Kvanttimekaniikan tulkintoja - Interpretations of quantum mechanics

Osa artikkeleita aiheesta
Kvanttimekaniikka
Schrödingerin yhtälö
Tausta
Perusteet
Kokeet
Formulaatiot
Yhtälöt
Tulkintoja
Edistyneet aiheet
Tiedemiehet

Tulkinta Kvanttimekaniikan on yritys selittää, miten matemaattisen teorian kvanttimekaniikka "vastaa" ja todellisuutta . Vaikka kvanttimekaniikka on kestänyt tiukkoja ja erittäin täsmällisiä testejä poikkeuksellisen laajalla kokeiden valikoimalla (yhtäkään kvanttimekaniikan ennustusta ei ole havaittu ristiriidassa kokeiden kanssa), niiden tulkinnasta on olemassa useita kiistanalaisia ​​ajatuskouluja. Nämä näkemykset tulkinnasta eroavat sellaisista perustavanlaatuisista kysymyksistä, kuten onko kvanttimekaniikka deterministinen vai stokastinen , mitä kvanttimekaniikan elementtejä voidaan pitää todellisina ja mikä on mittauksen luonne .

Lähes vuosisadan keskustelusta ja kokeilusta huolimatta fyysikot ja fysiikan filosofit eivät ole päässeet yksimielisyyteen siitä, mikä tulkinta parhaiten "edustaa" todellisuutta.

Historia

Vaikuttavia lukuja kvanttimekaniikan tulkinnassa
Schrödinger
Syntynyt
Bohr

Kvanttiteoreetikkojen termien, kuten aaltofunktion ja matriisimekaniikan , määrittely eteni monissa vaiheissa. Esimerkiksi Erwin Schrödinger katsoi alun perin elektronin aaltofunktiota sen varaustiheydeksi, joka oli levitetty avaruuteen, mutta Max Born tulkitsi uudelleen aaltofunktion absoluuttisen neliöarvon elektronin todennäköisyystiheydeksi jakautuneena avaruuteen.

Useiden varhaisten kvanttimekaniikan edelläkävijöiden, kuten Niels Bohrin ja Werner Heisenbergin , näkemykset ryhmitellään usein " Kööpenhaminan tulkintaksi ", vaikka fyysikot ja fysiikan historioitsijat ovat väittäneet, että tämä terminologia peittää eroja näin määriteltyjen näkemysten välillä. Kööpenhamina-tyyppinen ideoita ei koskaan yleisesti omaksunut, ja haasteita on koettu Kööpenhamina orthodoxy saaneet yhä enemmän huomiota 1950-luvulla kanssa pilotti-aallon tulkinta on David Bohm ja monimaailmatulkinta of Hugh Everett .

Fyysikko N. David Mermin sanoi kerran: "Uusia tulkintoja ilmestyy joka vuosi. Kukaan ei koskaan katoa." Karkeana oppaana valtavirtakuvan kehittämiselle 1990- ja 2000 -luvuilla Schlosshauer et al. "Quantum Physics and the Nature of Reality" -konferenssissa heinäkuussa 2011. Kirjoittajat viittaavat Max Tegmarkin samoin epäviralliseen kyselyyn "Fundamental Problems in Quantum Theory" -konferenssissa elokuussa 1997. Kirjoittajien päätelmä on, että " Kööpenhaminan tulkinta hallitsee edelleen", ja se sai eniten ääniä kyselyssään (42%) monen maailman tulkintojen valtavirtaistamisen lisäksi : "Kööpenhaminan tulkinta vallitsee edelleen täällä, etenkin jos yhdistämme sen älylliset jälkeläiset, kuten tietoon perustuvat tulkinnat ja Quantum Bayesin tulkinta. Tegmarkin kyselyssä Everettin tulkinta sai 17% äänistä, mikä on sama kuin äänestyksemme äänimäärä (18%). "

Jotkut tulkintatutkimuksista peräisin olevat käsitteet ovat löytäneet enemmän käytännön sovelluksia kvanttitiede .

Luonto

Kaikilla kvanttimekaniikan tulkinnoilla on enemmän tai vähemmän kaksi ominaisuutta:

  1. He tulkitsevat muodollisuutta - joukkoa yhtälöitä ja periaatteita ennusteiden luomiseksi alkuehtojen syöttämisen kautta
  2. He tulkitsevat fenomenologiaa - joukon havaintoja, mukaan lukien empiirisen tutkimuksen tulokset ja epäviralliset havainnot, kuten ihmisten kokemus yksiselitteisestä maailmasta

Kaksi ominaisuutta vaihtelee tulkintojen välillä:

  1. Ontologian -claims mitä asioita, kuten luokkia ja yhteisöt, esiintyy maailmassa
  2. Epistemologia - väittää mahdollisuudesta, laajuudesta ja keinoista saada asiaankuuluvaa tietoa maailmasta

Vuonna tieteenfilosofia , ero tiedon vs. todellisuus kutsutaan episteemiset vs. ontic . Yleinen laki on tulosten säännöllisyys (episteeminen), kun taas syy -mekanismi voi säätää tuloksia (ontinen). Ilmiö voi vastaanottaa tulkinta joko ontic tai episteemisen. Esimerkiksi indeterminismi voidaan katsoa johtuvan ihmisten havainnoinnin ja havaitsemisen rajoituksista (episteeminen), tai se voidaan selittää todellisena olemassaolona, ​​joka on ehkä koodattu universumiin (ontinen). Hämmentää epistemia ontisen kanssa, jos esimerkiksi oletetaan, että yleinen laki tosiasiallisesti "hallitsee" tuloksia - ja että säännöllisyyden lausunnolla on syy -mekanismi - on luokan virhe .

Laajassa merkityksessä tieteellisen teorian voidaan katsoa tarjoavan tieteellistä realismia - suunnilleen todellinen kuvaus tai selitys luonnon maailmasta - tai se voidaan havaita antirealismin avulla. Realistinen asenne etsii epistemiaa ja ontista, kun taas antirealistinen asenne etsii episteemistä mutta ei ontista. 1900 -luvun ensimmäisellä puoliskolla antirealismi oli pääasiassa loogista positivismia , jonka tarkoituksena oli sulkea pois todellisuuden havaitsemattomat näkökohdat tieteellisestä teoriasta.

1950 -luvulta lähtien antirealismi on vaatimattomampaa, yleensä instrumentalismi , joka sallii puhua havaitsemattomista näkökohdista, mutta lopulta hylkää realismin kysymyksen ja esittää tieteellisen teorian välineenä, joka auttaa ihmisiä tekemään ennusteita eikä saavuttamaan metafyysistä ymmärrystä maailmasta. Instrumentalisti -näkemystä kantaa David Merminin kuuluisa lainaus "Ole hiljaa ja laske", joka on usein väärin Richard Feynmanille .

Muut lähestymistavat käsitteellisten ongelmien ratkaisemiseksi tuovat uutta matemaattista muodollisuutta ja ehdottavat siten vaihtoehtoisia teorioita tulkinnoillaan. Eräs esimerkki on Bohmian mekaniikka , jonka empiirinen vastaavuus kolme standardia formalisms- Schrödingerin n aalto mekaniikka , Heisenberg n matriisi mekaniikka , ja Feynmanin n polku kiinteä formalismia -Onko ole osoitettu.

Tulkitsevat haasteet

  1. Abstrakti, matemaattisen luonteen kvanttikenttäteorian : Tällä matemaattinen rakenne kvanttimekaniikka on abstraktia ilman selkeää tulkintaa sen määriä.
  2. Ilmeisesti määrittelemättömien ja peruuttamattomien prosessien olemassaolo: klassisessa kenttäteoriassa fyysinen ominaisuus tietyssä kentässä on helposti johdettavissa. Useimmissa kvanttimekaniikan matemaattisissa formulaatioissa mittaamiselle annetaan erityinen rooli teoriassa, koska se on ainoa prosessi, joka voi aiheuttaa tilan epäunitaarisen, peruuttamattoman kehityksen.
  3. Tarkkailijan rooli tulosten määrittämisessä: Kööpenhaminan tyyppiset tulkinnat viittaavat siihen, että aaltofunktio on laskentatyökalu ja edustaa todellisuutta vasta heti mittauksen jälkeen, ehkä havaitsijan suorittaman; Everettiläiset tulkinnat myöntävät, että kaikki mahdollisuudet voivat olla todellisia ja että mittaustyyppisten vuorovaikutusten prosessi aiheuttaa tehokkaan haarautumisprosessin.
  4. Klassisesti odottamattomat korrelaatiot etäobjektien välillä: sotkeutuneet kvanttijärjestelmät , kuten EPR -paradoksi havainnollistaa , noudattavat tilastoja, jotka näyttävät rikkovan paikallisen syy -yhteyden periaatteita .
  5. Tarjottujen kuvausten täydentävyys : täydentävyys katsoo, että mikään klassisten fysikaalisten käsitteiden joukko ei voi samanaikaisesti viitata kaikkiin kvanttijärjestelmän ominaisuuksiin. Esimerkiksi aallonkuvaus A ja hiukkaskuvaus B voivat kumpikin kuvata kvanttijärjestelmää S , mutta eivät samanaikaisesti. Tämä tarkoittaa sitä, että S: n fysikaalisten ominaisuuksien koostumus ei noudata klassisen ehdotuslogiikan sääntöjä käytettäessä lauseyhteyksiä (katso " Kvanttilogiikka "). Kuten kontekstuaalisuus, "täydentävyyden alkuperä on kvanttiobjekteja kuvaavien operaattoreiden kommutatiivisuudessa " (Omnès 1999).
  6. Nopeasti kasvava monimutkaisuus, joka ylittää huomattavasti ihmisten nykyisen laskentakapasiteetin järjestelmän koon kasvaessa: koska kvanttijärjestelmän tilatila on eksponentiaalinen osajärjestelmien lukumäärässä, on vaikea johtaa klassisia arvioita.
  7. Järjestelmien kontekstuaalinen käyttäytyminen paikallisesti: Kvanttikontekstualiteetti osoittaa, että klassiset intuitiot, joissa järjestelmän ominaisuuksilla on tiettyjä arvoja riippumatta niiden mittausmenetelmästä, epäonnistuvat myös paikallisissa järjestelmissä. Myös fyysiset periaatteet, kuten Leibnizin havaitsemattomien identiteetin periaate, eivät enää päde kvanttialalla, mikä osoittaa, että useimmat klassiset intuitiot voivat olla väärässä kvanttimaailmassa.

Vaikuttavia tulkintoja

Kööpenhaminan tulkinta

Pääartikkeli: Kööpenhaminan tulkinta

Kööpenhaminan tulkinta on kokoelma näkemyksiä merkitys kvanttimekaniikan pääasiassa johtuvan Niels Bohr ja Werner Heisenberg . Se on yksi vanhimmista asenteista kvanttimekaniikkaan, koska sen piirteet ovat peräisin kvanttimekaniikan kehityksestä vuosina 1925–1927, ja se on edelleen yksi yleisimmin opetetuista. Ei ole lopullista historiallinen kuvaus siitä, mitä on Kööpenhaminan tulkinta, ja oli erityisesti perustavanlaatuisia erimielisyyksiä näkemykset Bohr ja Heisenberg. Esimerkiksi Heisenberg korosti jyrkkää "leikkausta" tarkkailijan (tai instrumentin) ja havaittavan järjestelmän välillä, kun taas Bohr tarjosi tulkinnan, joka on riippumaton subjektiivisesta tarkkailijasta tai mittauksesta tai romahtamisesta ja joka perustuu "peruuttamattomaan" tai tehokkaasti peruuttamaton prosessi, joka antaa "havainnoinnin" tai "mittaamisen" klassisen käyttäytymisen.

Kööpenhaminan tyyppisille tulkinnoille yhteisiä piirteitä ovat ajatus siitä, että kvanttimekaniikka on luontaisesti määrittelemätön, ja todennäköisyydet lasketaan Bornin säännön avulla , ja täydentävyyden periaate , jonka mukaan esineillä on tiettyjä toisiaan täydentäviä ominaisuuksia, joita ei voida havaita tai mitata samanaikaisesti. Lisäksi esineen "tarkkailu" tai "mittaaminen" on peruuttamaton, mitään totuutta ei voida laskea esineeseen muuten kuin sen mittaustulosten mukaan . Kööpenhaminan tyyppisten tulkintojen mukaan kvanttikuvaukset ovat objektiivisia, koska ne ovat riippumattomia fyysikoiden henkisestä mielivallasta. Max Bornin aiheuttama aaltotoimintojen tilastollinen tulkinta eroaa jyrkästi Schrödingerin alkuperäisestä tarkoituksesta, jonka tarkoituksena oli saada teoria, jolla on jatkuva aikakehitys ja jossa aaltotoiminnot kuvaavat suoraan fyysistä todellisuutta.

Monet maailmat

Pääartikkeli: Monen maailman tulkinta

Monimaailmatulkinta on tulkinta kvanttimekaniikan jossa universaali aaltofunktio noudattaa samaa deterministinen, palautuva lait kaikkina aikoina; erityisesti mittaukseen ei liity (epämääräistä ja peruuttamatonta ) aaltofunktion romahdusta . Mittaukseen liittyvien ilmiöiden väitetään selittyvän dekoherenssilla , joka ilmenee, kun tilat ovat vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa. Tarkemmin sanottuna tarkkailijoita kuvaavat aaltofunktion osat sotkeutuvat yhä enemmän aaltofunktion osiin, jotka kuvaavat kokeitaan. Vaikka kaikki mahdolliset kokeilutulokset ovat edelleen aaltofunktion tukena, ajat, jolloin ne korreloivat tarkkailijoiden kanssa, "jakavat" maailmankaikkeuden tehokkaasti keskenään havaitsemattomiin vaihtoehtoisiin historioihin.

Kvanttitietoteoriat

Kvanttitietoiset lähestymistavat ovat saaneet kasvavaa tukea. Ne jakautuvat kahteen tyyppiin.

  • Tiedot ontologioista, kuten JA Wheelerin " it from bit ". Näitä lähestymistapoja on kuvattu immaterialismin herätyksenä .
  • Tulkintoja, joissa kvanttimekaniikan sanotaan kuvaavan tarkkailijan tietoa maailmasta, ei itse maailmaa. Tällä lähestymistavalla on jonkin verran samankaltaisuutta Bohrin ajattelun kanssa. Kutistumista (tunnetaan myös nimellä pienennys) tulkitaan usein siten, että tarkkailija saa tietoa mittauksesta eikä objektiivisena tapahtumana. Näiden lähestymistapojen on arvioitu olevan samankaltaisia ​​kuin instrumentalismi . James Hartle kirjoittaa,

Tila ei ole yksittäisen järjestelmän objektiivinen ominaisuus, vaan se on tieto, joka saadaan tietämyksellä järjestelmän valmistelusta ja jota voidaan käyttää ennustamaan tulevia mittauksia. ... Kvanttimekaaninen tila, joka on yhteenveto tarkkailijan tiedoista yksittäisestä fyysisestä järjestelmästä, muuttuu sekä dynaamisten lakien mukaan että aina, kun tarkkailija saa uutta tietoa järjestelmästä mittausprosessin kautta. Kahden lain olemassaolo tilavektorin kehitystä varten ... tulee ongelmalliseksi vain, jos uskotaan, että tilavektori on järjestelmän objektiivinen ominaisuus ... "Aaltopaketin pienentäminen" tapahtuu todellakin tietoisuudessa tarkkailija, ei minkään ainutlaatuisen fyysisen prosessin takia, joka siellä tapahtuu, vaan vain siksi, että tila on tarkkailijan rakenne eikä fyysisen järjestelmän objektiivinen ominaisuus.

Suhteellinen kvanttimekaniikka

Pääartikkeli: Suhteellinen kvanttimekaniikka

Suhteellisen kvanttimekaniikan perusidea erityisrelatiivisuuden ennakkotapauksen mukaan on, että eri tarkkailijat voivat antaa erilaisia ​​kertomuksia samasta tapahtumasarjasta: esimerkiksi yhdelle tarkkailijalle tiettynä ajankohtana järjestelmä voi olla yhdessä , "romahtanut" ominaistila , kun taas toiselle tarkkailijalle samaan aikaan se voi olla kahden tai useamman tilan päällekkäin. Näin ollen, jos kvanttimekaniikan on tarkoitus olla täydellinen teoria, suhteellinen kvanttimekaniikka väittää, että "tilan" käsite ei kuvaa itse havaittua järjestelmää, vaan järjestelmän tai sen tarkkailijan / tarkkailijoiden välistä suhdetta tai korrelaatiota. Tilavektori tavanomaisen kvanttimekaniikan tulee kuvaus korrelaatio joidenkin vapausasteita havaitsijan, suhteessa havaittuun järjestelmään. Suhteellinen kvanttimekaniikka kuitenkin katsoo, että tämä koskee kaikkia fyysisiä esineitä, olivatpa ne tietoisia tai makroskooppisia. Mikä tahansa "mittaustapahtuma" nähdään yksinkertaisesti tavallisena fyysisenä vuorovaikutuksena, edellä kuvatun korrelaation perustana. Näin ollen teorian fyysinen sisältö ei liity itse esineisiin, vaan niiden välisiin suhteisiin.

QBism

Pääartikkeli: Quantum Bayesianism

QBism , joka alun perin tarkoitti "kvantti -Bayesianismia ", on kvanttimekaniikan tulkinta, joka pitää agentin toimia ja kokemuksia teorian keskeisinä huolenaiheina. Tämä tulkinta on ominaista sen käyttämällä subjektiivisen Bayes huomioon todennäköisyydet ymmärtää kvanttimekaniikan Born sääntö kuin normatiivinen lisäksi hyvää päätöksentekoa. QBism perustuu kvanttitiedon ja Bayesin todennäköisyyden kenttiin ja pyrkii poistamaan kvanttiteoriaa tulkitsevat tulkintaongelmat.

QBism käsittelee yleisiä kysymyksiä kvanttiteorian tulkinnassa aaltofunktion superpositio , kvanttimittaus ja sotkeutuminen . QBismin mukaan monet, mutta eivät kaikki, kvanttiformaalismin näkökohdat ovat luonteeltaan subjektiivisia. Esimerkiksi tässä tulkinnassa kvanttitila ei ole osa todellisuutta - se edustaa sen asteen uskoa, joka agentilla on mittausten mahdollisista tuloksista. Tästä syystä jotkut tieteen filosofit ovat katsoneet QBism eräänlaista antirealismi . Tulkinnan alullepanijat ovat eri mieltä tästä luonnehdinnasta ja ehdottavat sen sijaan, että teoria sopisi paremmin yhteen eräänlaisen realismin kanssa, jota he kutsuvat "osallistuvaksi realismiksi", jossa todellisuus koostuu enemmän kuin mitä tahansa oletettu kolmannen persoonan kertomus siitä voi käsittää.

Johdonmukaiset historiat

Pääartikkeli: Johdonmukaiset historiat

Johdonmukainen historia tulkinta yleistää tavanomainen Kööpenhaminan tulkinta ja yrittää saada aikaan luonnollinen tulkinta kvanttikosmologia . Teoria perustuu johdonmukaisuuskriteeriin, joka mahdollistaa järjestelmän historian kuvaamisen siten, että kunkin historian todennäköisyydet noudattavat klassisen todennäköisyyden lisäsääntöjä. Väitetään olevan yhdenmukainen kanssa Schrödingerin yhtälö .

Tämän tulkinnan mukaan kvanttimekaanisen teorian tarkoituksena on ennustaa eri vaihtoehtoisten historioiden (esimerkiksi hiukkasen) suhteelliset todennäköisyydet.

Ensemble -tulkinta

Pääartikkeli: Ensemble -tulkinta

Ensemble tulkinta , jota kutsutaan myös tilastollinen tulkinta, voidaan pitää minimalistinen tulkinta. Toisin sanoen se väittää tekevänsä vähiten oletusmatematiikkaan liittyviä oletuksia. Se vie Bornin tilastollisen tulkinnan täysimääräisesti. Tulkinnassa todetaan, että aaltofunktio ei koske yksittäistä järjestelmää - esimerkiksi yksittäistä hiukkasia - vaan on abstrakti tilastollinen määrä, joka koskee vain joukkoa (valtava joukko) vastaavasti valmistettuja järjestelmiä tai hiukkasia. Einsteinin sanoin:

Yritys käsittää kvanttiteoreettinen kuvaus yksittäisten järjestelmien täydelliseksi kuvaukseksi johtaa epäluonnollisiin teoreettisiin tulkintoihin, jotka tulevat välittömästi tarpeettomiksi, jos hyväksymme tulkinnan, että kuvaus viittaa järjestelmien kokonaisuuksiin eikä yksittäisiin järjestelmiin.

-  Einstein Albert Einstein: Filosofi-tutkija , ed. PA Schilpp (Harper & Row, New York)

Näkyvin nykyinen yhtyeen tulkinnan puolestapuhuja on Leslie E. Ballentine, Simon Fraserin yliopiston professori , oppikirjan Quantum Mechanics, A Modern Development kirjoittaja .

De Broglie -Bohm -teoria

Pääartikkeli: De Broglie -Bohm -teoria

De Broglie-Böhm teoria kvanttimekaniikan (tunnetaan myös pilottiaalto teoreettisesta) on teoriassa Louis de Broglie ja laajennettu myöhemmin David Bohm sisällyttää mittauksia. Aaltofunktio ohjaa hiukkasia, joilla on aina paikkoja. Aaltofunktio kehittyy Schrödingerin aaltoyhtälön mukaisesti , eikä aaltofunktio koskaan romahda. Teoria tapahtuu yhdessä avaruusajassa, ei ole paikallinen ja on deterministinen. Hiukkasen sijainnin ja nopeuden samanaikaiseen määrittämiseen sovelletaan tavallista epävarmuusperiaatteen rajoitusta. Teoriaa pidetään piilotetun muuttujan teoriana , ja se omaksuu ei-paikallisuuden ja tyydyttää Bellin eriarvoisuuden. Mittaus ongelma on ratkaistu, koska hiukkaset ovat selvä tehtävissä aina. Romahdusta selitetään fenomenologisena .

Kvantt Darwinismi

Pääartikkeli: Kvantt Darwinismi

Kvanttidarwinismi on teoria kuvaa sitä, kuinka syntymistä klassisen maailman päässä kvanttimaailmaan sillä koska prosessi darwinilaisen luonnonvalinnan aiheuttama ympäristön vuorovaikutuksessa kvantti järjestelmä; jossa monia mahdollisia kvanttitiloja valitaan vakaan osoittimen tilan hyväksi . Sitä ehdotti vuonna 2003 Wojciech Zurek ja joukko yhteistyökumppaneita, mukaan lukien Ollivier, Poulin, Paz ja Blume-Kohout. Teorian kehitys johtuu useiden Zurekin tutkimusaiheiden yhdistämisestä 25 vuoden aikana, mukaan lukien: osoitintiloja , einslection ja decoherence .

Transaktionaalinen tulkinta

Pääartikkeli: Transaktionaalinen tulkinta

Kaupallisen tulkinta kvanttimekaniikka (TIQM) by John G. Cramer on tulkinta Kvanttimekaniikan innoittamana Wheeler-Feynmanin vaimentimen teoria . Se kuvaa aaltofunktion romahtamisen johtuvan aikasymmetrisestä tapahtumasta mahdollisen aallon lähteestä vastaanottimeen (aaltofunktio) ja mahdollisen aallon välillä vastaanottimesta lähteeseen (aaltofunktion monimutkainen konjugaatti). Tämä kvanttimekaniikan tulkinta on ainutlaatuinen siinä mielessä, että se ei ainoastaan ​​näe aaltofunktiota todellisena kokonaisuutena, vaan myös aaltofunktion monimutkaista konjugaattia, joka esiintyy Born -säännössä havaittavan odotetun arvon laskemiseksi, myös todellisena.

Objektiiviset romahtamisteoriat

Pääartikkeli: Objektiivisen romahtamisen teoria

Objektiiviset romahtamisteoriat eroavat Kööpenhaminan tulkinnasta , koska ne pitävät sekä aaltofunktiota että romahdusprosessia ontologisesti objektiivisina (eli ne ovat olemassa ja tapahtuvat riippumatta tarkkailijasta). Objektiivisissa teorioissa romahtaminen tapahtuu joko satunnaisesti ("spontaani lokalisointi") tai kun jokin fyysinen kynnys saavutetaan, jolloin tarkkailijoilla ei ole erityistä roolia. Siten objektiivisen romahtamisen teoriat ovat realistisia, epämääräisiä, ei-piilotettuja muuttujia. Tavallinen kvanttimekaniikka ei määrittele mitään romahdusmekanismia; QM: ää olisi pidennettävä, jos objektiivinen romahtaminen on oikein. Vaatimus laajentaa QM tarkoittaa, että objektiivinen romahdus on enemmän teoria kuin tulkinta. Esimerkkejä ovat mm

Tietoisuus aiheuttaa romahduksen (von Neumann -Wigner -tulkinta)

Pääartikkeli: Tietoisuus aiheuttaa romahduksen

Hänen tutkielma matemaattinen Foundations of Quantum Mechanics , John von Neumann syvästi analysoi ns mittaus ongelma . Hän päätyi siihen, että koko fyysinen maailmankaikkeus voitaisiin asettaa Schrödingerin yhtälön (universaaliaaltofunktion) alaiseksi. Hän kuvaili myös, kuinka mittaus voi aiheuttaa aaltofunktion romahtamisen. Tätä näkökulmaa laajensi näkyvästi Eugene Wigner , joka väitti, että ihmisen kokeilijatajunta (tai ehkä jopa koiratietoisuus) oli kriittinen romahdukselle, mutta myöhemmin hän hylkäsi tämän tulkinnan.

Kvanttilogiikka

Pääartikkeli: Kvanttilogiikka

Kvanttilogiikkaa voidaan pitää eräänlaisena ehdotuslogiikana, joka soveltuu ymmärtämään kvanttimittaukseen liittyviä ilmeisiä poikkeavuuksia, etenkin niitä, jotka liittyvät täydentävien muuttujien mittausoperaatioiden koostumukseen. Tämä tutkimusalue ja sen nimi ovat peräisin Garrett Birkhoffin ja John von Neumannin vuonna 1936 julkaisusta , joka yritti sovittaa yhteen joitakin klassisen boolean logiikan ilmeisiä epäjohdonmukaisuuksia kvanttimekaniikan mittaamiseen ja havaintoon liittyvien tosiasioiden kanssa.

Kvanttiteorian modaaliset tulkinnat

Bas van Fraassen käsitteli kvanttimekaniikan modaalisia tulkintoja ensimmäisen kerran vuonna 1972 artikkelissaan "Muodollinen lähestymistapa tieteenfilosofiaan". Van Fraassen käyttöön erottaa toisistaan dynaaminen tila, joka kuvaa sitä, mitä voi olla totta noin järjestelmä, ja joka aina kehittyy mukaan Schrödingerin yhtälö, ja arvo tila, joka osoittaa, mikä on todella totta noin järjestelmän tietyllä hetkellä. Termiä "modaalinen tulkinta" käytetään nyt kuvaamaan laajempaa mallia, joka kasvoi tästä lähestymistavasta. Stanford Encyclopedia of Philosophy kuvataan useita versioita, muun muassa ehdotukset Kochen , Dieks , Clifton, Dickson, ja Bub . Mukaan Michel Bitbol , Schrödingerin näkemyksiä siitä, miten tulkita kvanttimekaniikka edennyt peräti neljä vaihetta, joka päättyy ei-romahduksen mieltä, että suhteessa muistuttaa tulkinnat Everett ja van Fraassen. Koska Schrödinger liittyi eräänlaiseen Machian- jälkeiseen neutraaliin monismiin , jossa "aine" ja "mieli" ovat vain samojen yhteisten elementtien eri näkökohtia tai järjestelyjä, aaltofunktion käsitteleminen ontisena ja episteemisenä muuttuvaksi.

Aikasymmetriset teoriat

Kvanttimekaniikan aikasymmetrisiä tulkintoja ehdotti ensimmäisenä Walter Schottky vuonna 1921. On ehdotettu useita teorioita, jotka muuttavat kvanttimekaniikan yhtälöitä symmetrisiksi ajan muutoksen suhteen. (Katso Wheeler – Feynmanin aikasymmetrinen teoria .) Tämä luo retrokausaalisuuden : tulevaisuuden tapahtumat voivat vaikuttaa menneisyyden tapahtumiin, aivan kuten menneisyyden tapahtumat voivat vaikuttaa tulevaisuuden tapahtumiin. Näissä teorioissa yksittäinen mittaus ei voi täysin määrittää järjestelmän tilaa (mikä tekee niistä eräänlaisen piilotettujen muuttujien teorian ), mutta kun otetaan huomioon kaksi eri aikaan suoritettua mittausta, on mahdollista laskea järjestelmän tarkka tila kaikissa välivaiheissa ajat. Aaltofunktion romahtaminen ei siis ole fyysinen muutos järjestelmään, vain muutos tietämyksessämme siitä toisen mittauksen vuoksi. Samoin ne selittävät kietoutumisen olevan todellista fyysistä tilaa, vaan vain illuusio, joka on luotu jättämällä huomiotta retrokausaalisuus. Piste, jossa kaksi partikkelia näyttää "sotkeutuvan", on yksinkertaisesti kohta, jossa jokainen hiukkanen vaikuttaa tapahtumiin, joita toiselle hiukkaselle tapahtuu tulevaisuudessa.

Kaikki aikasymmetrisen syy-yhteyden kannattajat eivät kannata standardikvanttimekaniikan yhtenäisen dynamiikan muuttamista. Siten johtava eksponentti kahden valtion vektori formalismia, Lev Vaidman , todetaan, että kahden tilavektori formalismia sopii yhteen hyvin Hugh Everett 's monimaailmatulkinta .

Muut tulkinnat

Pääartikkeli: Kvanttimekaniikan vähemmistötulkintoja

Edellä esitettyjen yleisten tulkintojen lisäksi on ehdotettu useita muita tulkintoja, joilla ei jostain syystä ole ollut merkittävää tieteellistä vaikutusta. Nämä vaihtelevat valtavirtafyysikoiden ehdotuksista okkulttisempiin ajatuksiin kvanttimystiikasta .

Vertailut

Yleisimmät tulkinnat on esitetty alla olevassa taulukossa. Taulukon soluissa esitetyt arvot eivät ole kiistattomia, sillä joidenkin käsitteiden tarkat merkitykset ovat epäselviä ja itse asiassa ne ovat itse tulkintaa ympäröivän kiistan keskipisteessä. Katso toinen taulukko, jossa verrataan kvanttiteorian tulkintoja, katso viite.

Kokeellisia todisteita näiden tulkintojen välillä ei ole. Siinä määrin fyysinen teoria pysyy ja on johdonmukainen itsensä ja todellisuuden kanssa; Vaikeudet syntyvät vasta, kun yritetään "tulkita" teoriaa. Kuitenkin kokeilujen suunnittelu, joilla testataan erilaisia ​​tulkintoja, on aktiivisen tutkimuksen kohteena.

Useimmilla näistä tulkinnoista on muunnelmia. Esimerkiksi on vaikea saada täsmällistä määritelmää Kööpenhaminan tulkinnasta, koska monet ihmiset ovat sen kehittäneet ja väittäneet.

Tulkinta Vuosi julkaistu Tekijä (t) Determ-inistic ? Ontic aalto-toiminto ? Ainutlaatuinen
historia? 		Piilotetut
muuttujat ? 		Collapsing
aalto-toimintoja ? 		Tarkkailijan
rooli? 		Paikallinen
Dyna-mikrofonia ? 		Vastakohtaisesti
varma ? 		Säilynyt
universal
aalto-toiminto ?
Ensemble -tulkinta 1926 Max Syntynyt Agnostikko Ei Joo Agnostikko Ei Ei Ei Ei Ei
Kööpenhaminan tulkinta 1927– Niels Bohr , Werner Heisenberg Ei Jonkin verran Joo Ei Jonkin verran Ei Joo Ei Ei
de Broglie -
Bohm -teoria 		1927-
1952 		Louis de Broglie , David Bohm Joo Joo Joo Joo Fenomenologinen Ei Ei Joo Joo
Kvanttilogiikka 1936 Garrett Birkhoff Agnostikko Agnostikko Joo Ei Ei Tulkkaus Agnostikko Ei Ei
Aikasymmetriset
teoriat 		1955 Satosi Watanabe Joo Ei Joo Joo Ei Ei Ei Ei Joo
Monen maailman tulkinta 1957 Hugh Everett Joo Joo Ei Ei Ei Ei Joo Huonosti poseerattu Joo
Tietoisuus aiheuttaa romahduksen 1961-
1993 		John von Neumann , Eugene Wigner , Henry Stapp Ei Joo Joo Ei Joo Kausaalinen Ei Ei Joo
Monen mielen tulkinta 1970 H. Dieter Zeh Joo Joo Ei Ei Ei Tulkkaus Joo Huonosti poseerattu Joo
Johdonmukaiset historiat 1984 Robert B. Griffiths Ei Ei Ei Ei Ei Ei Joo Ei Joo
Transaktionaalinen tulkinta 1986 John G.Cramer Ei Joo Joo Ei Joo Ei Ei Joo Ei
Objektiiviset romahtamisteoriat 1986- Aspon
1989 		Ghirardi – Rimini – Weber ,
Penrose -tulkinta 		Ei Joo Joo Ei Joo Ei Ei Ei Ei
Suhteellinen tulkinta 1994 Carlo Rovelli Ei Ei Agnostikko Ei Joo Luontainen Mahdollisesti Ei Ei
QBism 2010 Christopher Fuchs, Rüdiger Schack Ei Ei Agnostikko Ei Joo Luontainen Joo Ei Ei

Hiljainen lähestymistapa

Vaikka tulkinnanvaraisista mielipiteistä keskustellaan tänään avoimesti ja laajalti, näin ei aina ollut. Merkittävä hiljaisuuden taipumus oli Paul Dirac, joka kirjoitti kerran: "Monet kirjoittajat ovat käsitelleet kvanttimekaniikan tulkintaa, enkä halua keskustella siitä täällä. Haluan käsitellä perustavampia asioita." Tämä asema ei ole harvinaista kvanttimekaniikan harjoittajien keskuudessa. Toiset, kuten Nico van Kampen ja Willis Lamb , ovat kritisoineet avoimesti kvanttimekaniikan ei-ortodoksisia tulkintoja.

Katso myös

Viitteet

Lähteet

  • Bub, J .; Clifton, R. (1996). "Ainutlaatuisuuslause kvanttimekaniikan tulkinnoille". Nykyaikaisen fysiikan historian ja filosofian opintoja . 27B : 181–219. doi : 10.1016/1355-2198 (95) 00019-4 .
  • Rudolf Carnap , 1939, "Fysiikan tulkinta", julkaisussa Logistics and Mathematics of the International Encyclopedia of Unified Science . University of Chicago Press.
  • Dickson, M., 1994, "Wavefunction tails in the modal interpretation" julkaisussa Hull, D., Forbes, M., ja Burian, R., toim., Proceedings of the PSA 1 "366-76. East Lansing, Michigan: Tieteen filosofian yhdistys.
  • --------, ja Clifton, R., 1998, "Lorentz-invariance in modal interpretations" julkaisussa Dieks, D. ja Vermaas, P., toim., The Modal Interpretation of Quantum Mechanics . Dordrecht: Kluwer Academic Publishers: 9–48.
  • Fuchs, Christopher, 2002, "Kvanttimekaniikka kvanttitiedona (ja vain vähän enemmän)." arXiv : quant-ph/0205039
  • -------- ja A. Peres, 2000, "Kvanttiteoria ei tarvitse tulkintaa", Physics Today .
  • Herbert, N., 1985. Kvanttitodellisuus: uuden fysiikan ulkopuolella . New York: Tuplapäivä. ISBN  0-385-23569-0 .
  • Hei, Anthony ja Walters, P., 2003. The New Quantum Universe , 2. painos. Cambridgen yliopisto Lehdistö. ISBN  0-521-56457-3 .
  • Jackiw, Roman ; Kleppner, D. (2000). "Sata vuotta kvanttifysiikkaa". Tiede . 289 (5481): 893–898. arXiv : quant-ph/0008092 . Bibcode : 2000quant.ph..8092K . doi : 10.1126/science.289.5481.893 . PMID  17839156 . S2CID  6604344 .
  • Max Jammer , 1966. Kvanttimekaniikan käsitteellinen kehitys . McGraw-Hill.
  • --------, 1974. Kvanttimekaniikan filosofia . Wiley & Sons.
  • Al-Khalili, 2003. Kvantti: Opas hämmentyneille . Lontoo: Weidenfeld & Nicolson.
  • de Muynck, WM, 2002. Kvanttimekaniikan perusteet, empiirinen lähestymistapa . Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. ISBN  1-4020-0932-1 .
  • Roland Omnès , 1999. Understanding Quantum Mechanics . Princeton Univ. Lehdistö.
  • Karl Popper , 1963. Oletukset ja kumot . Lontoo: Routledge ja Kegan Paul. Luku "Kolme näkemystä ihmisen tietämyksestä" käsittelee muun muassa fysiikan instrumentalismia.
  • Hans Reichenbach , 1944. Kvanttimekaniikan filosofiset perusteet . Univ. California Pressista.
  • Tegmark, Max ; Wheeler, JA (2001). "100 vuotta kvanttimysteerejä". Tieteellinen amerikkalainen . 284 (2): 68–75. Bibcode : 2001SciAm.284b..68T . doi : 10.1038/scientificamerican0201-68 . S2CID  119375538 .
  • Bas van Fraassen , 1972, "Muodollinen lähestymistapa tieteen filosofiaan", julkaisussa R. Colodny, toim., Paradigms and Paradoxes: The Philosophical Challenge of the Quantum Domain . Univ. Pittsburgh Press: 303–66.
  • John A. Wheeler ja Wojciech Hubert Zurek (toim.), Quantum Theory and Measurement , Princeton: Princeton University Press, ISBN  0-691-08316-9 , LoC QC174.125.Q38 1983.

Lue lisää

Lähes kaikki alla olevat kirjoittajat ovat ammattimaisia ​​fyysikkoja.

Ulkoiset linkit