Top 10 interpretări ale mecanicii cuantice ale lui Tom

Zeci de interpretări ale mecanicii cuantice au fost dezvoltate de-a lungul anilor. Majoritatea dintre ele încearcă să abordeze ceea ce se întâmplă atunci când se face o observație sau o măsurătoare pe un sistem cuantic. Formula matematică cunoscută sub numele de funcție de undă (sau vector de stare) care descrie starea unui sistem este resetată atunci când se efectuează o măsurătoare, iar posibilitățile multiple pe care le descrie matematica par să „se prăbușească” într-un singur rezultat tangibil. O „interpretare” cuantică încearcă să explice de ce se întâmplă acest colaps – sau dacă se întâmplă deloc. Și unele interpretări se preocupă dacă funcția de undă în sine este reală fizic sau pur și simplu ceva matematic.

Atenție: Rezumatele de mai jos nu reflectă toate subtilitățile diferitelor interpretări, care au fost adesea modificate de-a lungul timpului de susținători sau chiar de autorii originali. Eu transmit doar o parte din aromă. După cum scrie cosmologul Max Tegmark în noua sa carte Universul nostru matematic: „Nu există nici măcar un consens asupra cărora ar trebui să fie numite interpretări.” (Notă pentru susținătorii diferitelor opinii: nu vă îngrijorați de ordinea în care sunt enumerate. Există o oarecare aleatorie cuantică aici. Și nu este BCS, până la urmă – deși un fel de competiție de playoff de campionat pentru interpretări cuantice ar putea fi distractivă .)

10. Bohmian Mechanics (David Bohm)

Nu prea îmi place acesta, dar are mulți fani și merită menționat. Dezvoltată în anii 1950 de Bohm, pe baza vederilor anterioare ale lui Louis de Broglie, mecanica bohmească descrie particulele care zboară în jur ca fiind ghidate de „valuri pilot”. Aceste valuri le spun particulelor unde să meargă. Se presupune că această abordare întoarce fizica la determinism, evitând probabilitățile pe care Einstein le-a condamnat spunând „Dumnezeu nu joacă zaruri”. Deoarece experimentele au exclus „variabilele ascunse” pentru impunerea determinismului, mecanica bohmică necesită o formă de acțiune la distanță (sau „nonlocalitate”). Nici lui Einstein nu i-a plăcut asta. De asemenea, este greu de văzut cum ar prezice mecanica bohmică orice diferență experimentală față de predicțiile mecanicii cuantice standard. Cu puțin timp înainte de a muri, Einstein a spus că nu a fost impresionat de interpretarea bohmeană. „Acea modalitate mi se pare prea ieftină”, a scris Einstein într-o scrisoare către fizicianul Max Born.

9. Interpretarea evoluției stocastice (multe versiuni)

Poate că aceasta nu este strict o interpretare a mecanicii cuantice în sine, pentru că schimbă matematica. În mecanica cuantică obișnuită, funcția de undă (sau vectorul de stare) „evoluează”, schimbându-se în timp într-un mod perfect previzibil. Cu alte cuvinte, șansele de rezultate diferite se pot schimba și puteți prezice exact cum se vor schimba, până în momentul în care se face o măsurătoare. Dar mai mulți fizicieni au sugerat de-a lungul anilor că evoluția în sine se poate schimba într-un mod aleatoriu (sau stocastic), făcând-o să se prăbușească de la sine. Probabil că acest proces de colaps ar avea loc foarte rapid pentru obiectele mari (macroscopice) și lent pentru particulele subatomice. Laureatul Nobel Steven Weinberg a examinat recent această abordare într-o lucrare disponibilă pe arXiv.org.

8. Bayesianism cuantic (Christopher Fuchs, Carlton Caves, Rüdiger Schack)

Acesta, uneori numit „QBism”, adoptă idei dintr-o anumită școală de statistici bayesiene care susțin că probabilitățile reflectă o credință personală în modul de a paria pe posibile rezultate. În consecință, în această viziune, funcția de undă este „personală”, o măsură a cunoștințelor unui individ despre starea unui sistem care poate fi folosită pentru a prezice viitorul acestuia. Am scris despre asta mai detaliat aici.

7. Interpretarea multor lumi (Hugh Everett III)

Ignorată ani de zile după apariția sa în 1957, interpretarea multor lumi a câștigat popularitate în ultimele decenii. Denumită uneori interpretarea „multe universuri”, postulează că de fiecare dată când se face o măsurătoare, toate rezultatele posibile apar de fapt în diferite ramuri ale realității, creând o multitudine de universuri paralele. De fapt, Everett s-a gândit la asta mai degrabă ca un observator care se împarte în diferite clone care urmăresc diferitele rezultate posibile ale măsurătorilor. În orice caz, e ciudat.

6. Interpretarea cosmologică (Anthony Aguirre și Max Tegmark)

Una relativ nouă. Lucrarea originală care o descrie a fost postată online în 2010. Practic, Aguirre și Tegmark susțin că interpretarea multor lumi este trivial adevărată dacă universul este infinit, deoarece ar exista un număr infinit de universuri paralele în care toate rezultatele permise de mecanica cuantică. de fapt apar. Aguirre și Tegmark calculează că rezultatele ar avea loc doar în proporțiile prezise de probabilitățile calculate din matematica cuantică. Deci, din această perspectivă, scriu ei, „funcția de undă descrie colecția spațială reală a sistemelor cuantice identice, iar incertitudinea cuantică este atribuită incapacității observatorului de a se auto-localiza în această colecție”.

5. Interpretare de la Copenhaga (Niels Bohr)

Sunt destul de mare pentru a-mi aminti când puțini fizicieni au contestat interpretarea de la Copenhaga, așa cum a fost articulată de Bohr la sfârșitul anilor 1920, în primele zile ale mecanicii cuantice (și înfrumusețată mai târziu de Werner Heisenberg). Bohr credea că măsurătorile produceau rezultate care puteau fi descrise doar în limbajul obișnuit al fizicii clasice, așa că nu avea sens să ne întrebăm ce se întâmplă într-un tărâm „cuantic” invizibil. A trebuit să specificați un aranjament experimental pentru a pune o întrebare despre natură, iar întrebarea pe care ați pus-o a jucat un rol în răspunsul primit. Această viziune a încorporat principiul incertitudinii Heisenberg ca o declarație nu despre limitele măsurării, ci despre natura realității – pozițiile și vitezele simultane pur și simplu nu există pentru particulele fundamentale înainte de a se face o măsurătoare. Măsurătorile selectează dintre numeroasele posibilități (sau realități potențiale, în limbajul lui Heisenberg). Bohr a explicat presupusele paradoxuri, cum ar fi particulele care se comportă ca unde și undele care se comportă ca particule, ca aspecte care se exclud reciproc, dar „complementare” ale naturii.

4. Istorii consistente (Robert Griffiths)

Propusă pentru prima dată de Griffiths în 1984, interpretarea consecventă a istoriei tratează fizica clasică ca o simplă aproximare a mecanicii cuantice, iar matematica cuantică poate fi folosită pentru a calcula probabilitățile pentru fenomene la scară largă, precum și pentru fenomenele subatomice. Probabilitățile nu se referă la rezultatele măsurătorilor, ci la stările fizice din cadrul unui sistem. Griffiths subliniază „incompatibilitatea” multiplelor realități posibile din fizica cuantică. Poți alege să faci poze unui munte din diferite părți, subliniază el, dar fotografiile ar putea fi combinate pentru a face o poză complet conformă cu realitatea muntelui. În fizica cuantică, totuși, puteți alege ce proprietate să măsurați (să zicem viteza unei particule sau poziția ei), dar nu puteți combina două măsurători pentru a oferi o imagine consecventă a realității premăsurătoare a particulei. Nu există o poziție și un impuls simultan real înainte de a efectua măsurarea. În mod similar, nu există o stare fizică reală în care pisica lui Schrodinger este simultan vie și moartă. Faptul că o funcție de undă poate descrie o astfel de stare înseamnă doar că funcția de undă este pur și simplu o construcție matematică pentru calcularea probabilităților secvențelor de evenimente sau istorii. În viața reală, acele secvențe de evenimente vor spune o poveste consistentă.

3. Darwinism cuantic (Wojciech Zurek)

Similar în unele privințe cu istoriile consistente, darwinismul cuantic al lui Zurek subliniază rolul decoerenței. Acesta este procesul prin care mai multe realități cuantice posibile sunt eliminate atunci când un sistem interacționează cu mediul său. Pe măsură ce moleculele de aer sau fotonii sară de pe un obiect, traiectoriile lor înregistrează poziția obiectului; foarte rapid o singură poziţie rămâne în concordanţă cu informaţiile înregistrate în mediu. Astfel, interacțiunile naturale produc un fel de „selecție naturală” a proprietăților care sunt înregistrate în mediu în mai multe copii accesibile observatorilor. În acest fel, observatorii pot conveni asupra unor locații specifice pentru obiectele macroscopice în loc de locații multiple simultan.

2. Istorii decoerente (Murray Gell-Mann și James Hartle)

O variație a istoriilor consistente ale lui Griffiths, interpretarea lui Gell-Mann și Hartle (propusă în 1989) subliniază decoerența, la fel ca și darwinismul cuantic al lui Zurek. Dar Gell-Mann și Hartle susțin că întregul univers poate fi considerat un sistem cuantic fără mediu extern. Deci, decoerența are loc intern, producând ceea ce ei numesc „domenii cvasiclasice” – seturi de istorii consistente care nu pot fi distinse la nivelul granulării grosiere impuse de decoerență. Am discutat mai detaliat aici.

1. Interpretarea mea (Eu)

Nu este disponibil un rezumat. Încă lucrez la asta. (Ar fi de ajutor dacă vreun editor ar dori să ofere un contract de carte profitabil.) Cred că o voi numi interpretarea hermeneutică a mecanicii cuantice. Poate voi concluziona că mai degrabă decât interpretarea mecanicii cuantice în sine, interpretările mecanicii cuantice trebuie interpretate.

Urmărește-mă pe Twitter: @tom_siegfried