Observer effekt

Inom fysiken är observatörseffekten teorin att bara observation av ett fenomen oundvikligen förändrar det. Ofta är detta en konsekvens av ofullkomligheten hos de använda instrumenten, som, enligt deras funktionsprincip, ändrar tillståndet för det uppmätta värdet. Ett exempel är att kontrollera trycket i bildäck; detta är svårt att göra utan att släppa ut lite luft när den är ansluten till en tryckmätare ; dessutom har själva enheten viss volym. Det är omöjligt att se något föremål utan att bestråla det med ljus eller andra partiklar (elektroner i ett elektronmikroskop), som påverkar objektets tillstånd, och absorptionen av kvanta för att mäta belysningen minskar den. Även om observatörseffekten är liten, ändrar objektet fortfarande tillstånd. Denna effekt observeras inom många områden av fysiken, men kan vanligtvis minskas genom att välja effektiva verktyg och/eller använda bättre observationsmetoder.

Det mest ovanliga för oss är manifestationen av observatörseffekten i kvantmekaniken , som till exempel observeras i dubbelslitsexperimentet . Även passiv observation av kvanteffekter (med syftet att till synes "utesluta" alla utom en av möjligheterna) kan faktiskt förändra resultatet av mätningen. Anledningen ligger i elementarpartiklarnas dubbla natur : sannolikheten att upptäcka en partikel vid något tillfälle är föremål för kvantvågsfunktionen ψ , som upplever interferens när det andra gapet öppnas för elektroner .

Carl Sagan kallade "observatörseffekten" en betydande minskning eller fullständigt försvinnande av parapsykologiska effekter och förmågor hos synska i närvaro av en skeptisk observatör [1] .

Konceptet med en observatör

Termen observatör har ett antal icke- likvärdiga betydelser inom de fysiska vetenskaperna . En observatör kan betyda både en verklig eller imaginär person och en mätanordning . Därför innebär observatörseffekten inte ett mänskligt misstag, utan på felaktigheten och omöjligheten att mäta en fysisk storhet [2] . Begreppet observatör används i pragmatiska påståenden, det vill säga i de teoretiska påståenden som refererar till ett erkännande subjekt, och används inte i påståenden om fysiska objekt [3] .

Ett antal specialister, såsom J. St. Bell , K. Popper , M. Bunge , är kritiska till försök att formulera fysikaliska lagar med hjälp av termen observatör, särskilt inom kvantfysiken, eftersom de kan leda till fel [4][ sida ej specificerad 845 dagar ] [5][ sida ej specificerad 845 dagar ] [6]

Elektronik

Inom elektronik är mätinstrument (till exempel: amperemeter , voltmeter ) anslutna i serie eller parallellt med den elektriska kretsen som studeras, och på grund av att amperemeterns resistans inte är noll och den slutliga resistansen hos voltmetern ändrar deras inkludering ström som flyter genom kretsen (eller den uppmätta spänningen). Enheter har också kapacitans och induktans som inte är noll , vilket påverkar växelströmskretsar.

Även ett verktyg som en klämmätare påverkar strömmen i kretsen, eftersom denna enhet är en strömtransformator och förbrukar ström.

Termodynamik

Inom termodynamik måste en vanlig kvicksilvertermometer absorbera eller avge lite värmeenergi för att kunna registrera temperatur och därför ändra temperaturen på kroppen den mäter. Vilken termometer som helst har en massa och värmekapacitet från givaren som inte är noll .

Partikelfysik

En elektron eller annan partikel kan observeras genom att belysa den med fotoner , men interaktion med fotoner kommer oundvikligen att förändra partikelns hastighet. Andra, mindre direkta, mätmetoder kommer fortfarande att påverka elektronen, och ju mer exakt vi vet dess position, desto mer kommer dess hastighet att förändras som ett resultat. Således kan positionen för en partikel endast bestämmas med en noggrannhet på upp till våglängden för de fotoner som används, därför behövs det kortare våglängds (det vill säga mer energiska) kvanta för att få ett mer exakt resultat, vilket ändra rörelsemängden för de partiklar som de bestrålar starkare. Det är omöjligt att sätta upp ett sådant experiment där det skulle vara möjligt att exakt bestämma ett par kanoniskt konjugerade kvantiteter , till exempel koordinaterna och rörelsemängden för en partikel (detta postulat kallas osäkerhetsprincipen ):

,

där  är standardavvikelsen för koordinaten,  är standardavvikelsen för momentet, och ħ  är den reducerade Planck-konstanten .

Liknande samband uppstår vid mätning av andra komplementära storheter [7] . Men genom att korrekt ställa in experimentet är det möjligt att uppnå den nödvändiga noggrannheten vid mätning av en av parametrarna (till exempel koordinater - genom att registrera en partikels inverkan på en fotografisk platta), genom att flytta förhållandet i rätt riktning. Niels Bohr kallade omöjligheten av att samtidigt mäta två relaterade parametrar för en partikels tillstånd för komplementaritetsprincipen [8] .

Kvantmekanik

Inom kvantmekaniken är "observation" synonymt med mätning , "observatör" med mätutrustning och det observerade  med vad som kan mätas.

En av kvantmekanikens grundläggande begrepp är tolkningen av vågfunktionen ψ som en sannolikhetsvåg och inte en verklig våg, som de Broglie föreslog, formulerad redan 1924 i Bohrs , Kramers och Slaters gemensamma arbete . Före mätning befinner sig ett kvantsystem i en överlagring av tillåtna tillstånd. Det antas att efter mätningen, som bestämmer några av systemets parametrar, ändras vågfunktionen abrupt och tar den form som motsvarar de uppmätta värdena för parametrarna [7] . Ett exempel är Schrödingers katt .

Observation är omöjlig utan det observerade objektets interaktion med miljön - för att observatören ska kunna bestämma objektets parametrar måste han få information från sådan interaktion. I det här fallet ändrar kvantobjektet oundvikligen sitt tillstånd. För elementarpartiklar är detta uppenbart, eftersom vi kan observera sådana partiklar endast genom deras interaktion (antingen med fotoner eller med ämnet som partikeln flyger igenom) [9] . I experiment med stora molekyler, som kan observeras av deras termiska strålning, fastställdes det att "observatörseffekten" manifesterar sig även i frånvaro av observatörens direkta inflytande på kvantobjektet, men med någon interaktion (energiutbyte) mellan kvantsystemet och det omgivande rummet. Försöksledarna fångade värmen ( infraröda fotoner ) som utstrålades av de upphettade C70 fullerenmolekylerna , och ju högre temperatur molekylerna hade, desto mer klassiskt betedde sig de uppvärmda molekylerna. I dessa experiment visades det att storleken på kvanteffekter är omvänd mot intensiteten av interaktionen mellan ett kvantobjekt och dess omgivning, närvaron av en observatör spelar ingen roll i detta fall [10] [9] .

Således ändrar observatörseffekten tillståndet för ett kvantsystem, vilket återspeglas i dess huvudbeskrivning, vågfunktionen. Nyare studier har visat att ett sådant inflytande från observatören sträcker sig inte bara till partikeln som studeras, utan även till den som interagerar med den, vilket leder till begreppet " entangled states ". Vågfunktionen för en bunden partikel upplever också ett hopp i sitt tillstånd efter en observation, som används i kvantkryptografi . Eftersom avlyssning av en datalänk är en observation kan denna effekt spåras [11] .

Relativitetsteori

Begreppet "observatör" i speciell relativitet hänvisar oftast till en tröghetsreferensram . I sådana fall kan den tröghetsreferensramen kallas en "tröghetsobservatör" för att undvika tvetydighet. Denna användning av termen "observatör" skiljer sig väsentligt från dess vanliga betydelse. Referenssystem är till sin natur icke-lokala konstruktioner som täcker hela rumtiden eller någon icke-trivial del av den ; det är alltså inte meningsfullt att tala om betraktaren (i den speciella relativistiska betydelsen) som något som har en bestämd plats. Dessutom kan en tröghetsobservatör inte accelerera vid en senare tidpunkt, precis som en accelererande observatör inte kan sluta accelerera.

I allmän relativitet hänvisar termen "observatör" oftast till en person eller maskin som gör passiva lokala mätningar, en användning av ordet som ligger mycket närmare dess vanliga betydelse.

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Carl Sagan. En värld full av demoner. - Moskva: Alpina facklitteratur, 2014. - S. 295. - 537 s. - ISBN 978-5-91671-281-0 .
  2. ↑ Bunge M. Fysikens filosofi. - D. Reidel Publishing Company, 1973. - S. 30.
  3. ↑ Bunge M. Fysikens filosofi. - D. Reidel Publishing Company, 1973. - S. 49.
  4. ↑ JS Bell, Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics, Cambridge University Press, 2004.
  5. ↑ KR Popper, Quantum Theory and the Schism in Physics, Routledge, 1989.
  6. ↑ Bunge M. Fysikens filosofi. - D. Reidel Publishing Company, 1973. - S. 33-37.
  7. ↑ 1 2 Heisenberg, 1989 , Fysik och filosofi, sid. 7, 15–16.
  8. ↑ Heisenberg, 1989 , Fysik och filosofi, sid. 21-22.
  9. ↑ 1 2 Polovnikov K. Observatörens roll i kvantmekaniken på YouTube // Kirill Polovnikov. — Rökrum Gutenberg. - 2018. - 6 maj.
  10. ↑ Hackermüller, L. Dekoherens av materiavågor genom termisk emission av strålning: [ eng. ]  / L. Hackermüller, K. Hornberger, B Brezger // Natur: tidskrift. - 2004. - Vol. 427.—S. 711–714. — arXiv : quant-ph/0402146 . - doi : 10.1038/nature02276 .
  11. ↑ Kvantkryptering . www.nti2035.ru _ Hämtad: 27 februari 2022.

Litteratur