По какой логике можно поддержать определенную интерпретацию квантовой механики?

Я был в Википедии, читал о различных интерпретациях квантовой механики. Я вступаю в свой последний семестр в качестве студента и прошел курс QM, поэтому я знаком с базовой теорией, хотя я не могу сказать, что много читал по ним.

Тем не менее, насколько я понимаю, различные интерпретации КМ не дают фальсифицируемых предсказаний, так как же кто-то может действительно поддерживать какую-то конкретную? Например, я слышал, как люди высмеивают Копенгагенскую интерпретацию, говоря, насколько нелепо то, что возможные исходы/собственные состояния, которые НЕ измеряются, просто перестают существовать, что они исчезают из Вселенной... но тогда эти ученые будут утверждать, что Вселенная разделяется в момент измерения, создавая вселенную для каждого возможного результата/собственного состояния. Разве они не выдвинули столь же смелое (и, возможно, нелепое) заявление, как те, кто поддерживает копенгагенскую интерпретацию? Ни один эксперимент не подтвердит ни того, ни другого.

Итак, мой вопрос: по какой логике кто-то приходит в поддержку той или иной интерпретации квантовой механики?

Этот вопрос, imo, почти дублирует физику . Я думаю, что это скорее вопрос для обсуждения или мнения, чем прямой вопрос и вопрос об аспекте физики.

Ответы (2)

Приведенный выше ответ объясняет, что есть некоторые эксперименты, которые можно использовать для различения разных интерпретаций. Однако это миф, что эксперименты — единственный способ различать теории в науке. Многие теории отбрасываются без какой-либо экспериментальной проверки их следствий. Теория может быть отвергнута из-за внутренней непоследовательности, из-за противоречия с другим объяснением или из-за того, что она носит случайный характер.

Теория ad hoc, если она была изобретена для решения конкретной проблемы и не имеет никаких следствий, выходящих за рамки этой проблемы. Предположим, что мне некомфортно из-за искривленного пространства-времени. Я мог бы сказать, что пространство-время плоское, но невидимые, необнаружимые пикси толкают тела, как если бы общая теория относительности была верна. Никто не станет серьезно относиться к такой теории очень долго, хотя экспериментально она неотличима от общей теории относительности. Не было бы обширных дебатов о существовании пикси. Теория была бы изобретена исключительно для того, чтобы избежать прямых следствий общей теории относительности. Теория пикси — плохое объяснение, она предполагает, что пикси будут толкать тела в соответствии с уравнениями общей теории относительности, не объясняя, почему и как они это делают.

Копенгагенская интерпретация (КИ) находится на позиции пикси-теории. По сути, КИ сводится к утверждению, что квантовая механика верна, за исключением случаев, когда это подразумевает, что макроскопические объекты существуют в нескольких версиях. Это приводит к нелокальной, нелоренц-инвариантной теории и пытается провести различие между макроскопическими и микроскопическими объектами в фундаментальной физике. Это совершенно не нужно, так как декогеренция показывает, что разные версии макроскопических объектов динамически изолированы друг от друга без таких специальных трюков. Описания КИ, которые воспринимают его всерьез как объяснение того, как устроен мир, делают его смешным. Итак, у вас есть два варианта.

(1) Выбросьте КИ.

(2) Отбросьте научный стандарт, согласно которому идея должна быть сформулирована ясно и оценена по тому, решает ли она проблемы, объясняет ли материал, является ли она самосогласованной и совместимой с экспериментальными данными.

Некоторые комментаторы выше выразили недовольство отсутствием версии Эверетта в квантовой теории поля. Поскольку есть работы, описывающие квантовую теорию поля в терминах Эверетта, это возражение не имеет смысла:

http://arxiv.org/abs/quant-ph/0204024

http://arxiv.org/abs/0909.2673 .

Действительно, Everett и QFT хорошо сочетаются друг с другом. Можно скулить по поводу Дойча, но такие люди, как Стивен Хокинг, Сидни Коулман и т. д., все эксперты в КТП и квантовой гравитации, решительно поддерживают MWI.
Я не думаю, что человек, жалующийся на Дойча, что-то знает о нем, поскольку Дойч не игнорирует QFT. Он написал статьи по QFT вместе с Канделасом и Скиамой.

Часто утверждают, что различные интерпретации квантовой механики эквивалентны в том смысле, что они дают одни и те же предсказания результатов экспериментов. Но для трех самых популярных интерпретаций, копенгагенской интерпретации, интерпретации многих миров и теории де Бройля-Бома, это верно только в том случае, если делаются определенные (скрытые) допущения, такие как, например, то, что измерительный прибор всегда макроскопичен и, таким образом, сам всегда декогерентен. необратимо.

Эксперимент, который может различать Копенгагенскую интерпретацию (CI) и многомировую интерпретацию (MWI), был предложен Дэвидом Дойчем. Обратите внимание, что фальсифицировать MWI легко, все, что вам нужно сделать, это продемонстрировать в эксперименте, что изолированные системы подвергаются декогеренции, которая не связана с остаточными взаимодействиями с окружающей средой. Это не так просто, как кажется, поскольку любую аномально быструю декогерентность можно интерпретировать как взаимодействие с новыми физическими степенями свободы (например, частицы темной материи, взаимодействия через дополнительные измерения и т. д. и т. д.), которые затем необходимо проверить в различных экспериментах. .

Но как мы можем экспериментально фальсифицировать КИ? Дэвид Дойч предложил следующий (мысленный) эксперимент. Предположим, что крупномасштабные квантовые вычисления позволяют реализовать ИИ в квантовом компьютере. Вы даже можете представить, как загружаете континенты своего мозга в квантовый компьютер. Затем предположим, что вы живете внутри виртуальной квантовой симуляции, где вы намереваетесь измерить z-компоненту спина (который затем реализуется кубитом), который поляризован в направлении x. Затем рассмотрите преобразование в состояние, которое является начальным состоянием, за исключением того, что вы сохраняете запись в своей памяти о том, что измерение действительно было выполнено. Легко видеть, что это преобразование унитарно, и известно, что квантовый компьютер может аппроксимировать любое унитарное преобразование с произвольной точностью.

Таким образом, это означает, что вы можете отменить измерение, при этом вы можете убедиться, что измерение действительно было проведено (результат измерения обязательно будет стерт). Вращение будет восстановлено в исходном состоянии, и вы можете проверить это, измерив вращение в направлении x и повторив весь этот эксперимент много раз и убедившись, что вы всегда находите одно и то же вращение.

Теперь, если физически реализована только одна ветвь волновой функции, то унитарное преобразование обратно в исходное состояние, кроме сохранения информации о проводимом измерении, не сработает. Если вы примените унитарное преобразование только к одной ветви, состояние спина не будет восстановлено до исходного состояния. Таким образом, этот эксперимент подтвердит вам, что при измерении z-компоненты вращения оба возможных результата действительно реализуются физически.

Также говорят, что теория де Бройля-Бома эквивалентна Копенгагенской интерпретации, но, как и в случае с MWI, это тоже неверно. Теория де Бройля-Бома эквивалентна обычному КМ только в том случае, если предположить квантовое равновесие , отклонения от этого состояния можно проверить, поскольку оно дает вероятности, отклоняющиеся от правила Борна.

Итак, ответ на вопрос «по какой логике можно прийти к поддержке той или иной интерпретации квантовой механики?» как и все остальное в физике, результат экспериментов. Единственная проблема заключается в том, что у нас нет результатов, чтобы исключить какую-либо из существующих интерпретаций, но это не обязательно означает, что все они одинаково правдоподобны, учитывая то, что мы знаем. Можно рассмотреть мысленные эксперименты, которые дадут разные результаты в зависимости от вашей интерпретации, или вы можете по-разному интерпретировать то, что происходит в каком-то конкретном мысленном эксперименте, в зависимости от вашей интерпретации КМ. Такие аргументы являются действительными аргументами в физике.

Всякий раз, когда кому-то нужен человеческий мозг для физического эксперимента, я чувствую запах лженауки. Физические эксперименты, наука вообще никогда не нуждаются в наблюдателе-человеке, они выражают объяснения явлений природы как комбинаций других явлений. Технически квантовый компьютер даже не дает результата, если он не связан с открытой средой. В этой установке невозможно отменить квантовое измерение, потому что оно никогда не проводилось. Утверждение, что запоминание того, что измерение было произведено, не является измерением, еще более сомнительно. Тогда что же такое «это»?
К тому времени, как для мысленного эксперимента потребуется ИИ, загруженный в квантовый компьютер, вы уже разуверитесь в возможности получения значимых выводов. Это попахивает часами в пустыне и другими подобными причудливыми мысленными экспериментами, которые слишком сильно верят в рассуждения, ведущие к истине.
@CuriousOne Физика локальна, поэтому, если вы живете в закрытой вселенной, так что локально она выглядит так же, как наш местный район, это никак не может повлиять на результаты экспериментов. Если такая замкнутая вселенная в конечном итоге подвергнется повторению Пуанкаре 10 миллионы через несколько лет, как это сделает сегодняшние измерения не «настоящими измерениями»?
@ConfusinglyCuriousTheThird Это просто иллюстрирует неизбежные последствия эволюции унитарного времени. Вы можете не поверить, но контрэксперимент для этого должен продемонстрировать, что эволюция замкнутой системы во времени не является унитарной. Но пока мы предполагаем, что эволюция во времени является унитарной, аргумент Дойча остается в силе.
Это называется декогеренция, и для этого мне не нужны мозги Дойча в консервной банке. Достаточно одного фотона. Если вы помните свои уроки электродинамики, местный наблюдатель никогда не сможет поймать уходящую электромагнитную волну (в конце концов, для некоторых вещей теория относительности хороша). То, что Дойч пытается истолковать самым глупым образом, уже встроено в солнечный свет.
Эволюция времени унитарна только в игрушечных моделях закрытых систем. Точно так же, как Пуанкаре не мог заглянуть за крошечное фазовое пространство классической физики 19-го века (не пытайтесь использовать те же аргументы даже к классической электромагнитной волне... вы не получите ничего, кроме расходимостей!) Дойч не может заглянуть за пределы нерелятивистская модель одной частицы, которую он преподает своим ученикам.
@CuriousOne Вопросы когерентности не имеют значения в MWI. Мысленный эксперимент призывает когерентность, чтобы сделать вывод о физической реальности ветвей MWI, в частности, что идея о том, что только одна ветвь реальна, в принципе фальсифицируема, и, следовательно, это физически значимое отличие от теорий, которые утверждают обратное. Только если две теории хотя бы в принципе экспериментально не различимы, то с точки зрения физики они тождественны. Я указывал, что ММИ, КИ и теория де Бройля-Бома в принципе не эквивалентны.
В этом проблема MWI: вопреки всем свидетельствам, он решил игнорировать основные факты квантовой теории (Боже мой, открытые системы существуют!), и вынужден их интерпретировать. Получающаяся бессмыслица почти невыносима для любого, кто хоть немного знаком с природой, реальной вещью, в отличие от природы, теории. Конечно, эти вещи даже не эквивалентны... они описывают не природу, а то, как их изобретатели хотят, чтобы природа выглядела.
@CuriousOne Наоборот, если у вас есть открытая система, и вы помещаете туда искусственную границу, так что вы собираетесь отслеживать только степени свободы внутри этой границы, отслеживая степени свободы за пределами границы, тогда вы получите эффективную неунитарную временную эволюцию для степеней свободы, которые вы решите сохранить.
Зеркало или глубокая потенциальная яма — это не искусственная граница, а реальная. Движение вещества и излучения в такой системе унитарно. Уберите эти реальные границы, и это не так. Это уже так в классической механике. В конечном фазовом пространстве движение квазипериодично, в бесконечном - нет. Единственная загадка здесь заключается в том, почему у некоторых теоретиков возникают такие проблемы как с данными наблюдений, так и с математикой, что они испытывают потребность объяснять тривиальные факты. Это также противоречит тривиальному наблюдению, что многие даже не могут правильно определить измерение.