Efect de observator

În fizică , efectul observatorului este teoria conform căreia simpla observare a unui fenomen îl schimbă în mod inevitabil. Adesea aceasta este o consecință a imperfecțiunii instrumentelor utilizate, care, conform principiului lor de funcționare, modifică starea valorii măsurate. Un exemplu este verificarea presiunii din anvelopele auto; acest lucru este dificil de făcut fără a elibera puțin aer atunci când este conectat la un manometru ; în plus, dispozitivul în sine are un anumit volum. Este imposibil să vezi un obiect fără să-l iradiezi cu lumină sau cu alte particule (electroni într- un microscop electronic ), care afectează starea obiectului, iar absorbția cuantelor pentru măsurarea iluminării o reduce. Chiar dacă efectul de observator este mic, obiectul încă își schimbă starea. Acest efect este observat în multe domenii ale fizicii, dar de obicei poate fi redus prin alegerea unor instrumente eficiente și/sau folosind metode de observare mai bune.

Cea mai neobișnuită pentru noi este manifestarea efectului de observator în mecanica cuantică , care se observă, de exemplu, în experimentul cu dublă fante . Chiar și observarea pasivă a efectelor cuantice (cu scopul de a aparent „exclude” toate posibilitățile, cu excepția uneia) poate schimba de fapt rezultatul măsurării. Motivul constă în natura duală a particulelor elementare : probabilitatea de a detecta o particulă la un moment dat este supusă funcției de undă cuantică ψ , care suferă interferențe atunci când al doilea gol este deschis pentru electroni. .

Carl Sagan a numit „efectul de observator” o reducere semnificativă sau dispariția completă a efectelor parapsihologice și a abilităților psihicilor în prezența unui observator sceptic [1] .

Conceptul de observator

Termenul de observator are o serie de sensuri neechivalente în științele fizice . Un observator poate însemna atât o persoană reală sau imaginară , cât și un dispozitiv de măsurare . Prin urmare, efectul de observator nu implică o eroare umană, ci inexactitatea și imposibilitatea măsurării unei mărimi fizice [2] . Conceptul de observator este folosit în enunțuri pragmatice, adică în acele enunțuri teoretice care se referă la un subiect cunoscător, și nu este folosit în enunțuri despre obiecte fizice [3] .

O serie de specialiști, precum J. St. Bell , K. Popper , M. Bunge , critică încercările de a formula legi fizice folosind termenul de observator, în special în fizica cuantică, deoarece pot duce la erori [4][ pagina nespecificată 845 zile ] [5][ pagina nespecificată 845 zile ] [6]

Electronică

În electronică, instrumentele de măsură (de exemplu: ampermetru , voltmetru ), sunt conectate în serie sau paralel la circuitul electric studiat, iar datorită rezistenței non-nule a ampermetrului și a rezistenței finale a voltmetrului, includerea lor modifică curentul care curge prin circuit (sau tensiunea măsurată). Dispozitivele au, de asemenea, capacitate și inductanță diferite de zero , care afectează circuitele de curent alternativ.

Chiar și un instrument, cum ar fi o clemă de măsură, afectează curentul din circuit, deoarece acest dispozitiv este un transformator de curent și consumă energie.

Termodinamica

În termodinamică, un termometru cu mercur standard trebuie să absoarbă sau să elibereze ceva energie termică pentru a înregistra temperatura și, prin urmare, pentru a modifica temperatura corpului pe care îl măsoară. Orice termometru are o masă și o capacitate termică diferită de zero a senzorului.

Fizica particulelor

Un electron sau o altă particulă poate fi observată prin iluminarea acestuia cu fotoni , dar interacțiunea cu fotonii va schimba inevitabil viteza particulei. Alte mijloace de măsurare, mai puțin directe, vor afecta în continuare electronul și, cu cât îi cunoaștem mai exact poziția, cu atât viteza lui se va schimba ca urmare. Astfel, poziția unei particule poate fi determinată doar cu o precizie de până la lungimea de undă a fotonilor utilizați, prin urmare, pentru a obține un rezultat mai precis, sunt necesare cuante cu lungime de undă mai scurtă (adică mai energetice), care modifică mai puternic impulsul particulelor pe care le iradiază. Este imposibil să se stabilească un astfel de experiment în care ar fi posibil să se determine cu exactitate o pereche de cantități conjugate canonic , de exemplu, coordonatele și impulsul unei particule (acest postulat se numește principiul incertitudinii ):

,

unde  este abaterea standard a coordonatei,  este abaterea standard a impulsului și ħ  este constanta Planck redusă .

Relații similare au loc la măsurarea altor mărimi complementare [7] . Dar, prin configurarea corectă a experimentului, este posibil să se obțină precizia necesară în măsurarea unuia dintre parametri (de exemplu, coordonate - prin înregistrarea impactului unei particule pe o placă fotografică), prin deplasarea raportului în direcția corectă. Niels Bohr a numit imposibilitatea de a măsura simultan doi parametri înrudiți ai stării unei particule principiul complementarității [8] .

Mecanica cuantică

În mecanica cuantică , „observarea” este sinonimă cu măsurare , „observator” cu echipament de măsurare și observat  cu ceea ce poate fi măsurat.

Unul dintre conceptele de bază ale mecanicii cuantice este interpretarea funcției de undă ψ ca o undă de probabilitate , și nu o undă reală, așa cum a sugerat de Broglie , formulată încă din 1924 în lucrarea comună a lui Bohr , Kramers și Slater . Înainte de măsurare, un sistem cuantic se află într-o suprapunere de stări admisibile. Se crede că după măsurare, care determină unii dintre parametrii sistemului, funcția de undă se modifică brusc , luând forma corespunzătoare valorilor măsurate ale parametrilor [7] . Un exemplu este pisica lui Schrödinger .

Observarea este imposibilă fără interacțiunea obiectului observat cu mediul - pentru ca observatorul să determine parametrii obiectului, el trebuie să primească informații dintr-o astfel de interacțiune. În acest caz, obiectul cuantic își schimbă inevitabil starea. Pentru particulele elementare, acest lucru este evident, deoarece putem observa astfel de particule doar prin interacțiunea lor (fie cu fotonii, fie cu substanța prin care zboară particula) [9] . În experimentele cu molecule mari, care pot fi observate prin radiația lor termică, s-a determinat că „efectul de observator” se manifestă chiar și în absența influenței directe a observatorului asupra obiectului cuantic, dar cu orice interacțiune (schimb de energie) între sistemul cuantic și spațiul înconjurător. Experimentatorii au captat căldura ( fotoni infraroșii ) radiată de moleculele de fullerenă C70 încălzite și, cu cât temperatura moleculelor era mai mare, cu atât moleculele încălzite s-au comportat mai clasic. În aceste experimente s-a demonstrat că amploarea efectelor cuantice este inversă intensității interacțiunii unui obiect cuantic cu mediul său, prezența unui observator nu contează în acest caz [10] [9] .

Astfel, efectul de observator modifică starea unui sistem cuantic, reflectată în descrierea sa principală, funcția de undă. Studii mai recente au arătat că o astfel de influență a observatorului se extinde nu numai asupra particulei studiate, ci și asupra celei care interacționează cu aceasta, conducând la conceptul de „ stări încurcate ”. Funcția de undă a unei particule legate experimentează, de asemenea, un salt în starea sa după o observație, care este folosită în criptografia cuantică . Deoarece interceptarea unei legături de date este o observație, acest efect poate fi urmărit [11] .

Teoria relativității

Conceptul de „observator” în relativitatea specială se referă cel mai adesea la un cadru de referință inerțial . În astfel de cazuri, cadrul de referință inerțial poate fi numit „observator inerțial” pentru a evita ambiguitatea. Această utilizare a termenului „observator” diferă semnificativ de sensul său obișnuit. Sistemele de referință sunt în mod inerent construcții non-locale care acoperă întregul spațiu-timp sau o parte netrivială a acestuia ; deci nu are sens să vorbim despre observator (în sensul relativist special) ca despre ceva care are un loc definit. De asemenea, un observator inerțial nu poate accelera într-un moment ulterior în timp, la fel cum un observator care accelerează nu poate opri accelerarea.

În relativitatea generală , termenul „observator” se referă cel mai adesea la o persoană sau o mașină care face măsurători locale pasive, o utilizare a cuvântului mult mai apropiată de sensul său obișnuit.

Vezi și

Note

  1. ↑ Carl Sagan. O lume plină de demoni. - Moscova: Alpina non-fiction, 2014. - S. 295. - 537 p. - ISBN 978-5-91671-281-0 .
  2. ↑ Bunge M. Filosofia Fizicii. - Editura D. Reidel, 1973. - P. 30.
  3. ↑ Bunge M. Filosofia Fizicii. - Editura D. Reidel, 1973. - P. 49.
  4. ^ JS Bell, Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics, Cambridge University Press, 2004.
  5. ↑ KR Popper, Teoria cuantică și schisma în fizică, Routledge, 1989.
  6. ↑ Bunge M. Filosofia Fizicii. - Editura D. Reidel, 1973. - P. 33-37.
  7. ↑ 1 2 Heisenberg, 1989 , Fizică și filozofie, p. 7, 15−16.
  8. ↑ Heisenberg, 1989 , Fizică și filozofie, p. 21-22.
  9. ↑ 1 2 Polovnikov K. Rolul observatorului în mecanica cuantică pe YouTube // Kirill Polovnikov. — Camera pentru fumători Gutenberg. - 2018. - 6 mai.
  10. ↑ Hackermüller, L. Decoherence of matter waves by thermal emission of radiation: [ ing. ]  / L. Hackermüller, K. Hornberger, B Brezger // Nature: journal. - 2004. - Vol. 427.—P. 711–714. — arXiv : quant-ph/0402146 . - doi : 10.1038/nature02276 .
  11. ↑ Criptografie cuantică . www.nti2035.ru _ Preluat: 27 februarie 2022.

Literatură