Interpretace kvantové mechaniky

Sylabus

Standardní kvantová mechanika

Příchod kvantového světa na scénu

Klasický popis. Kvantový popis. Hranice kvantového světa. Ontologická povaha popisu.

Povaha kvantového popisu

Popis systému. Klasický stav. Nedeterminismus kvantového popisu. Měření ovlivňuje systém. Kvantová nerozlišitelnost. Komplementarita. Kvantový stav.

Kvantové stavy a proces měření

Kvantová superpozice. Prostor stavů. Elementární kvantové měření. Smíšené stavy. Obecné kvantové měření. Povaha pravděpodobnosti.

Specifikace kvantového systému

Pozorovatelné. Definice systému. Skalární částice. Spinový systém. Q-bit. Relace neurčitosti

Statistický popis

Operátor hustoty. Entropie. Redukce operátoru hustoty. Kvantová a klasická nerozlišitelnost.

Časový vývoj

Časový vývoj - korelace mezi různými časy. Heisenbergův obraz. Schrödingerův obraz.

Složené systémy

Změna oboru hodnot vlastnosti. Složení systémů. Restrikce na podsystém. Měření prováděné na podsystému - relativní stavy a operátory hustoty.

Kvantové měření a povaha redukce stavu

Měření jako interakce s přístrojem. Hranice kvantového a klasického světa a efektivní redukce. Realita vlastností systému. Einstein-Podolsky-Rosen paradox. Opožděné měření. Testování bomby.

Entanglement a charakteristiky kvantových systémů

Entaglované stavy a míra propletení. LOCCC operace. Klonování a teleportace.

Kolaps v relativistické teorii.

Lokalizace měření, nezávislí pozorovatelé. Lokalizace a šíření kolapsu. Lokalita kvantových stavů. Ontologická povaha kvantového stavu.

Interpretace kvantové mechaniky a jejich problémy

Rozlišení podle povahy popisum, měření a postavení pozorovatele. Naivní, kodaňské a antropocentrické chápání redukce stavu. Kdy dochází ke kolapsu. Kde je hranice kvantového a klasického světa. Co je kvantová nerozlišitelnost. Problém více pozorovatelů. Realita v kvantové mechanice

Teorie skrytých proměnných

Motivace pro teorie skrytých parametrů

Klasické modely s některými kvantovými vlastnostmi de Brogliho-Bohmova teorie skrytých parametrů.

EPR - nelokální korelace.

Bellovy nerovnosti.

Bellovy nerovnosti podle Bella. Bellovy nerovnosti podle Wignera.

Kvantové strategie

Distribuce hesla, Merminův–Peresův čtverec

PBR (Pussey-Barrett-Rudolph) teorém o povaze kvantového stavu.

Teorie měření

Měření polohy pomocí okamžité interakce

Interakční Hamiltonián. Operátor vývoje. Korelace polohy a přístroje. Měření složitějších pozorovatelných.

Měření složitějších pozorovatelných a měření hybnosti

Pozorovatelné závislé na poloze. Pokus o měření hybnosti pomocí polohy. Nepřesnost korelace. Interakční hamiltonián pro měření hybnosti.

Stern-Gerlachův experiment

Korelace spinu a polohy částice. Interakce s měřícím atomem. Interakce s okolím.

Dekoherence a efektivní redukce

Vliv okolí na těleso skrze rozptyl. Dekoherenční rozměry pro různé systémy.

Mnohosvětová interpretace kvantové mechaniky

Kvantová mechanika bez redukce stavu

Systém a pozorovatel. Kvantový popis pozorovatele. Superpozice stavů pozorovatele. Rozštěpení na větve. Kvantový stav světa.

Kvantitativní předpovědi

Bornův předpis pro pravděpodobnost jako důsledek? Frekvenční interpretace pravděpodobnosti. Platnost předpovědí ve většině větvích. Míra na větvích. Důkaz platnosti pravděpodobnostních předpovědí.

Jeden pozorovatel

Porovnání se standardní kvantovou mechanikou. Postupná měření. Efektivní redukce stavu.

Dva pozorovatelé

Nezávislá měření. Komunikace pozorovatelů. Společná efektivní redukce stavu.

Tunelování mezi větvemi

Měření interference stavů pozorovatele. Míchání větví. Odlišitelnost standardní a everettovské kvantové mechaniky. Stabilita větví.

Feynmanovská formulace kvantové mechaniky

Historie a systémy historií

Historie a vlastnosti. Kompatabilita historií. Operace na historiích. Systémy historií.

Kvantová nerozlišitelnost

Experimentální uspořádání. Kvantová rozlišitelnost a nerozlišitelnost. Maximální kvantové rozlišení.

Struktura historií

Skládání následných historií. Složené systémy - kombinování historií. Realizace historií jako množin elementárních trajektorií. Historie ve standardní kvantové mechanice, složené historie, operátor řetězce a třídy.

Pravidla pro amplitudy a pravděpodobnosti

Pravděpodobnost. Amplituda pravděpodobnosti. Skládání pravděpodobností rozlišitelných historií. Pravděpodobnost maximalně rozlišené historie. Skládání amplitud nerozlišitelných historií. Amplituda složených historií. Amplituda elementární historie.

Rozptyly na štěrbinách

Systém štěrbin. Rozptyl na dvouštěrbině. Model měření.

Feynmanův integrál

Volná amplituda. Zákon dekompozice. Amplituda kolem bodového zdroje s definovanou energií. Interakce - perturbační teorie. Přesčítání přes samointerakci.

Symetrie a nerozlišitelné částice

Symetrie a amplitudy. Posunutí a otáčení. Nerozlišitelné částice. Chování nerozlišitelných částic ve stejném stavu. Interferometrický dalekohled.

Zobecněná kvantová mechanika

Wignerova formule

Kvantová mechanika bez explicitní redukce. Potřeba vymezení měření.

Interference a dekoherence

Dvojštěrbinový experiment. Vymezení měření pomocí dekoherence.

Konzistence historií

Pravida pro sčítání prevděpodobností. Konzistence pravděpodobností. Potlačení interferenčních členů dekoherencí.

Dekoherenční funkcionál a dekoherující historie

Definiční vlastnosti. Dekoherenční funkcionál standardní kvantové mechaniky. Dekoherenční funkcionál pomocí dráhového integrálu. Dekoherující systém historií. Pravděpodobnost a podmínka konzistence.

Anotace

V přednášce se budeme zabývat základy kvantové mechaniky, zejména pak povahou kvantového měření.

Seznámíme se s různými formulacemi kvantové mechaniky, jejich vzájemnými vztahy, výhodami a problémy.

Standardní KM, realita a lokalizace kolapsu, dekoherence, teorie skrytých proměnných, teorie měření, Everettova interpretace KM, Feynmanovská formulace KM, zobecněná KM.

Přednáška je určena hlavně pro studenty 3. a 4. roč. jako doplňková přednáška ke kurzu kvantové mechaniky.

Nepředpokládají se hlubší znalosti kvantové mechaniky.