10 интерпретаций квантовой механики

11 284 просмотра
Об авторе

Квантмех

За многие годы были разработаны десятки интерпретаций квантовой механики. Большинство из них пытаются разрешить, что происходит, когда в квантовой системе производится наблюдение или измерение. Математическая формула, известная как волновая функция (или вектор состояния), описывает состояние системы, в которой происходит измерение, и многочисленные возможности «коллапсируют» в один результат. Квантовая «интерпретация» пытается объяснить, почему происходит коллапс и происходит ли он вообще. Некоторые интерпретации начинают с вопроса, является ли волновая функция физически реальной или остается чем-то сугубо математическим.

Предупреждение: вырезки ниже не отражают все тонкости различных интерпретаций, которые часто менялись с течением времени сторонниками или даже авторами. Мы просто пройдемся по ним. Как писал космолог Макс Тегмарк, «нет даже консенсуса на тему того, что называть интерпретацией».

10. Бомовская механика (Дэвид Бом)

Ее не очень любят, но у нее много поклонников и она заслуживает внимания. Разработанная в 1950-х годах Бомом, который взял за основу ранние взгляды Луи де Бройля, бомовская механика описывает полет частиц, управляемых «пилотными волнами». Эти волны говорят частицам, куда двигаться. Предполагается, что этот подход возвращает физику к детерминизму, игнорируя вероятности, которые осуждал Эйнштейн, говоря «Бог не играет в кости». Поскольку эксперимент исключает «скрытые переменные» в пользу детерминизма, бомовская механика требует некоторого действия на расстоянии (или нелокальности). Эйнштейну вообще ничего не понравилось. Также сложно усмотреть, как бомовская механика может предсказать любое экспериментальное различие между предсказаниями стандартной квантовой механики. Незадолго до своей смерти, Эйнштейн говорил, что не впечатлен бомовской интерпретацией. «Слишком дешево, как по мне», — писал Эйнштейн в письме физику Максу Борну.

9. Интерпретация стохастической эволюции

Эту интерпретацию, возможно, строго назвать интерпретацией квантовой механики нельзя, поскольку она меняет математику. В обычной квантовой механике волновая функция «эволюционирует», изменяется со временем весьма предсказуемым образом. Другими словами, шансы различных результатов могут меняться, а вы можете предсказать, как именно они изменятся, пока не сделаете измерение. Но некоторые физики предполагали на протяжении многих лет, что эволюция сама по себе может изменяться случайным (или стохастическим) образом, чтобы вызвать собственный коллапс. Предполагается, что этот коллапс происходит очень быстро для крупных (макроскопических) объектов и медленно для субатомных частиц. Нобелевский лауреат Стивен Вайнберг пристально изучает этот вариант.

8. Квантовое байесианство (Кристофер Фукс, Карлтон Кейвс, Рюдигер Шак)

Эта интерпретация, иногда называемая «кбизм» (QBism), принимает во внимание статистические изыскания Байеса, которые отражают личностный фактор в нахождении результатов — личные предположения. С этой точки зрения волновая функция — «личная», представляющая измерения индивидуальных знаний состояния системы, которые можно использовать для предсказания ее будущего.

7. Многомировая интерпретация (Хью Эверетт III)

Игнорируемая на протяжении многих лет с момента своего появления в 1957 году, многомировая интерпретация набрала популярность в последние десять лет. Интерпретация постулирует, что каждый раз, когда происходят измерения, все возможные результаты происходят в разных ответвлениях реальности, создавая множество параллельных вселенных. На самом деле, Эверетт думал о ней как о расщеплении наблюдателя на клоны, которые видят разные варианты измерений. В любом случае, это странно.

6. Космологическая интерпретация (Энтони Агирре и Макс Тегмарк)

Относительно новая. Работа появилась только в 2010 году. В принципе, Агирре и Тегмарк утверждают, что если вселенная бесконечна, то верна многомировая интерпретация, поскольку будет бесконечное количество параллельных вселенных, в которых могут произойти все возможные результаты измерений квантовомеханических процессов. Агирре и Тегмарк вычислили, что результаты будут возникать в тех же пропорциях, в которых предсказаны возможности, вычисленные в рамках квантовой математики. Таким образом, «волновая функция описывает фактическую пространственную коллекцию идентичных квантовых систем, и квантовая неопределенность объясняется неспособностью наблюдателя определить себя в этой коллекции».

5. Копенгагенская интерпретация

Копенгагенская интерпретация была сформулирована Нильсом Бором в конце 1920-х, на заре квантовой механики (и позже украшена Вернером Гейзенбергом). Бор считал, что измерения дают результаты, которые могут быть описаны только обычным языком классической физики, поэтому нет смысла интересоваться, что происходит в некой невидимой «квантовой» области. Вам нужно настроить экспериментальную установку, чтобы задать вопрос о природе вселенной, и вопрос, который вы задаете, подразумевает ответ,  который вы получите. Эта точка зрения включает принцип неопределенности Гейзенберга, который ограничивает не измерение, а саму природу реальности — одновременно положение частицы и ее скорость просто не существуют, когда происходит измерение. Измерение выбирает одну из множества возможностей (или потенциальных реальностей по Гейзенбергу). Бор объяснил предполагаемые парадоксы, вроде поведения частицы, как волны и волны как частицы, взаимоисключающими, но «комплементарными» аспектами природы.

4. Последовательные истории (Роберт Гриффитс)

Впервые предложенная Гриффитсом в 1984 году, интерпретация последовательных историй трактует классическую физику как приближенную к квантовой механике, и квантовая математика может рассчитать вероятности крупномасштабных явлений так же, как и субатомных. Вероятности относятся не к результатам измерений, а к физическому состоянию системы. Гриффитс особенно выделяет «несовместимость» множества возможных реальностей в квантовой физике. Вы можете сделать снимок горы с разных сторон, отмечает он, но фотографии должны быть объединены, чтобы сложить целую картину реальной горы. В квантовой физике вы можете выбрать, что будете измерять (скажем, скорость частицы или ее положение), но вы не можете совместить два измерения, чтобы составить цельную картинку частицы до измерения. До измерения реального положения и импульса просто не существует. Точно так же нет никакого реального физического состояния, в котором кот Шредингера будет одновременно живым и мертвым. Тот факт, что волновая функция может описать такое состояние, просто означает, что волновая функция ­— это математический конструкт для подсчета вероятностей последовательности событий или историй. В реальной жизни каждая последовательность событий расскажет последовательную историю.

3. Квантовый дарвинизм (Войцех Зурек)

Похожий в некоторых деталях на последовательные истории, квантовый дарвинизм Зурека подчеркивает роль декогеренции. Это процесс, при котором несколько возможных квантовых реалий устраняются, когда система взаимодействует с окружающей средой. По мере того, как молекулы или фотоны отскакивают от объекта, их траектории записывают позицию объекта; очень скоро только одна траектория останется связанной с информацией, записанной в окружающей среде. Такого рода природные взаимодействия производят своего рода «естественный отбор» свойств, которые записаны в среде, во множественных копиях, доступных наблюдателям. Так, наблюдателя могут согласовать конкретное расположение макроскопических объектов, вместо множественных расположений одновременно.

2. Декогерентные истории (Мюррей Гелл-Манн и Джеймс Хартл)

Разновидностью последовательных историй Гриффитса стала интерпретация Гелл-Манна и Хартла (1989 год), подчеркивающая декогеренцию, как и Журек с квантовым дарвинизмом. Но Гелл-Манн и Хартл утверждают, что вся вселенная может рассматриваться как квантовая система без внешней среды. Таким образом, декогеренция происходит внутри, производя то, что они называют «квазиклассическими доменами» — наборы последовательных историй, которые невозможно различить на фоне грубой зернистости, вызванной декогеренцией.

1. Интерпретация Томаса Зигфрида (Sciencenews.org)

Он полагает, что будет называть свою интерпретацию герменевтической. Работа еще идет. Ученый считает, что вместо создания интерпретации квантовой механики, он будет интерпретировать интерпретации, которые нуждаются в интерпретации.

10 интерпретаций квантовой механики

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

13 комментариев

  1. Archer

    В этих гипотезах много 'туманного'. Туманно ксазано о какой-то многомерности чего-то, о волновой функции каких-то структур (каких?).
    Но почему эе нет ответа на вопрос из чего состоит электрон, что такое фотон? Как ядро атома удерживает электрон на расстоянии в 10000 раз превышающее собственные размеры?
    Для наглядности: если мысленно увеличить атомное ядро до размера в 1 метр, то орбита электронная будет находиться на расстоянии в 10 километров. Чем он удерживается на орбите?

  2. Vladimir8

    Если увеличить ядро до размеров в 1 метр, то вы выпадете в "осадок". Потому что ядра фактически не существует, точнее чем глубже рыть в то из чего состоит ядро тем, тем больше ядро будет вести себя как волна,и меньше как частица. Самое прикольное то, что положи эти кирпичики отдельно - они будут вести себя как волна, а в кучку уже материя, частица. Такой же прикол с гравитацией. Почитайте здесь статью только что писали про гравитацию. Вот вы можете ответить что такое свет? Просто в Физике все без исключения тела проявляют волновую функцию, просточем они плотнее тем меньше. Возьмите для наглядности всю шкалу электромагнитного излучегия тот же свет клторый посередине ведет себя одинаково, его более тяжелый (электрон вольт) брат-близнец в виде жесткого (короткого) рентгеновского излучения ведет себя куда больше как частица и наоборот вайфай и радио волны - длинные волны почти не ведут себя как частицы.

  3. LYUDAEDD

    Мы все привыкли к тому, что существует воображаемый 0(ноль) и есть, нами заданная, точка начала или отсчета. Это математика и геометрия.
    Вселенную нельзя обьяснить математически или с помощью геометрии, ведь в ней нет понятия ноль и системы координат. И это даже сам Эйнштейн говорил! И он же сказал,что его ОТО не панацея...
    А теперь представьте, что есть определённый процесс и его нужно как то обьяснить без понятия "0", системы координат и числа Пи...Тяжело! Нет точки опоры, так сказать- в этом и прелесть квантовой механики и ее теорий, что ближе всего к нашей Реальности, в глобальном смысле, но слабо нами(человечеством) понимаемой!
    Поэтому бьются умы, пытаясь понять Вселенную от микро до макро процессов, а это равносильно понять САМОГО ЕГО... (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

  4. LYUDAEDD

    Отдельное,спасибо, Илье за статью! (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

  5. pandor

    Многа букаф, ниасилил. А если серьезно - статья хорошая. Очень было бы интересно попробовать на основе всех теорий вывести общую, ведь в каждой есть чтото, если не все, верное. (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

  6. Turbor68

    Квантовая физика не для всех. Я честно читал каждое слово и пытался понять хоть что-то, но видно не судьба... Сейчас вот выпью бутылочку и еще раз попробую понять. Свою теорию изложу чуть позже (если писать смогу) (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

  7. Sam777

    Я думаю (писал об этом в комментах к статье про гравитацию), что нам нужно больше внимания уделить идеалистическому взгляду на Вселенную, нежели материалистическому. Мы должны понимать, что все наблюдатели Вселенной разные (даже люди отличаются друг от друга в связи с особенностями формирования их сознания, не говоря уже о других наблюдателях), поэтому для каждого она выглядит по-своему, фактически у каждого наблюдателя своя, индивидуальная Вселенная. Поэтому существует столько интерпретаций и каждая из них верна. Реальным является то, во что верит наблюдатель.

    • Sam777

      Также должен добавить, что речь идет о квантовом уровне Вселенной. На макроуровне мы можем наблюдать общие для нас всех законы физики, некую "объективную" реальность и тут, к сожалению для атеистов, без внешнего для Вселенной наблюдателя не обойтись, без него существование объективных законов было бы невозможно. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

      • LYUDAEDD

        SAM777, хорошо говоришь! Хочу лишь добавить, что мой мозг просто взрывается от вопроса: почему Факты именно такие, какие они есть?! КТО или ЧТО установил эти Факты? ( Факты-уточ. "фактические законы", в любой из области наук). Я однажды задал профессору по физике такой вопрос! Он на него не мог долго ответить...сказал думает! Прошло примерно пол года, я уже и забыл про вопрос! И вот однажды он отвел меня в сторонку и поведал: Вы, говорит, юноша, после этого вопроса, заставили двух ярых атеиста, поверить в Бога!
        Он говорил про себя и своего коллегу из области химии, с которым они дискуссировали ...Мне нечего было ответить... (отправлено из Android приложения Hi-News.ru)

  8. Diletant1

    Есть такое понятие в философии как "Темпоральность". Есть общие моменты с квантовой механикой, нужен наблюдатель (грубо говоря). Только темпоральность как раз, в большей степени, оперирует объектами макромира, а квантовая механика, на данный момент, работает с объектами микромира. Может это одни и те же понятия, но интерпретация разная. А возможно я, что не так понимаю. :)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.