(а):

Добавим пару условий - ящиков 1 000, запущенных одновременно, и в каждом стоит таймер (не наблюдаемый до открытия), включаемый с начала эксперимента и останавливающийся в случае распада атома.

Это ничего не изменяет. Кот в изначальной формулировке - это и есть тот самый "таймер". Открыв ящик с котов мы видим либо похудевшего живого кота, либо толстый вонючий труп. Патологоанатом сможет установить момент времени смерти по трупу. Вы ничего не добавили к парадоксу. Обсуждаемый парадокс состоит в том, что квантовая механика предсказывает возможность наблюдения интерференции состояний квантового таймера-кота (как вам совершенно верно написал warlock66613), но при совершенно недостижимых на теперешнем технологическом уровне для столь больших и сложных систем условиях.

Ontos в сообщении #1256425 писал(а):

Кстати, у Шрёдингера не верно про "крохотное количество радиоактивного вещества, столь небольшое, что в течение часа может распасться только один атом", ведь с некоторой, отличной от нуля, вероятностью, могут распасться и 2 атома,

Это вообще ничего не изменяет. Первый распавшийся атом, гамма-квант от которого пойман, убивает кота. Квантовомеханическое рассмотрение нескольких радиоактивных атомов сразу всё равно гораздо проще, чем квантовомеханическое рассмотрение кота.

[upgrade]

Ontos
А вот тут (параграф 7 про измерения и наблюдения со страницы 37) у ЛЛ не ваш случай?

[Ontos]

warlock66613 в сообщении #1256442 писал(а):

Потому что если заменить кота на объект попроще (ну хотя бы на молекулу фуллерена, а ещё лучше просто электрон/фотон), то вместо того, чтобы просто открыть ящик и увидеть результат, можно заставить два классически несовместимых состояния синтерферировать, а отсюда следует, что пока ящик не открыт, его содержимое находится в суперпозиции. Чтобы понять о чём идёт речь, надо обратиться к другому каноническому квантомеханическому эксперименту — эксперименту с двумя щелями. Соответствие между этими двумя экспериментами такое:
электрон прошёл через верхнюю щель — живой кот
электрон прошёл через нижнюю щель — мёртвый кот
электрон прошёл через обе щели (интерференция) — кот в состоянии интерференции

На каком основании радиоактивный распад атома эквивалентен интерференции (волны)? Мы можем убрать кота и вернуться к простому факту - атом когда-то распадётся. Это что-то меняет с т.з. физики? Разве добавление эпифеноменального по отношению к атому кота меняет распад атома? Не меняет. Значит, и сам атом мы должны счесть находящимся в суперпозиции, любую частицу (или их комплекс, как атом), подверженную радиоактивному распаду, верно? Но как вы распадающийся атом приравняете к ситуации интерференции?

[upgrade]

Ontos в сообщении #1256488 писал(а):

Мы можем убрать кота и вернуться к простому факту - атом когда-то распадётся.

Там кроме атома еще прибор есть (он же, насколько я понимаю из стр. 37 и далее ЛЛ - тот самый кот), у которого состояние при взаимодействии с распавшимся атомом не единственное, а описывается суммой состояний с вероятностями у каждого, приведенной к единице. И у наблюдателя состояние при открытии ящика - не единственное, а является суммой с вероятностями, приведенной к единице. И у кота и у наблюдателя конечное состояние появляется при взаимодействии, у кота - с распавшимся атомом, у наблюдателя - с котом при открытии коробки. Надеюсь, не сильно напридумывал.

[Ontos]

realeugene в сообщении #1256463 писал(а):

Ontos в сообщении #1256425 писал(а):

Добавим пару условий - ящиков 1 000, запущенных одновременно, и в каждом стоит таймер (не наблюдаемый до открытия), включаемый с начала эксперимента и останавливающийся в случае распада атома.

Это ничего не изменяет. Кот в изначальной формулировке - это и есть тот самый "таймер". Открыв ящик с котов мы видим либо похудевшего живого кота, либо толстый вонючий труп. Патологоанатом сможет установить момент времени смерти по трупу. Вы ничего не добавили к парадоксу. Обсуждаемый парадокс состоит в том, что квантовая механика предсказывает возможность наблюдения интерференции состояний квантового таймера-кота (как вам совершенно верно написал warlock66613), но при совершенно недостижимых на теперешнем технологическом уровне для столь больших и сложных систем условиях.

Ну так если смерть наступила до открытия коробки, значит, суперпозиция закончилась до открытия коробки, очевидно? И само наблюдение не повлияло на кота. Он уже был мёртв n минут до открытия.

[upgrade]

Ontos в сообщении #1256491 писал(а):

И само наблюдение не повлияло на кота.

Как и кот не влияет на наблюдателя до открытия коробки, поэтому наблюдатель может принять разные состояния до открытия коробки.
ЛЛ стр. 38:
"Отсюда следует, что $A_n(q)$ (одно из возможных состояний прибора) пропорциональна волновой функции электрона после измерения"

[realeugene]

Ontos в сообщении #1256491 писал(а):

Ну так если смерть наступила до открытия коробки, значит, суперпозиция закончилась до открытия коробки, очевидно?

Нет, это неверно. Базовый постулат квантовой механики: если существует два возможных состояния, то существует и суперпозиция этих состояний квантовой системы. Если квантовый кот может быть живым или мёртвым, то он может быть и одновременно на 87% живым и на 50% мёртвым. Но если вы откроете коробку и посмотрите на этого кота, вы всегда обнаружите, что кот либо на 100% жив, либо на 100% мёртв, и эти возможности реализуются с вероятностями 75% и 25% соответственно.

[warlock66613]

Ontos в сообщении #1256488 писал(а):

На каком основании радиоактивный распад атома эквивалентен интерференции (волны)?

Они описываются схожими законами. Но если радиоактивный распад не устраивает, его можно заменить измерением спина эвлектрона и даже той самой установкой с электронной пушкой и экраном с двумя щелями и детекторами возле них.

[realeugene]

(Оффтоп)

Ontos в сообщении #1256488 писал(а):

эпифеноменального

Я и слов таких не знаю.

-- 18.10.2017, 13:59 --

Ontos в сообщении #1256488 писал(а):

Но как вы распадающийся атом приравняете к ситуации интерференции?

Интерференция в квантовой механике - это эффекты, связанные с одновременным существованием нескольких несовместимых альтернатив. Да-да, если есть две несовместимые альтернативы, то есть и их суперпозиция, в которой эти альтернативы существуют одновременно с какими-то весами. И это одновременное существование альтернатив можно определить, как, например, можно наблюдать интерференцию электронов, пролетающих через две различные расположенные рядом щели одновременно. Значит, для атома существуют суперпозиции, когда он уже распался и когда он ещё не распался. Как наблюдать интерференцию этих состояний атома я не расскажу, всё-таки, внутреннее состояние ядра атома - штука сложная, но в принципе это возможно.

[upgrade]

realeugene в сообщении #1256518 писал(а):

в которой эти альтернативы существуют одновременно с какими-то весами.

А можно разъяснить вот этот момент насчет "существуют". Наблюдатель вместе с котом, как квантовая система, принимают одно из возможных состояний в момент открытия коробки, но до открытия коробки состояний то никаких у наблюдателя, связанных с открытием коробки, нет - коробка еще не открыта.
А то что он при открытии коробки принимает одно из двух состояний, еще не говорит о том, что они есть у него до открытия коробки. Само по себе наличие вероятностей у состояний до открытия коробки говорит о том, что нет никаких состояний - нет физического существования суперпозиции. Например, когда две игральные кости еще не брошены, у суммы выпавших чисел нет никакого физического "существования" значения граней с вероятностью $1/6$ выпадения для каждой кости, ни в качестве физической характеристики, ни как-либо еще. Есть просто данные о том, что каждая грань выпадает в одном случае из шести, основанные на прошлых опытах - не более того. Что значит "существование" суперпозиции в физическом смысле?

[realeugene]

upgrade в сообщении #1256528 писал(а):

А можно разъяснить вот этот момент насчет "существуют".

Что "существуют" - это постулат квантовой механики. Это означает, что если есть чистое состояние суперпозиции двух несовместимых альтернатив, то можно поставить эксперимент, который для котов в этом состоянии суперпозиции всегда будет выдавать определённый результат измерения, когда для состояний "100% жив" и "100% мёртв" результат такого эксперимента окажется случайным.

С котами главная проблема в том, что их чистое состояние суперпозиции очень быстро превращается в смесь состояний, которая уже никаким образом экспериментально не отличима от классических случайностей.

[Ontos]

realeugene в сообщении #1256499 писал(а):

Ontos в сообщении #1256491 писал(а):

Ну так если смерть наступила до открытия коробки, значит, суперпозиция закончилась до открытия коробки, очевидно?

Нет, это неверно. Базовый постулат квантовой механики: если существует два возможных состояния, то существует и суперпозиция этих состояний квантовой системы. Если квантовый кот может быть живым или мёртвым, то он может быть и одновременно на 87% живым и на 50% мёртвым. Но если вы откроете коробку и посмотрите на этого кота, вы всегда обнаружите, что кот либо на 100% жив, либо на 100% мёртв, и эти возможности реализуются с вероятностями 75% и 25% соответственно.

Т.е. как не верно, если смерть уже наступила. Прошло время. Коробка открыта, и о смерти узнал наблюдатель. Вы верите в магию, согласно которой, восприятие влияет на реальность, это вид Берклианства («существовать — значит быть воспринятым»)?
И потом, мы можем в том же опыте поместить 2 людей в соседних комантах. Один человек тут же будет оповещен о смерти кота. Второй - ждет час, и открывает коробку, чтобы узнать, что с котом. В какой момент уже нет суперпозиции? См. Парадокс Вигнера, который доводит до абсурда стремление некоторых путать физическое воздействие на квантовую систему и психическое восприятие квантовой системы.

-- 18.10.2017, 14:47 --

Спросите Итана №46: Что такое квантовое наблюдение.
Перевод работы астрофизика Ethan Siegel.
Цитирую, как явное указание на характер наблюдения квантовой механике, как воздействия, выводящего из состояния суперпозиции: это физическое воздействие. Наблюдателя, субъекта, может и не быть:

Цитата:

Теперь можно ответит на вопрос читателя: что есть наблюдение?


Несмотря на то, что вы могли подумать, прочтя эти строки, наблюдение не имеет ничего общего с вами, с наблюдателем. Все разговоры про измерения и наблюдения прячут правду – чтобы произвести эти измерения, вам надо сделать так, чтобы квантовая частица провзаимодействовала с той, которую мы пытаемся наблюдать. И если нам нужно провести эти измерения, нам нужно, чтобы это взаимодействие прошло с определённым уровнем энергии.

Это не имеет ничего общего с вами или с «актом наблюдения», а зависит от того, провзаимодействуете ли вы с достаточной энергией для того, чтобы «сделать наблюдение», или, иначе говоря, удастся ли вам перевести частицу в одно из квантовых состояний.



Для электрона, проходящего сквозь щель, это означает взаимодействие с фотоном, который ограничит его позицию достаточно для того, чтобы он явно прошёл через одну из щелей. Для фотона со спином +1 или -1 это означает проведение измерения чувствительного к его поляризации, что означает взаимодействие, чувствительное к типу электромагнитного поля, создаваемого фотона.



Поэтому, наблюдение – это квантовое взаимодействие, достаточное для определения квантового состояния системы.

[realeugene]

Ontos в сообщении #1256538 писал(а):

Т.е. как не верно, если смерть уже наступила.

Читайте внимательнее. Существуют состояния квантового кота, в которых смерть кота наступила на 50% и, одновременно, не наступила на 87%.

И я ни во что не "верю". Я знаком с квантовой механикой (в очень ограниченном объёме институтского курса теорфизики и давно). Квантовая механика уже давно используется инженерами для проектирования механизмов, а не только для "описания наблюдений". Вы не понимаете её постулатов, это не страшно для обывателя, но делать глубокомысленные философские выводы из этого не стоит.