Aard van de waarnemer

[Michel Uphoff]

Het onzekerheidsprincipe van Heisenberg tot een technisch probleem degraderen gaat mij te ver. Het is een fundamenteel probleem, opgesloten in de aard van de natuur. Het is onmogelijk (niet omdat wij de techniek niet hebben, maar principieel onmogelijk) een apparaat te maken of zelfs te bedenken zonder de verstoring, zonder dat de golffunctie instort. Feynman schrijft er in zijn boven gedeeltelijk weergegeven "Six Easy Pieces" ondermeer het volgende over:

 

Yes! Physics has given up. We do not know how to predict what would happen in a given circumstance, and we believe now that it is impossible, that the only thing that can be predicted is the probability of different events. It must be recognized that this is a retrenchment in our earlier ideal of understanding nature. It may be a backward step, but no one has seen a way to avoid it.

 

There seems to be no way around this... And no one has figured a way out of this puzzle. So at the present time we must limit ourselves to computing probabilities. We say “at the present time,” but we suspect very strongly that it is something that will be with us forever —that it is impossible to beat that puzzle— that this is the way nature really is.

Het is dus principieel onmogelijk een waarnemer (van welke aard dan ook) te realiseren of zelf maar te bedenken die niet interacteert met het waargenomene.

[Bartjes]

@ Michel Uphoff
 
Het vreemde in het verhaal is dat je bepaalde zaken (mensen, dieren, planten, meettoestellen, computers?) als waarnemer een speciale status lijkt te geven. Dat de bouwsteentjes van onze wereld elkaar beïnvloeden, daar kijkt niemand van op. Dat geldt dus voor waarnemers even goed. Dat was in de klassieke fysica ook al zo. Omdat de kwantummechanica het echter over de microwereld heeft is die beïnvloeding relatief véél sterker dat in de grofstoffelijke wereld.
 
Maar dat er dus (?) niet één fysische werkelijkheid meer zou bestaan is mij een brug te ver, ik heb ook nog geen experimenten gezien die me daarvan overtuigen.

[Michel Uphoff]

Het vreemde in het verhaal is dat je bepaalde zaken

 
Niet ik, dat is teveel eer. Ik steek het alleen aan de stok en speel met de gedachten van grotere denkers.
 

Maar dat er dus (?) niet één fysische werkelijkheid meer zou bestaan is mij een brug te ver.

 
Als ik bij de ultieme consequenties van de theoretische fysica zou moeten kiezen uit twee bizarre extremen; de multiversum visie, of het volstrekt waarnemersafhankelijke heelal, dan zou ik voor het laatste gaan. Er is niet veel denkbaar dat echt invariant is, en deze relativiteit op steroïden is mij liever dan een nimmer waarneembaar, nimmer verifieerbaar multiversum dat ook theoretisch nooit enige invloed op ons heelal zal kunnen hebben. Wat mij betreft is dat even reëel als een hersenschim vanuit een nimmer realiseerbaar godenperspectief.
 
Een aardige anekdote hierover is het commentaar van Steven Weinberg op de stellingname van de sedert kort beroemde Andrei Linde en Martin Rees. Andrei is zo zeker van een multiversum dat hij er zijn leven onder wil verwedden en Martin Rees verwedt er met graagte het leven van zijn hond onder. Steve Weinberger heeft net genoeg vertrouwen in het multiversum om er het leven van Andrei Linde én dat van de hond van Martin Rees onder te verwedden.
 
Maar terug naar het verregaand (volstrekt?) waarnemerafhankelijke universum, heb je een experiment gezien dat één fysische werkelijkheid (wat dat ook zijn moge) aantoont? Zo nee, is dat dan niet ook een brug te ver?
 
Wat is volgens jou (mogelijk) fysisch werkelijk, dus invariant / waarnemersonafhankelijk?

[Bartjes]

Volgens mij zijn waarnemers net zo goed deel van het heelal als alle andere zaken. Omdat waarnemers deel van het heelal zijn, hebben zij er ook invloed op. Dat leidt op zich nog niet tot subjectivisme, relativisme, een multiversum of iets dergelijks. Er zou net zo goed één superdeterministisch blokuniversum kunnen bestaan. Om het gehele heelal te overzien is inderdaad een godenperspectief nodig, maar dat is nog geen reden om het tot een hersenschim te verklaren. We zeggen immers ook niet dat die delen van het heelal die (vooralsnog) voor onze instrumenten onwaarneembaar zijn niet bestaan. De natuurwetenschap probeert (althans probeerde dat tot voor kort) het godenperspectief te benaderen in het besef dat dat nooit helemaal zal lukken. 
 
De gedachte dat er één fysische werkelijkheid is, ligt aan de basis van de natuurwetenschappen. Wanneer je serieus meent dat ieder zijn eigen werkelijkheid creëert is het met de intersubjectiviteit gedaan, en ligt postmodern geneuzel op de loer. Dat idee van één fysische werkelijkheid zou ik daarom pas opgeven als daar héél goede redenen voor zijn. Dat is dus ook gedeeltelijk een kwestie van smaak, ik ben ouderwets in die zaken terwijl anderen subjectiviteit, relativisme e.d. als een bevrijding omarmen.

[Michel Uphoff]

@Anton_van_U
 
Terechte vragen en twijfels lijkt mij.
 
We beschouwen een deeltje als een golf óf als een deeltje (het complementariteitsprincipe van Bohr) beide interpretaties tegelijk is verboden, het is of of. Een deeltje kan niet door twee spleten tegelijk, een golf wel. Als we geen interferentie waarnemen, dan lijkt het logisch aan te nemen dat het resulterende stipje op het scherm het gevolg is van een foton dat door 1 spleet ging. Nemen we op het scherm wel interferentie waar, dan is het logisch aan te nemen dat het een golf was die door beide spleten ging. Maar wat nu als we gaan meten nadat golf of deeltje de spleten zijn gepasseerd, en voordat het resultaat op het scherm zichtbaar is? Zodra wij gaan meten valt het interferentiepatroon weg, en dan was het dus een deeltje dat de spleet kort geleden passeerde, houden wij op met waarnemen, dat verschijnt onmiddellijk het interferentiepatroon weer, alsof het kortgeleden om een golf ging. Alsof achteraf de beslissing om iets eerder als deeltje of golf de spleten te passeren is aangepast. Wheeler's gedachtenexperiment blies dit op tot kosmische proporties.
 
Natuurlijk staat deze visie zwaar ter discussie, maar het laatste woord is er niet over gezegd. Er is aanleiding om dit paradoxale gedrag op een andere manier te verklaren: Zolang het foton in vlucht is, is het noch een deeltje, noch een golf, maar verkeert het in een superpositie van beide toestanden en bestaat er het vermogen om zich later als een deeltje of een golf te manifesteren. De golf-deeltjes dualiteit zou volgens Xiao-Song Ma en anderen zelfs het causaliteitsprincipe schenden. (zie bijlage).
 

Our results demonstrate that the viewpoint that the system photon behaves either definitely as a wave or definitely as a particle would require faster-than-light communication. Because this would be in strong tension with the special theory of relativity, we believe that such a viewpoint should be given up entirely.
 

 
Wetenschappelijk paper: 

PNAS-2013-Ma-1221-6

(974.52 KiB) 1069 keer gedownload

[Anton_v_U]

Zolang het foton in vlucht is, is het noch een deeltje, noch een golf, maar verkeert het in een superpositie van beide toestanden en bestaat er het vermogen om zich later als een deeltje of een golf te manifesteren. De golf-deeltjes dualiteit zou volgens Xiao-Song Ma en anderen zelfs het causaliteitsprincipe schenden. (zie bijlage).

 
Thanks! Daar kan ik me dan wel vaag iets bij voorstellen. Dat artikel neem ik een andere keer door, dat leest wat lastiger dan de Donald Duck
 
Al is schending van causaliteit nogal bizar. Maar zolang dat op een manier is dat je niet "je moeder kunt vermoorden voordat je verwekt bent" (ik bedoel dan dat er geen onoplosbare paradoxen ontstaan, zie evt. ook de beetje flauwe jaren 80- film back to the future) zou ik met mijn beperkte voorstellingsvermogen een beetje kunnen begrijpen dat zoiets kan.
 
Overigens (een van de onderwerpen in die vreselijke documentaire met die donkere commentaarstem en onzinnige geluidseffecten die ik desalniettemin helemaal heb uitgekeken) vermoed ik ook sterk dat het fundamenteel onmogelijk is om informatie te versturen m.b.v. quantum entanglement: je weet alleen dat iemand een paar lichtjaar verderop op hetzelfde moment precies het omgekeerde ziet als jijzelf maar dat houdt nog geen overdracht van informatie in. Ik kan namelijk niet voor jou beslissen dat het tijd wordt om een hapje te eten of zo want die boodschap valt niet te coderen of anders valt hij niet te decoderen:  spin up = eten, spin down = niet eten. Maar ik weet niet wat ik aantref dus ik kan de code niet vaststellen of jij weet niet wat het betekent want je hebt de sleutel niet.
 
Zucht 

[317070]

Het is dus principieel onmogelijk een waarnemer (van welke aard dan ook) te realiseren of zelf maar te bedenken die niet interacteert met het waargenomene.

Dat is niet juist, net in quantumfysica is dat wel mogelijk!
 
http://en.wikipedia.org/wiki/Interaction-free_measurement
http://www.nature.com/nature/journal/v439/n7079/full/nature04523.html#B1
 
Hier een lab waar ze er mee bezig zijn:
http://physics.illinois.edu/people/kwiat/interaction-free-measurements.asp

[Bartjes]

Even vlug de pdf doorgenomen. Het is allemaal héél vreemd. Dat zowel het deeltjes- als het golfmodel in de kwantumwereld maar een deel van het verhaal zijn, was mij al duidelijk. Het is beter een andere term dan golf of deeltje te bedenken. Mogelijk moet de causaliteit (in de zin van de SRT) uiteindelijk ook wel opgegeven worden.
 
Wat betreft de waarnemer las ik dit:
 

No interference pattern of atoms will be obtainable after the double slit, if one ignores the presence of the photons, because every photon carries the welcher-weg information about the corresponding atom. The presence of path information anywhere in the universe is sufficient to prohibit any possibility of interference. It is irrelevant whether a future observer might decide to acquire it. The mere possibility is enough.

 
Dat sterkt mij in de opvatting dat niet de waarnemer essentieel is, maar de fysische aanwezigheid van informatie. Of die informatie zich in een waarnemer bevindt is kennelijk irrelevant.

[317070]

vermoed ik ook sterk dat het fundamenteel onmogelijk is om informatie te versturen m.b.v. quantum entanglement:

Klopt helemaal!

[Michel Uphoff]

@ 317070: net in quantumfysica is dat wel mogelijk!

 
Dank voor de links. Ik zal ze doornemen, en kom er (als ik er iets van kan bakken) op terug.
 

@ Anton_van_U: vermoed ik ook sterk dat het fundamenteel onmogelijk is om informatie te versturen m.b.v. quantum entanglement

 
Klopt. Daar hebben we een tijdje geleden het uitgebreid in dit topic over gehad.

[Michel Uphoff]

@ 317070
 
Slimme opstelling!
Als ik het goed begrijp is het uiteindelijk kansberekening, en is het nooit uit te sluiten dat een foton toch interacteert met het object, en of dat al dan niet gebeurt is pas na het uitvoeren van het experiment vast te stellen. Hoe verhoudt dit zich met het artikel van Xiao-Song Ma?

[317070]

Hoe verhoudt dit zich met het artikel van Xiao-Song Ma?

Het artikel van Xiao-Song Ma sluit één van de loopholes experimenteel die ik hier heb uitgelegd: http://sciencetalk.nl/forum/index.php/topic/187345-nanocursus-de-epr-paradox-het-experiment-van-bell-en-waarom-het-heelal-waarschijnlijk-niet-gedetermineerd-is/
 
Wat het artikel doet, is zeggen dat causaliteit geschonden wordt als het heelal lokaal-realistisch is. Typisch zegt men dan gewoon dat het heelal niet lokaal-realistisch is. Xiao-Song heeft het over causaliteit uit het nomologisch determinisme, wat een strengere vorm van causaliteit is, en een vorm die we kunnen uitsluiten met zijn experiment (dat een variant is op de experimenten van Bell). Zijn bijdrage is dat hij één van de loopholes in die experimenten van Bell sluit met zijn variant.

[317070]

Slimme opstelling!
Als ik het goed begrijp is het uiteindelijk kansberekening, en is het nooit uit te sluiten dat een foton toch interacteert met het object, en of dat al dan niet gebeurt is pas na het uitvoeren van het experiment vast te stellen.

Wel, je kunt de kans op interactie arbitrair klein maken. Wiskundig gezien is dat hetzelfde als nul.
In de fysica zou je het kunnen zien als een kans op honderd miljoen miljard dat het in jouw universum gebeurt, wat kleiner is dan de kans dat jij op dat moment gewoon spontaan in een banaan verandert door een quantum-quirk.
 
Het experiment vind ik het best te begrijpen in de veelwerelden-interpretatie. Je splitst op dat moment het heelal op in een arbitraire hoeveelheid universa, en test maar in één van die universa of de bom er ligt, waarna je die informatie naar alle andere universa terugstuurt.

[entropy]

Ik heb enkele reacties gelezen.
 
Kan het zijn dat de tendens van de waarnemer/waarneming invloed heeft op de gemeten waarde, maar dat die tendens zelf niet te bepalen is? Bijvoorbeeld: Als de polarisatierichting van een deeltje 30° gekanteld is ten opzichte van de polarisatierichting van het te passeren filter, is de tendens cos(30°) dat het deeltje passeren zal. Zo ook met spin. Ik zie een parallel met de 'tendens' van een meetsysteem, namelijk: de wijze waarop de decoherentie gaat optreden hangt af van de staat van het meetsysteem op het tijdstip van meting. Deze 'staat' representeert 'de tendens'. Als je het zo bekijkt blijft tijdsymmetrie behouden, want als je de staat van alle relevante onderdelen van het systeem kent na de meting, kun je terugrekenen naar de meting en vanaf daar verder terug. Dat wil dus zeggen dat de tendens van het meetsysteem van invloed is op de uitkomst van de meting, maar dat deze tendens vooraf niet bekend is.

[317070]

Ik heb enkele reacties gelezen.
 
Dat wil dus zeggen dat de tendens van het meetsysteem van invloed is op de uitkomst van de meting, maar dat deze tendens vooraf niet bekend is.

Nee, het is fundamenteler dan dat. We kunnen aantonen dat het de natuur zelf is die niet zo nauwkeurig is, en dat het niet te maken heeft met onze metingen of meetapparatuur. https://en.wikipedia.org/wiki/Uncertainty_principle
 
Het is niet (zo) moeilijk om te begrijpen. Ingenieurs die met radio-apparatuur werken, weten ook dat ze niet zowel de frequentie van een golf nauwkeurig kunnen meten, als het moment waarop ze langskomt. En dat heeft niets te maken met de elektronica, dat is gewoon een onderliggende wiskundige waarheid, die we (gemakkelijk) kunnen bewijzen.