Почему Pilot-Wave ошибается?

Позвольте мне сначала сказать, что я поклонник этой теории, поэтому, хотя я даю то, что я считаю нейтральным ответом, не забывайте, что я сторонник Бома, что во многих областях является нетипичной точкой зрения. Чтобы ответить на основной вопрос: «Почему теория пилотной волны неверна?»:

Существует множество причин, по которым теория «пилотной волны» может быть ошибочной, но с точки зрения серьезных интерпретаций КМ, которые задают вопрос «почему не частица И волна?», механика Бома (БМ), также известная как теория де Бройля-Бома , квантовая гидродинамика (иногда) или теория пилотной волны, действительно единственная игра в городе, поэтому я отвечу на это конкретно; пожалуйста, скажите, если вам нужен более общий ответ, но я предполагаю, что это то, что вас интересует.

Сначала небольшой исторический контекст — я не буду вдаваться в подробности, потому что это действительно больше тема для https://hsm.stackexchange.com/ , но это помогает взглянуть на вещи в перспективе, поэтому я не думаю, что это не по теме.

Луи де Бройль был первым, кто предложил идею волн-пилотов (некоторые могут возразить, что это был Эрвин Маделунг — он действительно изобрел почти ту же математику ранее, однако, насколько мне известно, никогда не рассматривал их концептуально, как это делал де Бройль) для решения проблемы волн-пилотов. проблема корпускулярно-волнового дуализма, которая была предметом его диссертации 1924 года (и принесет ему Нобелевскую премию в 1929 году). Он представил свою идею на Сольвеевской конференции 1927 года, наряду с презентациями Копенгагенской интерпретации (то, что мы теперь считаем стандартной/учебной квантовой механикой), и мнением Эйнштейна о том, что КМ не была полной теорией. Это не было хорошо принято; особенно Нильсом Бором (который уже получил Нобелевскую премию, когда де Бройль еще учился в аспирантуре), который, возможно, является одной из главных причин, по которой Копенгаген является стандартной интерпретацией. Он был активным сторонником Копенгагена и имел опыт расстрела людей, не согласных с его взглядами. Хью Эверетт (создатель многомировой интерпретации) имел с ним подобное взаимодействие намного позже, которое закончилось тем, что Бор описал Эверетта как «неописуемо глупого и неспособного понять простейшие вещи в квантовой механике». Возможно, это дает представление о его общем отношении. Однако его основное возражение против теории волны-пилота, по-видимому, состоит (помимо оскорбления его собственной идеи) в том, что он считал квантовую механику новой физикой, и любой, кто пытается объяснить ее в реальных терминах (поскольку частицы всегда имеют определенную, реальную, позицию в теории волны-пилота) обманывали себя и не могли избавиться от различных предубеждений. Хью Эверетт (создатель многомировой интерпретации) имел с ним подобное взаимодействие намного позже, которое закончилось тем, что Бор описал Эверетта как «неописуемо глупого и неспособного понять простейшие вещи в квантовой механике». Возможно, это дает представление о его общем отношении. Однако его основное возражение против теории волны-пилота, по-видимому, состоит (помимо оскорбления его собственной идеи) в том, что он считал квантовую механику новой физикой, и любой, кто пытается объяснить ее в реальных терминах (поскольку частицы всегда имеют определенную, реальную, позицию в теории волны-пилота) обманывали себя и не могли избавиться от различных предубеждений. Хью Эверетт (создатель многомировой интерпретации) имел с ним подобное взаимодействие намного позже, которое закончилось тем, что Бор описал Эверетта как «неописуемо глупого и неспособного понять простейшие вещи в квантовой механике». Возможно, это дает представление о его общем отношении. Однако его основное возражение против теории волны-пилота, по-видимому, состоит (помимо оскорбления его собственной идеи) в том, что он считал квантовую механику новой физикой, и любой, кто пытается объяснить ее в реальных терминах (поскольку частицы всегда имеют определенную, реальную, позицию в теории волны-пилота) обманывали себя и не могли избавиться от различных предубеждений. неописуемо глуп и не мог понять простейших вещей в квантовой механике». Возможно, это дает представление о его общем отношении. Однако его основное возражение против теории волны-пилота, по-видимому, состоит (помимо оскорбления его собственной идеи) в том, что он считал квантовую механику новой физикой, и любой, кто пытается объяснить ее в реальных терминах (поскольку частицы всегда имеют определенную, реальную, позицию в теории волны-пилота) обманывали себя и не могли избавиться от различных предубеждений. неописуемо глуп и не мог понять простейших вещей в квантовой механике». Возможно, это дает представление о его общем отношении. Однако его основное возражение против теории волны-пилота, по-видимому, состоит (помимо оскорбления его собственной идеи) в том, что он считал квантовую механику новой физикой, и любой, кто пытается объяснить ее в реальных терминах (поскольку частицы всегда имеют определенную, реальную, позицию в теории волны-пилота) обманывали себя и не могли избавиться от различных предубеждений.

Итак, после 1927 года де Бройль по существу отказался от своей теории, и Копенгаген стал стандартным представлением квантовой механики. Джон фон Нейман не помог ситуации, когда в 1932 году он опубликовал статью, в которой отвергал теорию волны-пилота де Бройля как ложную. Грета Герман быстро доказала, что фон Нейман не прав, однако ее работа оставалась в относительной безвестности до 70-х годов, поэтому до 1966 года (когда Джон Белл таким же образом опроверг фон Неймана) многие физики (которых заботила эта проблема) ошибочно верили в теорию волны-пилота. не представилось возможным.

В 1952 году Дэвид Бом; не зная о более ранней работе де Бройля, переформулировал теорию пилотной волны. К сожалению, к этому времени научное сообщество в значительной степени избегало его из-за его коммунистической принадлежности, поэтому его работа снова не оказалась популярной; только совсем недавно (судя по опубликованным бумажным метрикам, примерно в 2000 году) эта теория начала набирать обороты, и особенно с 2006 года, когда были обнаружены физические волны-пилоты, которые уже обсуждались здесь, которые смогли продемонстрировать некоторые виды поведения, которые ранее считались исключительно областью УК.

Итак, вот почему до сих пор эту теорию часто игнорировали, и почему многие люди и учебники отвергают ее; часто ложно считается, что она оказалась ошибочной, или она просто не находится на радарах людей (а именно, если у вас есть работающая модель QM, зачем вам еще одна?)

В наши дни критика, которую получает BM, в основном связана с философскими возражениями, такими как его сюрреалистические траектории или электроны в s-состоянии, инвариантные во времени. Однако они математически обоснованы и не были опровергнуты; лично я жалуюсь, что квантовая механика не работает так, как вы ожидаете, или не действует как классическая система, уже забита до смерти - мы знаем, что квантовая механика не является «нормальной», так почему мы должны внезапно ожидать, что различные траектории будут работать так же, как, скажем, при подаче бейсбольного мяча. Тем не менее, это распространенное возражение, и, что интересно, оно прямо противоположно первоначальному возражению Бора; что пилот-волны были слишком классическими.

Далее идут бритвенно-бритвенные аргументы Оккама; что БМ добавляет сложности, ничего не давая взамен. Возможно, в этом есть доля правды, однако уравнение наведения выведено из уравнения Шредингера и концептуально не слишком далеко от него. Конечно, у Копенгагена есть свои проблемы, когда дело доходит до этого, и можно утверждать, что такая теория, как супердетерминизм, проще их обеих. С другой стороны, дополнительная математика BM находит некоторое применение в некоторых областях, таких как квантовая химия, где она обеспечивает более эффективные способы решения определенных проблем, чем с помощью математики стандартной квантовой механики (SQM).

Наконец, есть аргументы о несовместимости БМ с теорией относительности и КТП. Важно знать, что БМ — нерелятивистская теория. Однако существуют расширения, которые на самом деле включают теорию относительности/КТП, и вы можете найти обсуждение этого в различной литературе, например, https://arxiv.org/abs/1205.1992 . Он, конечно, не такой зрелый, как SQM, так что это снова может быть аргументом в пользу SQM, однако он, безусловно, показывает, что это не недостаток BM, а зрелость SQM на самом деле является его преимуществом (у BM был только горстка людей серьезно работала над ним около десяти лет).

В конце концов (и это, пожалуй, важный вывод), все экспериментально проверяемые результаты в БМ идентичны всем другим не опровергнутым интерпретациям КМ ; все они одинаково правы, поэтому все возражения носят философский характер или имеют исторический контекст. Это не означает, что ситуация останется такой; конечно, возможно, что будут разработаны эксперименты, которые докажут или опровергнут различные современные интерпретации, и из различных интерпретаций, которые я бы поставил на БМ, одна из наиболее вероятно, если она неверна, будет исключена экспериментом в будущем.

Первоначальные исторические причины приговора

Поэтому контрпредложение Бома копенгагенской интерпретации нельзя считать улучшением.

можно найти в « Физике и философии » (1958) Вернера Гейзенберга в главе 8 «Критика и контрпредложения копенгагенской интерпретации квантовой теории», стр. 116–118. Они есть:

• Конфигурационное пространство — это многомерное пространство, относящееся к различным координатам всех частиц, принадлежащих системе. Здесь мы сталкиваемся с первой трудностью: что значит называть волны в конфигурационном пространстве «реальными»? Это пространство очень абстрактное. Слово «реальный» восходит к латинскому слову «res», что означает «вещь»; но вещи находятся в обычном трехмерном пространстве, а не в абстрактном конфигурационном пространстве. Волны в конфигурационном пространстве можно назвать «объективными», когда хотят сказать, что эти волны не зависят ни от какого наблюдателя; но вряд ли их можно назвать «настоящими», если только мы не захотим изменить значение этого слова.
• Одним из следствий этой интерпретации, как подчеркивал Паули, является то, что электроны в основных состояниях многих атомов должны находиться в состоянии покоя, не совершая никакого орбитального движения вокруг атомного ядра. Это выглядит как противоречие с экспериментом, так как измерения скорости электронов в основном состоянии (например, с помощью эффекта Комптона) всегда обнаруживают распределение скоростей в основном состоянии, которое - в соответствии с правилами квантовой механики - определяется квадратом волновой функции в пространстве импульсов или скоростей.
• Это объективное описание, однако, обнаруживает себя как своего рода «идеологическая надстройка», которая имеет мало общего с непосредственной физической реальностью; ибо скрытые параметры интерпретации Бома таковы, что они никогда не могут встречаться при описании реальных процессов, если квантовая теория остается неизменной.
• Помимо уже сделанного возражения, что, говоря об орбитах частиц, мы имеем дело с лишней «идеологической надстройкой», здесь следует особо отметить, что язык Бома разрушает симметрию между положением и скоростью, которая имплицитно содержится в квантовой теории; для измерений положения Бом принимает обычную интерпретацию, для измерений скорости или импульса он ее отвергает. Поскольку свойства симметрии всегда составляют наиболее существенные черты теории, трудно понять, что можно получить, опустив их в соответствующем языке.

Вышеупомянутые причины намеренно приведены дословно и в том же порядке, в каком они встречаются в цитируемой главе. Материал из этой главы был ранее опубликован: В. Гейзенберг, Нильс Бор и развитие физики. Макгроу-Хилл, Нью-Йорк: 1955 год.

Во-первых, большое спасибо за все полезные комментарии, ссылки и видео, которые я здесь нашел. От этого я добрался до этого видео: https://www.youtube.com/watch?v=RlXdsyctD50 ... которое, я думаю, содержит достаточно подробностей, чтобы объяснить, почему Pilot-Wave проблематичен:

1. Поскольку всегда есть физическая частица, которая движется по бомовской траектории, отсутствие суперпозиции противоречит КТП.

2. Квантовая запутанность подтвердилась и лучше объясняется нелокальностью из КТП.

3. Глобальные скрытые переменные не популярны, и долгое время считалось, что они опровергнуты.

4. Наличие ведущего уравнения не экономно, что не означает, что оно неверно, но является препятствием для его принятия.

Я все еще думаю, что пилотная волна вполне возможна, если теория может быть усовершенствована, чтобы включить теорию относительности. Мне никогда не нравилась идея, что физическая вселенная проводит такое же различие, как мы, от макроскопического до микроскопического; но я полагаю, что изучая квантовую теорию, я понял, что мы неправильно наблюдаем макроскопическое и что, изучая микроскопическое, мы можем узнать то, что наши чувства и познание не говорят нам... так что я должен признать, что попытка сохранить настоящие частицы — вот почему Pilot-Wave привлекательна, что является моей предвзятостью.

Это «неправильно», потому что никому не нравится нелокальность. За исключением того, что нелокальность тоже не является ошибкой, и мы это уже знаем.

Следовательно, это «неправильно», потому что люди очень медленно догоняют.

:-)