정보가 양자 역학에서 보존됩니까 (파동 함수 붕괴 후)?
대중 과학에서 "정보 보존"의 법칙이 있다고 들었습니다. 때때로 이것은 발생하는 모든 이벤트에 대해 원래 상태를 재구성하기에 충분한 정보가 있습니다. 예를 들어, 타는 종이 조각에서 날아간 원자의 정확한 위치를 알고 있다면 (그리고이 원자들과 상호 작용하는 그 주변의 다른 모든 것들이) 종이의 정보를 재구성 할 수 있습니다.
양자 측정을 고려할 때 이것이 사실입니까? QM으로 인해 많은 부분이 특정 구성으로 무너졌지만 과거를 완전히 재구성 할 수 있습니까?
편집 : 명확하게하기 위해 물론 파동 함수 자체가 (축소하지 않고) 정보를 보존한다는 것이 분명합니다. 문제는 붕괴 후 정보가 보존되는지 여부 입니다.
답변
짧은 대답 : 파동 함수의 붕괴는 정보를 파괴합니다.
정확하게 말했듯이, 양자 상태가 슈뢰딩거 방정식에 따라 진화하는 한 정보는 보존됩니다.
측정시 붕괴가 발생하는 양자 역학의 해석 (코펜하겐 해석)을 채택하면 가장 단순한 경우에도 붕괴시 정보가 손실된다는 것을 알 수 있습니다.
예를 들어, 시스템이 스핀 업 및 스핀 다운 상태가 중첩되어 있다고 가정합니다. 스핀 업으로 측정하면 순수한 스핀 업 상태인지 중첩 상태인지 알 수있는 방법이 없습니다. 따라서 정보가 손실됩니다.
설명 : 위 시나리오에서는 초기 상태를 찾을 수없는 것보다 "더 나쁘다"는 것입니다. 전체 우주의 상태 (당신, 시스템, 측정 장치 등)는 초기 상태가 순수한 스핀 업 상태이든 중첩이든 상관없이 동일합니다.
"정보의 보존"은 양자 역학의 단일성 속성에서 비롯됩니다.
그것이 실제로 보존되었는지 여부는 다소 뒤틀린 음모를 가진 길고 극적인 역사입니다. 다른 많은 이론가들과 함께 스티븐 호킹은 특정 물리 법칙의 비가역성과 정보 손실의 가능성을 받아 들였습니다. " 비가역성이 물리학 법칙을 이해 한대로 잘못하면 그 법칙은 훨씬 더 나빠 집니다."
Don Page가 이끄는 또 다른 물리학 자 그룹은 단일성 원칙이 참이어야하고 정보가 보존되어 있어야한다고 확신합니다. 최근 결과 및 토론을 위해이 기사를 읽는 것이 좋습니다.https://www.quantamagazine.org/the-black-hole-information-paradox-comes-to-an-end-20201029/.
우리가 믿는다면 QM 진화는 단일하고 시간 반전이 유지되며 원칙적으로 고려중인 시스템의 역사를 기술적으로 역 추적 할 수는 있습니다.
측정 및 파동 함수 붕괴에 대해 용어는 다소 남용이며 무언가가 분해되었다는 결론을 내릴 수 있지만 실제로 측정은 초기 apriori확률 분포를 조건부 분포로 대체합니다 aposteriori. 여기에서 Lubos Motl의 유용한 답변을 찾을 수 있습니다.https://physics.stackexchange.com/a/3163/261877 그리고 아래 토론.
예, 아니오. 광학 Mach-Zehnder 간섭계 또는 고체 상태 를 사용하여 두 개의 슬릿 설정에서 제어 된 실험에서 정보 손실을 연구 할 수 있습니다 . 간섭계 . 예를 들어, 후자의 경우 간섭계의 암 중 하나를 근처의 양자 와이어 또는 다른 간섭계에 결합하여 제어 된 방식으로 파동 함수 붕괴를 일으킬 수 있습니다. 이것은 전자가 어떤 경로를 취하는 지 관찰하여 파동 함수의 붕괴를 일으키는 것과 같습니다. 그런 다음 첫 번째 간섭계에서 손실 된 정보가 두 번째 간섭계와의 상관 관계를 고려하여 복구 될 수 있음을 이론적으로나 실험적 으로 보여줄 수 있습니다. 즉, 한 곳에서 잃어버린 정보가 다른 곳에서 다시 나타납니다.
반면에 개방형 시스템 설정에서 붕괴는 무한한 / 통제되지 않은 자유도 수와 결합하여 발생하므로 이러한 복구는 불가능합니다.
두 가지 추가 사항 :
예, 코펜하겐 해석에서 파동 함수 붕괴시 정보가 손실됩니다. 다른 한편으로 양자 역학의 다 세계 해석에서는 파동 함수의 붕괴가 없습니다. 우주 의 진정한 완전한 파동 함수는 항상 단일 (즉, 정보 보존) 방식으로 진화하여 점점 더 얽혀 있습니다. 주관적으로, 당신은 파동 함수의 한 부분을 경험하고 있고 파동 함수의 다른 부분에있는 정보는 여러분이 접근 할 수 없게 될 수 있습니다.
양자 역학과 일반 상대성 이론을 결합하면 "블랙홀 정보 역설"이 발생합니다. 일반 상대성 이론은 다음과 같이 제안합니다.
a) 블랙홀의 상태 (외부에서 볼 때)는 정확히 세 가지 양 (질량, 각운동량, 전하)에 의해 결정됩니다. 그 안에 빠진 물건에 대한 추가 정보는 더 이상 외부 세계에 접근 할 수 없습니다. (그러나 그 정보는 여전히 블랙홀 내부에 저장된 것으로 간주 될 수 있습니다).
b) 블랙홀은 시간이 지남에 따라 증발합니다 ( "호킹 복사"에 의해). 즉, 블랙홀이 사라진 후에는 저장된 정보도 사라진 것처럼 보입니다. 이 역설은 현재 물리학에 대한 열린 질문입니다. 몇 가지 제안 된 솔루션이 있습니다 (여기 참조 :https://en.wikipedia.org/wiki/Black_hole_information_paradox#Postulated_solutions), 그러나 물리학 자들 사이에는 합의가 변경되지 않았으며 실험적으로 검증 된 것도 없다.
이에 접근하는 또 다른 방법은 붕괴 나 비결 정성을 요구하지 않는 해석을 사용하는 것입니다. 모든 해석은 우리가 관찰하는 고전적 현실의 수학과 양자 현실의 수학을 조화시키는 단순한 방법입니다. 적절한 양자 역학에서는 파동 함수 붕괴가 없습니다. 이것은 가장 일반적인 해석 인 코펜하겐 해석에서 나타나는 것입니다.
이 답변을 탐색하기 위해 다른 해석을 사용할 수 있습니다. 파일럿 웨이브는 훌륭한 예입니다. 파일럿 파동 해석에서 우리는 입자를 밀쳐 서 상태를 변화시키는 파동 함수 인 "파일럿 파"에 의해 지속적으로 영향을받는 입자의 상태를 측정 할 수 있습니다. QM의 모든 해석과 마찬가지로이 관점은 QM의 기본 방정식과 완벽하게 일치합니다. 그러나 코펜하겐 해석처럼 파동 함수 붕괴 대신에 우리는 파일럿 파동을 가지고 있습니다.
이 파일럿 파동에 대한 까다로운 점은 매 순간의 방정식이 모든 입자 의 상태에 따라 달라진다 는 것입니다. 이 기이함은 파일럿 파동이 고전적인 행동을 우회하는 방식입니다. 무한히 빠르게 전파되는 파동이 있습니다. 이것은 파동 함수 붕괴와 함께 코펜하겐 해석에서 얻은 것과 동일한 통계 결과를 산출하지만 붕괴가 필요하지 않음을 보여줄 수 있습니다.
여기에서 파일럿 파동은 양자 역학에서 볼 수있는 단위 연산자에 대해 정의되기 때문에 모든 작업, 심지어 "측정"에 대해서도 정보가 보존된다는 것을 보여주는 것은 사소한 일입니다. 그러나 그 정보는 알려진 우주의 모든 입자에 분산되어 있습니다.
그래서 그것은 그 해석에 의해 정보는 전체 우주에 걸쳐 보존되지만 우주 내의 모든 하위 시스템은 존재하는 모든 입자에 흩어져 정보를 잃을 것임을 보여줍니다.