Tarkkailija vaikutus

Fysiikassa tarkkailijavaikutus on teoria, jonka mukaan ilmiön pelkkä havainnointi väistämättä muuttaa sen. Usein tämä johtuu käytettyjen instrumenttien epätäydellisyydestä, jotka toimintaperiaatteensa mukaisesti muuttavat mitatun arvon tilaa. Esimerkkinä on auton renkaiden ilmanpaineen tarkistaminen; tämä on vaikea tehdä ilman, että ilmaa vapautuu, kun se on liitetty painemittariin ; lisäksi itse laitteessa on jonkin verran äänenvoimakkuutta. Kohdetta on mahdoton nähdä säteilyttämättä sitä valolla tai muilla hiukkasilla (elektronimikroskoopissa elektroneilla ), jotka vaikuttavat kohteen tilaan, ja kvanttien absorptio valaistuksen mittaamiseksi vähentää sitä. Vaikka tarkkailijavaikutus on pieni, objekti muuttaa tilaa silti. Tämä vaikutus havaitaan monilla fysiikan alueilla, mutta sitä voidaan yleensä vähentää valitsemalla tehokkaita työkaluja ja/tai käyttämällä parempia havaintomenetelmiä.

Epätavallisin meille on kvanttimekaniikassa havaitsevan havainnointiefektin ilmentyminen , joka havaitaan esimerkiksi kaksoisrakokokeessa . Jopa kvanttivaikutusten passiivinen havainnointi (jolloin näennäisesti "suljetaan pois" kaikki paitsi yksi mahdollisuus) voi itse asiassa muuttaa mittauksen tulosta. Syynä on alkuainehiukkasten kaksoisluonne : hiukkasen havaitsemisen todennäköisyys jossain vaiheessa riippuu kvanttiaaltofunktiosta ψ , joka kokee häiriötä , kun toinen aukko avautuu elektroneille. .

Carl Sagan kutsui "tarkkailijavaikutukseksi" parapsykologisten vaikutusten ja psyykkisten kykyjen merkittävää vähenemistä tai täydellistä katoamista skeptisen tarkkailijan läsnä ollessa [1] .

Tarkkailijan käsite

Termillä tarkkailija on fysikaalisissa tieteissä useita ei- vastaavia merkityksiä . Tarkkailija voi tarkoittaa sekä todellista tai kuvitteellista henkilöä että mittauslaitetta . Siksi havainnoijavaikutus ei tarkoita inhimillistä virhettä, vaan fyysisen suuren mittaamisen epätarkkuutta ja mahdottomuutta [2] . Havainnoijan käsitettä käytetään pragmaattisissa lausumissa, eli niissä teoreettisissa väitteissä, jotka viittaavat kognitiiviseen subjektiin, , eikä sitä käytetä fyysisiä objekteja koskevissa väitteissä [3] .

Useat asiantuntijat, kuten J. St. Bell , K. Popper , M. Bunge suhtautuvat kriittisesti yrityksiin muotoilla fysikaalisia lakeja käyttämällä termiä tarkkailija, erityisesti kvanttifysiikassa, koska ne voivat johtaa virheisiin [4][ sivua ei määritetty 845 päivää ] [5][ sivua ei määritetty 845 päivää ] [6]

Elektroniikka

Elektroniikassa mittauslaitteet (esim: ampeerimittari , volttimittari ) kytketään sarjaan tai rinnan tutkittavan sähköpiirin kanssa, ja ampeerimittarin nollasta poikkeavan resistanssin ja volttimittarin loppuresistanssin vuoksi niiden sisällyttäminen muuttaa virtapiirin läpi kulkeva virta (tai mitattu jännite). Laitteilla on myös nollasta poikkeava kapasitanssi ja induktanssi , mikä vaikuttaa vaihtovirtapiireihin.

Jopa työkalu, kuten puristinmittari , vaikuttaa piirin virtaan, koska tämä laite on virtamuuntaja ja kuluttaa virtaa.

Termodynamiikka

Termodynamiikassa tavallisen elohopealämpömittarin on absorboitava tai luovutettava lämpöenergiaa rekisteröidäkseen lämpötilaa ja muuttaakseen siten mittaamansa kehon lämpötilaa. Jokaisella lämpömittarilla on nollasta poikkeava anturin massa ja lämpökapasiteetti .

Hiukkasfysiikka

Elektroni tai muu hiukkanen voidaan havaita valaisemalla sitä fotoneilla , mutta vuorovaikutus fotonien kanssa muuttaa väistämättä hiukkasen nopeutta. Muut, vähemmän suorat mittausvälineet vaikuttavat edelleen elektroniin, ja mitä tarkemmin tiedämme sen sijainnin, sitä enemmän sen nopeus muuttuu seurauksena. Siten hiukkasen sijainti voidaan määrittää vain käytettyjen fotonien aallonpituuden tarkkuudella , joten tarkemman tuloksen saamiseksi tarvitaan lyhyempiä aallonpituuksia (eli energisempiä) kvantteja, jotka muuttaa niiden säteilyttämien hiukkasten liikemäärää voimakkaammin. On mahdotonta tehdä sellaista koetta, jossa olisi mahdollista määrittää tarkasti kanonisesti konjugoitujen suureiden pari , esimerkiksi hiukkasen koordinaatit ja liikemäärä (tätä postulaattia kutsutaan epävarmuusperiaatteeksi ):

,

missä  on koordinaatin keskihajonta  , on liikemäärän keskihajonna ja ħ  on pelkistetty Planck-vakio .

Samanlaisia ​​suhteita esiintyy myös muita komplementaarisia suureita mitatessa [7] . Mutta asettamalla koe oikein, on mahdollista saavuttaa tarvittava tarkkuus yhden parametrin mittaamisessa (esimerkiksi koordinaatit - rekisteröimällä hiukkasen vaikutus valokuvalevyyn), siirtämällä suhdetta oikeaan suuntaan. Niels Bohr kutsui komplementaarisuuden periaatteeksi sitä, että hiukkasen tilan kahta toisiinsa liittyvää parametria ei voida mitata samanaikaisesti [8] .

Kvanttimekaniikka

Kvanttimekaniikassa " havainnointi" on synonyymi mittaukselle , "tarkkailija" mittauslaitteelle ja havainnollinen  mitattavalle.

Yksi kvanttimekaniikan peruskäsitteistä on aaltofunktion ψ tulkinta todennäköisyysaaltoksi , ei todelliseksi aalloksi, kuten de Broglie ehdotti vuonna 1924 Bohrin , Kramersin ja Slaterin yhteisessä työssä . Ennen mittausta kvanttijärjestelmä on sallittujen tilojen superpositiossa . Uskotaan, että mittauksen jälkeen, joka määrittää osan järjestelmän parametreista, aaltofunktio muuttuu äkillisesti ottamalla parametrien mitattuja arvoja vastaavan muodon [7] . Esimerkki on Schrödingerin kissa .

Havainnointi on mahdotonta ilman havaitun kohteen vuorovaikutusta ympäristön kanssa - jotta tarkkailija voi määrittää kohteen parametrit, hänen on saatava tietoa tällaisesta vuorovaikutuksesta. Tässä tapauksessa kvanttiobjekti muuttaa väistämättä tilaansa. Alkuainehiukkasten osalta tämä on ilmeistä, koska voimme havaita sellaisia ​​hiukkasia vain niiden vuorovaikutuksen perusteella (joko fotonien tai aineen kanssa, jonka läpi hiukkanen lentää) [9] . Kokeissa suurilla molekyyleillä, jotka voidaan havaita niiden lämpösäteilyllä, todettiin, että "tarkkailijavaikutus" ilmenee jopa ilman tarkkailijan suoraa vaikutusta kvanttiobjektiin, mutta vuorovaikutuksessa (energian vaihto) välillä. kvanttijärjestelmä ja ympäröivä avaruus. Kokeilijat vangisivat kuumennettujen C70- fullereenimolekyylien säteilemän lämmön ( infrapunafotonit ) , ja mitä korkeampi molekyylien lämpötila oli, sitä klassisemmin lämmitetyt molekyylit käyttäytyivät. Näissä kokeissa osoitettiin, että kvanttivaikutusten suuruus on käänteinen kvanttiobjektin ja sen ympäristön vuorovaikutuksen intensiteetille, tarkkailijan läsnäololla ei tässä tapauksessa ole väliä [10] [9] .

Näin ollen tarkkailijavaikutus muuttaa kvanttijärjestelmän tilaa, mikä näkyy sen pääkuvauksessa, aaltofunktiossa. Uudemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että tällainen tarkkailijan vaikutus ei ulotu vain tutkittavaan partikkeliin, vaan myös siihen, joka on vuorovaikutuksessa sen kanssa, mikä johtaa " kietoutuneiden tilojen " käsitteeseen. Myös sidotun hiukkasen aaltofunktio kokee hypyn tilassaan havainnon jälkeen, jota käytetään kvanttisalauksessa . Koska datalinkin salakuuntelu on havainto, tätä vaikutusta voidaan seurata [11] .

Suhteellisuusteoria

Käsite "tarkkailija" viittaa erityisessä suhteellisuusteoriassa useimmiten inertiaaliseen viitekehykseen . Tällaisissa tapauksissa inertiaviittauskehystä voidaan kutsua "inertiahavainnoijaksi" epäselvyyden välttämiseksi. Tämä termin "tarkkailija" käyttö eroaa merkittävästi sen tavallisesta merkityksestä. Viitejärjestelmät ovat luonnostaan ​​ei-paikallisia rakenteita, jotka kattavat koko aika-avaruuden tai jonkin sen ei-triviaalin osan ; näin ollen ei ole järkevää puhua havainnoijasta (erityisrelativistisessa merkityksessä) jonain, jolla on määrätty paikka. Inertiaalinen havainnoija ei myöskään voi kiihtyä myöhemmässä vaiheessa, aivan kuten kiihtyvä havainnoija ei voi lopettaa kiihtymistä.

Yleisessä suhteellisuusteoriassa termi "tarkkailija" viittaa useimmiten henkilöön tai koneeseen, joka tekee passiivisia paikallisia mittauksia, mikä tarkoittaa sanan käyttöä, joka on paljon lähempänä sen tavallista merkitystä.

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Carl Sagan. Maailma täynnä demoneita. - Moskova: Alpina tietokirjallisuus, 2014. - S. 295. - 537 s. - ISBN 978-5-91671-281-0 .
  2. ↑ Bunge M. Fysiikan filosofia. - D. Reidel Publishing Company, 1973. - s. 30.
  3. ↑ Bunge M. Fysiikan filosofia. - 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. Fysiikan filosofia. - D. Reidel Publishing Company, 1973. - S. 33-37.
  7. ↑ 1 2 Heisenberg, 1989 , Fysiikka ja filosofia, s. 7, 15-16.
  8. ↑ Heisenberg, 1989 , Fysiikka ja filosofia, s. 21-22.
  9. ↑ 1 2 Polovnikov K. Tarkkailijan rooli kvanttimekaniikassa YouTubessa // Kirill Polovnikov . - Tupakointihuone Gutenberg. - 2018 - 6. toukokuuta.
  10. ↑ Hackermüller, L. Aineaaltojen dekoherenssi säteilyn lämpöemissiolla: [ eng. ]  / L. Hackermüller, K. Hornberger, B Brezger // Luonto: lehti. - 2004. - Voi. 427.—S. 711–714. — arXiv : quant-ph/0402146 . - doi : 10.1038/luonto02276 .
  11. ↑ Kvanttisalaus . www.nti2035.ru _ Haettu: 27. helmikuuta 2022.

Kirjallisuus