Неметафизическая интерпретация измерения в квантовой механике

То, что вы описываете, есть не что иное, как Эвереттовская Многомировая Интерпретация , если она понимается правильно и без какой-либо посторонней метафизики.

По своей сути MWI просто принимает квантовую механику за чистую монету, без каких-либо искусственных границ, чтобы попытаться отличить «классические» системы от квантовых. Таким образом, наблюдатель представляет собой квантовую систему, состоящую из атомов, молекул и других квантовых частиц, и если у вас есть частица в состоянии$|a\rangle_\mathrm{particle}$а вы его измерьте, то наблюдатель выйдет из состояния$|\mathrm{ready}\rangle_\mathrm{observer}$государству$|\mathrm{observed}\ a\rangle_\mathrm{observer}$, или, другими словами, измерение реализует преобразование

$$|a\rangle_\mathrm{particle}|\mathrm{ready}\rangle_\mathrm{observer} \mapsto |a\rangle_\mathrm{particle}|\mathrm{observed}\ a\rangle_\mathrm{observer}.$$ Аналогично, если частица находится в состоянии $|b\rangle_\mathrm{particle}$, то измерение будет осуществлять преобразование $$|b\rangle_\mathrm{particle}|\mathrm{ready}\rangle_\mathrm{observer} \mapsto |b\rangle_\mathrm{particle}|\mathrm{observed}\ b\rangle_\mathrm{observer}.$$ А теперь начинается странный квантово-механический момент: если принять квантовую механику за чистую монету и без ограничений ее достоверности, то линейность уравнения Шредингера говорит нам, что если мы начнем с состояния суперпозиции, такого как $\frac{1}{\sqrt{2}}(|a\rangle_\mathrm{p}+|b\rangle_\mathrm{p})$тогда состояние будет развиваться до суперпозиции отдельных результатов, т.е. $$\frac{|a\rangle_\mathrm{p}+|b\rangle_\mathrm{p}}{\sqrt{2}} |\mathrm{ready}\rangle_\mathrm{o} \mapsto \frac{ |a\rangle_\mathrm{p}|\mathrm{observed}\ a\rangle_\mathrm{o} + |b\rangle_\mathrm{p}|\mathrm{observed}\ b\rangle_\mathrm{o} }{\sqrt{2}} .$$ Теперь я хвалю вас за вашу сдержанность в использовании сложных понятий без полного их понимания, но в данном случае нет нужды скупиться на слова: частица запуталась с наблюдателем.

И, как часть стандартного пакета, когда речь идет о запутанности, ни частица, ни наблюдатель не могут быть назначены (чистому) квантовому состоянию сами по себе; вместо этого существует только одна большая универсальная волновая функция. Именно об этом на самом деле говорит интерпретация Эверетта (начиная с самого названия его докторской диссертации « Теория универсальной волновой функции »). Дополнительный багаж, связанный с такими вещами, как

потому что нет реального разделения вселенной

это просто дополнительная чепуха, добавленная мозгом обезьяны, которая с трудом понимает, что значит быть сознательной квантовой системой, запутанной с остальной вселенной.

---

О, и еще:

помогает мне понять, почему эта интерпретация неверна

Если данная структура является интерпретацией квантовой механики в собственном смысле этого слова (т. е. она не противоречит КМ, и в этом случае называть ее «интерпретацией» довольно неправильно), то она может быть «правильным» или «неправильным». Поскольку интерпретации КМ не имеют никакого отношения к наблюдаемым явлениям, их оценка лежит строго вне научных соображений, и вы обязательно должны использовать другие, скажем так, более метафизические критерии.

Процесс измерения — это развитие некоторой когерентности (я боюсь использовать слово «запутанность», потому что не понимаю его) между наблюдаемым объектом и наблюдателем. Итак, с точки зрения наблюдателя, волновая функция коллапсирует, но волновая функция никогда не коллапсирует с точки зрения любого, кто ее не наблюдал.

Запутанность является следствием квантовой механики. Если система 1 и система 2 взаимодействуют так, что их состояние имеет вид:

$$\sum_a \alpha_a|\phi_a\rangle_1|\psi_a\rangle_2$$ и более одного из $\alpha_a$коэффициенты отличны от нуля, то система 1 и система 2 запутаны. Затем две системы содержат информацию друг о друге. Если вы измеряете множество состояний $|\phi_a\rangle_1$и получить некоторое конкретное значение $a$тогда вы сможете вычислить состояние системы 2. Если система 1 запутается с остальным миром, вы больше не сможете вмешиваться между различными $a$государств, и этим объясняется предполагаемый крах .

Итак, если слово «коллапс» является просто синонимом потери интерференции, тогда вы получаете интерпретацию многих миров. Если вы хотите, чтобы коллапс производил только одно состояние, вам нужна теория физического процесса коллапса. Это единственные реальные варианты. Либо существует физический процесс, называемый коллапсом, который сводит количество состояний системы к одному состоянию, либо его нет.

Если такой процесс будет иметь место, то он изменит состояние других систем, сколь угодно удаленных от измерительного взаимодействия. Исключение всех членов, кроме одного, в приведенной выше сумме влияет как на систему 1, так и на систему 2. Если коллапса нет, то процесс измерения и все его последствия могут быть локальными, если они описываются локальными уравнениями движения. Это существенная разница, хотя многие люди любят притворяться, что это не так. Это отрицание принимает различные формы, такие как отрицание того, что физика пытается описать, как устроен мир, или утверждение, что логика больше не действует в квантовой механике.

Итак, резюмируя, следующие варианты, которые есть на данный момент: MWI, нелокальность и бред.

Почему это неправильно , возможно, это неправильный вопрос, потому что я не могу доказать, что вы ошибаетесь, но я могу возразить, почему это очень проблематично и плохо для занятий физикой : потому что это странное мировоззрение, которое вы получаете, если думаете, что ваше сознание влияет на вас. мир так много.

1.) Физика веками пыталась понять природу. И мы видели, что получаем объективные факты — кто бы ни измерял скорость света в вакууме, тот и получит тот же результат, независимо от вашего сознания и чего бы то ни было. Простейший и наиболее убедительный способ объяснить это заключался в утверждении объективных законов природы , которые верны и действуют независимо от наблюдений, измерений и человеческого разума. (Это все еще можно сделать в квантовой механике, будь то модели коллапса, механика Бома или что-то еще.)

Ваша идея отделилась бы от этого. Почему мы все видим одно и то же, если каждый разум коллапсирует волновую функцию для себя? Где объективный факт?

2.) Вы думаете, что только человеческий разум может коллапсировать волновую функцию? Так видит ли кошка квантовые суперпозиции? Или кошки тоже коллапсируют волновые функции? А крысы? Бактерии? Где вы проводите грань между неразрушением и разрушением? Точно так же, как и в Копенгагенской интерпретации, вы должны ввести неестественное различие между измерением и неизмерением или наблюдателем и ненаблюдателем , которое нельзя сделать точным.

3.) Вслед за Джоном Беллом я бы сказал, что фундаментальная теория должна быть посвящена простым составляющим мира, описываемым математически. Говорить о том, что «ну, когда я наблюдаю, происходит что-то вроде…» — это не очень хорошая физическая теория.

Что такое волновая функция?

Это решение уравнения квантовой механики с соответствующими граничными условиями задачи. Это решение зависит от (x, y, z, t) и является комплексной функцией, а его квадрат с комплексно-сопряженным выражением дает распределение вероятности существования определенного состояния в (x, y, z) при «измерении» в время т.

Хорошим примером является эксперимент с двумя щелями, по одному электрону за раз.

Волновая функция концептуально проста, это рассеяние «электрона + 2 щели», заданный импульс электрона, а также расстояния и ширины щелей (граничные условия).

Измерение - точка на экране. Время — это параметр в последовательных кадрах экрана.

Точка — это след «свернутой» волновой функции для этого одного электрона. Он взаимодействовал с экраном один раз, и описывающая его волновая функция от первого взаимодействия с атомом экрана изменилась и неизвестна, так как с этого момента граничные условия для этого электрона иные и недоступные.

Подобно одному броску игральной кости, распределение вероятностей выстраивается, электроны на щелях, в видимую интерференционную картину. Это говорит нам о том, что действительно волновое уравнение должно описывать поведение электронов в этих граничных условиях, поскольку интерференция является следствием волнового поведения.

Измерения всегда «схлопывают» волновые функции, т. е. выбирают один бросок игральной кости, чтобы построить квантово-механический вероятностный паттерн. Для каждого отдельного электрона существует новая волновая функция после того, как он ударился об экран и оставил свой след.

Какой может быть неметафизическая интерпретация квантовой механики? По самому определению интерпретация квантовой механики — это некая интеллектуальная конструкция, делающая те же предсказания, что и копенгагенская интерпретация. В противном случае это была бы новая теория, которую можно было бы опровергнуть экспериментальными средствами. Итак, по определению, интерпретации квантовой механики метафизичны. В этом смысл слова «метафизический»: речь о языке физики.

Я не хочу использовать метафизику как унизительное слово: «О, это всего лишь философия». Поскольку языком физики является математика, метафизику также можно обсуждать с математикой. В контексте вашего вопроса, как указал Эмилио Писанти, вы, я думаю, ближе к MWI, который Эверетт математически концептуализировал в своей весьма основополагающей статье, введя такие понятия, как относительные состояния и последовательности памяти. Другим ярким примером, сильно отличающимся от изложенной вами точки зрения, поэтому я упоминаю его только для контраста, может быть бомовская механика, которая также имеет богатый набор математически формализованных понятий, добавленных к копенгагенской интерпретации. Но, в конце концов, математика этой метафизики живет в ином плане существования, чем правило Борна, уравнение Шредингера и т. д.

Заметьте, конечно, что вы не выразили суть вашего вопроса с необходимой математической точностью, но я не держу это против вас, поскольку здесь достаточно талантливых людей, чтобы сделать именно это, и, как отмечалось выше, я также думаю, что ваше утверждение можно сравнить с интерпретацией Эверетта. Просто ваш заголовок заставил меня подпрыгнуть, и я хотел убедиться, что вы не обманете себя, стирая здесь грань между метафизикой и физикой.