Колапс хвильової функції

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Колапс хвильової функції — один із можливих механізмів переходу від квантовомеханічного опису фізичної системи до класичного при вимірюванні. Термін запропонував у 1929 році Вернер Гайзенберг, пізніше ідею розвивав Джон фон Нейман. Альтернативний підхід до проблеми вимірювання в квантовій механіці пропонує ідея квантової декогеренції. Ідея колапсу хвильової функції полягає у тому, що при вимірюванні перехід до класичного опису відбувається миттєво, нелокально (у всьому просторі), стрибком.

Суть проблеми[ред.ред. код]

Квантова механіка побудувала успішний математичний апарат для пояснення широкої множини явищ у мікросвіті. Виходячи з її положень еволюція квантової системи відбувається цілком детерміністично. Якщо, наприклад, відома хвильова функція квантової системи в початковий момент часу, й відомі взаємодії в ній, то квантова механіка дозволяє розрахувати хвильову функцію у будь-який наступний момент часу. Однак, хвильова функція несе в собі інформацію одразу про всі можливі результати вимірювання. Коли ж вимірювання відбувається, експериментатор отримує тільки один результат. При чому цей результат він отримує з різною ймовірністю, тобто на етапі вимірювання детермінізм зникає.

Якщо, наприклад, квантова система описується суперпозицією:

 \psi = \sum_n a_n \varphi_n ,

де функції   \varphi_n  утворюють ортонормований базис, а   a_n  - певні комплексні коефіцієнти, то колапс відповідає переходу

 \sum_n a_n \varphi_n \qquad \rightarrow \qquad \varphi_m .

При цьому всі інші можливості миттєво зникають, а коефіцієнт при хвильовій функції дорівнює 1.

Значення[ред.ред. код]

Аналізуючи припущення колапсу хвильової функції в книзі «Математичні основи квантової механіки» (Mathematische Grundlagen der Quantenmechanik[1]) Янош фон Нейманн довів, що воно сумісне з можливістю провести вимірювання, однак не довів, що воно необхідне. В ідеї колапсу хвильової функції завжди було багато критиків. Одним із основних серед них є критика нелокальності. Зокрема, завдяки колапсу хвильової функції можливий процес, який отримав назву квантової телепортації. Для сплутаних станів вимірювання стану однієї з частинок призводить до миттєвої редукції стану іншої.

Фон Нейман стверджував, що математика дозволяє колапсу відбутися на будь-якому етапі причинно-наслідкового шляху від приладу до суб'єктивного сприйняття експериментатора. Інший лауреат Нобелівської премії Юджин Вігнер у 60-их, розмірковуючи над проблемою Шредінгерового кота, зробив наступний крок, припустивши, що квантова механіка правильна і добре описує світ, але послідовно може застосовуватися до всього світу, включно із експериментальною апаратурою і навіть мозком експериментатора, а колапс відбувається тільки тоді, коли вимірювання проводить щось, що лежить поза матеріальним світом - свідомість. Звісно, що такий погляд викликав різку критику.

Колапс хвильової функції веде до квантового ефекту Зенона, твердження про те, що час життя метастабільного стану збільшується, якщо за системою часто спостерігати.


Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.

Виноски[ред.ред. код]

  1. J. von Neumann (1932). Mathematische Grundlagen der Quantenmechanik. Berlin: Springer.  (нім.)
    J. von Neumann (1955). Mathematical Foundations of Quantum Mechanics. Princeton University Press.  (англ.)
    И. фон Нейман (1964). Математические основы квантовой механики. М.: Наука.  (рос.)