10 tolkningar av kvantmekanik

Dussintals tolkningar av kvantmekanik har utvecklats genom åren. De flesta av dem försöker lösa vad som händer när en observation eller mätning görs i ett kvantsystem. En matematisk formel som kallas vågfunktionen (eller tillståndsvektorn) beskriver tillståndet för systemet där mätningen äger rum, och flera möjligheter "kollapsar" till ett resultat. Kvant "tolkning" försöker förklara varför kollaps inträffar och om det händer alls. Vissa tolkningar börjar med att fråga om vågfunktionen är fysiskt verklig eller fortfarande är något rent matematiskt.

Varning: Utskärningarna nedan speglar inte finesser i olika tolkningar, som ofta har ändrats över tid av förespråkare eller till och med författare. Vi går bara över dem. Som kosmolog Max Tegmark skrev, "det finns inte ens enighet om vad man ska kalla tolkning."

10. Bohm Mechanics (David Bohm)

Hon är inte mycket omtyckt, men hon har många fans och förtjänar uppmärksamhet. Utvecklad på 1950-talet av Bohm, som tog de tidiga åsikterna om Louis de Broglie som grund, beskriver Bohm-mekanik flykt av partiklar som drivs av "pilotvågor". Dessa vågor berättar för partiklarna vart de ska gå. Detta tillvägagångssätt är tänkt att föra fysiken tillbaka till determinism och ignorera de sannolikheter som Einstein fördömde när han sa "Gud spelar inte tärning." Eftersom experimentet utesluter "dolda variabler" till förmån för determinism, kräver Bohm-mekanik en viss åtgärd på avstånd (eller icke-lokalitet). Einstein tyckte inte om någonting alls. Det är också svårt att se hur Bohm-mekanik kan förutsäga någon experimentell skillnad mellan förutsägelser för standard kvantmekanik. Strax före sin död sa Einstein att han inte var imponerad av Bohms tolkning. "För billigt för mig", skrev Einstein i ett brev till fysikern Max Born.

9. Tolkning av stokastisk utveckling

Denna tolkning kan kanske inte strikt kallas tolkningen av kvantmekanik, eftersom den ändrar matematik. I vanlig kvantmekanik "utvecklas" vågfunktionen, förändras över tiden på ett mycket förutsägbart sätt. Med andra ord kan oddsen för olika resultat förändras och du kan förutsäga hur exakt de kommer att förändras tills du gör en mätning. Men vissa fysiker har under åren antagit att utvecklingen i sig kan förändras på ett slumpmässigt (eller stokastiskt) sätt för att orsaka sin egen kollaps. Det antas att denna kollaps inträffar mycket snabbt för stora (makroskopiska) föremål och långsamt för subatomära partiklar. Nobelpristagaren Steven Weinberg studerar detta alternativ noggrant.

8. Quantum Bayesianism (Christopher Fuchs, Carlton Caves, Rudiger Schack)

Denna tolkning, ibland kallad QBism, tar hänsyn till Bayesiansk statistisk forskning som speglar en personlighetsfaktor för att hitta resultat - personligt gissning. Ur denna synvinkel är vågfunktionen "personlig", vilket representerar mätningar av individuell kunskap om systemets tillstånd, som kan användas för att förutsäga dess framtid.

7. The Many-Worlds Interpretation (Hugh Everett III)

Ignorerad i många år sedan introduktionen 1957 har tolkningen av många världar vunnit popularitet under det senaste decenniet. Tolkningen postulerar att varje gång en mätning sker sker alla möjliga resultat i olika konsekvenser av verkligheten och skapar många parallella universum. I själva verket tänkte Everett på det som att dela observatören i kloner som ser olika dimensioner. Det är i alla fall konstigt.

6. Kosmologisk tolkning (Anthony Aguirre och Max Tegmark)

Relativt nytt. Verket uppträdde först 2010. I princip argumenterar Aguirre och Tegmark att om universum är oändligt, så är tolkningen av många världar korrekt, eftersom det kommer att finnas ett oändligt antal parallella universum där alla möjliga resultat av mätningar av kvantmekaniska processer kan förekomma. Aguirre och Tegmark beräknade att resultaten skulle uppträda i samma proportioner förutsagda av de möjligheter som beräknades inom ramen för kvantmatematik. Således beskriver "vågfunktionen en faktisk rumslig samling av identiska kvantsystem, och kvantosäkerheten förklaras av observatörens oförmåga att definiera sig själv i denna samling."

5. Köpenhamns tolkning

Köpenhamns tolkning formulerades av Niels Bohr i slutet av 1920-talet, vid kvantmekanikens början (och senare utsmyckad av Werner Heisenberg). Bohr trodde att mätningar ger resultat som bara kan beskrivas på det vanliga språket för klassisk fysik, så det är ingen mening att undra vad som händer i någon osynlig "kvant" -region. Du måste ställa in din experimentella inställning för att ställa en fråga om universums natur, och den fråga du ställer innebär det svar du får. Denna synvinkel inkluderar Heisenbergs osäkerhetsprincip, som inte begränsar mätningen utan själva verklighetens natur - både partikelns position och dess hastighet existerar helt enkelt inte när mätningen sker. Dimension väljer en av många möjligheter (eller Heisenberg potentiella verkligheter). Bohr förklarade förmodade paradoxer, såsom beteendet hos en partikel som vågor och vågor som en partikel, genom ömsesidigt uteslutande men "kompletterande" naturaspekter.

4. Successiva berättelser (Robert Griffiths)

Tolkningen av på varandra följande berättelser föreslogs först av Griffiths 1984 och behandlar klassisk fysik så nära kvantmekanik, och kvantmatematik kan beräkna sannolikheten för såväl storskaliga fenomen som subatomära. Sannolikheter avser inte mätresultat utan systemets fysiska tillstånd. Griffiths betonar "inkompatibiliteten" hos många möjliga realiteter inom kvantfysik. Du kan ta ett foto från ett berg från olika vinklar, konstaterar han, men bilderna måste kombineras för att bilda hela bilden av det riktiga berget. I kvantfysik kan du välja vad du mäter (säg en partikels hastighet eller dess position), men du kan inte kombinera de två dimensionerna för att göra en fullständig bild av partikeln före mätningen. Innan mätningen existerar den faktiska positionen och momentum helt enkelt inte. På samma sätt finns det inget verkligt fysiskt tillstånd där Schrödingers katt lever och är död samtidigt. Det faktum att vågfunktionen kan beskriva ett sådant tillstånd betyder helt enkelt att vågfunktionen är en matematisk konstruktion för beräkning av sannolikheten för en sekvens av händelser eller berättelser. I verkliga livet kommer varje sekvens av händelser att berätta en sekventiell historia.

3. Kvant-darwinism (Wojciech Zurek)

I likhet med på varandra följande berättelser betonar Zureks kvant-darwinism rollen av dekoherens. Det är en process genom vilken flera möjliga kvantrealiteter elimineras när systemet interagerar med sin miljö. När molekyler eller fotoner studsar av ett objekt registrerar deras banor objektets position; snart kommer bara en bana att förbli associerad med information som registreras i miljön. Denna typ av naturliga interaktioner ger ett slags "naturligt urval" av egenskaper som registreras i miljön, i flera kopior tillgängliga för observatörer. Således kan observatören komma överens om en specifik plats för makroskopiska objekt, istället för flera platser samtidigt.

2. Dekoherenta berättelser (Murray Gell-Mann och James Hartle)

En variation av Griffiths successiva berättelser är tolkningen av Gell-Mann och Hartle (1989), med betoning på dekoherens, som Zhurek med kvant-darwinismen. Men Gell-Mann och Hartl hävdar att hela universum kan ses som ett kvantsystem utan en extern miljö. Således sker dekoherens internt och producerar vad de kallar "semiklassiska domäner" - uppsättningar av sekventiella historier som inte kan urskiljas mot bakgrund av grov kornighet orsakad av dekoherens.

1. Tolkning av Thomas Siegfried

Han tror att han kommer att kalla sin tolkning hermeneutisk. Arbetet pågår fortfarande. Forskaren tror att istället för att skapa en tolkning av kvantmekanik kommer han att tolka tolkningarna som behöver tolkas.