Observer effekt

I fysik er observatøreffekten teorien om, at blot observation af et fænomen uundgåeligt ændrer det. Ofte er dette en konsekvens af ufuldkommenheden af ​​de anvendte instrumenter, som i henhold til deres funktionsprincip ændrer tilstanden af ​​den målte værdi. Et eksempel er kontrol af trykket i bildæk; dette er svært at gøre uden at frigive noget luft, når det er tilsluttet en trykmåler ; desuden har selve enheden en vis volumen. Det er umuligt at se et objekt uden at bestråle det med lys eller andre partikler (elektroner i et elektronmikroskop ), som påvirker objektets tilstand, og absorptionen af ​​kvanter for at måle belysning reducerer den. Selvom observatøreffekten er lille, skifter objektet stadig tilstand. Denne effekt observeres inden for mange områder af fysikken, men kan normalt reduceres ved at vælge effektive værktøjer og/eller bruge bedre observationsmetoder.

Det mest usædvanlige for os er manifestationen af ​​observatøreffekten i kvantemekanikken , som for eksempel observeres i dobbeltspalteeksperimentet . Selv passiv observation af kvanteeffekter (med det formål tilsyneladende at "udelukke" alle mulighederne undtagen én) kan faktisk ændre resultatet af målingen. Årsagen ligger i elementarpartiklernes dobbelte natur : sandsynligheden for at detektere en partikel på et tidspunkt er underlagt kvantebølgefunktionen ψ , som oplever interferens , når det andet hul åbnes for elektroner .

Carl Sagan kaldte "observatøreffekten" en betydelig reduktion eller fuldstændig forsvinden af ​​parapsykologiske effekter og evner hos synske i nærværelse af en skeptisk observatør [1] .

Konceptet med en observatør

Udtrykket observatør har en række ikke -ækvivalente betydninger i de fysiske videnskaber . En observatør kan betyde både en virkelig eller imaginær person og en måleanordning . Derfor indebærer observatøreffekten ikke en menneskelig fejl, men unøjagtigheden og umuligheden af ​​at måle en fysisk størrelse [2] . Begrebet en observatør bruges i pragmatiske udsagn, det vil sige i de teoretiske udsagn, der refererer til et erkendende subjekt, og bruges ikke i udsagn om fysiske objekter [3] .

En række specialister, såsom J. St. Bell , K. Popper , M. Bunge , er kritiske over for forsøg på at formulere fysiske love ved hjælp af udtrykket observatør, især inden for kvantefysik, da de kan føre til fejl [4][ side ikke angivet 845 dage ] [5][ side ikke angivet 845 dage ] [6]

Elektronik

Inden for elektronik er måleinstrumenter (for eksempel: amperemeter , voltmeter ) forbundet i serie eller parallelt med det elektriske kredsløb, der undersøges, og på grund af den ikke-nul modstand af amperemeteret og den endelige modstand af voltmeteret, ændrer deres inklusion strøm, der løber gennem kredsløbet (eller den målte spænding). Enheder har også ikke-nul kapacitans og induktans , hvilket påvirker vekselstrømkredsløb.

Selv et værktøj som en klemmemåler påvirker strømmen i kredsløbet, da denne enhed er en strømtransformer og forbruger strøm.

Termodynamik

Inden for termodynamik skal et standard kviksølvtermometer absorbere eller afgive noget termisk energi for at kunne registrere temperaturen og derfor ændre temperaturen på den krop, den måler. Ethvert termometer har en ikke-nul masse og varmekapacitet af sensoren.

Partikelfysik

En elektron eller anden partikel kan observeres ved at belyse den med fotoner , men interaktion med fotoner vil uundgåeligt ændre partiklens hastighed. Andre, mindre direkte, målemidler vil stadig påvirke elektronen, og jo mere præcist vi kender dens position, jo mere vil dens hastighed ændre sig som følge heraf. Positionen af ​​en partikel kan således kun bestemmes med en nøjagtighed på op til bølgelængden af ​​de anvendte fotoner, derfor kræves der for at opnå et mere nøjagtigt resultat kortere bølgelængde (det vil sige mere energiske) kvanter, som ændre momentum af de partikler, de bestråler kraftigere. Det er umuligt at opstille et sådant eksperiment, hvor det ville være muligt nøjagtigt at bestemme et par kanonisk konjugerede mængder , for eksempel koordinaterne og momentum af en partikel (dette postulat kaldes usikkerhedsprincippet ):

,

hvor  er standardafvigelsen af ​​koordinaten,  er standardafvigelsen for momentumet, og ħ  er den reducerede Planck-konstant .

Lignende sammenhænge finder sted ved måling af andre komplementære størrelser [7] . Men ved korrekt opsætning af eksperimentet er det muligt at opnå den nødvendige nøjagtighed ved måling af en af ​​parametrene (for eksempel koordinater - ved at registrere en partikels indvirkning på en fotografisk plade), ved at flytte forholdet i den rigtige retning. Niels Bohr kaldte umuligheden af ​​samtidig at måle to relaterede parametre for en partikels tilstand for komplementaritetsprincippet [8] .

Kvantemekanik

I kvantemekanikken er "observation" synonymt med måling , "observatør" med måleudstyr og det observerede  med det, der kan måles.

Et af de grundlæggende begreber i kvantemekanikken er fortolkningen af ​​bølgefunktionen ψ som en sandsynlighedsbølge og ikke en reel bølge, som foreslået af de Broglie , formuleret tilbage i 1924 i det fælles arbejde af Bohr , Kramers og Slater . Forud for måling er et kvantesystem i en superposition af tilladte tilstande. Det antages, at efter målingen, som bestemmer nogle af systemets parametre, ændres bølgefunktionen brat , idet den tager den form, der svarer til de målte værdier af parametrene [7] . Et eksempel er Schrödingers kat .

Observation er umulig uden interaktionen mellem det observerede objekt og miljøet - for at observatøren kan bestemme objektets parametre, skal han modtage information fra en sådan interaktion. I dette tilfælde ændrer kvanteobjektet uundgåeligt sin tilstand. For elementarpartikler er dette indlysende, da vi kun kan observere sådanne partikler ved deres interaktion (enten med fotoner eller med det stof, som partiklen flyver igennem) [9] . I eksperimenter med store molekyler, som kan observeres ved deres termiske stråling, blev det bestemt, at "observatøreffekten" manifesterer sig selv i fravær af observatørens direkte indflydelse på kvanteobjektet, men med enhver interaktion (energiudveksling) mellem kvantesystemet og det omgivende rum. Forsøgslederne fangede varmen ( infrarøde fotoner ), der blev udstrålet af de opvarmede C70 fullerenmolekyler , og jo højere temperatur molekylerne var, jo mere klassisk opførte de opvarmede molekyler sig. I disse eksperimenter blev det påvist, at størrelsen af ​​kvanteeffekter er omvendt i forhold til intensiteten af ​​interaktionen af ​​et kvanteobjekt med dets miljø, tilstedeværelsen af ​​en observatør betyder ikke noget i dette tilfælde [10] [9] .

Således ændrer observatøreffekten tilstanden af ​​et kvantesystem, afspejlet i dets hovedbeskrivelse, bølgefunktionen. Nyere undersøgelser har vist, at en sådan indflydelse fra observatøren ikke kun omfatter den partikel, der undersøges, men også den, der interagerer med den, hvilket fører til begrebet " sammenfiltrede tilstande ". Bølgefunktionen af ​​en bundet partikel oplever også et spring i sin tilstand efter en observation, som bruges i kvantekryptografi . Da aflytning på et datalink er en observation, kan denne effekt spores [11] .

Relativitetsteori

Begrebet "observatør" i den særlige relativitetsteori refererer oftest til en inerti-referenceramme . I sådanne tilfælde kan den inertielle referenceramme kaldes en "inertial observatør" for at undgå tvetydighed. Denne brug af udtrykket "observatør" adskiller sig væsentligt fra dens almindelige betydning. Referencesystemer er i sagens natur ikke-lokale konstruktioner, der dækker hele rumtiden eller en ikke-triviel del af den ; det giver altså ikke mening at tale om iagttageren (i særlig relativistisk forstand) som noget, der har en bestemt plads. En inertiobservatør kan heller ikke accelerere på et senere tidspunkt, ligesom en accelererende observatør ikke kan stoppe med at accelerere.

I generel relativitetsteori refererer udtrykket "observatør" oftest til en person eller maskine, der foretager passive lokale målinger, en brug af ordet meget tættere på dets almindelige betydning.

Se også

Noter

  1. ↑ Carl Sagan. En verden fuld af dæmoner. - Moskva: Alpina faglitteratur, 2014. - S. 295. - 537 s. - ISBN 978-5-91671-281-0 .
  2. ↑ Bunge M. Physics Philosophy. - D. Reidel Publishing Company, 1973. - S. 30.
  3. ↑ Bunge M. Physics Philosophy. - 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. Physics Philosophy. - D. Reidel Publishing Company, 1973. - S. 33-37.
  7. ↑ 1 2 Heisenberg, 1989 , Physics and Philosophy, s. 7, 15-16.
  8. ↑ Heisenberg, 1989 , Fysik og filosofi, s. 21-22.
  9. ↑ 1 2 Polovnikov K. Observatørens rolle i kvantemekanik på YouTube // Kirill Polovnikov. — Rygerum Gutenberg. - 2018. - 6. maj.
  10. ↑ Hackermüller, L. Dekohærens af stofbølger ved termisk emission af stråling: [ eng. ]  / L. Hackermüller, K. Hornberger, B Brezger // Natur: tidsskrift. - 2004. - Bd. 427.—S. 711–714. — arXiv : quant-ph/0402146 . - doi : 10.1038/nature02276 .
  11. ↑ Kvantekryptering . www.nti2035.ru _ Hentet: 27. februar 2022.

Litteratur