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TomS
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Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18079
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 TomS Verfasst am: 23. Nov 2022 12:11 Titel: Thermal Interpretation - Der Messprozess |
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Ich würde gerne einige Aussagen der Thermal Interpretation zum Messprozess anhand von
http://arxiv.org/abs/1902.10782v2
Foundations of quantum physics
III. Measurement
Arnold Neumaier
diskutieren.
Zunächst ein paar zentrale Zitate:
Claims
| Zitat: | The thermal interpretation paints a deterministic picture of quantum physics in which God does not play dice. It only seems so to us mortals because of our limited resolution capacity and since we have access to a limited part of the universe only.
[The thermal interpretation claims] that without having to introduce any change in the formal apparatus of quantum physics [without postulating any eigenvalue – measurement value link, Born’s rule and collapse!], the deterministic dynamics of the complete collection of q-expectations constructible from quantum fields, when restricted to the set of macroscopically relevant ones, already gives rise to all the stochastic features observed in practice.
In terms of the thermal interpretation, the measurement problem turns from a philosophical riddle into a scientific problem in the domain of quantum statistical mechanics, namely how the quantum dynamics correlates [consistently] readings from a macroscopic system (instrument detector) with properties of the state of a measured microscopic system. In terms of the thermal interpretation, the measurement problem becomes a precise problem in quantum statistical mechanics. |
Measurement
| Zitat: | According to the thermal interpretation, properties of the system to be measured are encoded in the state of the system [a density operator] and its dynamics [unitary time evolution of closed systems]. This state and what can be deduced from it are the only objective properties of the system. On the other hand, a measuring instrument measures properties of a system of interest. The measured value – a pointer reading, a sound, a counter value, etc. – is read off from the instrument, and hence is primarily a property of the measuring instrument and not one of the measured system. From the properties of the instrument (the instrument state), one can measure or compute the measurement results. Measurements are possible only if the microscopic laws imply quantitative relations between properties of the measured system (i.e., the system state) and the values read off from the measuring instrument (properties of the detector state)
In the thermal interpretation, a single detection event (such as the appearance of clicks, flashes, or particle tracks) is not regarded as a measurement of a property of a measured microscopic system, but only as a property of the macroscopic detector correlated to the nature of the incident fields. This is [an] essential part where the thermal interpretation differs from tradition.
The historically unquestioned interpretation of such detection events as the measurement of a particle position is one of the reasons for the failure of traditional interpretations to give a satisfying solution of the measurement problem. The thermal interpretation is here more careful and treats detection events instead as a statistical measurement of particle beam intensity. |
Coarse-graining
| Zitat: | | All statistical mechanics is based on the concept of coarse-graining. Due to the neglect of high frequency details, coarse-graining leads to stochastic features, either in the models themselves, or in the relation between models and reality. Deterministic coarse-grained models are usually chaotic, introducing a second source of randomness. A coarse-grained model is generally determined by singling out a vector space R of relevant quantities whose q-expectations are the variables in the coarse-grained model. If the coarse-grained model is sensible one can describe a deterministic or stochastic reduced dynamics of these variables alone, ignoring all the other q-expectations that enter the deterministic Ehrenfest dynamics of the detailed description of the system. These other variables therefore become hidden variables that would determine the stochastic elements in the reduced stochastic description, or the prediction errors in the reduced deterministic description. The hidden variables describe the unmodeled environment associated with the reduced description. |
| Zitat: | | The thermal interpretation claims that this influences the results enough to cause all randomness in quantum physics, so that there is no need for intrinsic probability as in traditional interpretations of quantum mechanics. |
Thermal interpretation vs. Copenhagen
| Zitat: | In the thermal interpretation, collapse results from coarse-graining when the latter produces a reduced description in the form of a piecewise deterministic stochastic process (PDP). The derivation of a PDP suggests that, in general, that collapse in a single observed system – in the modern POVM version of the corresponding von Neumann postulate for quantum dynamics – is derivable from the unitary dynamics of a bigger system. The thermal interpretation has no explicit collapse – the latter emerges approximately in non-isolated subsystems.
... a part of Born’s rule holds: Whenever a quantity A is measured exactly, its value is an eigenvalue of A. But for inexact (i.e, almost all) measurements, the thermal interpretation rejects Born’s rule as an axiom defining what counts as a measurement result. |
Neumaier nennt ein Problem, das es zu erklären gilt
Discrete random events
| Zitat: | | [But] we now have a new difficulty absent in traditional interpretations: An explanation is required why, although fed with a stationary interaction, certain detectors record random individual events! For example, why does a low intensity beam of light produce in a photodetector a discrete signal? In the thermal interpretation, we do not consider the single detector event as a property of the observed beam, since only the statistics of an ensemble of detector events is reproducible and hence constitutes an objective property of the beam. But why these discrete events can be clearly distinguished at all needs an explanation. |
und einen Weg zur Lösung
| Zitat: | | In general, dissipation in the effective, human time scales dynamics of a set of relevant variables is a frequent situation even when the fully detailed dynamics is conservative. This effective dissipation is the reason underlying the possibility of reduced, coarse-grained descriptions whenever there is a separation of time scales for slow and fast processes. Then one can coarse-grain by eliminating the fast modes and obtain a simpler limiting (effectively time-averaged) description on the slow manifold, the manifold where all slow motion happens. Whenever the slow manifold is disconnected, metastable states of the full manifold decay under uncontrollable (environment-induced) perturbations into states in one of the connected components of the slow manifold. The components thus label random events selected by environmental noise |
Ich möchte die Problemstellung etwas genauer formulieren:
Wie kann gezeigt werden,
1a) dass aus den präparierten Zuständen lokalisierte, diskrete Detektorereignisse folgen?
1b) dass dies für alle bisher präpierte Zustände gilt?
2) und dass dies nicht auf einen bekanntermaßen ausgeschlossenen lokalen Realismus führt?
Ich denke, das sind die wesentlichen offenen Punkte.
Gibt es Meinungen dazu? Das beginnt damit, ob ich die Fragen richtig stelle ;-)
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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago. |
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Aruna
Anmeldungsdatum: 28.07.2021
Beiträge: 795
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| Aruna Verfasst am: 26. Nov 2022 05:51 Titel: |
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Ich hab noch nicht verstanden, wie die thermale Interpretation nun die bekannten Messergebnisse erklärt?
Wie wird denn z.B. das Doppelspaltexperiment mit einzelnen Quantenobjekten ausgelegt?
Kopenhagen: die Welle kollabiert am Wechselwirkungspunkt, das Betragsquadrat gibt die Wahrscheinlichkeit für den Ort des Kollapses an.
De-Broglie-Bohm: Die Wellenfunktion ist eine Führungswelle, die Teilchen auf klassisch verbotene Pfaden lenkt.
Multi-Welten: Das Teilchen wird mit dem Schirm verschränkt und damit mit dem Beobachter des Schirms. Ein lokaler Beobachter kann nur einen lokalen Zweig der Gesamtwellenfunktion wahrnehmen, die restlichen sind nicht mehr für ihn zugänglich.
thermale Interpretation???
Fehlende exakte Kenntnis über den Schirm führt dazu, dass die Objekte scheinbar zufällig mal hier, mal da gemessen werden...kennte man den Schirm exakt, könnte man den Auftreffpunkt vorhersagen ???
Versteckte Variablen? |
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TomS
Moderator
Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 18079
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| TomS Verfasst am: 26. Nov 2022 09:53 Titel: |
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| Aruna hat Folgendes geschrieben: | thermale Interpretation???
Fehlende exakte Kenntnis über den Schirm führt dazu, dass die Objekte scheinbar zufällig mal hier, mal da gemessen werden...kennte man den Schirm exakt, könnte man den Auftreffpunkt vorhersagen ??? |
Ja.
Neumaier behauptet, dass die Wechselwirkung der Freiheitsgrade des Feldes des “Teilchens” mit denen des Detektors das “Teilchen” lokalisiert. Es gibt in diesem Sinne ausschließlich quantenmechanische Freiheitsgrade, keine zusätzlichen fundamentalen versteckte Variablen (im Kontext von Bell wären das evtl. die Detektorfreiheitsgrade, aber ob das zu was führt …). Die Unvorhersagbarkeit des konkreten Detektorereignisses - also wo genau das „Teilchen“ nach Interferenz am Doppelspalt (oder was auch immer) detektiert wird - liegt alleine in der Unkenntnis des präparierten Gesamtzustandes (inkl. Detektor und Umgeben) begründet. Wäre und dieser exakt bekannt, wäre auch das Detektorereignis exakt berechenbar (ich muss das Zitat dazu suchen).
Das ist vergleichbar mit klassischem Chaos. Die Lokalisierung erklärt er u.a. mittels Bi- bzw. Multistabilität. Die entsprechenden effektiven nicht-linearen Gleichungen folgen aus den linearen Gleichungen der Quantenmechanik u.a. mittels Coarse Graining. Dazu verweist er auf Literatur.
Neumaier schreibt in
https://arxiv.org/abs/2110.05294
Quantum tomography explains quantum mechanics
jedoch auch, dass
| Zitat: | A complete solution of the measurement problem would consist of three separate parts:
3. To show that a single particle moving along a beam triggers at most one of an array of detection elements. This is the unique outcome problem of quantum measurement.
Informally, the third part … However, due to the highly nonstationary situation involved, the problem raised in point 3 is effectively unsolved. Within quantum field theory, which should provide the correct setting for answering the question, the formulated assertion can currently not even be precisely stated. A proper solution would first require to give, within a model describing an experiment exclusively in terms of quantum fields, a precise meaning to the notion of a single particle moving at a particular time in a given single-particle state along a beam, then hitting multiple detection elements of a detector. This is a question on the borderline between quantum mechanics and quantum field theory touched in discussions on the preparation of photons on demand … but it is nowhere clearly resolved. |
Mein Problem ist jedoch ein anderes.
Nehmen wir an, die Lokalisierung eines “Teilchens” in einem Detektorelement funktioniert wir oben beschrieben. Nun kann ich jedoch in einem Experiment mit verschränkten Photonenpaaren die Detektoren D1, D2 … so platzieren, dass eine Lokalisierung bei D1 in einem Detektorereignis E1 kein anderes Ereignis oder nicht-Ereignis E2, E3 … beeinflussen kann, da letztere nicht im Zukunftslichtkegel von E1 liegen. E1 und alle anderen En werden sicher ausschließen von ihrem jeweiligen Vergangenheitslichtkegel determiniert, d.h. der Präparation des Teilchens, der des Detektors usw. Die Lokalisierung selbst muss aber am Detektor stattfinden, nicht bereits an der Quelle oder unterwegs, denn ich kann (delayed Choice) ja während des Experiments die Detektoren ausschalten und stattdessen die “Welleneigenschaften” bestätigen, die ja eine klassische Lokalisierung ausschließen.
Nun muss die TI natürlich die experimentell bestätigten Befunde der Bell-artigen Experimente reproduzieren. D.h. das von Neumaier genannte Coarse Graining darf sicher nicht auf eine nichtlineare klassische effektive Theorie hinauslaufen. Es braucht also eine effektive Theorie, die einerseits die klassischen Eigenschaften hervorbringt, andererseits aber auch keinen nach Bell ausgeschlossen lokalen Realismus enthält. Ich sehe jedoch nicht, ob und wie Bell’s Argument modifiziert werden muss, wenn die versteckten Variablen nicht klassisch sondern quantenmechanisch sind (Detektorfreiheitsgrade). Je mehr ich darüber nachdenke, desto mehr denke ich, dass das wohl auf so etwas wie Superdeterminismus hinausläuft.
Da Neumaier auch von der QFT herkommt, kann man auch in diese Richtung weiterdenken. In einem Beschleunigerexperiment werden ja nicht nur die Orte Der Detektorereignisse so festgelegt, sondern auch die weiteren Eigenschaften, also insbs. die Teilchensorten. D.h. dass prinzipiell bereits kurz vor der Kollision eines Elektron-Positron-Paares determiniert ist, wo im Detektor ein Myon-Anti-Myon-Paar detektiert werden wird, eben nicht an anderen Detektorelementen und nicht z.B. ein Photon-Paar - nur praktisch ist das nicht berechenbar.
Accueillons le démon de Laplace
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