Darwinizm kwantowy - Quantum Darwinism

Część serii na
Mechanika kwantowa
Równanie Schrödingera
tło
Podstawy
Efekty
Eksperymenty
Receptury
Równania
Interpretacje
Zaawansowane tematy
Naukowcy
Kategorie
► Mechanika kwantowa

Darwinizm kwantowy jest teorią, której celem jest wyjaśnienie wyłonienia się świata klasycznego ze świata kwantowego w wyniku procesu darwinowskiej selekcji naturalnej wywołanej interakcją środowiska z systemem kwantowym; gdzie wiele możliwych stanów kwantowych jest wybieranych na korzyść stabilnego stanu wskaźnika . Zaproponował go w 2003 roku Wojciech Żurek i grupa współpracowników, w tym Ollivier, Poulin, Paz i Blume-Kohout. Rozwój teorii wynika z integracji szeregu wątków badawczych Żurka , które były realizowane w ciągu dwudziestu pięciu lat, w tym: stanów wskaźnika , einselekcji i dekoherencji .

Badania przeprowadzone w 2010 roku mają dostarczyć wstępnych dowodów potwierdzających darwinizm kwantowy z bliznami po kropce kwantowej, które „stały się rodziną stanów matki i córki”, co wskazuje, że mogą one „ustabilizować się w stanach wielu wskaźników”. Jednak domniemane dowody są również przedmiotem krytyki cyrkularnej Kastnera (patrz Implikacje poniżej). Zasadniczo, faktyczne zjawisko dekoherencji, które leży u podstaw twierdzeń darwinizmu kwantowego, może tak naprawdę nie pojawiać się w dynamice opartej wyłącznie na jednostkach. Tak więc, nawet jeśli istnieje dekoherencja, nie pokazuje to, że makroskopowe stany wskaźnika pojawiają się naturalnie bez jakiejś formy załamania.

Implikacje

Wraz z powiązaną z Żurkiem teorią envariance (niezmienności spowodowanej splątaniem kwantowym ), darwinizm kwantowy stara się wyjaśnić, w jaki sposób świat klasyczny wyłania się ze świata kwantowego i proponuje odpowiedź na problem pomiaru kwantowego , główne wyzwanie interpretacyjne teorii kwantowej. Problem pomiaru pojawia się, ponieważ wektor stanu kwantowego, będący źródłem całej wiedzy o układach kwantowych, ewoluuje zgodnie z równaniem Schrödingera w liniową superpozycję różnych stanów, przewidując paradoksalne sytuacje, takie jak „ kot Schrödingera ”; sytuacje, których nigdy nie doświadczył w naszym klasycznym świecie. Teoria kwantowa tradycyjnie traktuje ten problem jako rozwiązywany przez niejednolitą transformację wektora stanu w momencie pomiaru w stan określony. Zapewnia niezwykle dokładne środki przewidywania wartości stanu określonego, który będzie mierzony w postaci prawdopodobieństwa dla każdej możliwej wartości pomiarowej. Fizyczny charakter przejścia od kwantowej superpozycji stanów do określonego zmierzonego stanu klasycznego nie jest wyjaśniony przez tradycyjną teorię, ale jest zwykle przyjmowany jako aksjomat i był podstawą debaty między Nielsem Bohrem i Albertem Einsteinem na temat kompletności teoria kwantowa.

Darwinizm kwantowy stara się wyjaśnić przejście systemów kwantowych od ogromnego potencjału stanów nałożonych do znacznie zredukowanego zestawu stanów wskaźnika jako procesu selekcji, einselekcji , narzuconej systemowi kwantowemu poprzez jego ciągłe interakcje ze środowiskiem. Wszystkie interakcje kwantowe, w tym pomiary, ale znacznie częściej interakcje ze środowiskiem, takim jak morze fotonów, w którym zanurzone są wszystkie układy kwantowe, prowadzą do dekoherencji lub manifestacji systemu kwantowego na określonej podstawie podyktowanej naturą interakcja, w którą zaangażowany jest system kwantowy. W przypadku interakcji z jego otoczeniem Żurek i jego współpracownicy wykazali, że preferowaną podstawą, na którą układ kwantowy będzie się dekoerował, jest baza wskaźnikowa leżąca u podstaw przewidywalnych stanów klasycznych. W tym sensie stany wskaźnikowe rzeczywistości klasycznej są wybierane z rzeczywistości kwantowej i istnieją w sferze makroskopowej w stanie zdolnym do dalszej ewolucji. Jednak program „einselekcji” polega na przyjęciu szczególnego podziału uniwersalnego stanu kwantowego na „system” + „środowisko”, przy założeniu, że różne stopnie swobody środowiska mają wzajemnie losowe fazy. Ta przypadkowość fazowa nie powstaje samodzielnie w obrębie stanu kwantowego Wszechświata, a Kastner wskazał, że ogranicza to moc wyjaśniającą programu kwantowego darwinizmu. Żurek odpowiada na krytykę Kastnera w selekcji klasycznej i darwinizmie kwantowym .

Ponieważ interakcje układu kwantowego z jego otoczeniem skutkują zapisem wielu zbędnych kopii informacji dotyczących jego stanów wskaźników, informacje te są dostępne dla wielu obserwatorów, którzy są w stanie osiągnąć porozumienie co do ich informacji o stanie kwantowym. Ten aspekt einselekcji, nazwany przez Żurka „Środowiskiem jako świadek”, skutkuje potencjałem obiektywnej wiedzy.

Znaczenie darwinowskie

Być może równie ważne, jak światło, które ta teoria rzuca na kwantowe wyjaśnienia, jest identyfikacja procesu darwinowskiego działającego jako selektywny mechanizm ustanawiający naszą klasyczną rzeczywistość. Jak wielu badaczy wykazało jasno, każdy system wykorzystujący proces darwinowski będzie ewoluował. Jak argumentuje teza o uniwersalnym darwinizmie , procesy darwinowskie nie ograniczają się do biologii, ale wszystkie są zgodne z prostym algorytmem darwinowskim:

  1. Rozmnażanie / dziedziczność; możliwość wykonywania kopii i tym samym rodzenia potomków.
  2. Wybór; Proces, który preferencyjnie wybiera jedną cechę zamiast innej, prowadząc do tego, że jedna cecha jest liczniejsza po wystarczającej liczbie pokoleń.
  3. Zmiana; różnice w cechach dziedzicznych, które wpływają na „sprawność” lub zdolność do przeżycia i rozmnażania się prowadzące do zróżnicowanego przeżycia.

Wydaje się, że darwinizm kwantowy jest zgodny z tym algorytmem i dlatego został trafnie nazwany:

  1. Tworzone są liczne kopie stanów wskaźnika
  2. Kolejne interakcje między stanami wskaźnika a ich środowiskiem ujawniają, że ewoluują i te stany, które mają przetrwać, są zgodne z przewidywaniami fizyki klasycznej w makroskopowym świecie. Dzieje się to w sposób ciągły, przewidywalny; to znaczy, że potomkowie dziedziczą wiele swoich cech od państw przodków.
  3. Analogia do zasady wariacji „prostego darwinizmu” nie istnieje, ponieważ stany wskaźnika nie ulegają mutacji, a selekcja dokonywana przez środowisko należy do preferowanych przez środowisko stanów wskaźnika (np. Stany lokalizacji).

Z tego punktu widzenia darwinizm kwantowy dostarcza darwinowskiego wyjaśnienia u podstaw naszej rzeczywistości, wyjaśniając rozwój lub ewolucję naszego klasycznego makroskopowego świata.

Uwagi

Bibliografia

Linki zewnętrzne