Kvanttidarwinismi - Quantum Darwinism

Osa sarjan päälle
Kvanttimekaniikka
${\ displaystyle i \ hbar {\ frac {\ partituali {\ osittainen t}} | \ psi (t) \ rangle = {\ hattu {H}} | \ psi (t) \ rangle}$ Schrödingerin yhtälö
Johdanto Sanasto Historia Oppikirjat
Tausta Klassinen mekaniikka Vanha kvanttiteoria Bra – ket-notaatio Hamiltonian Häiriöitä
Perusteet Syntynyt sääntö Comptonin aallonpituus Johdonmukaisuus Decoherence Täydentävyys Energian taso Takertuminen Hamiltonian Epävarmuuden periaate Maa valtio Todennäköisyys amplitudi Todennäköisyysjakauma Häiriöitä Mittaus Heikko mittaus Paikattomuus Havaittavissa Operaattori Kvantti Kvanttivaihtelu Kvanttinumero Kvanttimelu Kvanttitila Kvanttijärjestelmä Kvantti teleportointi Qubit Pyöritä Päällekkäisyys Kvanttityhjiötila Symmetria (Spontaani) symmetria rikkoutuu Tyhjiötila Aaltojen eteneminen Aaltotoiminto Aaltotoiminto romahtaa Aaltojen ja hiukkasten kaksinaisuus Aine Suorakulmainen mahdollinen este Fock tilaa
Vaikutukset Zeeman-vaikutus Stark vaikutus Aharonov – Bohmin vaikutus Landau-kvantisointi Quantum Hall -vaikutus Quantum Zeno -vaikutus Kvanttitunnelointi Valosähköinen ilmiö Casimir-vaikutus
Kokeet Bellin eriarvoisuus Davisson – Germer Kaksinkertainen rako Elitzur – Vaidman Franck – Hertz Leggett – Garg-eriarvoisuus Mach – Zehnder Neppari Kvanttikumi  ( viivästetty valinta ) Schrödingerin kissa Stern – Gerlach Wheelerin valinta on viivästynyt
Formulaatiot Yleiskatsaus Dynaamiset kuvat ( Heisenberg ; Vuorovaikutus ; Schrödinger ) Matriisi Vaihe-tila Yhteenveto historiasta (polku-integraali)
Yhtälöt Dirac Hellmann – Feynman Klein – Gordon Lippmann – Schwinger Pauli Rydberg Schrödinger Toiminnallinen integraatio
Tulkinnat Yleiskatsaus Bayesian Johdonmukainen historia Kööpenhamina de Broglie – Bohm Yhtye Piilotettu muuttuja Monia maailmoja Objektiivinen romahdus Kvanttilogiikka Suhteellinen Kaupallinen
Edistyneet aiheet Eigenstate thermization -hypoteesi Kvanttihehkutus Kvanttikaosuus Kvanttilaskenta Kvanttigeometria Tiheysmatriisi Kvanttikenttäteoria Murtokvanttimekaniikka Kvanttipaino Kvanttitieteet Kvanttikoneoppiminen Puhdistumateoria (kvanttimekaniikka) Relativistinen kvanttimekaniikka Sirontateoria Superfluid-tyhjötekniikka Spontaani parametrinen alasmuunnos Kvanttitilastomekaniikka
Tutkijat Aharonov Bell Blackett Bloch Bohm Bohr Syntynyt Bose de Broglie Candlin Compton Dirac Davisson Debye Ehrenfest Einstein Everett Kukko Fermi Feynman Glauber Gutzwiller Heisenberg Hilbert Jordania Kramers Pauli Karitsa Landau Laue Moseley Millikan Onnes Planck Rabi Raman Reid Rydberg Schrödinger Simmons Sommerfeld von Neumann Weyl Wien Wigner Zeeman Zeilinger Goudsmit Uhlenbeck Yang
Luokat ► Kvanttimekaniikka
v t e

Kvanttidarwinismi on teoria kuvaa sitä, kuinka syntymistä klassisen maailman päässä kvanttimaailmaan sillä koska prosessi darwinilaisen luonnonvalinnan aiheuttama ympäristön vuorovaikutuksessa kvantti järjestelmä; jossa monet mahdolliset kvanttitilat valitaan vakaan osoitintilan hyväksi . Sen ehdotti vuonna 2003 Wojciech Zurek ja ryhmä yhteistyökumppaneita, mukaan lukien Ollivier, Poulin, Paz ja Blume-Kohout. Teorian kehitys johtuu useiden Zurekin 25 vuoden aikana tutkittujen tutkimusaiheiden integroinnista, mukaan lukien osoitintilat , einselection ja dekoherenssi .

Tutkimus vuonna 2010 väitetään saadaan alustavaa tukeva näyttö on kvanttidarwinismi arpia on kvanttipiste "tulossa perheen äiti-tytär valtiot" ilmoitti, että ne voisivat "vakauttaa useiksi osoitin toteaa." Väitetyt todisteet ovat kuitenkin myös Kastnerin kiertokirjeiden kohteena (katso jäljempänä vaikutukset). Pohjimmiltaan dekanterenssin tosiasiallinen ilmiö, joka perustuu kvanttidarwinismin väitteisiin, ei todellakaan voi syntyä vain yhtenäisessä dynamiikassa. Siten, vaikka dekoherenssia onkin, tämä ei osoita, että makroskooppiset osoitintilat syntyvät luonnollisesti ilman jonkinlaista romahtamista.

Vaikutukset

Yhdessä Zurek lähipiiriin teoria envariance (invarianssia johtuen Lomittuminen ), kvanttidarwinismi pyrkii selittämään, miten klassisen maailman ilmenee Kvanttimaailmassa ja ehdottaa vastata kvantti mittaus ongelma , tärkein tulkinnallisen haaste varten quantum theory. Mittausongelma syntyy siitä, että kvanttitilavektori, kaiken kvanttisysteemejä koskevan tiedon lähde, kehittyy Schrödingerin yhtälön mukaisesti lineaariseksi eri tilojen superpositioksi ennustamalla paradoksaalisia tilanteita, kuten “ Schrödingerin kissa ”; tilanteita, joita ei ole koskaan kokenut klassisessa maailmassa. Kvanttiteoria on perinteisesti käsitellyt tätä ongelmaa ratkaistuna mittaushetkellä tapahtuvan tilavektorin ei- yhtenäisellä muutoksella määriteltyyn tilaan. Se tarjoaa erittäin tarkan tavan ennustaa määritetyn tilan arvo, joka mitataan todennäköisyyden muodossa jokaiselle mahdolliselle mittausarvolle. Fyysistä luonnetta siirtymälle valtioiden kvanttisuppositeetista määritettyyn klassiseen tilaan mitattuna ei selitetä perinteisellä teorialla, mutta se oletetaan yleensä aksioomaksi, ja se oli Niels Bohrin ja Albert Einsteinin välisen keskustelun perustana . kvanttiteoria.

Kvanttidarwinismi pyrkii selittämään kvanttijärjestelmien siirtymisen päällekkäisten tilojen valtavasta potentiaalista huomattavasti pienentyneeseen osoitintilojen joukkoon valintaprosessina, einselektiona , joka asetetaan kvanttijärjestelmälle jatkuvassa vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa. Kaikki kvanttivuorovaikutukset, mukaan lukien mittaukset, mutta paljon tyypillisemmin vuorovaikutus ympäristön kanssa, kuten fotonimeren kanssa, johon kaikki kvanttijärjestelmät ovat upotettuina, johtavat dekoherenssiin tai kvanttijärjestelmän ilmenemiseen tietyllä perusteella, jonka sanelee tuotteen luonne. vuorovaikutus, johon kvanttijärjestelmä osallistuu. Vuorovaikutuksessa sen ympäristön kanssa Zurek ja hänen yhteistyökumppaninsa ovat osoittaneet, että ensisijainen perusta, johon kvanttijärjestelmä hajoaa, on ennustettavien klassisten tilojen taustalla oleva osoittimen perusta. Tässä mielessä klassisen todellisuuden osoitintilat valitaan kvanttitodellisuuden joukosta ja ne ovat makroskooppisessa valtakunnassa tilassa, joka kykenee jatkamaan evoluutiota. 'Einselection' -ohjelma riippuu kuitenkin oletuksesta, että universaalinen kvanttitila jaetaan tietyllä tavalla 'system' + 'ympäristöön', jossa ympäristön eri vapausasteiden oletetaan olevan keskenään satunnaisia ​​vaiheita. Tämä vaiheen satunnaisuus ei johdu yksin universumin kvanttitilasta, ja Kastner on huomauttanut, että tämä rajoittaa kvanttidarwinismin ohjelman selittävää voimaa. Zurek vastaa Kastnerin kritiikkiin klassisessa valinnassa ja kvantdarvinismissa .

Koska kvanttijärjestelmän vuorovaikutus ympäristön kanssa johtaa monien redundanttien kopioiden tallentamiseen osoittimen tiloihinsa, nämä tiedot ovat lukemattomien tarkkailijoiden käytettävissä, jotka kykenevät pääsemään yksimieliseen sopimukseen kvanttitilaa koskevista tiedoistaan. Tämä einselection-osa, jota Zurek kutsui nimellä 'Environment as a Witness', johtaa objektiiviseen tietoon.

Darwinilainen merkitys

Ehkä yhtä tärkeä merkitys valolle, jonka tämä teoria loistaa kvanttiselvityksissä, on sen tunnistaminen Darwinin prosessista, joka toimii valikoivana mekanismina, joka vahvistaa klassisen todellisuuden. Kuten lukuisat tutkijat ovat tehneet selväksi, mikä tahansa Darwinin prosessia käyttävä järjestelmä kehittyy. Kuten universaalin darwinismin teesi väitti , darwinilaiset prosessit eivät rajoitu biologiaan, vaan kaikki seuraavat yksinkertaista darwinilaista algoritmia:

1. Lisääntyminen / perinnöllisyys; kyky tehdä kopioita ja siten tuottaa jälkeläisiä.
2. Valinta; Prosessi, joka valitsee ensisijaisesti yhden piirteen toisen piirteen yli, mikä johtaa siihen, että yksi ominaisuus on lukuisampi riittävien sukupolvien jälkeen.
3. Vaihtelu; erot perinnöllisissä ominaisuuksissa, jotka vaikuttavat "kuntoon" tai kykyyn selviytyä ja lisääntyä, mikä johtaa erilaiseen eloonjäämiseen.

Kvanttidarwinismi näyttää noudattavan tätä algoritmia, ja siksi se on nimetty sopivasti:

1. Osoitintiloista tehdään lukuisia kopioita
2. Osoittintilojen ja niiden ympäristön peräkkäiset vuorovaikutukset paljastavat niiden kehittyvän ja ne tilat hengissä, jotka vastaavat klassisen fysiikan ennusteita makroskooppisessa maailmassa. Tämä tapahtuu jatkuvasti, ennustettavalla tavalla; toisin sanoen jälkeläiset perivät monia piirteitään esi-isistä.
3. Analogiaa "yksinkertaisen darwinismin" vaihteluperiaatteeseen ei ole, koska osoitintilat eivät mutaatioita ja ympäristön valinta on ympäristön suosimien osoitintilojen joukossa (esim. Sijaintitilat).

Tästä näkökulmasta kvanttidarwinismi tarjoaa darwinilaisen selityksen todellisuutemme pohjalta, selittäen klassisen makroskooppisen maailmamme kehittymisen tai evoluution.

Huomautuksia

Viitteet

• S. Haroche, J.-M. Raimond, Exploring the Quantum: Atoms, Cavities and Photons , Oxford University Press (2006), ISBN   0-19-850914-6 , s. 77
• Schlosshauer, dekoherenssi ja kvantti-klassinen siirtymä , Springer 2007, ISBN   3-540-35773-4 , luku 2.9, s. 85.
• Zurek, Wojciech Hubert (2009). "Kvanttidarwinismi". Luontofysiikka . 5 (3): 181–188. arXiv : 0903.5082 . Raamatun koodi : 2009NatPh ... 5..181Z . doi : 10.1038 / nphys1202 .
• Blume-Kohout, Robin; Zurek, WH (2006). "Kvanttidarwinismi: sekaannus, haarat ja tarpeettomasti tallennetun kvanttitiedon uusi klassisuus". Fyysinen Review . 73 (6): 062310. arXiv : quant-ph / 0505031 . Raamatun koodi : 2006PhRvA..73f2310B . doi : 10.1103 / PhysRevA.73.062310 .
• Zurek, WH (2003). "Kvanttidarwinismi ja laajuus". arXiv : quant-ph / 0308163 .
• Blume-Kohout, Robin; Zurek, WH (2006). "Kvanttidarwinismi: sekaannus, haarat ja tarpeettomasti tallennetun kvanttitiedon uusi klassisuus". Fyysinen Review . 73 (6): 062310. arXiv : quant-ph / 0505031 . Raamatun koodi : 2006PhRvA..73f2310B . doi : 10.1103 / PhysRevA.73.062310 .
• Ollivier, Harold; Poulin, David; Zurek, Wojciech H. (2005). "Ympäristö todistajana: Tietojen valikoiva leviäminen ja objektiivisuuden ilmaantuminen kvanttiuniversumissa". Fyysinen Review . 72 (4): 042113. arXiv : quant-ph / 0408125 . Raamatun koodi : 2005PhRvA..72d2113O . doi : 10.1103 / PhysRevA.72.042113 .
• Zurek, WH (2005). "Todennäköisyydet sotkeutumisesta, syntymän sääntö envarianssista". Fyysinen Review . 71 (5): 052105. arXiv : quant-ph / 0405161 . Raamatun koodi : 2005PhRvA..71e2105Z . doi : 10.1103 / PhysRevA.71.052105 .
• Wojciech Hubert Zurek (2018). "Klassisen kvanttiteoria: kvanttihyppy, syntymäsääntö ja objektiivinen klassinen todellisuus kvanttidarwinismin kautta". arXiv : 1807.02092 [ quant-ph ].
• Wojciech Hubert Zurek (2007). "Suhteelliset tilat ja ympäristö: Einselection, Envariance, Quantum Darwinism, and Existential Interpretation". arXiv : 0707,2832 [ quant-ph ].

Ulkoiset linkit

• Universaali darwinismi: kvanttidarwinismi
• American Physical Society: Kvanttidarwinismi julkaistu
• Nature.com: Luonnollinen valinta vaikuttaa kvanttimaailmaan
• Kvanttidarwinismi ja todellisuuden luonne
• Zurekin vastaus Kastenerin kritiikkiin (2015)