Kvantpartiklars uppträdande vid observation

Kan inte kvantpartiklarnas uppträdande vid observation på det sätt som visas i den animerade videon nedan, vid det verkliga testet bero på att magnetfältet från kameran påverkar partiklarna?

http://www.youtube.com/watch?v=DfPeprQ7oGc&eurl=http://www.kolozzeum.com/forum/showthread.php?t=113248&page=5

Vad får dig att tro att en kamera är inblandad? I tidiga experiment använde man ex. en fluorescent skärm framför en vanlig fotografisk plåt. En elektron gav upphov till fluorescens vilket gav en bild på den fotografiska plåten.

Ok. Är det orimligt att tro att materialen man använde vid observation har påverkat elekronerna?

Det lär ju inte räcka att man står och tittar för att det ska bli ett annat utfall. Var går gränsen i hur noggrann observationen är för att det ska hända något annorlunda med partiklarna? Skulle en kamera som inte kunde uppfatta partiklarna vilken man sedan zoomar in mer och mer noggrannt med plötsligt få partiklarna att uppträda annorlunda?

Man "ser" inte elektroner med en vanlig kamera som man zoomar med. De instrument som finns för att "se" elektroner funkar så att om man "ser" dem så har man påverkat dem.

Tja, att de påverkar elektronerna på något sätt är själva grunden för observationen.


Det handlar om att extrahera den relevanta informationen på något sätt men inte om detaljerna i själva observationen. "Observera" i det här fallet betyder att du på något sätt får information om vilken "väg" elektronen tog. Man säger då att vågfunktionen kollapsar, att partikeln "bestämmer" sig för att ta en viss väg.

Det är dock inget enkelt fenomen och jag skrev följande om ett experiment nyligen som handlar om tolkningen av tankeexperimentet Schrödingers katt och vad en observation egentligen innebär.

Artikeln "Uncollapsing of a quantum state in a superconducting phase qubit" handlar om hur man ska tolka vågfunktionens kollaps och att det kan vara möjligt att "titta" lite (genom oklara glasögon) inuti lådan utan att kollapsa vågfunktionen helt om man sedan raderar all information man fick genom att titta i lådan. Ungefär. Det kan således innebär en omtolkning av kvantmekaniken: från Köpenhamnstolkningen där kollapsen sker omedelbart till en dekoherenstolkning där dekoherens sker under en viss tid och gradvis kollapsar vågfunktionen.

Det man gör lite mer exakt är att preparera ett kvanttillstånd där en kvantbit kan vara i tillståndet 1 eller 0. Sedan genomför man en "svag mätning" på tillståndet vilket ungefär innebär att man undersöker om en partikel kan tunnla från kvantbiten. Om kvantbiten befinner sig i det övre energitillståndet 1 så sker detta med en sannolikhet p medan det aldrig händer om partikeln befinner sig i det lägre energitillståndet. Om vi genomför en mätning och inte får någon tunnlad partikel så har systemet delvis kollapsat mot 0 - sannolikheten att den är i 0 har ökat. Genom att vrida på parametrarna i exemplet kan man göra p godtyckligt liten så att vi kan säga att den är med ex. 99.999 % sannolikhet i 0-tillstånden om ingen tunnling sker. Med andra ord vet man inte 100 %-igt om katten är död men man kan säga med godtyckligt hög sannolikhet att det är så. Det centrala är att man dragit ur sannolikhet ur systemet genom mätningen.

Forskarna visar sedan att man kan återföra systemet till 50-50-sannolikhet genom att första "flippa" biten så att 1 byts mot 0 och vice versa, och sedan genomföra mätningen igen. Nu är systemet återigen i 50-50 och vi har raderat informationen - det finns inget sätt att "spåra" vilket av 1 och 0 är mest sannolik. Dock är det inte helt säkert att denna process lyckas eftersom vi kan få ett tunnlingsevent med sannolikhet p om vi befinner oss i tillstånd 1 i vilket fall man vet exakt var partikeln är.

Kvantbiten är en så kallad Josephson-övergång där vi har ett grundtillstånd |0> och ett exciterat tillstånd |1> som har lika sannolikhet att vara "bebodda". Dessa befinner sig i en potentialbrunn och kan tunnla genom denna brunn om barriären sänks genom att skicka strömpulser genom kvantbiten. Tunnling är extremt känslig mot barriärhöjd och bredd så sannolikheten för 0 att tunnla ut är i praktiken 0 medan sannolikheten för 1 kan varieras från 0 till 1 genom olika strömamplituder. Figuren visar sedan de strömpulser som används för att kollapsa och mäta (d) övre) och för att "okollapsa" och mäta (d) undre).

http://i27.tinypic.com/sg7ned.jpg

Matematiskt bjäfs:

Vi börjar med tillståndet

http://i27.tinypic.com/nyzoup.jpg

och efter en svag mätning fås tillståndet

http://i30.tinypic.com/2s76xd4.jpg

och om vi först byter plats på 0 och 1 med en mätning och sedan genomför originalmätningen igen så fås

http://i27.tinypic.com/rll3l4.jpg

vilket är samma tillstånd bortsett från en rotation på π i fasrummet som inte är fysikaliskt relevant.

Nature news: Reincarnation can save Schrödinger's cat
Arxiv: Uncollapsing of a quantum state in a superconducting phase qubit

Eftersom det hela är enormt förenklat för att vi vanliga dödliga ska förstå så är även experimentets utformning det. I verkligheten talar vi ju om kilometerlånga tunnlar med extremt komplicerad apparatur som skulle göra att vi inte fattar vad de kommer fram till eller vad som händer.