stringtranslate.com

Квантовая теория: концепции и методы

Quantum Theory: Concepts and Methods — учебник по квантовой физике израильского физика Ашера Переса , изданный в 1993 году . Он пользуется уважением в физическом сообществе и известен нетрадиционным выбором тем для включения.

Содержание

В предисловии Перес резюмировал свои цели следующим образом:

Цель этой книги — прояснить концептуальное значение квантовой теории и объяснить некоторые математические методы, которые она использует. Этот текст не касается специализированных тем, таких как структура атома или сильные или слабые взаимодействия, а касается самих основ теории. Однако это не книга по философии науки . Подход прагматичен и строго инструменталистский. Такое отношение, несомненно, вызовет неприязнь у некоторых читателей, но в нем есть своя логика: квантовые явления происходят не в гильбертовом пространстве , они происходят в лаборатории. [a]

Книга разделена на три части. Первая, «Сбор инструментов», вводит квантовую механику как теорию «подготовок» и «тестов», и развивает математический формализм гильбертовых пространств, завершая спектральной теорией, используемой для понимания квантовой механики непрерывно-значных наблюдаемых. Часть II, «Криптодетерминизм и квантовая неразделимость», фокусируется на теореме Белла и других демонстрациях того, что квантовая механика несовместима с локальными теориями скрытых переменных . (В рамках своего существенного обсуждения неудач теорий скрытых переменных книга включает программу на FORTRAN для проверки того, образует ли список векторов конфигурацию Кохена–Шпеккера . [b] ) Часть III, «Квантовая динамика и информация», охватывает роль симметрии пространства-времени в квантовой физике, связь квантовой информации с термодинамикой , методы полуклассического приближения , квантовый хаос и обработку измерений в квантовой механике .

Для создания рисунков в своей главе о квантовом хаосе, включая графики в фазовом пространстве хаотического движения, Перес написал код PostScript , который выполнял моделирование на самом принтере. [c]

В книге разрабатывается методология математического представления квантовых измерений с помощью POVM [ 4] [5] и предлагается первая педагогическая трактовка того, как использовать POVM для квантового распределения ключей . [6] Перес преуменьшает важность принципа неопределенности ; этот конкретный термин появляется в его индексе только один раз, и его запись указывает на ту же страницу в индексе. [7] Сам текст обсуждает принцип неопределенности, указывая на то, как его упрощенное «вывод» ломается, и предлагая в качестве домашнего задания задачу найти три учебника по квантовой физике с явно неверным соотношением неопределенности. [8]

Прием

Физик Лесли Э. Баллентайн дал учебнику положительную рецензию, назвав его хорошим введением в квантовые основы и текущие исследования в этой области. [9] Джон К. Баез также дал книге положительную оценку, назвав ее «ясномыслящей» и найдя, что она содержит «множество жемчужин, которых я не видел», таких как теорема Вигнера–Араки–Янасе . [10] Майкл Нильсен написал об учебнике: «Откровение! Внезапно все ключевые результаты 30 лет работы (некоторые из этих результатов принадлежат Эшеру) были переработаны в красивые и простые объяснения». [11] Нильсен и Айзек Чжуан сказали в своем собственном влиятельном учебнике, что учебник Переса был «превосходным», предоставляя «чрезвычайно ясное изложение элементарной квантовой механики», а также «обширное обсуждение неравенств Белла и связанных с ними результатов». [12] Вводный учебник Йохена Рау по квантовой физике описывает работу Переса как «прекрасное место для начала» изучения неравенств Белла и связанных с ними тем, таких как теорема Глисона . [13]

Н. Дэвид Мермин написал, что Перес перекинул мост через «текстовый разрыв» между концептуально-ориентированными книгами, направленными на понимание того, что квантовая физика подразумевает о природе мира, и более практическими книгами, призванными научить, как применять квантовую механику. Мермин нашел книгу достойной похвалы, отметив, что у него «только несколько жалоб». Он написал:

Перес небрежен в различении различных видов предположений, которые нужны для доказательства невозможности теории без скрытых переменных, которая воспроизводит статистические предсказания квантовой механики. Я предполагаю, что это происходит потому, что, хотя он и является мастером-практиком этой конкретной формы искусства, в глубине души он настолько твердо убежден, что скрытые переменные не могут уловить суть квантовой механики, что его просто не интересует, что именно нужно предположить, чтобы доказать , что они не могут. [4]

Мермин назвал книгу «сокровищницей новых взглядов на квантовую механику» и сказал, что выбор тем Пересом представляет собой «каталог распространенных упущений» в других подходах. [4]

Мейнхард Э. Майер заявил, что он «рекомендовал бы ее всем, кто преподает или изучает квантовую механику», найдя Часть II наиболее интересной в книге. Хотя он отметил некоторое разочарование в выборе тем Пересом для включения в главу об измерении , большую часть своего негатива он приберег для издателя, заявив (как и Баллентайн [9] ), что они установили цену на книгу, которая недоступна для аспирантов:

Такая ценовая практика не оправдана, если учесть, что многие издатели в настоящее время предоставляют очень мало услуг по редактированию или набору текста, что очевидно из « TeX -образного» вида большинства недавно опубликованных книг, включая эту. [14]

Мермин, Майер и Баез отметили, что Перес кратко отверг многомировую интерпретацию квантовой механики. [4] [10] [14] Перес утверждал, что все разновидности многомировых интерпретаций просто сместили произвольность или неопределенность идеи коллапса волновой функции на вопрос о том, когда «миры» можно рассматривать как отдельные, и что на самом деле не может быть сформулирован никакой объективный критерий для такого разделения. [d] Более того, Перес отверг модели «спонтанного коллапса», такие как теория Жирарди–Римини–Вебера, в том же кратком разделе, обозначив их «мутациями» квантовой механики. [4] В рецензии, в которой высоко оценили основательность книги, Тони Садбери отметил, что Перес пренебрежительно отозвался о идее, что человеческое сознание играет особую роль в квантовой механике. [15]

Мануэль Бехтольд проанализировал учебник Переса с точки зрения философского прагматизма . [16] Джон Конвей и Саймон Кохен использовали конфигурацию Кохена–Шпеккера из книги, чтобы доказать свою теорему о свободной воле . [17] Настойчивое утверждение Переса в его учебнике о том, что классический аналог квантового состояния — это функция плотности Лиувилля, оказало влияние на развитие квантового бинарного подхода . [18]

Похожие работы

Джон Уотрус помещает учебник Переса в число «незаменимых справочных материалов», наряду с « Квантовыми вычислениями и квантовой информацией» Нильсена и Чжуана и « Квантовой теорией информации» Марка Уайльда . [19] В своем некрологе Пересу Уильям Вуттерс , Чарльз Беннетт и соавторы называют «Квантовую теорию: концепции и методы » «современным преемником» книги Джона фон Неймана 1955 года «Математические основы квантовой механики» . [7]

Издания

Примечания

  1. ↑ Предисловие, стр. xi. Последнее замечание часто цитируется, [1] например, Брукнером и Цайлингером [2] и Чартовским и Жичковским . [3]
  2. ^ Раздел 7-5, «Приложение: Компьютерный тест на противоречие Кохена – Спекера», стр. 209
  3. ↑ Раздел 11-7, «Приложение: Код PostScript для карты», стр. 370
  4. ↑ Раздел 12-1, «Двойственный наблюдатель», стр. 374.

Ссылки

  1. ^ Гиллиган-Ли, Сиаран М. (2021-10-01). «Вычисление в общих физических условиях». Журнал физики A: Математическое и теоретическое . 54 (39): 394001. arXiv : 2108.11454 . Bibcode : 2021JPhA...54M4001G. doi : 10.1088/1751-8121/ac2007. ISSN  1751-8113. S2CID  237304127.
  2. ^ Брукнер, Часлав ; Цайлингер, Антон (2003). «Информация и фундаментальные элементы структуры квантовой теории». В Кастеле, Лутц; Ишебек, Отфрид (ред.). Время, квант и информация. Берлин, Гейдельберг: Springer Berlin Heidelberg. стр. 323–354. arXiv : Quant-ph/0212084 . Бибкод : 2003tqi..conf..323B. дои : 10.1007/978-3-662-10557-3_21. ISBN 978-3-642-07892-7. S2CID  16831915 . Получено 2022-02-19 . {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  3. ^ Czartowski, Jakub; Życzkowski, Karol (2021-04-26). "Двусторонние квантовые измерения с оптимальной односторонней различимостью". Quantum . 5 : 442. arXiv : 2010.14868 . Bibcode :2021Quant...5..442C. doi :10.22331/q-2021-04-26-442. ISSN  2521-327X. S2CID  225094378.
  4. ^ abcde Mermin, N. David (1997-03-01). Исследования по истории и философии науки Часть B: Исследования по истории и философии современной физики . 28 (1): 131–135. Bibcode :1997SHPMP..28..131M. doi :10.1016/S1355-2198(97)85538-4. ISSN  1355-2198.{{cite journal}}: CS1 maint: безымянное периодическое издание ( ссылка )
  5. ^ Фламмия, Стивен Т.; Зильберфарб, Эндрю; Кейвс, Карлтон М. (2005-12-01). «Минимальные информационно полные измерения для чистых состояний». Основы физики . 35 (12): 1985–2006. arXiv : quant-ph/0404137 . Bibcode :2005FoPh...35.1985F. doi :10.1007/s10701-005-8658-z. ISSN  1572-9516. S2CID  119382552.
  6. ^ Брандт, Говард Э. (май 1999). «Мера с положительным операторным значением в квантовой обработке информации». American Journal of Physics . 67 (5): 434–439. Bibcode :1999AmJPh..67..434B. doi : 10.1119/1.19280 . ISSN  0002-9505.
  7. ^ аб Терзян, Джозеф Э.; Беннетт, Чарльз Х .; Манн, Ади; Вуттерс, Уильям К. (август 2005 г.). «Некролог: Ашер Перес». Физика сегодня . 58 (8): 65–66. Бибкод : 2005ФТ....58ч..65А. дои : 10.1063/1.2062925 .
  8. ^ Клифтон, Роб (1995-01-01). Основы физики . 25 (1): 205–209. doi :10.1007/BF02054666. ISSN  1572-9516. S2CID  189837484.{{cite journal}}: CS1 maint: безымянное периодическое издание ( ссылка )
  9. ^ ab Ballentine, Leslie E. (март 1995 г.). American Journal of Physics . 63 (3): 285–286. doi :10.1119/1.17946. ISSN  0002-9505.{{cite journal}}: CS1 maint: безымянное периодическое издание ( ссылка )
  10. ^ ab Baez, John C. (1994-05-10). "week33". Находки этой недели в математической физике . Получено 2020-04-10 .
  11. ^ Нильсен, Майкл А. (2005-01-05). "Ашер Перес". michaelnielsen.org . Получено 2018-02-21 .
  12. ^ Нильсен, Майкл А.; Чуан , Айзек Л. (2010-12-09). Квантовые вычисления и квантовая информация: 10-е юбилейное издание . Cambridge University Press . стр. 118. ISBN 9781107002173. OCLC  844974180.
  13. ^ Рау, Йохен (2021). Квантовая теория: подход к обработке информации (1-е изд.). Оксфорд: Oxford University Press. стр. 152. ISBN 978-0-19-265027-6. OCLC  1256446911.
  14. ^ ab Mayer, Meinhard E. (11.01.2008). Physics Today . 47 (12): 65–66. doi :10.1063/1.2808757. ISSN  0031-9228.{{cite journal}}: CS1 maint: безымянное периодическое издание ( ссылка )
  15. ↑ Садбери, Тони (апрель 1994 г.). «Обычные вопросы, необычные ответы». Physics World . 7 (4): 65–68. doi :10.1088/2058-7058/7/4/42. ISSN  0953-8585.
  16. ^ Хили, Ричард (2016). «Квантово-байесовские и прагматические взгляды на квантовую теорию». В Zalta, Edward N. (ред.). Стэнфордская энциклопедия философии . Исследовательская лаборатория метафизики, Стэнфордский университет .
  17. ^ Конвей, Джон ; Кохен, Саймон (2006-11-22). «Теорема о свободной воле». Основы физики . 36 (10): 1441–1473. arXiv : quant-ph/0604079 . Bibcode : 2006FoPh...36.1441C. doi : 10.1007/s10701-006-9068-6. ISSN  0015-9018. S2CID  12999337.
  18. ^ Фукс, Кристофер А.; Стейси, Блейк К. (2019). «QBism: квантовая теория как настольная книга героя». В Rasel, EM; Schleich, WP ; Wölk, S. (ред.). Труды Международной школы физики «Энрико Ферми» . Том 197. IOS Press . С. 133–202. arXiv : 1612.07308 . doi : 10.3254/978-1-61499-937-9-133. ISBN 9781614999379. OCLC  1086375617.
  19. ^ Уотрус, Джон (2018). Теория квантовой информации . Cambridge University Press . ISBN 9781316853122. OCLC  1034577167.