Интерпретации квантовой механики

Часть серии по
Квантовая механика
${\ Displaystyle я \ HBAR {\ гидроразрыва {\ partial} {\ partial t}} | \ psi (t) \ rangle = {\ hat {H}} | \ psi (t) \ rangle}$ Уравнение Шредингера
Вступление Глоссарий История Учебники
Фон Классическая механика Старая квантовая теория Обозначение Бра – Кет Гамильтониан Вмешательство
Основы Родившееся правило Комптоновская длина волны Согласованность Декогеренция Комплементарность Уровень энергии Запутанность Гамильтониан Принцип неопределенности Основное состояние Вмешательство Измерение Слабое измерение Нелокальность Наблюдаемый Оператор Квантовая Квантовая флуктуация Квантовое число Квантовый шум Квантовая область Квантовое состояние Квантовая система Квантовая телепортация Кубит Вращение Суперпозиция Квантовое вакуумное состояние Симметрия (Спонтанное) нарушение симметрии Состояние вакуума Распространение волн Волновая функция Коллапс волновой функции Дуальность волна-частица Волна материи Прямоугольный потенциальный барьер Пространство фока
Последствия Эффект Зеемана Эффект Старка Эффект Ааронова – Бома Квантование Ландау Квантовый эффект Холла Квантовый эффект Зенона Квантовое туннелирование Фотоэлектрический эффект Эффект Казимира
Эксперименты Неравенство Белла Дэвиссон-Гермер Двойная щель Элицур – Вайдман Франк-Герц Неравенство Леггетта – Гарга Мах – Цендер Поппер Квантовый ластик  ( отложенный выбор ) Кот Шредингера Штерн-Герлах Отсроченный выбор Уиллера
Составы Обзор Динамические картинки ( Гейзенберг ; Взаимодействие ; Шредингер ) Матрица Фазовое пространство Суммирование по историям (интеграл по путям)
Уравнения Дирак Хеллманн-Фейнман Кляйн – Гордон Липпманн-Швингер Паули Ридберг Шредингер
Интерпретации Обзор Байесовский Последовательные истории Копенгаген Космологический де Бройль-Бом Ансамбль Скрытая переменная Многомиры Объективный коллапс Квантовая логика Реляционный Стохастик Транзакционный
Дополнительные темы Квантовый отжиг Квантовый хаос Квантовые вычисления Квантовая геометрия Матрица плотности Квантовая теория поля Дробная квантовая механика Квантовая гравитация Квантовая информатика Квантовое машинное обучение Теория возмущений (квантовая механика) Релятивистская квантовая механика Теория рассеяния Теория сверхтекучего вакуума Самопроизвольное параметрическое преобразование с понижением частоты Квантовая статистическая механика
Ученые Ааронов Колокол Блэкетт Блох Бом Бор Родившийся Bose де Бройль Кэндлин Комптон Дирак Дэвиссон Дебай Эренфест Эйнштейн Эверетт Фок Ферми Фейнман Глаубер Gutzwiller Гейзенберг Гильберта Иордания Крамерс Паули ягненок Ландо Лауэ Мозли Милликен Оннес Планк Раби Раман Ридберг Шредингер Зоммерфельд фон Нейман Weyl Вена Вигнер Zeeman Цайлингер Гоудсмит Уленбек Ян
Категории ► Квантовая механика
v т е

Интерпретация квантовой механики является попытка объяснить , как математическая теория квантовой механики «соответствует» к реальности . Хотя квантовая механика выдержала строгие и чрезвычайно точные проверки в чрезвычайно широком диапазоне экспериментов (не было обнаружено, что ни одно предсказание квантовой механики опровергается экспериментами), существует ряд конкурирующих школ мысли по поводу их интерпретации. Эти взгляды на интерпретацию расходятся по таким фундаментальным вопросам, как, является ли квантовая механика детерминированной или стохастической , какие элементы квантовой механики можно считать реальными и какова природа измерения , среди прочего.

Несмотря на почти столетие дебатов и экспериментов, физики и философы физики не пришли к единому мнению относительно того, какая интерпретация лучше всего "представляет" реальность. ^{[1] [2]}

История [ править ]

Определение терминов квантовых теоретиков, таких как волновая функция и матричная механика , прошло много этапов. Например, Эрвин Шредингер первоначально рассматривал волновую функцию электрона как его плотность заряда, размазанную по пространству, но Макс Борн переосмыслил абсолютный квадрат волновой функции как плотность вероятности электрона, распределенную в пространстве.

Взгляды нескольких пионеров квантовой механики, таких как Нильс Бор и Вернер Гейзенберг , часто объединяются в « копенгагенскую интерпретацию », хотя физики и историки физики утверждают, что эта терминология скрывает различия между обозначенными таким образом взглядами. ^{[3] [4]} идеи Копенгаген типа никогда не универсально обнялись, и вызовы воспринимаемого копенгагенской ортодоксии приобретает все большее внимание в 1950 - х годах с интерпретацией пилот-волны от Дэвида Бома и интерпретации многих миров в Эверетт . ^{[3] [5] [6]}

Более того, строго формалистическая позиция, избегающая интерпретации, была поставлена ​​под сомнение предложениями об экспериментах, которые однажды могли бы различать интерпретации, например, путем измерения сознания ИИ ^[7] или с помощью квантовых вычислений . ^{[8] [необходим неосновной источник ]}

Физик Н. Дэвид Мермин однажды пошутил: «Новые интерпретации появляются каждый год. Ни одна не исчезает». ^[9] В качестве приблизительного руководства к развитию общепринятой точки зрения в 1990-е и 2000-е гг. В ходе опроса Schlosshauer et al. Был собран «снимок» мнений. на конференции «Квантовая физика и природа реальности» в июле 2011 года. ^[10] Авторы ссылаются на аналогичный неформальный опрос, проведенный Максом Тегмарком на конференции «Фундаментальные проблемы квантовой теории» в августе 1997 года. Авторы утверждают, что « копенгагенская интерпретация по- прежнему доминирует», получив наибольшее количество голосов в их опросе (42%), не считая того, чтомногомировые интерпретации : «Копенгагенская интерпретация по-прежнему царит здесь, особенно если мы объединим ее с интеллектуальными потомками, такими как интерпретации на основе информации и квантовая байесовская интерпретация. В опросе Тегмарка интерпретация Эверетта получила 17% голосов, что аналогично количеству голосов (18%) в нашем опросе ".

Природа [ править ]

Более или менее, все интерпретации квантовой механики разделяют два качества:

1. Они интерпретируют формализм - набор уравнений и принципов для генерации прогнозов посредством ввода начальных условий.
2. Они интерпретируют феноменологию - набор наблюдений, в том числе полученных путем эмпирических исследований и полученных неформально, например, опыт людей в недвусмысленном мире.

В разных интерпретациях различаются два качества:

1. Онтология - утверждения о том, какие вещи, такие как категории и сущности, существуют в мире.
2. Эпистемология - утверждения о возможности, масштабах и средствах получения релевантного знания о мире.

В философии науки различие знания и реальности называется эпистемическим и онтическим . Общий закон - это закономерность результатов (эпистемический), тогда как причинный механизм может регулировать результаты (онтический). Явление может получить интерпретацию либо онтическую или эпистемическую. Например, индетерминизм может быть связано с ограниченностью человеческого наблюдения и восприятия (эпистемологической), или может быть объяснено как реально существующих , может бытьзакодирован во вселенной (онтик). Путать эпистемологию с онтикой, если, например, предположить, что общий закон действительно «управляет» результатами - и что утверждение о регулярности играет роль причинного механизма, - это категориальная ошибка .

В широком смысле научная теория может рассматриваться как предлагающая научный реализм - приблизительно верное описание или объяснение природного мира - или может восприниматься с антиреализмом. Реалистическая установка ищет эпистемологическое и онтическое, тогда как антиреалистическая установка ищет эпистемологическое, но не онтическое. В первой половине 20 века антиреализм был в основном логическим позитивизмом , который стремился исключить ненаблюдаемые аспекты реальности из научной теории.

С 1950-х годов антиреализм более скромен, обычно это инструментализм , позволяющий говорить о ненаблюдаемых аспектах, но в конечном итоге отбрасывающий сам вопрос о реализме и выдвигающий научную теорию как инструмент, помогающий людям делать прогнозы, а не достигать метафизического понимания мира. Точка зрения инструменталистов выражена в известной цитате Дэвида Мермина «Заткнись и вычислим», которую часто ошибочно приписывают Ричарду Фейнману . ^[11]

Другие подходы к решению концептуальных проблем вводят новый математический формализм и, таким образом, предлагают альтернативные теории с их интерпретациями. Пример может служить бомовским механиком , чей эмпирической эквивалентность три стандартных formalisms- Шредингер «ы волновой механики , Гейзенберга » ы матричной механики и Фейнман «ы интеграл по путям формализм -обладает был продемонстрирован.

Проблемы интерпретации [ править ]

1. Абстрактная, математическая природа квантовых теорий поля : математическая структура квантовой механики абстрактна без четкой интерпретации ее величин.
2. Существование явно недетерминированных и необратимых процессов: в классической теории поля физическое свойство в данном месте поля выводится легко. В большинстве математических формулировок квантовой механики измерению отводится особая роль в теории, поскольку это единственный процесс, который может вызвать неунитарную, необратимую эволюцию состояния.
3. Роль наблюдателя в определении результатов: Копенгагенская интерпретация подразумевает, что волновая функция является средством вычисления и представляет реальность только сразу после измерения, возможно, выполненного наблюдателем; Эвереттианские интерпретации допускают, что все возможности могут быть реальными и что процесс взаимодействий измерительного типа вызывает эффективный процесс ветвления. ^[12]
4. Классически неожиданные корреляции между удаленными объектами: запутанные квантовые системы , как показано в парадоксе ЭПР , подчиняются статистике, которая, кажется, нарушает принципы локальной причинности . ^[13]
5. Комплементарность предложенных описаний: дополнительность утверждает, что никакой набор классических физических понятий не может одновременно относиться ко всем свойствам квантовой системы. Например, волновое описание A и описание частиц B могут описывать квантовую систему S , но не одновременно. Это означает, что композиция физических свойств S не подчиняется правилам классической логики высказываний при использовании пропозициональных связок (см. « Квантовая логика »). Как и контекстуальность, «источник дополнительности лежит в некоммутативности операторов», описывающих квантовые объекты (Omnès 1999).
6. Быстро растущая сложность, намного превышающая нынешние вычислительные возможности людей, по мере увеличения размера системы: поскольку пространство состояний квантовой системы экспоненциально по количеству подсистем, трудно получить классические приближения.
7. Контекстное поведение систем локально: квантовая контекстуальность демонстрирует, что классические интуиции, в которых свойства системы имеют определенные значения независимо от способа их измерения, терпят неудачу даже для локальных систем. Кроме того, физические принципы, такие как принцип тождества неразличимого Лейбница, больше не применимы в квантовой области, что свидетельствует о том, что большинство классических интуиций могут быть неверными в отношении квантового мира.

Влиятельные интерпретации [ править ]

Другие интерпретации [ править ]

Помимо основных интерпретаций, обсуждаемых ниже, был предложен ряд других интерпретаций, которые по какой-либо причине не оказали значительного научного воздействия. Они варьируются от предложений основных физиков до более оккультных идей квантового мистицизма .

Парадокс ЭПР [ править ]

Современное использование реализма и полноты возникло в статье 1935 года, в которой Эйнштейн и другие предложили парадокс ЭПР . ^[14] В этой статье авторы предложили концепции элемента действительности и полноты физической теории.. Они охарактеризовали элемент реальности как величину, значение которой можно с уверенностью предсказать, прежде чем ее измерить или иным образом нарушить, и определили полную физическую теорию как ту, в которой каждый элемент физической реальности объясняется теорией. С семантической точки зрения интерпретации интерпретация считается завершенной, если каждый элемент интерпретирующей структуры присутствует в математике. Реализм - это также свойство каждого из элементов математики; элемент реален, если он соответствует чему-то в интерпретирующей структуре. Например, в некоторых интерпретациях квантовой механики (например, в интерпретации многих миров) кет-вектор, связанный с состоянием системы, считается соответствующим элементу физической реальности, в то время как в других интерпретациях это не так.

Детерминизм - это свойство, характеризующее изменения состояния в связи с течением времени, а именно то, что состояние в будущий момент является функцией состояния в настоящем (см. Эволюцию во времени ). Не всегда может быть ясно, является ли конкретная интерпретация детерминированной или нет, поскольку не может быть четкого выбора параметра времени. Более того, данная теория может иметь две интерпретации, одна из которых детерминирована, а другая - нет.

Локальный реализм имеет два аспекта:

• Значение, возвращаемое измерением, соответствует значению некоторой функции в пространстве состояний. Другими словами, эта ценность - элемент реальности;
• Эффекты измерения имеют скорость распространения, не превышающую некоторого универсального предела (например, скорости света). Чтобы это имело смысл, операции измерения в интерпретирующей структуре должны быть локализованы.

Точная формулировка локального реализма в терминах теории локальных скрытых переменных была предложена Джоном Беллом .

Теорема Белла в сочетании с экспериментальной проверкой ограничивает виды свойств, которые может иметь квантовая теория, при этом основное значение состоит в том, что квантовая механика не может удовлетворять как принципу локальности, так и контрфактической определенности .

Несмотря на озабоченность Эйнштейна проблемами интерпретации, Дирак и другие известные квантовые деятели восприняли технические достижения новой теории, уделяя мало внимания интерпретационным аспектам или вообще не уделяя им внимания.

Копенгагенская интерпретация [ править ]

Копенгагенская интерпретация представляет собой совокупность представлений о смысле квантовой механики , главным образом приписывается Нильс Бор и Вернер Гейзенберг . Это одна из старейших из многочисленных предлагаемых интерпретаций квантовой механики, поскольку ее особенности восходят к развитию квантовой механики в 1925–1927 годах, и она остается одной из наиболее распространенных. ^{[15] [16]} Там нет окончательного исторического высказывания о том, что является копенгагенской интерпретацией. Между взглядами Бора и Гейзенберга есть некоторые фундаментальные соглашения и разногласия. ^{[17] [18]}

Ханс Примас описывает девять тезисов копенгагенской интерпретации: квантовая физика применима к отдельным объектам, а не только к ансамблям объектов; их описание вероятностное; их описание - результат экспериментов, описанных в терминах классической (неквантовой) физики; «границу», отделяющую классическое от квантового, можно выбрать произвольно; акт «наблюдения» или «измерения» необратим; акт «наблюдения» или «измерения» включает воздействие на измеряемый объект и уменьшение волнового пакета; дополнительные свойства не могут наблюдаться одновременно; никакая истина не может быть приписана объекту, кроме как по результатам его измерения; и что квантовые описания объективны в том смысле, что они не зависят от умственного произвола физиков. ^[19]

Гейзенберг подчеркнул резкий «разрез» между наблюдателем (или инструментом) и наблюдаемой системой ^{[20], в} то время как Бор предложил интерпретацию, не зависящую от субъективного наблюдателя, измерения или коллапса: существует «необратимое» или фактически необратимый процесс, вызывающий распад квантовой когерентности или волнового пакета, который придает классическое поведение «наблюдения» или «измерения». ^{[21] [22] [23] [24]}

Теории квантовой информации [ править ]

Квантовые информационные подходы ^[25] пользуются все большей поддержкой. ^{[26] [10]} Они подразделяются на два вида. ^[27]

• Информационные онтологии, такие как Дж. А. Уиллер « Всё из бита ». Эти подходы были описаны как возрождение имматериализма . ^[28]
• Интерпретации, в которых считается, что квантовая механика описывает знание мира наблюдателем, а не сам мир. Этот подход имеет некоторое сходство с мышлением Бора. ^[29] Коллапс (также известный как сокращение) часто интерпретируется как получение наблюдателем информации в результате измерения, а не как объективное событие. Эти подходы были оценены как аналогичные инструментализму .

Состояние не является объективным свойством отдельной системы, а является той информацией, полученной из знания того, как система была подготовлена, которую можно использовать для прогнозирования будущих измерений. ... Квантово-механическое состояние, представляющее собой сводку информации наблюдателя об отдельной физической системе, изменяется как по динамическим законам, так и всякий раз, когда наблюдатель получает новую информацию о системе в процессе измерения. Существование двух законов эволюции вектора состояния ... становится проблематичным только в том случае, если считается, что вектор состояния является объективным свойством системы ... "Редукция волнового пакета" действительно происходит в сознании наблюдатель, а не из-за какого-то уникального физического процесса, который там происходит,но только потому, что состояние - это конструкция наблюдателя, а не объективное свойство физической системы.^[30]

Реляционная квантовая механика [ править ]

Существенная идея реляционной квантовой механики , следуя прецеденту специальной теории относительности , состоит в том, что разные наблюдатели могут по-разному описывать одну и ту же серию событий: например, для одного наблюдателя в данный момент времени система может находиться в одном , "свернутое" собственное состояние , в то время как для другого наблюдателя одновременно оно может находиться в суперпозиции двух или более состояний. Следовательно, если квантовая механика должна быть законченной теорией, реляционная квантовая механика утверждает, что понятие «состояние» описывает не саму наблюдаемую систему, а взаимосвязь или корреляцию между системой и ее наблюдателем (наблюдателями). Вектор состояния обычной квантовой механики становится описанием корреляции некоторыхстепени свободы наблюдателя по отношению к наблюдаемой системе. Однако реляционная квантовая механика считает, что это применимо ко всем физическим объектам, независимо от того, являются они сознательными или макроскопическими. Любое «событие измерения» рассматривается просто как обычное физическое взаимодействие, установление такого рода корреляции, о которой говорилось выше. Таким образом, физическое содержание теории связано не с самими объектами, а с отношениями между ними. ^{[31] [32]}

Квантовый байесовство [ править ]

Квантовый байесовский подход (также называемый QBism) - это интерпретация квантовой механики, которая рассматривает действия и переживания агента как центральные проблемы теории. Эта интерпретация отличается тем, что в ней используется субъективное байесовское объяснение вероятностей для понимания квантовомеханического правила Борна как нормативного дополнения к правильному принятию решений. QBism опирается на области квантовой информации и байесовской вероятности и направлен на устранение загадок интерпретации, которые преследуют квантовую теорию.

QBism занимается общими вопросами интерпретации квантовой теории о природе суперпозиции волновых функций , квантовых измерений и запутанности . ^{[33] [34]} Согласно QBism, многие, но не все, аспекты квантового формализма являются субъективными по своей природе. Например, в этой интерпретации квантовое состояние не является элементом реальности - вместо этого оно представляет степень уверенности агента в возможных результатах измерений. По этой причине некоторые философы науки считали QBism формой антиреализма . ^{[35] [36]}Авторы интерпретации не согласны с этой характеристикой, предлагая вместо этого, чтобы теория более точно соответствовала разновидности реализма, который они называют «реализмом соучастия», в котором реальность состоит из большего, чем может быть уловлено любым предполагаемым объяснением этого от третьего лица. ^{[37] [38]}

Множество миров [ править ]

Интерпретация многомировые является интерпретацией квантовой механики , в которой универсальный волновом подчиняются тем же детерминированное обратимые законы во все времена; в частности, отсутствует (недетерминированный и необратимый ) коллапс волновой функции, связанный с измерением. Явления, связанные с измерением, как утверждается, объясняются декогеренцией , которая происходит, когда состояния взаимодействуют с окружающей средой, создавая запутанность , многократно «разделяя» вселенную на взаимно ненаблюдаемые альтернативные истории - фактически различные вселенные в большей мультивселенной .

Согласованные истории [ править ]

Соответствуют историям интерпретация обобщает обычную интерпретацию Copenhagen и попытку обеспечить естественную интерпретацию квантовой космологии . Теория основана на критерии согласованности, который позволяет описать историю системы так, чтобы вероятности для каждой истории подчинялись аддитивным правилам классической вероятности. Утверждается, что это согласуется с уравнением Шредингера .

Согласно этой интерпретации, цель квантово-механической теории - предсказать относительные вероятности различных альтернативных историй (например, частицы).

Ансамблевая интерпретация [ править ]

Ансамбль интерпретации , называемый также статистическую интерпретацию, можно рассматривать как минималистском интерпретации. То есть он утверждает, что делает наименьшее количество предположений, связанных со стандартной математикой. Он в полной мере использует статистическую интерпретацию Борна. Интерпретация гласит, что волновая функция не применима к отдельной системе - например, к отдельной частице - но является абстрактной статистической величиной, которая применяется только к ансамблю (огромному множеству) аналогичным образом подготовленных систем или частиц. По словам Эйнштейна:

Попытка представить квантово-теоретическое описание как полное описание отдельных систем приводит к неестественным теоретическим интерпретациям, которые сразу становятся ненужными, если принять интерпретацию, согласно которой описание относится к ансамблям систем, а не к отдельным системам.

-  Эйнштейн в Альберте Эйнштейне: философ-ученый , изд. П.А. Шилпп (Harper & Row, Нью-Йорк)

Наиболее известным сторонником ансамблевой интерпретации в настоящее время является Лесли Э. Баллентин, профессор Университета Саймона Фрейзера , автор учебника « Квантовая механика, современное развитие» .

Теория де Бройля-Бома [ править ]

Теория де Бройля-Бома квантовой механики (также известный как теории пилот - волны) является теорией с Луи де Бройля и расширена позже Дэвид Bohm , чтобы включать в себя измерения. Частицы, у которых всегда есть позиции, управляются волновой функцией. Волновая функция развивается в соответствии с волновым уравнением Шредингера , и волновая функция никогда не коллапсирует. Теория имеет место в едином пространстве-времени, нелокальна и детерминирована. Одновременное определение положения и скорости частицы зависит от обычного принципа неопределенности . Эта теория считается теорией скрытых переменных., и, охватывая нелокальность, он удовлетворяет неравенству Белла. Проблема измерения решена, поскольку частицы все время имеют определенное положение. ^[39] Коллапс объясняется как феноменологический . ^[40]

Квантовый дарвинизм [ править ]

Квантовый дарвинизм - это теория, предназначенная для объяснения возникновения классического мира из квантового мира как результат процесса дарвиновского естественного отбора, вызванного взаимодействием окружающей среды с квантовой системой; где множество возможных квантовых состояний выбрано в пользу стабильного состояния указателя . Он был предложен в 2003 году Войцехом Зуреком и группой сотрудников, включая Оливье, Пулен, Паз и Блюм-Когаут. Развитие теории связано с интеграцией ряда тем исследования Зурека, проводимых в течение двадцати пяти лет, включая состояния указателя , einselection идекогеренция .

Транзакционная интерпретация [ править ]

Транзакционная интерпретация квантовой механики (ТИАЯ) от Джона Г. Крамера является интерпретацией квантовой механики , вдохновленной Wheeler-Фейнман абсорбером теории . ^[41] Он описывает коллапс волновой функции как результат симметричной во времени транзакции между волной возможности от источника к приемнику (волновая функция) и волной возможности от приемника к источнику (комплексно сопряженная волна функция). Эта интерпретация квантовой механики уникальна тем, что она рассматривает не только волновую функцию как реальную сущность, но и комплексно сопряженную волновую функцию, которая появляется в правиле Борна для вычисления ожидаемого значения для наблюдаемого, как также реального.

Стохастическая механика [ править ]

Полностью классический вывод и интерпретация волнового уравнения Шредингера по аналогии с броуновским движением были предложены профессором Принстонского университета Эдвардом Нельсоном в 1966 году. ^[42] Подобные соображения ранее были опубликованы, например, Р. Фюртом (1933), И. Феньесом ( 1952) и Walter Weizel (1953), на которые есть ссылки в статье Нельсона. Более поздняя работа по стохастической интерпретации была проделана М. Павоном. ^[43]

Объективные теории коллапса [ править ]

Теории объективного коллапса отличаются от копенгагенской интерпретации тем, что рассматривают волновую функцию и процесс коллапса как онтологически объективные (что означает, что они существуют и происходят независимо от наблюдателя). В объективных теориях коллапс происходит либо случайно («спонтанная локализация»), либо при достижении некоторого физического порога, причем наблюдатели не играют особой роли. Таким образом, теории объективного коллапса являются реалистичными, недетерминированными теориями без скрытых переменных. Стандартная квантовая механика не определяет никаких механизмов коллапса; УК необходимо расширить, если объективное коллапс верное. Требование расширения QM означает, что объективный коллапс - это больше теория, чем интерпретация. Примеры включают

• теория Ghirardi-Римини-Вебера ^[44]
• интерпретация Пенроуза . ^[45]
• детерминированный вариант объективной теории коллапса ^[46]

Сознание вызывает коллапс (интерпретация фон Неймана – Вигнера) [ править ]

В своем трактате Математические основы квантовой механики , Джон фон Нейман глубоко проанализировали так называемую проблему измерения . Он пришел к выводу, что вся физическая вселенная может быть подчинена уравнению Шредингера (универсальная волновая функция). Он также описал, как измерение может вызвать коллапс волновой функции. ^[47] Эта точка зрения была значительно расширена Юджином Вигнером , который утверждал, что человеческое сознание экспериментатора (или, возможно, даже сознание собаки) было решающим для коллапса, но позже он отказался от этой интерпретации. ^{[48] [49]}

Варианты интерпретации причин коллапса сознания включают:

Исследование субъективного сокращения

Этот принцип, согласно которому сознание вызывает коллапс, является точкой пересечения между квантовой механикой и проблемой разума / тела; и исследователи работают над обнаружением сознательных событий, связанных с физическими событиями, которые, согласно квантовой теории, должны включать коллапс волновой функции; но пока результаты неубедительны. ^{[50] [51]}

Антропный принцип участия

Основная статья: Антропный принцип

Антропный принцип участия Джона Арчибальда Уиллера гласит, что сознание играет определенную роль в создании вселенной. ^[52]

Другие физики разработали свои собственные варианты интерпретации причин коллапса сознания; включая:

• Генри П. Стэпп ( Внимательная вселенная: квантовая механика и участвующий наблюдатель )
• Брюс Розенблюм и Фред Каттнер ( Квантовая загадка: физика встречает сознание )
• Амит Госвами ( Вселенная, осознающая себя )

Квантовая логика [ править ]

Квантовая логика может рассматриваться как своего рода логика высказываний, подходящая для понимания явных аномалий, касающихся квантового измерения, в первую очередь тех, которые касаются композиции операций измерения дополнительных переменных. Эта область исследований и ее название возникли в статье 1936 года Гаррета Биркгофа и Джона фон Неймана , которые попытались примирить некоторые очевидные несоответствия классической булевой логики с фактами, связанными с измерениями и наблюдениями в квантовой механике.

Модальные интерпретации квантовой теории [ править ]

Модальные интерпретации квантовой механики были впервые предложены в 1972 году Басом ван Фраассеном в его статье «Формальный подход к философии науки». Однако теперь этот термин используется для описания более широкого набора моделей, выросших из этого подхода. Стэнфорд энциклопедия философии описывает несколько версий: ^[53]

• Копенгагенский вариант
• Кохен - ДИЭКС - Healey интерпретации
• Мотивирующие ранние модальные интерпретации, основанные на работах Р. Клифтона, М. Диксона и Дж. Буба.

Симметричные во времени теории [ править ]

Было предложено несколько теорий, которые модифицируют уравнения квантовой механики, чтобы они были симметричными относительно обращения времени. ^{[54] [55] [56] [57] [58] [59]} (См. Теорию симметрии времени Уиллера – Фейнмана ). Это создает ретропричинность : события в будущем могут влиять на события в прошлом, точно так же, как события в прошлом может повлиять на них в будущем. В этих теориях одно измерение не может полностью определить состояние системы (что делает их разновидностью теории скрытых переменных).), но учитывая два измерения, выполненных в разное время, можно вычислить точное состояние системы во все промежуточные моменты времени. Следовательно, коллапс волновой функции - это не физическое изменение системы, а просто изменение наших знаний о ней в результате второго измерения. Точно так же они объясняют запутанность не истинным физическим состоянием, а всего лишь иллюзией, созданной игнорированием ретропричинности. Точка, в которой две частицы кажутся «запутанными», - это просто точка, где на каждую частицу влияют события, которые происходят с другой частицей в будущем.

Не все сторонники симметричной во времени причинности выступают за изменение унитарной динамики стандартной квантовой механики. Таким образом , ведущий показатель в два-векторе состояния формализма, Лев Вайдман, утверждает , что два-вектор состояния формализм хорошо согласуется с Хью Эверетта «s интерпретацией многих миров . ^[60]

Ветвящиеся теории пространства-времени [ править ]

Теории BST напоминают интерпретацию множества миров; однако «главное отличие состоит в том, что интерпретация BST рассматривает ветвление истории как особенность топологии множества событий с их причинными связями ... а не следствие отдельной эволюции различных компонентов вектора состояния. . " ^[61] В MWI ветвятся волновые функции, тогда как в BST ветвится сама топология пространства-времени. BST имеет приложения к теореме Белла, квантовым вычислениям и квантовой гравитации. Он также имеет некоторое сходство с теориями скрытых переменных и ансамблевой интерпретацией: частицы в BST имеют несколько четко определенных траекторий на микроскопическом уровне. Их можно рассматривать только стохастически на крупнозернистом уровне в соответствии с интерпретацией ансамбля.^[61]

Сравнения [ править ]

Наиболее распространенные интерпретации представлены в таблице ниже. Значения, показанные в ячейках таблицы, не лишены противоречий, поскольку точные значения некоторых задействованных понятий неясны и, по сути, сами по себе являются центром разногласий вокруг данной интерпретации. Для другой таблицы, сравнивающей интерпретации квантовой теории, см. Ссылку. ^[62]

Не существует экспериментальных доказательств, позволяющих различать эти интерпретации. В этом смысле физическая теория устойчива и согласуется с собой и с реальностью; трудности возникают только тогда, когда кто-то пытается «интерпретировать» теорию. Тем не менее, разработка экспериментов, которые позволят проверить различные интерпретации, является предметом активных исследований.

У большинства этих интерпретаций есть варианты. Например, трудно получить точное определение копенгагенской интерпретации, поскольку она была разработана и аргументирована многими людьми.

Тихий подход [ править ]

Хотя интерпретационные мнения сегодня открыто и широко обсуждаются, так было не всегда. Заметным сторонником тенденции к молчанию был Поль Дирак, который однажды написал: «Интерпретацией квантовой механики занимались многие авторы, и я не хочу обсуждать ее здесь. Я хочу иметь дело с более фундаментальными вещами». ^[70] Эта позиция не редкость среди практиков квантовой механики. ^[71] Другие, такие как Нико ван Кампен и Уиллис Лэмб , открыто критиковали неортодоксальные интерпретации квантовой механики. ^{[72] [73]}

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Источники [ править ]

• Bub, J .; Клифтон Р. (1996). «Теорема единственности для интерпретации квантовой механики». Исследования по истории и философии современной физики . 27B : 181–219. DOI : 10.1016 / 1355-2198 (95) 00019-4 .
• Карнап , 1939, «Интерпретация физики», в основах логики и математики в Международной энциклопедии унифицированной науки . Издательство Чикагского университета.
• Диксон, М., 1994, "Хвосты волновых функций в модальной интерпретации" в Халле, Д., Форбсе, М., и Буриане, Р., ред., Proceedings of the PSA 1 "366–76. Ист-Лансинг, Мичиган: Философия науки ассоциации.
• --------, и Клифтон, Р., 1998, «Лоренц-инвариантность в модальных интерпретациях» в Дикс, Д. и Вермаас, П., ред., Модальная интерпретация квантовой механики . Дордрехт: Kluwer Academic Publishers: 9–48.
• Фукс, Кристофер, 2002, «Квантовая механика как квантовая информация (и только немного больше)». arXiv : Quant-ph / 0205039
• -------- и А. Перес, 2000, «Квантовая теория не нуждается в« интерпретации »», Physics Today .
• Герберт, Н., 1985. Квантовая реальность: за пределами новой физики . Нью-Йорк: Doubleday. ISBN 0-385-23569-0 . 
• Эй, Энтони и Уолтерс, П., 2003. Новая квантовая Вселенная , 2-е изд. Cambridge Univ. Нажмите. ISBN 0-521-56457-3 . 
• Джекив, Роман ; Клеппнер, Д. (2000). «Сто лет квантовой физики». Наука . 289 (5481): 893–898. arXiv : квант-ph / 0008092 . Bibcode : 2000quant.ph..8092K . DOI : 10.1126 / science.289.5481.893 . PMID  17839156 . S2CID  6604344 .
• Макс Джаммер , 1966. Концептуальное развитие квантовой механики . Макгроу-Хилл.
• --------, 1974. Философия квантовой механики . Wiley & Sons.
• Аль-Халили, 2003. Quantum: Руководство для недоумевших . Лондон: Вайденфельд и Николсон.
• де Муйнк, WM, 2002. Основы квантовой механики, эмпирический подход . Дордрехт: Kluwer Academic Publishers. ISBN 1-4020-0932-1 . 
• Роланд Омнес , 1999. Понимание квантовой механики . Princeton Univ. Нажмите.
• Карл Поппер , 1963. Предположения и опровержения . Лондон: Рутледж и Кеган Пол. В главе «Три взгляда на человеческое знание», помимо прочего, рассматривается инструментализм в физических науках.
• Ганс Райхенбах , 1944. Философские основы квантовой механики . Univ. Калифорнийской прессы.
• Тегмарк, Макс ; Уилер, Дж. А. (2001). «100 лет квантовых загадок». Scientific American . 284 (2): 68–75. Bibcode : 2001SciAm.284b..68T . DOI : 10.1038 / Scientificamerican0201-68 . S2CID  119375538 .
• Бас ван Фраассен , 1972, «Формальный подход к философии науки», в R. Colodny, ed., Paradigms and Paradoxes: The Philosophical Challenge of the Quantum Domain . Univ. издательства Pittsburgh Press: 303–66.
• Джон А. Уиллер и Войцех Хуберт Зурек (редакторы), Квантовая теория и измерения , Принстон: Princeton University Press, ISBN 0-691-08316-9 , LoC QC174.125.Q38 1983. 

Дальнейшее чтение [ править ]

Практически все авторы ниже - профессиональные физики.

• Дэвид З. Альберт , 1992. Квантовая механика и опыт . Harvard Univ. Нажмите. ISBN 0-674-74112-9 . 
• Джон С. Белл , 1987. Говоримое и непроизносимое в квантовой механике . Cambridge Univ. Пресса, ISBN 0-521-36869-3 . Издание 2004 г. ( ISBN 0-521-52338-9 ) включает две дополнительные статьи и введение Алена Аспекта .  
• Дмитрий Иванович Блохинцев, 1968. Философия квантовой механики . Издательство Д. Рейдел. ISBN 90-277-0105-9 . 
• Дэвид Бом , 1980. Целостность и подразумеваемый порядок . Лондон: Рутледж. ISBN 0-7100-0971-2 . 
• Адан Кабельо (15 ноября 2004 г.). «Библиографический справочник по основам квантовой механики и квантовой информации». arXiv : квант-ph / 0012089 .
• Дэвид Дойч , 1997. Ткань реальности . Лондон: Аллен Лейн. ISBN 0-14-027541-X ; ISBN 0-7139-9061-9 . Решительно выступает против инструментализма. Для обычных читателей.  
• Ф.Дж. Дуарте (2014). Квантовая оптика для инженеров . Нью-Йорк: CRC. ISBN 978-1439888537.Предоставляет прагматический взгляд на интерпретации. Для обычных читателей.
• Бернар д'Эспанья , 1976. Концептуальные основы квантовой механики , 2-е изд. Эддисон Уэсли. ISBN 0-8133-4087-X . 
• Бернар д'Эспанья , 1983. В поисках реальности . Springer. ISBN 0-387-11399-1 . 
• Бернар д'Эспанья , 2003. Скрытая реальность: анализ концепций квантовой механики . Westview Press.
• Бернар д'Эспанья , 2006. О физике и философии . Princeton Univ. Нажмите.
• Артур Файн , 1986. Шаткая игра: реализм Эйнштейна и квантовая теория. Наука и ее концептуальные основы . Univ. Чикаго Пресс. ISBN 0-226-24948-4 . 
• Гирарди, Джанкарло, 2004. Взгляд на карты Бога . Princeton Univ. Нажмите.
• Грегг Джегер (2009) Запутанность, информация и интерпретация квантовой механики . Springer. ISBN 978-3-540-92127-1 . 
• Н. Дэвид Мермин (1990) Буджум полностью. Cambridge Univ. Нажмите. ISBN 0-521-38880-5 . 
• Роланд Омнес , 1994. Интерпретация квантовой механики . Princeton Univ. Нажмите. ISBN 0-691-03669-1 . 
• Роланд Омнес , 1999. Понимание квантовой механики . Princeton Univ. Нажмите.
• Роланд Омнес , 1999. Квантовая философия : понимание и интерпретация современной науки . Princeton Univ. Нажмите.
• Роджер Пенроуз , 1989. Новый разум императора . Oxford Univ. Нажмите. ISBN 0-19-851973-7 . Особенно гл. 6. 
• Роджер Пенроуз , 1994. Тени разума . Oxford Univ. Нажмите. ISBN 0-19-853978-9 . 
• Роджер Пенроуз , 2004. Дорога к реальности . Нью-Йорк: Альфред А. Кнопф. Утверждает, что квантовая теория неполна.
• Ли Филлипс, 2017. Краткая история квантовых альтернатив . Ars Technica.
• Styer, Daniel F .; Балкин, Миранда С .; Беккер, Кэтрин М .; Бернс, Мэтью Р .; Дадли, Кристофер Э .; Forth, Scott T .; Gaumer, Jeremy S .; Kramer, Mark A .; и другие. (Март 2002 г.). «Девять формулировок квантовой механики» (PDF) . Американский журнал физики . 70 (3): 288–297. Bibcode : 2002AmJPh..70..288S . DOI : 10.1119 / 1.1445404 .

Внешние ссылки [ править ]

В Викицитаторе есть цитаты, связанные с: Интерпретациями квантовой механики.

В Викиверситете есть учебные ресурсы о понимании квантовой механики

• Стэнфордская энциклопедия философии :
  • « Бомовская механика » Шелдона Гольдштейна.
  • " Теории коллапса " Джанкарло Гирарди.
  • « Копенгагенская интерпретация квантовой механики » Ян Фэй .
  • « Формулировка относительного состояния квантовой механики Эверетта » Джеффри Барретта.
  • « Многие-интерпретация квантовой механики » по Льву Вайдман .
  • « Модальная интерпретация квантовой механики » Майкла Диксона и Денниса Дикса .
  • « Философские вопросы квантовой теории » Уэйна Мирволда.
  • « Квантово-байесовские и прагматические взгляды на квантовую теорию » Ричарда Хили.
  • « Квантовая запутанность и информация » Джеффри Буба .
  • « Квантовая механика » Дженанна Исмаила.
  • « Квантовая логика и теория вероятностей » Александра Вильса.
  • « Реляционная квантовая механика » Федерико Лаудиса и Карло Ровелли .
  • « Роль декогеренции в квантовой механике » Гвидо Баччагалуппи.
• Интернет-энциклопедия философии :
  • " Интерпретации квантовой механики " Питера Дж. Льюиса.
  • Кристина Конрой " Эвереттовские интерпретации квантовой механики ".