Колапс хвильової функції

Колапс хвильової функції — один із можливих механізмів переходу від квантовомеханічного опису фізичної системи до класичного при вимірюванні. Термін запропонував у 1929 році Вернер Гейзенберг, пізніше ідею розвивав Джон фон Нейман. Альтернативний підхід до проблеми вимірювання в квантовій механіці пропонує ідея квантової декогеренції. Ідея колапсу хвильової функції полягає у тому, що при вимірюванні перехід до класичного опису відбувається миттєво, не локально (у всьому просторі), стрибком.

Квантова механіка побудувала успішний математичний апарат для пояснення широкої множини явищ у мікросвіті. Виходячи з її положень еволюція квантової системи відбувається цілком детерміністично. Якщо, наприклад, відома хвильова функція квантової системи в початковий момент часу, й відомі взаємодії в ній, то квантова механіка дозволяє розрахувати хвильову функцію у будь-який наступний момент часу. Однак, хвильова функція несе в собі інформацію одразу про всі можливі результати вимірювання. Коли ж вимірювання відбувається, експериментатор отримує тільки один результат, причому цей результат він отримує з різною ймовірністю, тобто на етапі вимірювання детермінізм зникає.

Якщо, наприклад, квантова система описується суперпозицією:

${\displaystyle \psi =\sum _{n}a_{n}\varphi _{n}}$,

де функції ${\displaystyle \varphi _{n}}$ утворюють ортонормований базис, а ${\displaystyle a_{n}}$ — певні комплексні коефіцієнти, то колапс відповідає переходу

${\displaystyle \sum _{n}a_{n}\varphi _{n}\qquad \rightarrow \qquad \varphi _{m}}$.

При цьому всі інші можливості миттєво зникають, а коефіцієнт при хвильовій функції дорівнює 1.

Аналізуючи припущення колапсу хвильової функції в книзі «Математичні основи квантової механіки» (нім. Mathematische Grundlagen der Quantenmechanik^[1]), Джон фон Нейман довів, що воно сумісне з можливістю провести вимірювання, однак не довів, що воно необхідне. В ідеї колапсу хвильової функції завжди було багато критиків. Одним із основних серед них є критика нелокальності. Зокрема, завдяки колапсу хвильової функції можливий процес, який отримав назву квантової телепортації. Для сплутаних станів вимірювання стану однієї з частинок призводить до миттєвої редукції стану іншої.

Фон Нейман стверджував, що математика дозволяє колапсу відбутися на будь-якому етапі причинно-наслідкового шляху від приладу до суб'єктивного сприйняття експериментатора. Інший лауреат Нобелівської премії Юджин Пол Вігнер у 60-их, розмірковуючи над проблемою Шредінгерового кота, зробив наступний крок, припустивши, що квантова механіка правильна і добре описує світ, але послідовно може застосовуватися до всього світу, включно із експериментальною апаратурою і навіть мозком експериментатора, а колапс відбувається тільки тоді, коли вимірювання проводить щось, що лежить поза матеріальним світом — свідомість. Звісно, що такий погляд викликав різку критику.

Колапс хвильової функції веде до квантового ефекту Зенона, твердження про те, що час життя метастабільного стану збільшується, якщо за системою часто спостерігати.

Це незавершена стаття з фізики. Ви можете допомогти проєкту, виправивши або дописавши її.

• Об'єктивний колапс
• Теорія Ґірарді — Ріміні — Вебера

Ця стаття не містить посилань на джерела. Ви можете допомогти поліпшити цю статтю, додавши посилання на надійні (авторитетні) джерела. Матеріал без джерел може бути піддано сумніву та вилучено. (березень 2012)