Kontrafaktová konečnost - Counterfactual definiteness - Wikipedia

Pro další použití viz Kontrafakt (disambiguation).

v kvantová mechanika, kontrafaktuální jednoznačnost (CFD) je schopnost „smysluplně“ hovořit o jednoznačnosti výsledků měření, která nebyla provedena (tj. schopnost předpokládat existenci objektů a vlastnosti objektů, i když nebyly měřeny). Termín „kontrafaktuální definitivita“ se používá v diskusích o fyzikálních výpočtech, zejména těch, které souvisejí s tzv. Fenoménem Kvantové zapletení a související s Nerovnosti zvonu.[1] V takových diskusích „smysluplně“ znamená schopnost zacházet s těmito neměřenými výsledky na stejné úrovni jako s naměřenými výsledky ve statistických výpočtech. Je to tento (někdy předpokládaný, ale nevyjádřený) aspekt kontrafaktové definitivity, který má přímý význam pro fyziku a matematické modely fyzikálních systémů, a nikoli filozofické obavy týkající se významu neměřených výsledků.

„Kontrafakt“ se může ve fyzikálních diskusích objevit jako podstatné jméno. V této souvislosti se rozumí „hodnota, kterou bylo možné měřit, ale z nějakého důvodu nebyla.“[2][3]

Přehled

Předmětu kontrafaktuální definitivnosti se dostává pozornosti při studiu kvantové mechaniky, protože se tvrdí, že když je klasická fyzika zpochybněna nálezy kvantové mechaniky, musí se vzdát svého nároku na jeden ze tří předpokladů: lokalita (Ne "strašidelná akce na dálku "), kontrafaktuální definitivnost (nebo" bezkontextualita ") a žádné spiknutí (nazývané také „asymetrie času“).[4][5]

Pokud se fyzika vzdá nároku na lokalitu, zpochybní to naše obvyklé představy o kauzalitě a naznačuje, že události se mohou stát rychlostí vyšší než světlo.[6]

Pokud se fyzika vzdá podmínky „bez spiknutí“, je možné, aby „příroda donutila experimentátory měřit, co chce, a kdy chce, skrývat vše, co nemá ráda, aby viděli fyzici“.[7]

Pokud fyzika odmítne možnost, že ve všech případech může existovat „kontrafaktuální definitivita“, pak odmítne některé rysy, na které jsou lidé velmi zvyklí, považovat je za trvalé rysy vesmíru. “O prvcích reality, o nichž papír EPR hovoří nejsou nic jiného než to, co interpretace vlastností nazývá vlastnosti existující nezávisle na měřeních. V každém běhu experimentu existují některé prvky reality, systém má určité vlastnosti <#ai > které jednoznačně určují výsledek měření i >, vzhledem k tomu, že odpovídající měření A se provádí."[8]

Něco jiného, ​​něco, co lze nazvat „kontrafaktualitou“, umožňuje odvodit efekty, které mají v makrosvětě okamžité a pozorovatelné důsledky, i když o nich neexistují žádné empirické znalosti. Jedním z takových příkladů je Tester bomb Elitzur-Vaidman.[9] Tyto jevy nejsou přímo relevantní pro posuzovaný subjekt.

Teoretické úvahy

An interpretace kvantové mechaniky lze říci, že zahrnuje použití kontrafaktuální definitivity, pokud zahrnuje v statistická populace výsledků měření jakákoli měření, která jsou hypotetická, protože jsou vyloučena kvantově mechanickou nemožností simultánního měření konjugovaných párů vlastností.[10]

Například princip nejistoty uvádí, že nelze současně vědět s libovolně vysokou přesností jak polohu, tak i hybnost částice.[11] Předpokládejme, že jeden měří polohu částice. Tento čin ničí veškeré informace o jeho hybnosti. Je tedy možné hovořit o výsledku, kterého by člověk dosáhl, kdyby naměřil jeho hybnost místo své polohy? Je z hlediska matematického formalismu zahrnuto takové srovnávací měření hybnosti spolu s měřením faktické polohy do statistické populace možných výsledků popisujících částice? Pokud by bylo zjištěno, že pozice je r0 pak by při interpretaci, která umožňuje kontrafaktuální definitivitu, statistická populace popisující polohu a hybnost obsahovala všechny páry (r0,str) pro každou možnou hodnotu hybnosti strvzhledem k tomu, že výklad, který zcela odmítá hypotetické srovnávací hodnoty, by měl pouze dvojici (r0, ⊥) kde ⊥ označuje nedefinovanou hodnotu.[12] Chcete-li použít makroskopickou analogii, interpretace, která odmítá kontrafaktuální pohledy na definitivitu, měří polohu podobně jako ptát se, kde se v místnosti nachází osoba, zatímco měření hybnosti se podobá otázce, zda je klín člověka prázdný nebo má něco na sobě. Pokud se pozice osoby změnila tím, že se místo toho postavila, než aby seděla, pak tato osoba nemá klín a ani tvrzení „klín člověka je prázdný“ ani „je něco na klíně“ není pravdivé. Jakýkoli statistický výpočet založený na hodnotách, kdy osoba stojí na nějakém místě v místnosti a současně má klín, jako by sedění nemělo smysl.[13]

Spolehlivost kontrafaktivně konečných hodnot je základním předpokladem, který spolu s „časovou asymetrií“ a „lokální kauzalitou“ vedl k Nerovnosti zvonu. Bell ukázal, že výsledky experimentů měly otestovat myšlenku skryté proměnné by se dalo předpokládat, že spadá do určitých limitů na základě všech tří těchto předpokladů, které jsou považovány za principy základní pro klasickou fyziku, ale výsledky nalezené v těchto mezích by byly v rozporu s předpovědi kvantové mechanické teorie. Pokusy ukázaly, že kvantově mechanické výsledky předvídatelně překračují tyto klasické limity. Výpočet očekávání na základě Bellovy práce znamená, že pro kvantovou fyziku je třeba upustit od předpokladu „místního realismu“.[14] V Bellově derivaci se výslovně předpokládá, že každé možné měření, i když se neprovede, lze zahrnout do statistických výpočtů. Výpočet zahrnuje zprůměrování množin výsledků, které nemohou být všechny současně věcné - pokud jsou některé považovány za faktické výsledky experimentu, ostatní je třeba považovat za hypotetické. (Které z nich jsou označeny jako faktické, určí experimentátor: výsledky měření, které ve skutečnosti provádí, se stanou faktickými na základě jeho volby, výsledky měření, které neprovádí, jsou srovnávací.) Bellova věta dokazuje, že každý typ kvantové teorie musí nutně porušovat lokalita nebo odmítnout možnost spolehlivých měření kontrafaktuálního a určitého druhu.[15][16]

Kontrafaktová definitivita je přítomna v jakékoli interpretaci kvantové mechaniky, která považuje kvantově mechanická měření za objektivní popis stavu systému (nebo stavu kombinovaného systému a měřicího přístroje), ale která nebere v úvahu, že ne všechny takové objektivní popisy lze současně odhalit měřením. Cramer's (1986) transakční interpretace je příkladem takové interpretace.[17]

Příklady interpretací odmítajících kontrafaktovou definitivitu

Kodaňská interpretace

Tradiční Kodaňská interpretace kvantové mechaniky odmítá kontrafaktovou definitivitu, protože nepřisuzuje vůbec žádnou hodnotu měření, které nebylo provedeno. Když se provádí měření, výsledkem jsou hodnoty, ale ty se nepovažují za odhalení již existujících hodnot. Podle slov Asher Peres msgstr "neprovedené experimenty nemají žádné výsledky". [18]

Mnoho světů

The interpretace mnoha světů odmítá kontrafaktovou definitivitu v jiném smyslu; namísto nepřiřazení hodnoty k měřením, která nebyla provedena, připisuje mnoho hodnot. Když jsou prováděna měření, každá z těchto hodnot je realizována jako výsledná hodnota v jiném světě větvící se reality. Jako profesor Guy Blaylock z University of Massachusetts Amherst říká: „Interpretace mnoha světů je nejen kontrafaktově neurčitá, ale také fakticky neurčitá.“ [19]

Konzistentní historie

The konzistentní historie přístup odmítá kontrafaktovou definitivitu ještě jiným způsobem; připisuje neprovedeným měřením jednotlivé, ale skryté hodnoty, a zakazuje kombinování hodnot nekompatibilních měření (kontrafaktuálních nebo faktických), protože takové kombinace nepřinášejí výsledky, které by odpovídaly výsledkům získaným čistě z provedených kompatibilních měření. Když se provádí měření, skrytá hodnota se přesto realizuje jako výsledná hodnota. Robert Griffiths přirovnává je k „útržkům papíru“ umístěným v „neprůhledných obálkách“. [20] Konzistentní historie tedy sama o sobě neodmítá kontrafaktuální výsledky, odmítá je pouze v případě, že jsou kombinovány s nekompatibilními výsledky. [21] Zatímco v kodaňské interpretaci nebo interpretaci Mnoho světů algebraické operace k odvození Bellovy nerovnosti nemohou pokračovat kvůli tomu, že nemají žádnou hodnotu nebo mnoho hodnot, kde je požadována jedna hodnota, v konzistentních dějinách je lze provést, ale výsledné korelační koeficienty nemohou lze přirovnat k těm, které by se získaly skutečnými měřeními (které jsou dány pravidly kvantově mechanického formalismu). Odvození kombinuje nekompatibilní výsledky, z nichž pouze některé mohou být pro daný experiment faktické a ostatní hypotetické.

Viz také

Reference

  1. ^ Enrique J. Galvez, „Vysokoškolské laboratoře využívající korelované fotony: Experimenty se základy kvantové mechaniky“, s. 1. 2ff., Říká: „Bell formuloval soubor nerovností, nyní známých jako„ Bellovy nerovnosti “, které by testovaly nelokalitu. Pokud by experiment tyto nerovnosti ověřil, pak by se ukázalo, že příroda je lokální a kvantová mechanika nesprávná. Naopak, měření narušení nerovností by potvrdilo nelokální vlastnosti kvantové mechaniky. “
  2. ^ Inge S. Helland, „Nový základ kvantové mechaniky,“ s. 386: „Kontrafaktuální definitivita je definována jako schopnost mluvit s výsledky měření, která nebyla provedena (tj. Schopnost zajistit existenci objektů a vlastnosti objektů, i když nebyly měřeny“).
  3. ^ W. M. de Muynck, W. De Baere a H. Martens, „Interpretations of Quantum Mechanics, Joint Measurement of Incompatible Observables, and Counterfactual Definiteness“ str. 54 říká: „Kontrafaktové uvažování se zabývá neaktuálními fyzickými procesy a událostmi a hraje důležitou roli ve fyzických argumentech. V takových úvahách se předpokládá, že pokud by byla provedena nějaká sada manipulací, výsledné fyzikální procesy by vedly k účinkům, které jsou určeny formálními zákony teorie použitelné v předpokládané oblasti experimentování. Fyzické zdůvodnění kontrafaktuálního uvažování závisí na kontextu, ve kterém je použito. Důsledně řečeno, vzhledem k určitému teoretickému rámci je takové uvažování vždy povoleno a odůvodněno, jakmile protože si je jistý možností alespoň jedné realizace předem předpokládané sady manipulací. Obecně se v hypotetickém srovnávacím uvažování dokonce rozumí, že fyzické situace, na které se uvažování vztahuje, lze libovolně reprodukovat, a proto mohou být realizováno více než jednou. “Text byl stažen z: http://www.phys.tue.nl/ktn/Wim/i1.pdf Archivováno 12. 04. 2013 na Wayback Machine
  4. ^ Gábor Hofer-Szabó, Miklós Rédei, László E. Szabó, „Princip společné věci“ (Cambridge 2013), oddíl. 9.2 „Místní a nekonspirativní systémy společné příčiny“.
  5. ^ T.N. Palmer „Bell's spiknutí, Schrödingerova černá kočka a globální invariantní soubory“, Philosophical Transaction of the Royal Society A, 2015, sv. 373, číslo 2047.
  6. ^ Christoph Saulder, „Kontextualita a Kochen-Speckerova věta“, s. 11. Dostupné od autora na: http://www.equinoxomega.net/files/studies/quantenphysik_Handout.pdf
  7. ^ Angel G. Valdenebro, „Předpoklady spočívající v nerovnostech Bellu“, s. 1. 6.
  8. ^ Internetová encyklopedie filozofie, „Einstein-Podolsky-Rosenův argument a nerovnosti Bell“, část 3.
  9. ^ Rick Bradford, „The Observability of Counterfactuals“ str. 1 říká: „Předpokládejme, že se něco mohlo stát, ale ve skutečnosti se to nestalo. V klasické fyzice skutečnost, že se událost mohla stát, ale neudělala, nemůže změnit žádný budoucí výsledek. Budoucnost mohou ovlivnit pouze ty věci, které se ve skutečnosti stanou evoluce světa. Ale v kvantové mechanice je to jinak. Potenciál události může ovlivnit budoucí výsledky, i když k události nedojde. Něco, co by se mohlo stát, ale ve skutečnosti se tak nestane, se nazývá kontrafaktuálně. V kvantové mechanice kontrafakty pozorovatelné, že mají měřitelné důsledky. Test bomby Elitzur-Vaidman je toho nápadným příkladem. “Viz: http://www.rickbradford.co.uk/QM13Counterfactuals.pdf
  10. ^ Henry P Stapp Interpretace kvantové teorie pomocí S-matice Physical Review D Vol 3 # 6 1303 (1971)
  11. ^ Yakir Aharonov et al., „Revisiting Hardy's Paradox: Counterfactual Statements, Real Measurements, Entanglement and Weak Values, s. 1, říká:„ Například podle Heisenbergových vztahů nejistoty absolutně přesné měření polohy snižuje nejistotu polohy na nula Δx = 0, ale vytváří nekonečnou nejistotu v hybnosti Δp = ∞. “Viz https://arxiv.org/abs/quant-ph/0104062v1 arXiv: quant-ph / 0104062v1
  12. ^ Yakir Aharonov a kol., „Revisiting Hardy's Paradox: Counterfactual Statements, Real Measurements, Entanglement and Weak Values,“ s. 1, říká: „Hlavní argument proti kontrafaktuálním tvrzením je, že pokud skutečně provádíme měření, abychom je otestovali, narušíme systém výrazně a za takových narušených podmínek nevznikají žádné paradoxy. “
  13. ^ Inge S. Helland, „Nový základ kvantové mechaniky,“ s. 1. 3.
  14. ^ Yakir Aharonov a kol. „Revisiting Hardy's Paradox: Counterfactual Statements, Real Measurements, Entanglement and Weak Values,“ říká, „V roce 1964 Bell publikoval důkaz, že jakákoli deterministická teorie skrytých proměnných, která reprodukuje kvantově mechanické statistiky, musí být nelokální (v Přesný smysl pro nelokálnost je definován), následně byla Bellova věta zobecněna tak, aby pokryla stochastické skryté proměnné teorie. Komentář k Bellině dřívější práci. Stapp (1971) naznačuje, že důkaz vychází z předpokladu „kontrafaktuálního“ definiteness ": v podstatě předpoklad, že konjunktivní podmíněné formy:" Pokud by bylo provedeno měření M, byl by získán výsledek R "mají vždy určitou hodnotu pravdy (i pro měření, která nebyla provedena, protože byla prováděna nekompatibilní měření) a že kvantová mechanická statistika je pravděpodobností takových podmíněných podmínek. “ p. 1 arXiv: quant-ph / 0104062v1
  15. ^ David Z Albert, Bohmova alternativa k kvantové mechanice Scientific American (květen 1994)
  16. ^ John G. Cramer „Transakční interpretace kvantové mechaniky“ Recenze Modern Physics Vol 58, # 3, str. 647-687 (1986)
  17. ^ Cramer, John G. (červenec 1986). „Transakční interpretace kvantové mechaniky“. Recenze moderní fyziky. 58 (3): 647–688. Bibcode: 1986RvMP ... 58..647C. doi: 10,1103 / RevModPhys.58,647
  18. ^ Peres, Asher (1978). "Neprovedené experimenty nemají žádné výsledky". American Journal of Physics. Americká asociace učitelů fyziky (AAPT). 46 (7): 745–747. Bibcode:1978AmJPh..46..745P. doi:10.1119/1.11393. ISSN  0002-9505.
  19. ^ Blaylock, Guy (2010). „Paradox EPR, Bellova nerovnost a otázka lokality“. American Journal of Physics. 78 (1): 111–120. arXiv:0902.3827. Bibcode:2010AmJPh..78..111B. doi:10.1119/1.3243279. ISSN  0002-9505.
  20. ^ Griffiths, Robert B. (2010-10-21). „Kvantová lokalita“. Základy fyziky. Springer Nature. 41 (4): 705–733. arXiv:0908.2914. Bibcode:2011FoPh ... 41..705G. doi:10.1007 / s10701-010-9512-5. ISSN  0015-9018.
  21. ^ Griffiths, Robert B. (2012-03-16). „Kvantová hypotéza a lokalita“. Základy fyziky. Springer Nature. 42 (5): 674–684. arXiv:1201.0255. Bibcode:2012FoPh ... 42..674G. doi:10.1007 / s10701-012-9637-9. ISSN  0015-9018.

externí odkazy