WikiDer > Квантовый дарвинизм - Википедия

Часть серии на
Квантовая механика
${ Displaystyle я HBAR { гидроразрыва { partial} { partial t}} | psi (t) rangle = { hat {H}} | psi (t) rangle}$ Уравнение Шредингера
Вступление Глоссарий История Учебники
Фон Классическая механика Старая квантовая теория Обозначение Бра – Кет Гамильтониан Вмешательство
Основы Согласованность Декогеренция Комплементарность Уровень энергии Запутанность Гамильтониан Принцип неопределенности Основное состояние Вмешательство Измерение Нелокальность Наблюдаемый Оператор Квантовая Квантовая флуктуация Квантовое число Квантовый шум Квантовая область Квантовое состояние Квантовая система Квантовая телепортация Кубит Вращение Суперпозиция Симметрия (Спонтанное) нарушение симметрии Состояние вакуума Распространение волн Волновая функция Коллапс волновой функции Дуальность волна-частица Волна материи
Последствия Эффект Зеемана Эффект Старка Эффект Ааронова – Бома Квантование Ландау Квантовый эффект Холла Квантовый эффект Зенона Квантовое туннелирование Фотоэлектрический эффект Эффект Казимира
Эксперименты Неравенство Белла Дэвиссон-Гермер Двойная щель Элицур – Вайдман Франк-Герц Неравенство Леггетта – Гарга Мах – Цендер Поппер Квантовый ластик (отложенный выбор) Кот Шредингера Штерн-Герлах Отсроченный выбор Уиллера
Составы Обзор Гейзенберг Взаимодействие Матрица Фазовое пространство Шредингер Суммирование по историям (интеграл по путям)
Уравнения Дирак Хеллманн-Фейнман Кляйн – Гордон Липпманн-Швингер Паули Ридберг Шредингер
Интерпретации Обзор Байесовский Последовательные истории Копенгаген де Бройль-Бом Ансамбль Скрытая переменная Многомиры Объективный коллапс Квантовая логика Реляционный Стохастик Транзакционный
Дополнительные темы Квантовый отжиг Квантовый хаос Квантовые вычисления Квантовая геометрия Матрица плотности Квантовая теория поля Дробная квантовая механика Квантовая гравитация Квантовая информатика Квантовое машинное обучение Теория возмущений (квантовая механика) Релятивистская квантовая механика Теория рассеяния Самопроизвольное параметрическое преобразование с понижением частоты Квантовая статистическая механика
Ученые Ааронов Колокол Блэкетт Блох Бом Бор Родившийся Bose де Бройль Candlin Комптон Дирак Дэвиссон Дебай Эренфест Эйнштейн Эверетт Фок Ферми Фейнман Глаубер Gutzwiller Гейзенберг Гильберта Иордания Крамерс Паули ягненок Ландо Лауэ Мозли Милликен Оннес Планк Раби Раман Ридберг Шредингер Зоммерфельд фон Нейман Weyl Вена Вигнер Zeeman Цайлингер Гоудсмит Уленбек Ян
Категории ► Квантовая механика
v т е

Квантовый дарвинизм это теория, призванная объяснить появление классический мир от квантовый мир как из-за процесса Дарвиновский естественный отбор индуцируется окружающей средой, взаимодействующей с квантовой системой; где много возможных квантовые состояния выбираются против в пользу стабильной состояние указателя. Он был предложен в 2003 г. Войцех Зурек и группа сотрудников, включая Оливье, Пулен, Паза и Блюм-Кохаута. Развитие теории связано с интеграцией ряда исследовательских тем Зурека, которые проводились в течение двадцати пяти лет, включая: состояния указателя, einselection и декогеренция.

Утверждается, что исследование 2010 года предоставило предварительные подтверждающие доказательства квантового дарвинизма с рубцами квантовая точка «становление семьей состояний мать-дочь», указывающее на то, что они могут «стабилизироваться в состояниях с несколькими указателями».^[1] Однако заявленные доказательства также подвергаются критике со стороны Кастнера (см. Ниже). По сути, де-факто феномен декогеренции, лежащий в основе утверждений квантового дарвинизма, может на самом деле не возникать в единой унитарной динамике. Таким образом, даже если есть декогеренция, это не показывает, что состояния макроскопических указателей естественным образом возникают без какой-либо формы коллапса.

Подразумеваемое

Наряду с теорией Зурека о envariance (инвариантность из-за квантовая запутанность), квантовый дарвинизм пытается объяснить, как классический мир возникает из квантового мира, и предлагает ответить на квантовый проблема измерения, главный интерпретационный вызов для квантовой теории. Проблема измерения возникает из-за того, что вектор квантового состояния, источник всех знаний о квантовых системах, развивается в соответствии с Уравнение Шредингера в линейную суперпозицию различных состояний, предсказывая парадоксальные ситуации, такие как «Кот Шредингера»; ситуации, которых никогда не было в нашем классическом мире. Квантовая теория традиционно считала, что эту проблему решает неунитарный преобразование вектор состояния на момент измерения в определенное состояние. Он предоставляет чрезвычайно точные средства прогнозирования значения определенного состояния, которое будет измеряться в форме вероятности для каждого возможного значения измерения. Физическая природа перехода от квантовой суперпозиции состояний к определенному измеряемому классическому состоянию не объясняется традиционной теорией, но обычно принимается как аксиома и лежит в основе споров между Нильс Бор и Альберт Эйнштейн по поводу полноты квантовой теории.

Квантовый дарвинизм пытается объяснить переход квантовых систем от огромной потенциальности наложенных состояний к значительно сокращенному набору состояний. состояния указателя^[2] как процесс отбора, einselection, налагается на квантовую систему через ее непрерывное взаимодействие с окружающей средой. Все квантовые взаимодействия, включая измерения, но гораздо чаще взаимодействия с окружающей средой, например с морем фотонов, в которое погружены все квантовые системы, приводят к декогеренция или проявление квантовой системы в определенном базисе, продиктованном природой взаимодействия, в которое вовлечена квантовая система. В случае взаимодействия с окружающей средой Зурек и его сотрудники показали, что предпочтительный базис, в который квантовая система декогерируется, - это базис указателя, лежащий в основе предсказуемых классических состояний. Именно в этом смысле состояния указателя классической реальности выбираются из квантовой реальности и существуют в макроскопической сфере в состоянии, способном претерпевать дальнейшую эволюцию. Однако программа «einselection» зависит от предположения о конкретном делении универсального квантового состояния на «систему» ​​+ «среда», при этом различные степени свободы среды считаются имеющими взаимно случайные фазы. Эта фазовая случайность не возникает сама по себе изнутри квантового состояния Вселенной, и Кастнер^[3] указал, что это ограничивает объяснительную силу программы квантового дарвинизма. Зурек отвечает на критику Кастнера в Классический отбор и квантовый дарвинизм.^[4]

Поскольку взаимодействие квантовой системы с окружающей средой приводит к записи множества избыточных копий информации о состояниях указателя, эта информация доступна многочисленным наблюдателям, способным достичь консенсуса в отношении своей информации о квантовом состоянии. Этот аспект einselection, который Зурек назвал «Окружающая среда как свидетель», приводит к потенциалу объективного знания.

Дарвиновское значение

Возможно, не меньшее значение для света, который эта теория освещает квантовым объяснениям, - это идентификация дарвиновского процесса, действующего как селективный механизм, устанавливающий нашу классическую реальность. Как ясно дали понять многочисленные исследователи, любая система, использующая дарвиновский процесс, будет развиваться. Как утверждает тезис Универсальный дарвинизм, Дарвиновские процессы не ограничиваются биологией, но все следуют простому дарвиновскому алгоритму:

1. Размножение / Наследственность; возможность делать копии и тем самым производить потомков.
2. Выбор; Процесс, который предпочтительно выбирает один признак над другим, что приводит к тому, что один признак становится более многочисленным после достаточного количества поколений.
3. Вариация; различия в наследственных чертах, которые влияют на «приспособленность» или способность к выживанию и воспроизводству, ведущие к дифференциальной выживаемости.

Квантовый дарвинизм, похоже, соответствует этому алгоритму и поэтому правильно назван:

1. Сделаны многочисленные копии состояний указателя
2. Состояния указателя развиваются непрерывно и предсказуемо, то есть потомки наследуют многие из своих черт от состояний предков.
3. Последовательные взаимодействия между состояниями указателей и их средой показывают, что они эволюционируют, а те состояния, которые выживают, соответствуют предсказаниям классической физики в макроскопическом мире.
4. Аналогии с принципом вариации «простого дарвинизма» не существует, поскольку состояния указателя не мутируют, а выбор средой входит в число состояний указателя, предпочитаемых средой (например, состояния местоположения).

С этой точки зрения квантовый дарвинизм дает дарвиновское объяснение в основе нашей реальности, объясняющее развертывание или эволюцию нашего классического макроскопического мира.

Примечания

Рекомендации

• С. Гарош, Ж.-М. Раймонд, Изучение кванта: атомы, полости и фотоны, Oxford University Press (2006), ISBN 0-19-850914-6, п. 77
• М. Шлосхауэр, Декогеренция и переход от квантовой теории к классической, Springer 2007, ISBN 3-540-35773-4, Глава 2.9, с. 85.
• Журек, Войцех Хуберт (2009). «Квантовый дарвинизм». Природа Физика. 5 (3): 181–188. arXiv:0903.5082. Bibcode:2009НатФ ... 5..181Z. Дои:10.1038 / nphys1202.
• Блюм-Когоут, Робин; Зурек, В. Х. (2006). «Квантовый дарвинизм: запутанность, ветви и возникающая классика избыточно хранимой квантовой информации». Физический обзор A. 73 (6): 062310. arXiv:Quant-ph / 0505031. Bibcode:2006PhRvA..73f2310B. Дои:10.1103 / PhysRevA.73.062310.
• Зурек, В. Х. (2003). «Квантовый дарвинизм и энвариантность». arXiv:Quant-ph / 0308163.
• Блюм-Когоут, Робин; Зурек, В. Х. (2006). «Квантовый дарвинизм: запутанность, ветви и возникающая классика избыточно хранимой квантовой информации». Физический обзор A. 73 (6): 062310. arXiv:Quant-ph / 0505031. Bibcode:2006PhRvA..73f2310B. Дои:10.1103 / PhysRevA.73.062310.
• Оливье, Гарольд; Пулин, Дэвид; Журек, Войцех Х. (2005). «Окружающая среда как свидетель: избирательное распространение информации и появление объективности в квантовой Вселенной». Физический обзор A. 72 (4): 042113. arXiv:Quant-ph / 0408125. Bibcode:2005PhRvA..72d2113O. Дои:10.1103 / PhysRevA.72.042113.
• Зурек, В. Х. (2005). «Вероятности из запутывания, правило Борна из энвариантности». Физический обзор A. 71 (5): 052105. arXiv:Quant-ph / 0405161. Bibcode:2005PhRvA..71e2105Z. Дои:10.1103 / PhysRevA.71.052105.
• Войцех Хуберт Зурек (2018). "Квантовая теория классического: квантовые скачки, правило Борна и объективная классическая реальность через квантовый дарвинизм". arXiv:1807.02092 [Quant-ph].
• Войцех Хуберт Зурек (2007). «Относительные состояния и окружающая среда: Einselection, Envariance, квантовый дарвинизм и экзистенциальная интерпретация». arXiv:0707.2832 [Quant-ph].
• Кэмпбелл, Джон (2010). «Квантовый дарвинизм как дарвиновский процесс». arXiv:1001.0745 [Physics.gen-ph].

внешняя ссылка

• Универсальный дарвинизм: квантовый дарвинизм
• Американское физическое общество: опубликован квантовый дарвинизм
• Nature.com: естественный отбор воздействует на квантовый мир
• Квантовый дарвинизм и природа реальности
• Ответ Зурека на критику Кастенера (2015)