Efekt pozorovatele

Ve fyzice je efekt pozorovatele teorie, že pouhé pozorování jevu jej nevyhnutelně změní. Často je to důsledek nedokonalosti použitých přístrojů, které svým principem činnosti mění stav měřené hodnoty. Příkladem je kontrola tlaku v pneumatikách automobilů; při připojení k tlakoměru je to obtížné, aniž by došlo k uvolnění určitého množství vzduchu ; navíc samotné zařízení má nějaký objem. Není možné vidět předmět bez ozáření světlem nebo jinými částicemi (elektrony v elektronovém mikroskopu ), které ovlivňují stav předmětu a absorpce kvant pro měření osvětlení jej snižuje. I když je efekt pozorovatele malý, objekt stále mění stav. Tento efekt je pozorován v mnoha oblastech fyziky, ale obvykle jej lze snížit výběrem účinných nástrojů a/nebo použitím lepších pozorovacích metod.

Nejneobvyklejší je pro nás projev pozorovatelského efektu v kvantové mechanice , který je pozorován např. při dvouštěrbinovém experimentu . I pasivní pozorování kvantových efektů (s cílem zdánlivě „vyloučit“ všechny možnosti kromě jedné) může ve skutečnosti změnit výsledek měření. Důvod spočívá v duální povaze elementárních částic : pravděpodobnost detekce částice v určitém bodě podléhá kvantové vlnové funkci ψ , která zažívá interferenci , když se otevře druhá mezera pro elektrony. .

Carl Sagan nazval „efekt pozorovatele“ výrazné snížení nebo úplné vymizení parapsychologických účinků a schopností psychiky v přítomnosti skeptického pozorovatele [1] .

Pojem pozorovatele

Termín pozorovatel má ve fyzikálních vědách řadu neekvivalentních významů . Pozorovatel může znamenat jak skutečnou nebo imaginární osobu , tak měřící zařízení . Efekt pozorovatele tedy neimplikuje lidskou chybu, ale nepřesnost a nemožnost měření fyzikální veličiny [2] . Pojem pozorovatele se používá v pragmatických výpovědích, tedy v těch teoretických výpovědích, které odkazují na poznávající subjekt, a nepoužívá se ve výpovědích o fyzických objektech [3] .

Řada specialistů, jako J. St. Bell , K. Popper , M. Bunge , kritizují pokusy formulovat fyzikální zákony pomocí termínu pozorovatel, zejména v kvantové fyzice, protože mohou vést k chybám [4].[ stránka neuvedena 845 dní ] [5][ stránka neuvedena 845 dní ] [6]

Elektronika

V elektronice jsou měřicí přístroje (například: ampérmetr , voltmetr ), zapojeny sériově nebo paralelně ke zkoumanému elektrickému obvodu a díky nenulovému odporu ampérmetru a konečnému odporu voltmetru se jejich zařazením mění proud protékající obvodem (nebo měřené napětí). Zařízení mají také nenulovou kapacitu a indukčnost , což ovlivňuje obvody střídavého proudu.

Dokonce i nástroj, jako je klešťový měřič, ovlivňuje proud v obvodu, protože toto zařízení je proudový transformátor a spotřebovává energii.

Termodynamika

V termodynamice musí standardní rtuťový teploměr absorbovat nebo vydávat určitou tepelnou energii, aby zaregistroval teplotu, a proto změnil teplotu těla, které měří. Každý teploměr má nenulovou hmotnost a tepelnou kapacitu čidla.

Částicová fyzika

Elektron nebo jinou částici lze pozorovat tak, že je osvítíme fotony , ale interakce s fotony nevyhnutelně změní rychlost částice. Jiné, méně přímé, prostředky měření budou stále ovlivňovat elektron, a čím přesněji známe jeho polohu, tím více se v důsledku toho změní jeho rychlost. Polohu částice lze tedy určit pouze s přesností do vlnové délky použitých fotonů, pro získání přesnějšího výsledku jsou proto potřeba kvanta kratší vlnové délky (tedy energetičtější), která měnit hybnost částic, které ozařují silněji. Není možné sestavit takový experiment, ve kterém by bylo možné přesně určit dvojici kanonicky konjugovaných veličin , například souřadnice a hybnost částice (tento postulát se nazývá princip neurčitosti ):

,

kde  je standardní odchylka souřadnice,  je standardní odchylka hybnosti a ħ  je redukovaná Planckova konstanta .

Podobné vztahy probíhají i při měření dalších komplementárních veličin [7] . Ale správným nastavením experimentu je možné dosáhnout potřebné přesnosti měření jednoho z parametrů (například souřadnic - registrací dopadu částice na fotografickou desku), posunutím poměru správným směrem. Niels Bohr nazval nemožnost současného měření dvou souvisejících parametrů stavu částice principem komplementarity [8] .

Kvantová mechanika

V kvantové mechanice je „pozorování“ synonymem pro měření , „pozorovatel“ s měřicím zařízením a pozorované  s tím, co lze měřit.

Jedním ze základních konceptů kvantové mechaniky je interpretace vlnové funkce ψ jako pravděpodobnostní vlny , a nikoli skutečné vlny, jak navrhuje de Broglie , formulovaná již v roce 1924 ve společné práci Bohra , Kramerse a Slatera . Před měřením je kvantový systém v superpozici přípustných stavů. Má se za to, že po měření, které určuje některé parametry systému, se vlnová funkce prudce změní , přičemž má podobu odpovídající naměřeným hodnotám parametrů [7] . Příkladem je Schrödingerova kočka .

Pozorování je nemožné bez interakce pozorovaného objektu s okolím – aby pozorovatel mohl určit parametry objektu, musí z takové interakce získat informace. V tomto případě kvantový objekt nevyhnutelně změní svůj stav. U elementárních částic je to zřejmé, jelikož takové částice můžeme pozorovat pouze jejich interakcí (buď s fotony nebo s látkou, kterou částice prolétá) [9] . Při experimentech s velkými molekulami, které lze pozorovat jejich tepelným vyzařováním, bylo zjištěno, že „efekt pozorovatele“ se projevuje i při absenci přímého vlivu pozorovatele na kvantový objekt, ale při jakékoli interakci (výměně energie) mezi kvantový systém a okolní prostor. Experimentátoři zachytili teplo ( infračervené fotony ) vyzařované zahřátými molekulami fullerenu C70 a čím vyšší byla teplota molekul, tím klasičtěji se zahřáté molekuly chovaly. V těchto experimentech bylo prokázáno, že velikost kvantových efektů je inverzní k intenzitě interakce kvantového objektu s jeho okolím, přítomnost pozorovatele v tomto případě nezáleží [10] [9] .

Efekt pozorovatele tedy mění stav kvantového systému, což se odráží v jeho hlavním popisu, vlnové funkci. Novější studie ukázaly, že takový vliv pozorovatele se netýká pouze zkoumané částice, ale také té, která s ní interaguje, což vede ke konceptu „ provázaných stavů “. Vlnová funkce vázané částice také zažívá skok ve svém stavu po pozorování, což se používá v kvantové kryptografii . Vzhledem k tomu, že odposlech datového spoje je pozorováním, lze tento efekt sledovat [11] .

Teorie relativity

Pojem „pozorovatel“ ve speciální teorii relativity nejčastěji odkazuje na inerciální vztažnou soustavu . V takových případech může být inerciální referenční soustava nazývána „inerciálním pozorovatelem“, aby se předešlo nejednoznačnosti. Toto použití termínu „pozorovatel“ se výrazně liší od jeho běžného významu. Referenční systémy jsou ve své podstatě nelokální konstrukce pokrývající celý časoprostor nebo nějakou jeho netriviální část ; proto nedává smysl mluvit o pozorovateli (ve speciálním relativistickém smyslu) jako o něčem, co má určité místo. Také inerciální pozorovatel nemůže zrychlit v pozdějším časovém okamžiku, stejně jako zrychlující pozorovatel nemůže přestat zrychlovat.

V obecné relativitě termín „pozorovatel“ nejčastěji označuje osobu nebo stroj, který provádí pasivní místní měření, což je použití slova mnohem bližší jeho běžnému významu.

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Carl Sagan. Svět plný démonů. - Moskva: Alpina literatura faktu, 2014. - S. 295. - 537 s. - ISBN 978-5-91671-281-0 .
  2. ↑ Bunge M. Filosofie fyziky. - D. Reidel Publishing Company, 1973. - S. 30.
  3. ↑ Bunge M. Filosofie fyziky. - 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. Filosofie fyziky. - D. Reidel Publishing Company, 1973. - S. 33-37.
  7. ↑ 1 2 Heisenberg, 1989 , Fyzika a filozofie, str. 7, 15-16.
  8. ↑ Heisenberg, 1989 , Fyzika a filozofie, s. 21-22.
  9. ↑ 1 2 Polovnikov K. Role pozorovatele v kvantové mechanice na YouTube // Kirill Polovnikov. — Kuřárna Gutenberg. - 2018. - 6. května.
  10. ↑ Hackermüller, L. Dekoherence vlnění hmoty tepelnou emisí záření: [ eng. ]  / L. Hackermüller, K. Hornberger, B Brezger // Příroda: časopis. - 2004. - Sv. 427.—S. 711–714. — arXiv : quant-ph/0402146 . - doi : 10.1038/nature02276 .
  11. ↑ Kvantová kryptografie . www.nti2035.ru _ Staženo: 27. února 2022.

Literatura