Mécanique quantique: la fin de la guerre des interprétations

La mécanique quantique est entourée d'un halo de mystère. Souvent, ce halo est dû au fait que des sources populaires présentent le matériel sans adhérer à une interprétation spécifique, et parfois ils essaient de presser des faits modernes dans le lit procrustéen de l'ancienne interprétation de Copenhague.


Une liste de plus de 17 interprétations peut être trouvée ici . Cette longue liste est née du fait que les formules de la mécanique quantique elles-mêmes ont deviné assez rapidement, mais pendant très longtemps n'ont pas compris ce qu'elles signifient .

Ingrédients de l'interprétation de Copenhague

L'interprétation de Copenhague occupe une place particulière: elle est l'une des premières, si l'on prend la chronologie de l'événement. Mais, plus important encore, c'est la norme pour les explications populaires de facto de la mécanique quantique. C'est là que vont tous les problèmes.

De quelles pièces se compose le QM moderne? La mécanique quantique (relativiste) est un cadre de formules remplies de détails sur ce que sont les particules élémentaires (la soi-disant ménagerie ) plus les paramètres du modèle standard . Ce sont 19 nombres magiques sans dimension, que la théorie n'explique en aucune façon. Mais c'est un sujet pour une autre discussion. Tout ce qui est décrit ci-dessus, c'est une partie aux formules pures qui est chère aux théoriciens. Maintenant, deux ingrédients magiques supplémentaires. Nous touchons l'un d'eux pour l'instant.

Effondrement de la fonction d'onde

C'est une conséquence de la mesure. La mesure est un processus lorsque des systèmes de mécanique quantique presque sans poids entrent en contact avec des instruments de mesure classiques, à peu près les mêmes qu'à l'époque de Niels Bohr:



Malgré le fait que pour un grand nombre d'expériences, l'interprétation a fonctionné comme une horloge, aucun de ses partisans n'a pu expliquer clairement ce qu'est une mesure . En règle générale, la récursivité se produit sepule sepule sepulcari mesure / observation / observateur ... qui mesure.

La présence d'un observateur, couplée au fait que l'effondrement est partiel (en présence d'un observateur raisonnable qui peut tirer des conclusions) a même donné lieu à l' interprétation de Von Neumann-Wiener , qui est appelé un rêve de raison, crée des monstres L'effondrement créé par la conscience . Je n'ai rien contre Neumann et Wiener - c'est juste une illustration de la gravité de tout. Même la conversation sur les interprétations alternatives est devenue, sinon taboue, alors considérée comme un bavardage inutile:

Situation actuelle

Récemment, en particulier grâce à la recherche dans le domaine de l'informatique quantique, les systèmes de mesure d'instruments énormes à flèches se sont réduits à de petits systèmes - mesurant parfois de l'ordre de plusieurs atomes. Et la frontière entre le système mécanique quantique et les systèmes classiques, qui avait été floue auparavant, s'était complètement effacée.

Pourquoi ce système d'une paire d'atomes est-il un appareil de mesure, mais celui-ci ne l'est pas? Où les groupes d'atomes ont-ils les drapeaux «Je mesure l'appareil» attachés? L'interprétation de Copenhague a atteint une impasse philosophique (qui ne diminue pas son rôle historique et pédagogique).
Cependant, les physiciens travaillant dans le domaine de l'informatique quantique n'ont pas souffert de ces problèmes depuis longtemps, et c'est pourquoi

Un nouvel espoir

Je ne parlerai pas ici de l'interprétation de plusieurs mondes . Il y a beaucoup d'informations sur cette théorie (et souvent incorrectes). De faits intéressants, il convient de noter que le premier à venir sur elle n'était pas Everett mais Schrödinger .

Cependant, nous serons intéressés, et pourquoi la nouvelle théorie n'a-t-elle pas tout de suite séduit les esprits (en plus du rejet dû au fait qu'elle est «lapidée»)? Principalement parce qu'elle contredit les faits observés. En regardant l'expérience avec le chat Schrödinger, la théorie a prédit que nous aurions dû voir ceci:



Mais vous ne verrez jamais de vrais objets en superposition. Par conséquent, pour le moment, MWI n'était qu'une hypothèse folle, jusqu'à ce qu'elle soit découverte

Décohérence quantique

La décohérence a été détectée à l'extrémité du stylo au début des années 70. Dans les années 80, il y avait une étude active de ce domaine. Maintenant, sans elle, la mécanique quantique moderne et, en particulier, les ordinateurs quantiques ne peuvent être imaginés. Dans la moitié des articles sur l'informatique quantique, le mot décohérence est dans le titre, et dans presque tous - dans le corps de l'article.

La décohérence montre que dans l'interaction d'un système complexe (observateur) avec un système quantique (ou tout autre système), la diagonalisation se produit. C'est-à-dire qu'au lieu de deux silhouettes floues d'un chat vivant et d'un chat mort, le système se transforme en deux silhouettes presque indépendantes: un observateur triste qui voit un chat mort et un joyeux qui voit un chat vivant.

Contrairement à l'effondrement de la fonction d'onde, la décohérence n'a pas besoin de la magie de la «mesure» - cela se produit avec tout système ayant de nombreux degrés de liberté (ce qui est vrai pour le cerveau et les appareils d'observation macroscopiques). Le processus de décohérence lui-même est physique, c'est-à-dire qu'en raison de l'échange d'un observateur et d'un objet par des photons (par exemple), il ne se produit pas instantanément et le phénomène lui-même ne se propage pas plus vite que la vitesse de la lumière.

Mais qu'en est-il de l'effondrement de la fonction d'onde?

La position des partisans de l'interprétation de Copenhague est très faible. Après tout, ils n'ont plus un, mais deux agents entiers, fournissant ce dont l'effondrement était auparavant responsable. De toute évidence, cela ne peut pas être le cas. Saisissant une paille, ils essaient de déclarer la décohérence comme une explication de l'effondrement et même de la mettre comme une victoire (ils disent qu'avant l'effondrement était magique, mais maintenant c'est expliqué)

Le problème fatal de cette approche est que la décohérence est plus faible que l'effondrement - cela explique pourquoi nous ne voyons pas un vague mélange de différents états de chats, mais ne dit pas qu'il ne reste qu'un seul état du chat! Autrement dit, l'adhérent à cette approche doit soit adhérer de facto au MWI, soit encore entraîner la scie dans la théorie, ce qui coupera les branches «inutiles».

La règle Bourne

La règle de Bourne est le dernier ingrédient manquant pour MWI. En gros, c'est une béquille expliquant comment l'épaisseur des branches affecte la réalité. Tu vas travailler. Dans l'une des branches du multivers, votre cerveau s'est tordu, vous vous êtes arrêté et vous êtes précipité pour voler une banque, et au lieu de travailler, vous vous êtes retrouvé en prison. Heureusement, l'intensité de cette branche est très faible. La règle explique que nous observons à peine de telles branches minces. Il existe une règle dans d'autres interprétations, en particulier à Copenhague. Et en février de cette année, la béquille a été retirée .

La décohérence dérivée du formalisme de la mécanique quantique supplantant l'effondrement, la règle de Bourne fut (enfin !!!) déduite de manière purement mathématique. Le dernier clou dans le couvercle du cercueil de l'interprétation de Copenhague a été martelé il y a un mois. L'histoire est finie. Il est temps de faire le point.

Résumé

Comparons l'état actuel du MWI et l'interprétation de Copenhague et, comme toujours, dissipons les mythes. Alors

Copenhague = Formules + Effondrement de la fonction d'onde + Règle de Bourne
MWI = Formules + ... et rien d'autre n'est nécessaire

Ainsi, MWI est une théorie absolument minimaliste (parfois même appelée interprétation NULL ). Il n'implique aucun principe supplémentaire autre que le formalisme connu depuis longtemps. Beaucoup croient que le rasoir d'Occam coupe le MWI parce que le MWI " postule l'existence d'autres branches de la réalité non observables ." MWI ne postule simplement rien. L'existence de ces branches découle inévitablement des formules de la mécanique quantique, comme la structure de l'espace à l'intérieur d'un trou noir découle des formules d'Einstein. Au contraire, pour qu'il n'y ait pas de branches supplémentaires, il suffit de postuler la présence d'une «scie», qui scie en permanence ces branches. Eh bien, ou langoliers:



Soudain, dans MWI, la mécanique quantique est déterministe, objective et locale - enfin, juste une théorie du tube chaud. Bien sûr, il n'est déterminé que globalement (si vous regardez le développement de toutes les branches) - c'est ce qu'on appelle la vue des oiseaux, et du point de vue de l'observateur interne, la «vue des grenouilles» - les événements dans l'univers sont aléatoires (mais obéissent statistiquement à la règle de Bourne).


(encore un article de Max Tegmark)

Certains croient que MWI est une tentative désespérée de ramener le déterminisme dans la science.


Spoiler: le vieil homme avait raison!

Non et encore. Lors des forums de physique, je me suis en quelque sorte interrogé sur la motivation des réalistes purs et durs qui ont mené une guerre désespérée avec le théorème de Bell (à l'époque, toutes les lacunes des expériences n'étaient pas fermées). Le théorème de Bell interdit l'existence de théories réalistes locales dans le cadre de la mécanique quantique - cependant, ce théorème ne s'applique pas au MWI. En conséquence, pour les amateurs de réalisme, le passage aux drapeaux MWI résoudrait tous les problèmes (comme il me semblait). Mais aucun - tonnerre et foudre ne m'a frappé - le prix de la reconnaissance du multivers pour les réalistes était absolument inacceptable , plus inacceptable que même de rompre avec leur réalisme bien-aimé. Cela conduit à la conclusion:

MWI - vous devez tout payer une seule fois. Accepter la folie en une chose - et tout le reste deviendra plus facile. Ou toute vie tourne dans des chimères telles que l' effondrement , la confusion, le changement instantané de l'état des particules enchevêtrées, quelle que soit leur distance , ou le dualisme onde de particules . Soit dit en passant, le Hawking bien connu était pour MWI (la preuve de Martin Gardner rapporte que Hawking dit que MWI est "trivialement vrai").

PS

Demander au public lisant mon article précédent de participer à une brève enquête sur le thème de la conscience et de Qualia ICI sur Google Forms

Je vous remercie!