بخشی از مقاله
چکیده
داروینیسم کوانتومی، یک بیان نظری است که چگونگی ظهور عینیت مربوط به مکانیک کﻻسیک را از دل مکانیک کوانتوم بیان می کند. مشکل گذر از مکانیک کوانتوم به کﻻسیک این است که، حالت های کﻻسیکی خاصیت عینی بودن رادارند وقوی هستند، برخﻻف حالت های کوانتومی که شکننده هستند وعمل اندازه گیری باعث به هم ریختن آنها می شود. درنظریه داروینیسم کوانتومی، اطﻻعات سیستم، به طور غیرمستقیم وتوسط اندازه گیری تکه های محیطی که سیستم را احاطه کرده است، به دست می آیدو با استفاده ازتئوری های واهمدوسی[1] و انتخاب برتر ناشی ازمحیط[2]، مشکل گذر از کوانتوم به کﻻسیک راحل می کند.
مقدمه
ایده داروینیسم کوانتومی اولین بار توسط زورک در سال 2003 مطرح شد و یک توصیف نظری است که با استفاده از واهمدوسی و انتخاب برتر ناشی از محیط، توصیفی متفاوت از چگونگی انتقال از کوانتوم به کﻻسیک را بیان می کند . طبق این نظریه مشاهده گر های حقیقی نمی توانند بطور مستقیم و بی واسطه یک سیستم را انداه گیری کنند یا این که بطور مستقیم نمی توانند به اطﻻعات سیستم مورد نظر پی ببرند. در اینجا محیط نقش مهم و کلیدی را بازی می کند و سیستم کوانتومی در محیط مربوطه غوطه ور است و با آن همبسته می شودو وقتی یک مشاهده گر می خواهد سیستم را اندازه بگیرد با یک تکه ای از محیط که در اختیار دارد همبسته می شود یعنی به جای این که خود سیستم را مستقیما اندازه گیری کند تکه ای از محیط مربوط را اندازه می گیرد.
در گذر از کوانتوم به کﻻسیک دو مشکل وجود دارد که عبارتند از: الف- در کوانتوم بنا به اصل بر هم نهی، هر ترکیب دلخواه از حالت های کوانتومی خود یک حالت کوانتومی است که این در تضاد با حقایق روزانه ما می باشد. حالت هایی که ما در دنیای واقعی با آن سرو کار داریم محلی هستند و همزمان در دو تا مکان مجزا نمی توانند باشند. ب- مشکل دوم شکنندگی حالت های کوانتومی است. برخﻻف فیزیک کﻻسیک که در آن اندازه گیری روی حالت سیستم تاثیر ندارد، اندازه گیری روی سیستم کوانتومی باعث می شود که حالت قبلی سیستم پاک شده وتبدیل به یکی از
ویژه حالت های مشاهده پذیر اندازه گرفته شده شود.وقتی حالت محیط یک نمونه از خروجی های اندازه گیری را به خود می گیرد در این صورت داریم:
مشکلات اندازه گیری در کوانتوم
یکی از مشکﻻت مربوط به اندازه گیری در مکانیک کوانتومی مربوط به مدل فان نیومن می باشد .[3] در این مدل سیستم کوانتومی ایزوله فرض شده است . اگر حالت اولیه سیستم و حالت اولیه دستگاه اندازه گیری باشد بعد از یک تحول یکانی تبدیل به حالت درهمتنیدهخواهد شداما این تحول یکانی با آنچه در اندازه گیری دنیای واقعی اتفاق می افتد فرق دارد ، علت اصلی این اختﻻف، ابهام پایه ها[4]و فروپاشی بسته موج مربوط می شود .واقعیت اندازه گیری این است که دستگاه اندازه گیری توسط محیط پیرامون خود احاطه شده است و را نمی توان بطور کامل ایزوله فرض کرد.
با در نظر گرفتن محیط، مشکل ابهام پایه ها حل شده و پایه های ترجیحی ظاهر می شود .پایه های ترجیحی از برهم کنش با محیط ناشی می شوند و کاندیدی هستند برای پایه های کﻻسیکی در فضای هیلبرت مربوط به سیستم جفت شده با محیط . مشاهده گر برای اینکه پی به حالت سیستم ببرد و یا حالت را بداند ، محیط را نظارت می کند و قادر است حالت های نشانگر ترجیحی سیستم را
درک کند . اما فهمیدن حالت های برهم نهی مربوط به آنها برایش ممکن نیست . پیش از اندازه گیری ، محیط با دستگاه اندازه گیری درهم تنیده می شود و داریم :
در مدل های محاسبه شده و تائید شده بوسیله آزمایشات پایه های نشانگر ترجیحی آنهایی هستند که ماتریس چگالی سیستم در آن پایه ها قطری می شود و این قطری شدن پس از یک زمان واهمدوسی حاصل می شود و این زمان برای سیستم های ماکروسکوپیکی بسیار محدود است.
ایده داروینیسم کوانتومی
برخﻻف تئوری واهمدوسی که درآن نقش محیط تنها از بین بردن همدوسی بین حالت های نشانگر سیستم بود در تئوری داروینیسم کوانتومی محیط باعث تقویت اطﻻعات مربوط به حالت های ترجیحی سیستم می شود که این عامل باعث وجود عینیت در دنیای کوانتوم می گردد که یکی از مشخصه های فیزیک کﻻسیک می باشد . برای اینکه یک خاصیت سیستم کوانتومی عینیت داشته باشد باید بطور هم زمان قابل دسترس تعداد زیادی مشاهده گر باشد و مشاهده گرها بدون داشتن اطﻻع قبلی در باره آن پی به خاصیت آن ببرند و به یک توافق عمومی در باره آن برسند .[5]
برای این کار در تئوری داروینیسم کوانتومی محیط را به تکه های کوچک تقسیم بندی می کنیم و هر مشاهده گر تنها تکه کوچکی از محیط را در اختیاردارد.
این اتفاقی است که در دنیای واقعی نیز روی می دهد و هیچ مشاهده گری نمی تواند کل محیط را در اختیار داشته باشد و اکثر اطﻻعات را از قسمتی از محیط که در اختیار دارد بدست می آورد . به عنوان مثال : وقتی ما به یکصفحه کتاب نگاه می کنیم تنها با کسری از فوتونهایی که از صفحه منتشر می شوند سروکار داریم . این دیدگاه چارچوب داروینسیم کوانتوم می باشد و بر اساس آن تنها حالت هایی که دارای کپیهای متعدد در سراسر محیط هستند از تکه کوچک محیط توسط مشاهده گر فهمیده می شوند . در داروینسیم کوانتومی تمرکز اصلی روی همبستگی بین تکه های محیط و سیستم می باشد . ماهمبستگی بین خود تکه های محیط را نادیده می گیریم . ماتریس چگالی کاهش یافته توسط رابطه زیر داده می شود :
که در این رابطه رد Eروی F یعنی رد روی همه محیط به غیر از تکه . F برای اینکه بفهمیم چه ارتباطی بین سیستم و تکه Fمحیط وجود دارد از کمیت اطﻻعات متقابل کوانتومی استفاده می کنیم .که در رابطه باﻻ ووبه ترتیب آنتروپی فان نیومن سیستم وتکه Fمحیط وسیستم با تکهF محیط می باشد.برای این کار محیط را به N قسمت تقسیم می کنیم و تکه F را که شامل m تا زیر محیط است در نظر می گیریم . از نمودار اطﻻعات جزئی که بر حسب m می باشد استفاده می کنیم - شکل . - 1را یک حالت خالص در نظر می گیریم . بخاطر اینکه تعدادزیادی تکهوجود دارد که شامل m تا زیر محیط استمیانگین روی کلمی گیریم که را به ما خواهد داد.
باید حول پاد متقارن باشد .[6] بیشترین مقداربرابرمی باشد . با توجه به پادمتقارن بودن ̌حول نمودار سه شکل اصلی به خود می گیرد .در نمودارمتناسب با m می باشد یعنی اینکه هر زیر محیط اطﻻعات مستقل و منحصر به فرد خود را دارد . بنابر این اطﻻعاتی که از سیستم بدست می آید متناسب با زیر محیط هایی است که مشاهده گر در اختیار دارد هر چقدر m بیشتر باشد اطﻻعات در دسترس سبیستم نیز بیشتر می باشد . در نمودار b اطﻻعات سیستم بصورت کپی شده در محیط می باشد در واقع در اینجا افزونگی اطﻻعات را داریم. نمودار b توصیفی مناسب برای داروینسیم کوانتومی می باشد این نمودار مربوط به حالتی است که سیستم بطور مستقل با هر یک از زیر محیط ها برهم کنش دارد و زیر محیط ها بصورت خیلی ضعیف یا همدیگر برهم کنش دارند و این برهم کنش قابل صرفنظر می باشد.[6]
افزونگی عبارت است از تعداد تکه های مستقل از هم محیط که تقریبا همه اطﻻعات کﻻسیکی سیتم را دارند . اطﻻعات کﻻسیکی سیستم همان است. مثﻻ اگر تکه های محیط به اندازه ، از سیستم اطﻻعات داشته باشد که است در این حالت فراوانی عبارت است از که کسری از محیط است که دارای از اطﻻعات کﻻسیکی سیستم رادارد. نمودار در̌ بصورت مسطح می باشد و هرچقدر سطح مسطح نمودار بیشتر باشد افزونگی نیز بیشتر می باشد و مشاهده گر ها هر قدر که تکه بزرگی از محیط را بردارند اطﻻعات جدیدی بدست نمی آورند . در نمودار C اطﻻعات سیستم
بصورت کدگذاری شده در محیط می باشد ̌ تا نزدیکی های تقریبا صفر است و بعد به سرعت افزایش پیدا می کند .
