لماذا لا يحب كبار علماء الفيزياء التفسير متعدد العالم

في الآونة الأخيرة ، سمعنا كل الثناء عن كل تفسير حول التفسير العالمي لميكانيكا الكم والسلبية تجاه كوبنهاغن. هنا ، على سبيل المثال ، مقالة حديثة نسبيا عن حبري . يعتبر الآن أتباع أفكار الآباء المؤسسين (نيلز بور ، فيرنر هايزنبرغ ، بول ديراك ، فولفجانج باولي) ديناصورات يرفضون قبول التفسير العالمي الحديث (1957).

في الواقع ، للوهلة الأولى ، يبدو التفسير متعدد العالم منطقيًا ، ومن بين المبتدئين ، فإن التعارف معه يسبب حيرة مثل "كيف يمكن للمرء أن يناقش هذا؟ لا يزال واضحا! لماذا يتمسك العلماء بكوبنهاجن؟ " ولكن ، كما هو الحال دائما ، الشيطان هو في التفاصيل. لم يكن الآباء المؤسسون ، على عكس هيو إيفرت الكحولية ، من الحمقى.

تفسير كوبنهاغن

ميكانيكا الكم هي إطار ، مجموعة من المسلمات (البديهيات). مصادر مختلفة تعطي عددا مختلفا منها. في بعض الحالات ، يمكن استنتاج بعض المسلمات من الآخرين. لكن عرض المادة المعقدة بالفعل أكثر تعقيدًا ، لذلك عادةً ما تتم صياغة 5-6 قطع.

يمكن تطبيق هذا الإطار على المواقف المختلفة وتطوير نظريات أكثر تفصيلًا استنادًا إلى ذلك: ميكانيكا الجسيمات الكمومية غير النسبية ، ميكانيكا الكم النسبية ، نظرية المجال الكمومي (الكهرومغناطيسية ، قوية ، ضعيفة ، هيغز ، إلخ) ، نظرية الأوتار ، فيزياء الحالة الصلبة وغيرها الكثير من ماذا.

معظم الافتراضات تربط الهياكل الرياضية المجردة بالفيزياء ، على سبيل المثال:

القيم المرصودة تتوافق مع مشغلي الهرميت.

أو

عند قياس القيمة المقابلة لمشغل معين ، من الممكن الحصول على واحد فقط من القيم الذاتية لهذا المشغل.

أو

يتم وصف حالة النظام (الحد الأقصى من المعلومات الممكنة عن النظام) بواسطة ناقل في مساحة Hilbert تسمى متجه الحالة.

لا تؤخذ هذه الافتراضات المجردة من السقف ، ولكن من معيار المراسلات للتنبؤات النظرية إلى البيانات التجريبية. لمزيد من المناقشة ، سنحتاج إلى الافتراضين التاليين. افترض القياس:

عند قياس القيمة المطابقة لمشغل معين ، ينهار متجه الحالة في أحد متجهات eigenvector للمشغل المحدد ، ومتوافق مع القيمة الذاتية المُقاسة.

وحكم بورن:

إن احتمال أن نحصل على قيمة محددة للمشغل أثناء القياس يساوي مربع القيمة المطلقة للمنتج القياسي لعدد متجه الحالة الحالي مع عامل التهيئة المقابل للمشغل.

مجردة جدا ، أليس كذلك؟

كما أشرت ، العديد من المسلمات مترابطة. على سبيل المثال ، يمكن استنباط حقيقة أن المنتج العددي ، وليس في مكعب ، لنفترض أنه من افتراضات أخرى.

لذلك ، نحن نطبق هذا العملاق الرياضي على "المفارقة" الشهيرة للقط شرودنجر.

نحن بحاجة إلى قياس حالة القط (حيا / ميتا). وفقًا للافتراض ، يجب أن تتوافق هذه الكمية المقاسة مع مشغل هيرميت. في الواقع ، يمكنك أن تجد واحدة. المشغلين الذين يجيبون نعم / لا الأسئلة (هل القط على قيد الحياة؟) وتسمى مشغلي الإسقاط. لديهم اثنين فقط من القيم الذاتية - صفر وواحد. الوحدة في حالتنا يتوافق مع قطة حية ، من الصفر إلى قطة ميتة.

وفقًا للافتراض ، عند القياس ، يمكننا الحصول على واحد فقط من هذين القيمين. لذلك ، لن نحيا على قيد الحياة + ميت. لا يوجد أي قيمة مماثلة مكافئة لمتجه $$ مشغل الإسقاط لدينا. كل شيء ، "المفارقة" استنفدت.

لكن ميكانيكا الكم تسمح لنا أيضًا بحساب احتمال أن يكون لدينا قطة حية ، واحتمالية موتها. دعنا نقول أن حالة القط موصوفة بواسطة المتجه $$ . احتمال أن تكون القطة على قيد الحياة بعد الملاحظة ، وفقًا لقاعدة بورن ، تساوي:

$$

وحقيقة أنه ميت:

$$

هذا كل شيء ، انتهت الحسابات الميكانيكية الكم الممل. هناك نظريات توضح أنه من المستحيل استخراج معلومات أكثر من هذه الاحتمالات من حيث المبدأ.

تفسير عالم متعدد

-

أتباع التفسير في جميع أنحاء العالم ببساطة تجاهل آخر اثنين من الافتراضات. نحن لسنا في حاجة إليها ، لا لزوم لها.

لكن من الواضح أنه إذا كان من الممكن الاستغناء عنهم ، لما قدمهم الآباء المؤسسون. ما الذي يحل محله أنصار العالم المتعدد؟ الغريب في كثير من العوالم.

يتم تطبيق جميع البدائل في عالم معين. إذا تم وصف النظام بواسطة ناقل $$ ، ثم ينقسم الكون إلى عالمين: في أحدهما ، القطة حية ، والآخر ميتة.

-

رائعة ، أليس كذلك؟ وجذابة نفسيا بحتة. من الجيد أن نتصور أن هناك عوالم حيث أنت ملياردير.

لكن العالم المتعدّد وصل إلى طريق مسدود إذا كنت تأخذ معاملات أخرى (سعة الاحتمالات) قبل المتجهات $$ و $$ . خذ على سبيل المثال:

$$

يقول تفسير كوبنهاغن القياسي أنه عندما نلاحظ وجود احتمال بنسبة 99 ٪ ، سنرى قطة ميتة. وصدقوني ، سيكون كذلك. لكن ما الذي تغير في العالم؟ لا تهتم. كما كان هناك عالمان ، فإنه لا يزال قائما. يجب أن يكون الاحتمال 0.5.

يقول أتباع متقدمة بشكل خاص أن "سمك الفرع" قد تغير. ولكن من فضلك اشرح لي ما الذي يعتمد عليه هذا السمك وما الذي يجعله يتغير؟ كيف تختلف كلمة "سمك الفرع" عن كلمة "احتمال"؟ ومع ذلك ، أنت بحاجة إلى قاعدة Bourne ، فهل هذا الاحتمال يتم استبداله بسمك؟ حسنا حسنا.

في الواقع ، في الإصدار الأصلي للتجربة ، يرتبط مصير القط بما إذا كانت الذرة تتحلل أم لا. تزداد احتمالية تلاشي ذرة بمرور الوقت ، بينما تقل حقيقة أنها لا تتحلل. في إطار تفسير كوبنهاغن القياسي ، يمكن للمرء أن يجد الاعتماد الدقيق للاحتمال في الوقت المحدد.

يتبين أن العديد من أتباع العالم يتحولون إلى أن "سمك الفرع" يتغير مع مرور الوقت. بشكل عام ، يبدو العالم الحقيقي 1٪ والعالم الحقيقي 99٪ بطريقة جميلة للغاية.

تدعي مجموعة أخرى أن مائة عالم سوف تتشكل.

في واحدة ، القط هو على قيد الحياة ، وفي 99 ميتا. ولكن من أين أتى المئات ، إذا كان هناك فترتان فقط في التراكب: أحياء + ميتة؟ يقال ، بعد كل شيء ، أن التفسير متعدد المتغيرات لا يغير الرياضيات من CM. ومرة أخرى ، تتغير الاحتمالات بمرور الوقت. مع مرور الوقت ، تظهر المزيد والمزيد من العوالم مع القط الميت؟ حتى لو انتهى بي المطاف في عالم مع قطة حية؟

الحديث عن الوقت. في تمثيل Heisenberg ، يكون ناقل الحالة ثابتًا بشكل عام ، ويتغير المشغلون بمرور الوقت. لكن التفسير متعدد العالم لا يعمل إلا من وجهة نظر شرودنجر ، عندما يتم تعيين تطور الوقت لمتجه الدولة (دالة الموجة). لقد اتضح أنه غير متوافق مع جميع رياضيات KM القياسية ، كما هو مذكور.

متى بالضبط تحدث هذه الفروع؟ هل سيتفق المراقبون من الأطر المرجعية المختلفة على وقت التفريع؟ هل حاول أي شخص الجمع بين العالم المتعدد ونظرية النسبية؟

هناك حجة أخرى مرتبطة بمثل هذا الفروق الدقيقة في ميكانيكا الكم ، بحيث يمكن للمراقب اختيار الأساس الذي سيتم به قياس الكمية المرصودة. مع قط Schrödinger ، ليس من الواضح تمامًا أي أساس آخر يمكن استخدامه. ولكن إذا اعتبرنا شيئًا "أكثر كمية" ، على سبيل المثال ، يدور الإلكترون ، على الرغم من حقيقة أنه عندما نحصل على قيمة واحدة فقط من قيمتين (الدوران صعودًا أو تدور) ، فإن شكل مشغل Hermitian لـ spin سيكون مختلفًا لقواعد مختلفة. وهناك الكثير بلا حدود. يرتبط باختيار المحور النسبي الذي سيتم قياس الدوران به.

ولكن هناك اتجاهات كثيرة بلا حدود في الفضاء. يعتمد توزيع احتمالي لما سيكون الدوران في القياس على الاتجاه المختار (الأساس).

نعلق جهازًا لقياس الظهر بأوتوماتون يقتل قطة. ثم اتضح أن مصيره يرتبط بنتيجة قياس الدوران واختيار المراقب لأساس معين. اتضح أن المجرب يحدد باختياره عدد العوالم التي سيشاركها الكون؟

كم من العالمين تتشكل؟ اثنان لكل من قياسات الدوران (أعلى / أسفل) واللانهاية لكل من القواعد؟ مرتين اللانهاية؟

وإذا قمت بقياس بعض الكمية ، فإن المشغل لديه طيف مستمر. على سبيل المثال ، إلى أي عدد لا حصر له من النقاط التي تظهر على الشاشة ، يحصل الفوتون بعد اجتياز لوحة ذات شقين.

وإذا كان المراقب يريد مرة أخرى تغيير الأساس. لن تقيس التنسيق ، ولكن الزخم. كم ستظهر العوالم؟ اللانهاية مضروبة في اثنين؟
وإذا قمت بقياس كمية باستخدام طيف مستمر واخترت أساسًا ، يمكنك ذلك من حدود الاحتمالات. كم من العالمين سوف تتشكل؟ اللانهاية مضاعفة اللانهاية؟

حسنًا ، أعلم أن جورج كانتور قد توصل إلى أرقام كاردينالية وترتيبية لمثل هذه الحالات. فكرة عن النزوات العلمية: حاول وصف تفسير متعدد العالم باستخدامها. لا عجب أن هذه اللانهاءات المختلفة موجودة في عالم الأفكار الأفلاطونية. على الأقل سوف يفعلون لشيء ما.

يمكن إعطاء العديد من الحجج الأخرى. لماذا وكيف يمكن أن تتوحد هذه العوالم مرة أخرى ، ويجب أن تكون قادرة على الاتحاد ، لأنه قبل التطور يكون التطور الكمومي قابلاً للانعكاس. وبما أنه تم إزالة افتراضات القياس في تفسير متعدد العالم ، فإن التطور دائمًا قابل للعكس. كيف يتم شرح تجارب التشابك الكمومي؟ وهكذا دواليك ...

بشكل عام ، مع هذه الأفكار المجنونة ، ذهب هيو إيفرت إلى نيلز بور نفسه ، الذي ضحك عليه.

هاها

ما هو الانهيار؟

ويأمل أنصار العوالم المتعددة أن يتم اشتقاق حكم بورن في يوم ما من "فيزياء تقسيم العوالم". الاحتمالات ليست أساسية ، كما يقولون. سوف أخيب ظنك ، لكن هذا لن يحدث أبداً. من المستحيل بناء نظرية احتمالية دون تقديم الاحتمال في البداية.

ينتقد الملتزمون بشدة بشكل خاص افتراض القياس. ماذا يعني؟

أثناء القياس ، ينهار متجه الحالة (دالة الموجة) في واحد من متجهات eigenvector لمشغل الكمية المقاسة. في حالة قطة شرودنجر ، فهذه نواقل $$ و $$ . تقول الفرضية ببساطة: مهما كان متجه الحالة قبل القياس ، إذا رأيت قطة حية ، فيجب الآن وصف النظام بواسطة متجه $$ . إذا رأيت قطة ميتة ، فصفها الآن باستخدام ناقل $$ .

وهذا يعني أن الانهيار يعكس تحديث معرفة المراقب عندما يتلقى معلومات جديدة. هذه عملية ذاتية. لا توجد عملية جسدية مرتبطة بالانهيار. ونعم ، يمكن للمراقبين المختلفين وصف النظام نفسه باستخدام متجهات الحالة المختلفة. والانهيار بالنسبة لهم يمكن أن يحدث في أوقات مختلفة. يمكن ملاحظة ذلك في مثال التجربة العقلية مع صديق Wigner .

يمكنك رسم تشابه مع إرم عملة.

في البداية ، تصف النظام باحتمالات: 50 ٪ ، أن النسر سوف يسقط ، و 50 ٪ ، أن ذيول. ولكن بعد القذف ، إما نسر أو ذيول تسقط. تقوم بتحديث المعلومات الخاصة بك وتصف الحالة الحالية للنظام برؤوس 100٪ ورؤساء 0٪. كان هناك "انهيار" لتوزيع الاحتمالات إلى أحد البدائل المحققة.

ميكانيكا الكم في تفسير كوبنهاغن المعياري غير موضوعي. لا يمكن طرح أي مراقب أو ملاحظة (قياس) منه.

فاينمان على تفسير متعدد العالم

يُشار إلى ريتشارد فاينمان عادة كمثال لمعلم فيزياء الكم. كرس تفسيرا متعدد المتغيرات يصل إلى 30 ثانية من حياته. تم حفظ هذه اللحظة كنسخة للمؤتمر . عبر فاينمان عن وجهة نظر مفادها أن التفسير متعدد العالم ليس إلا هراء ولم يعد إليه مرة أخرى.