Observer -effekt (fysikk) - Observer effect (physics)

I fysikk er observatøreffekten forstyrrelsen av et observert system ved observasjon. Dette er ofte et resultat av instrumenter som nødvendigvis endrer tilstanden til det de måler på en eller annen måte. Et vanlig eksempel er å kontrollere trykket i et bildekk; dette er vanskelig å gjøre uten å slippe ut noe av luften, og dermed endre trykket. På samme måte er det ikke mulig å se noen gjenstander uten at lys treffer objektet og får det til å reflektere det lyset. Selv om effektene av observasjon ofte er ubetydelige, opplever objektet fortsatt en endring. Denne effekten kan finnes på mange fysikkområder, men kan vanligvis reduseres til ubetydelighet ved å bruke forskjellige instrumenter eller observasjonsteknikker.

En spesielt uvanlig versjon av observatøreffekten forekommer i kvantemekanikk , som best demonstrert av dobbeltspalteeksperimentet . Fysikere har funnet ut at observasjon av kvantefenomener faktisk kan endre måleresultatene av dette eksperimentet. Til tross for at "observatøreffekten" i dobbeltspalteforsøket skyldes tilstedeværelsen av en elektronisk detektor, har eksperimentets resultater blitt tolket feil av noen for å antyde at et bevisst sinn direkte kan påvirke virkeligheten. Behovet for at "observatøren" er bevisst støttes ikke av vitenskapelig forskning, og har blitt påpekt som en misforståelse som er forankret i en dårlig forståelse av kvantebølgefunksjonen ψ og kvantemåleprosessen.

Partikkelfysikk

Et elektron detekteres ved interaksjon med et foton ; denne interaksjonen vil uunngåelig endre hastigheten og momentumet til elektronen. Det er mulig for andre, mindre direkte målemetoder å påvirke elektronet. Det er også nødvendig å skille klart mellom den målte verdien av en mengde og verdien som følge av måleprosessen. Spesielt er en måling av momentum ikke repeterbar i korte tidsintervaller. En formel (endimensjonal for enkelhet) angående involverte mengder, på grunn av Niels Bohr (1928) er gitt av

hvor

Δ p x er usikkerhet i målt verdi av momentum,
Δ t er målingens varighet,
v x er partikkelhastigheten før måling,
v '
x
 
er partikkels hastighet etter måling,
ħ er den reduserte Planck -konstanten .

Den målte momentumet til elektronet er deretter relatert til v x , mens dets momentum etter målingen er relatert til vx . Dette er et best-case scenario.

Elektronikk

I elektronikk er ammetere og voltmetre vanligvis koblet i serie eller parallelt med kretsen, og på grunn av deres tilstedeværelse påvirker strømmen eller spenningen de måler ved å presentere en ekstra reell eller kompleks belastning til kretsen, og dermed endre overføringen kretsens funksjon og oppførsel. Selv en mer passiv enhet som en strømklemme , som måler trådstrømmen uten å komme i fysisk kontakt med ledningen, påvirker strømmen gjennom kretsen som måles fordi induktansen er gjensidig .

Termodynamikk

I termodynamikk må et standard kvikksølv-i-glass-termometer absorbere eller gi opp litt termisk energi for å registrere en temperatur , og endrer derfor temperaturen på kroppen som den måler.

Kvantemekanikk

Det teoretiske grunnlaget for målebegrepet i kvantemekanikk er et stridsspørsmål som er dypt knyttet til de mange tolkningene av kvantemekanikk . Et sentralt fokuspunkt er bølgefunksjonens kollaps , der flere populære tolkninger hevder at måling forårsaker en diskontinuerlig endring i en egen tilstand til operatøren assosiert med mengden som ble målt, en endring som ikke er tid-reversibel.

Mer eksplisitt dikterer superposisjonsprinsippet ( ψ = Σ n a n ψ n ) i kvantefysikken at for en bølgefunksjon ψ , vil en måling resultere i en tilstand av kvantesystemet til en av de m mulige egenverdiene f n , n = 1, 2, ..., m , til operatørenF som i rommet til egenfunksjonene ψ n , n = 1, 2, ..., m .

Når man har målt systemet, kjenner man dets nåværende tilstand; og dette forhindrer den fra å være i en av dens andre stater - den har tilsynelatende decohered fra dem uten utsikter til fremtidig sterk kvanteforstyrrelse. Dette betyr at typen måling man utfører på systemet påvirker systemets sluttilstand.

En eksperimentelt studert situasjon relatert til dette er kvante -Zeno -effekten , der en kvantetilstand ville forfalle hvis den etterlates alene, men ikke forfaller på grunn av dens kontinuerlige observasjon. Dynamikken i en kvante systemet under kontinuerlig observasjon er beskrevet ved en kvante stokastisk mester ligning kjent som Belavkin ligning . Ytterligere studier har vist at selv å observere resultatene etter at fotonet er produsert, fører til at kollaps av bølgefunksjonen og laster tilbake en historie som vist ved forsinket valg av kvanteviskelær .

Når man diskuterer bølgefunksjonen ψ som beskriver tilstanden til et system i kvantemekanikk, bør man være forsiktig med en vanlig misforståelse som antar at bølgefunksjonen ψ utgjør det samme som det fysiske objektet det beskriver. Dette mangelfulle konseptet må da kreve eksistensen av en ekstern mekanisme, for eksempel et måleinstrument, som ligger utenfor prinsippene som regulerer tidsutviklingen av bølgefunksjonen ψ , for å redegjøre for den såkalte "kollaps av bølgefunksjonen" etter en måling er utført. Men bølgefunksjonen ψ er ikke et fysisk objekt som for eksempel et atom, som har en observerbar masse, ladning og spinn, samt indre frihetsgrader. I stedet er ψ en abstrakt matematisk funksjon som inneholder all statistisk informasjon som en observatør kan få fra målinger av et gitt system. I dette tilfellet er det ikke noe reelt mysterium ved at denne matematiske formen for bølgefunksjonen ψ må endre seg brått etter at en måling er utført.

En konsekvens av Bells teorem er at måling på en av to sammenfiltrede partikler kan se ut til å ha en ikke -lokal effekt på den andre partikkelen. Ytterligere problemer knyttet til dekoherens oppstår også når observatøren er modellert som et kvantesystem.

Den usikkerhet prinsipp er blitt hyppig forveksles med observatør virkning, tydeligvis selv av opphavs, Werner Heisenberg . Usikkerhetsprinsippet i sin standardform beskriver hvor nøyaktig vi kan måle posisjonen og momentumet til en partikkel samtidig - hvis vi øker presisjonen ved å måle den ene størrelsen, blir vi tvunget til å miste presisjon når vi måler den andre. En alternativ versjon av usikkerhetsprinsippet, mer i ånden til en observatøreffekt, redegjør fullt ut for forstyrrelsen observatøren har på et system og feilen som oppstår, selv om det ikke er slik begrepet "usikkerhetsprinsipp" er mest vanlig i praksis .

Referanser