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/ NetNews Usenet Archive 1992 #20 / NN_1992_20.iso / spool / sci / physics / 14171 < prev    next >
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Internet Message Format  |  1992-09-07  |  6.8 KB

  1. Path: sparky!uunet!dtix!darwin.sura.net!wupost!cs.utexas.edu!usc!snorkelwacker.mit.edu!galois!riesz!jbaez
  2. From: jbaez@riesz.mit.edu (John C. Baez)
  3. Newsgroups: sci.physics
  4. Subject: Re: Uncertainty Principle [T.Bollinger => LONG]
  5. Message-ID: <1992Sep5.170329.9152@galois.mit.edu>
  6. Date: 5 Sep 92 17:03:29 GMT
  7. References: <1992Sep4.170847.235@prim> <1992Sep5.071519.16554@asl.dl.nec.com>
  8. Sender: news@galois.mit.edu
  9. Organization: MIT Department of Mathematics, Cambridge, MA
  10. Lines: 112
  11. Nntp-Posting-Host: riesz
  12.  
  13. In article <1992Sep5.071519.16554@asl.dl.nec.com> terry@aslws01.asl.dl.nec.com (Terry Bollinger) writes:
  14.  
  15. >THE "DISTURBED PARTICLE" INTERPRETATION OF QUANTUM UNCERTAINTY
  16.  
  17. >Historically, some of the earlier books on QM certainly tended to describe
  18. >it that way, especially when folks with an essentially classical background
  19. >were trying to come to grips with it.  But it has problems, and does in fact
  20. >tend to "overtrivialize" the profoundly bizarre underlying principles that
  21. >are involved in QM.  E.g., Dr. Richard Feynman found such views misleading
  22. >and somewhat offensive, and in his writings he argues against relying too
  23. >heavily on such analogies.  
  24.  
  25. I have often wondered about the fact that the Gedankenexperimenten used
  26. to argue for the uncertainty principle in the first place are based on
  27. what seems like classical reasoning TOGETHER with the assumption E =
  28. hbar nu relating the energy and frequency of a photon, or p =
  29. hbar/lambda relating the momentum and wavelength.  These arguments tend
  30. to work along the lines that to see something you have to hit it with
  31. photons, and to see it accurately you have to use photons of short
  32. wavelength hence lots of energy and momentum, which disturb what you're
  33. trying to see.  What do these arguments really prove, if anything?  Of
  34. course, historically they they were used to arrive at the current
  35. framework of quantum mechanics and one can feel free to forget them once
  36. you buy this framework.  But it still is interesting to ponder how these
  37. arguments manage to convince people of the necessity of the uncertainty
  38. principle.   Certainly you can't prove by pure logic that the world must
  39. be quantum mechanical rather than classical!  These arguments seem to be
  40. using the properties of photons to "sneak quantum mechanics in the back
  41. door".   Perhaps they are showing that a world with light described
  42. quantum-mechanically and other particles described classically is
  43. inconsistent or otherwise incoherent?  It would be nice if someone could
  44. extract the rigorous core, if any, out of these hand-wavy arguments.
  45.  
  46. >In Vol. III of his Lectures he goes to some
  47. >lengths to point out that in Stern-Gerlaugh the separation of the base
  48. >states does *not* "disturb" the particles in the sense of irreversibly
  49. >preventing the original composite state from being recovered.  You can
  50. >"rebuild" the state simply by recombining the base state paths -- something
  51. >that makes no sense at all from a strict disturb-the-states perspective.
  52.  
  53. If you look at my explanation of your angular momentum puzzle - 
  54. which seems essentially the same as Mcirvin's - you will see that it
  55. relies on the fact that measuring one component of the angular momentum
  56. of a particle really does affect other components of the angular
  57. momentum of the particle.  (I made this precise in my previous post.
  58. Basically, all I mean is that if you measure J_x of an electron, then
  59. J_y, then J_x, you needn't get the same answer for J_x both times; in my
  60. previous post I said how to reconcile this with conservation of angular
  61. momentum.)  So unless this is full of baloney, there DOES seem to be
  62. something to the "disturb-the-particle" view of uncertainty - although
  63. it doesn't tell the whole story.
  64.  
  65. It's rather murky to me right now.
  66.  
  67. >THE FOURIER TRANSFORM INTERPRETATION OF QUANTUM UNCERTAINTY
  68. >
  69. >One of the most beautiful and readable discussions I've seen on this subject
  70. >is by Dr. Roger Penrose in his popular book "The Emperor's New Mind."  On
  71. >pages 243-250 of the paperback edition you will find two sections entitled
  72. >"The quantum state of a particle" and "The uncertainty principle."  What
  73. >you will read is a fascinating discussion of the remarkable symmetry that
  74. >lies between particles as they are described in "ordinary" space of three
  75. >dimensions, and "momentum" space in which they are positions according to
  76. >their momentum values instead of their ordinary-space locations.
  77.  
  78. >In Dr. Penrose's discussion, the wavefunction that describes a particle
  79. >has the appearance of a corkscrew in both of these spaces.  
  80.  
  81. To the mathematically literate a formula for the wavefunction might
  82. clarify these mysterious corkscrews a lot.  The lay audience could
  83. easily be forgiven for thinking that quantum corkscrews are just as
  84. screwy as space potatos.  I am trying to think of a function from the
  85. real numbers to the complex numbers whose graph looks like a corkscrew,
  86. AS DOES that of its Fourier transform.  I guess a Gaussian times a
  87. complex exponential does the trick:
  88.  
  89. exp(ikx - (x-a)^2/c^2)
  90.  
  91. will be a Gaussian bump of width c centered at a times a complex
  92. exponential (a "corkscrew") of frequency k.  The Fourier transform of
  93. such a function will be another of the same general form (times some
  94. constant).   These functions are especially nice when studying position
  95. and momentum operators, Fourier transforms and such; a real workout on
  96. their mathematical structure can be found in Folland's book Harmonic
  97. Analysis on Phase Space.
  98.  
  99. >The resulting relationships are like some sort of pair of clubs with a long-
  100. >term unresolved dispute about joint membership.  Join one of the clubs 100%
  101. >(make your corkscrew so short that you have an EXACT location in either
  102. >ordinary space or momentum space), and you are 100% LOST from the other
  103. >club.  Your location in it becomes scattered literally over the entire
  104. >universe, so that at any one location you're probability of being "found"
  105. >by a detector becomes flat-out zero.  A distressing state of affairs!
  106.  
  107. I sorta like it myself.  For many beautiful theorems quantifying exactly
  108. how a wavefunction that is concentrated in position space has to be
  109. spread out in momentum space, check out Folland's book.  Gaussians are
  110. the functions that come the closest to being members of both clubs.
  111.  
  112.  
  113. >HIDDEN VARIABLES, PILOT WAVES, AND THE DANGERS OF PHILOSOPHICAL EXTREMES
  114.  
  115. >BTW, it's my guess that part of the reason of the reason why Dr. David Bohm,
  116. >author of a superb text on QM and a neo-hidden-variable "pilot wave" in his
  117. >interpretation of QM, unexpectely went New-Agey on everbody. 
  118.  
  119. A rather odd sentence, that, but I get your drift.  :-)  Another victim
  120. of the lure of quantum quackery (in my humble opinion) is Josephson, the
  121. Nobelist of "Josephson junction" fame - whose circuits use sneaky
  122. quantum tricks closely related to the Bohm-Aharanov effect.  Check out
  123. his letter to the editor in the August (?) "Physics Today" in which he
  124. defends Jahn's research on telekinesis!
  125.