Интерпретации КТ

Краткое изложение интерпретаций квантовой теории (квантовой механики)

У физиков к философии два противоположных отношения. Такие гении как Бор, Гейзенберг, Эйнштейн утверждали, что она нужна для осмысления квантовой механики (КМ). Так Эйнштейн говорил о себе, что он не физик, а метафизик. Но при этом не менее гениальные Ландау и Фейнман считали, что философия вредна для физики. Свою неопозитивистскую позицию Фейнман выражал в известной словестной формуле Д. Мермина: «Shut up and calculate» «Заткнись и считай!»

Основа математического формализма КМ – волновая функция или пси-функция. Она описывает состояние квантовой системы.  Для того, чтобы ее можно было непротиворечиво использовать в вычислениях, пси-функция определена в бесконечномерном гильбертовом пространстве и коплексозначна.

Прежде чем перечислять существующие на сегодняшний день интерпретации КМ, следует слегка пройтись по ее ОСНОВНЫМ ПРИНЦИПАМ:

1. Принцип суперпозиции состояний, описываемых различными волновыми функциями (пси-функциями). Суммарная пси-функция = сумме Cn пси-функций n
2. Зависимость от «иного»
3. Целостность КМ (ЭПР парадокс).

ПЕРВЫЙ принцип. Суперпозиция состояний. Иллюстрируется опытом Юнга с потоком электронов проходящим через две щели. В случае наличия детекторов при проведении данного опыта электроны ведут себя как частицы, если же детекторы отсутствуют, то электроны ведут себя как волна. Этот опыт также описан Фейнманом в его знаменитых лекциях. Суперпозиция имеет два основных объяснения. Первое: суперпозиция возможна по причине корпускулярно-волнового дуализма электрона. Второе: электрон, представляя из себя что-то третье (не частицу и не волну) раздваивается и проходит сразу через 2 щели. Это описание носит название «квантовая шизофрения».

ВТОРОЙ принцип. Зависимость от «иного». Частицы демонстрируют радикально различное поведение в зависимости от того, установлено ли за ними наблюдение, или нет. Есть различные попытки трактовок этого удивительного факта:
1. Влияние субъекта (Бор, Гейзенберг). Никакой квантовый феномен не является таковым, пока мы за ним не наблюдаем. Состояние до регистрации принципиально не определено, объект находится в суперпозиции возможностей.
2. Трактовка Джона Арчибальда Уилера. “It from Bit” Влияние наблюдателя на объект при помощи постановки того или иного вопроса во время эксперимента. Так называемая «информационно-квантовая вселенная».
3. Микрообъекты обладают разумом.

ТРЕТИЙ принцип. Целостность КМ. Между частицами существует квантовая нелокальная связь, так называемая «квантовая запутанность».  Этот результат был получен Эйнштейном с сотрудниками в 1935 году при решении уравнений КТ (Парадокс Эйнштейна-Подольского – Розена). Складывалось впечатление, что запутанные частицы взаимодействуют со скоростью большей скорости света. Эйнштейн сделал из этого вывод, что квантовая механика неполна, не полностью описывает мир.
Но как было математически показано в 1975 году, ОТО не нарушается при взаимодействии запутанных частиц. Кроме того, Белл получил уравнение для проверки полноты КТ опытным путем. Эта проверка состоялась (Аспе) и было доказано, что КТ целостна и полностью описывает поведение субатомных частиц и не содержит скрытых параметров.

ИНТЕРПРЕТАЦИИ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ:

Имеется примерно 30 различных интерпретации КТ. Рассмотрим самые известные:

1. Копенгагенская трактовка. Суммарная волновая функция пси-функция частицы рассматривается как сумма всех возможных для ее волновых функций, пакет возможностей из которого реализуется только в 1 состоянии. Это называется коллапсом волновой функции. Когда за частицей не наблюдают, то существуют все возможные для нее состояния, описываемые различными пси-функциями. Если устанавливается наблюдение, то реализуется только одна из возможностей и одна конкретная пси-функций. Процесс измерения случайно выбирает только одну из допустимых возможностей, и волновая функция мгновенно изменяется, чтобы отразить этот выбор.

2. Интерпретация Уилера. Отсекает возможности всех состояний волновой функции ;, кроме одной наблюдаемой именно сам участник процесса – наблюдатель. Уиллер вначале думал, что наблюдатель влияет на время, а конкретно на прошлое, на то как частица начала двигаться. Но потом пришел к мнению, что наблюдатель сам создает событие, проявляет своим измерением неопределенное состояние движущейся частицы. В его трактовке наблюдатель так же существенен для проявлений Вселенной, как и Вселенная для появления наблюдателя.

3. Интерпретация Вигнера, Лондона, Бауэра. Влияние сознания наблюдателя. Необходимость участия сознания в процессе квантово-механического эксперимент. Из этой интерпретации родился так называемый «Парадокс друга Винера», который является расширенным мысленным экспериментом о коте Шредингера. Вигнер постановил что кота можно признать полностью живым (или полностью мёртвым) только тогда, когда все люди (все друзья экспериментатора) во Вселенной узнают результат эксперимента.  ДО этого момента кот остаётся живым и мёртвым одновременно. При этой интерпретации возникают трудности с объяснением такого противоречия, что сознания у людей разные, каждое должно действовать на реальность различающимся образом. Но реальность в опыте нам дана одна. Как это объяснить?

4. Ансамблевые (статистические) трактовки Блохинцева. Квантовая механика изучает движения микрочастиц в квантовом ансамбле. Поэтому все результаты, полученные в КМ – это статистические данные. Волновая функция с точки зрения Блохинцева, детерминированным образом описывает эволюцию квантового ансамбля. Но эта интерпретация оказалась принципиально неверной. Фейнман математически доказал, что электрон интерферирует сам собой. Опыты Алана Аспе полностью подтвердили полноту формализма КТ и правомерность участия в интерференции ОДНОЙ любой микрочастицы.

5. Неореалистические трактовки. (Эйнштейн, де Бройль,). Эти физики пытались свести КМ к классической детерминистской физике и утверждали, что в КТ есть некие скрытые параметры. Эйнштейн не принял странностей КМ (хотя один из первых, кто еще в 35 году очень близко подошёл к правильному ее пониманию). «Бог не играет в кости». «Существует ли Луна пока на нее не смотрит мышь?» - это известные высказывания великого физика, отражающие его неприятие выводов КМ о сущности мира. Опять же еще раз повторюсь, что дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования доказали, что в уравнениях КМ не содержатся скрытые параметры. И как бы ни была непонятна КМ, но она верна.

6. Квантовологическая интерпретация (Финкельштейн, Биркхоф) Эти физики утверждали, что надо менять не уравнения КМ, а менять логику с Аристотелевской двузначной на квантовую многозначную и тем самым менять всю онтологию мира. В трехзначной логике (Лукасевича-фон Неймана) квантово-механические парадоксы не возникают.

7. Холистская интерпретация Девида Бома. Он предположил, что квантовое единство всей Вселенной является наиболее фундаментальной реальностью, а относительно независимое состояние частиц – это только отражение частично-единичной формы существования внутри этого единства. На квантовом уровне мы не можем ничего единичного выделить – это некий ХОЛОН. То есть весь Универсум – некая Голограмма, где мир отражается во всех своих частях, и каждая часть несет полную информацию о всем мире. Составными частями мира являются не классические галилейско – декартовские объекты, а действие, движение некий «holomovment», «голономные движения». Подтверждение этому он видит в неразложимости нелокальности ЭПР-пары. Бом утверждает, что картезианский дуализм мира должен быть заменен целостной холистической трактовкой.При этомон утверждает, что существует некая иерархия Универсума. Наиболее глубоким уровнем реальности является непроявленность, где и осуществляется сеть универсальных взаимоотношений, где функционирует система регулирования всего сущего, не имеющая ничего общего с локальностью в пространстве и времени. КМ принципиально описывает ПРОЦЕСС, а то что мы видим в результате наблюдения – это то, что получается в результате рассечения этого процесса или порядка, описываемого КМ.  Только в результате наблюдения мы получаем пространство и время, которое в реальности является чем-то иным.

8. Многомировая интерпретация Хью Эверетта. Эверетт был аспирантом Дж. А.Уиллера и создал свою теорию в 27 лет в 1957г. Она сейчас имеет много трактовок и наиболее популярна в США. Ее можно представить, как «контрабандную попытку» опять протянуть классическую теорию в мир КМ, поскольку эта теория считает, что Вселенная   находиться в смеси миров, каждый из которых описывается   классическим состоянием. Все эти миры по отношению к нашему находятся в потенциальной возможности проявления как одно из состояний, заключенных в пси-функции. Поскольку по Эверетту при наблюдении коллапс волновой функции (пси-функции) не наступает, то всякое квантовое наблюдение расщепляет Вселенную на реально существующие макроскопические копии, где реализуются все возможнее состояния пси-функции.

9. Концепция Гейзенберга-Фока.  Копенгагенская трактовка утверждает, что только феномены КМ являются реально существующими и помимо них нет никакой более глубокой реальности. Квантовая реальность = это не мир фактически существующего, а всего лишь потенция, «тенденция» к существованию. Гейзенберг не соглашался с этим и утверждал, что КМ возвращает нас к Аристотелевскому понятию DYNAMIS– бытию в возможности, которое при этом имеют более высокий статус, чем наблюдаемая нами реальность.  В интерпретации Гейзенберга возникает двухуровневая онтологическая картина мира – мы имеем модус бытия в возможности и модус действительного бытия. Между ними существует принципиальный разрыв. Скачок. При этом формулы КМ описывают пакет возможностей, а данные наблюдений – то, как эти возможности осуществились на нашем модусе бытия. Математический формализм КТ таким образом количественно выражает метафизику Аристотеля.