Récemment, chaque fer a fait l'éloge de l'interprétation multi-monde de la mécanique quantique et négative envers Copenhague. Voici, par exemple, un article relativement récent sur Habré . Les adeptes des idées des pères fondateurs (Niels Bohr, Werner Heisenberg, Paul Dirac, Wolfgang Pauli) sont désormais considérés comme des dinosaures qui refusent d'accepter l'interprétation multi-mondes moderne (1957).
En effet, à première vue, une interprétation multi-monde semble logique et chez les non-initiés, sa connaissance provoque généralement une perplexité comme «Comment peut-on argumenter avec cela? Toujours évident! Pourquoi les scientifiques s'accrochent-ils à Copenhague? » Mais, comme toujours, le diable est dans les détails. Les pères fondateurs, contrairement à l' alcoolique Hugh Everett, n'étaient pas des imbéciles.
Interprétation de Copenhague
La mécanique quantique est un cadre, un ensemble de postulats (axiomes). Différentes sources en donnent un nombre différent. Dans certains cas, certains postulats peuvent être déduits d'autres. Mais alors la présentation du matériel déjà complexe est encore plus compliquée, donc généralement 5-6 pièces sont formulées.
Ce cadre peut être appliqué à diverses situations et développer des théories plus détaillées basées sur celui-ci: mécanique des particules quantiques non relativiste, mécanique quantique relativiste, théorie des champs quantiques (électromagnétique, fort, faible, Higgs, etc.), théorie des cordes, physique du solide et bien d'autres encore de quoi.
La plupart des postulats associent des structures mathématiques abstraites à la physique, par exemple:
Les valeurs observées correspondent aux opérateurs hermitiens.
ou
Lors de la mesure de la valeur correspondant à un opérateur donné, il est possible d'obtenir une seule des valeurs propres de cet opérateur.
ou
L'état du système (le maximum d'informations possibles sur le système) est décrit par un vecteur dans un espace de Hilbert appelé vecteur d'état.
Ces postulats abstraits ne sont pas pris du plafond, mais du critère de la correspondance des prédictions de la théorie aux données expérimentales. Pour une discussion plus approfondie, nous aurons besoin des deux postulats suivants. Postulat de mesure:
Lors de la mesure de la valeur correspondant à un opérateur donné, le vecteur d'état s'effondre dans l'un des vecteurs propres de l'opérateur donné, et celui qui correspond à la valeur propre mesurée.
et la règle de Bourne:
La probabilité que pendant la mesure nous obtenions une valeur propre donnée de l'opérateur est égale au carré de la valeur absolue du produit scalaire du vecteur d'état courant avec le vecteur propre correspondant de l'opérateur.
Assez abstrait, non?
Comme je l'ai noté, de nombreux postulats sont interconnectés. Par exemple, le fait qu'un produit scalaire doit être carré, et non dans un cube, disons, peut être déduit d'autres postulats.
Nous appliquons donc ce colosse mathématique au fameux "paradoxe" du chat Schrödinger.
Nous devons mesurer l'état du chat (vivant / mort). Selon le postulat, une telle quantité mesurée doit correspondre à un opérateur hermitien. En effet, vous pouvez en trouver un. Les opérateurs qui répondent aux questions oui / non (le chat est-il vivant?) Sont appelés opérateurs de projection. Ils n'ont que deux valeurs propres - zéro et un. L'unité dans notre cas correspond à un chat vivant, zéro à un chat mort.
Selon le postulat, lors de la mesure, nous ne pouvons obtenir qu'une seule de ces deux valeurs propres. Par conséquent, nous ne serons jamais vivants + morts. Il n'y a pas une telle valeur propre correspondant à un vecteur 
notre opérateur de projection. Tout, le «paradoxe» est épuisé.
Mais la mécanique quantique nous permet également de calculer la probabilité qu'à l'observation nous aurons un chat vivant et la probabilité qu'il soit mort. Disons que l'état du chat est décrit par le vecteur 
. La probabilité que, lors de l'observation, le chat soit vivant, selon la règle de Bourne, est égale à:
et le fait qu'il soit mort:
Voilà, les calculs mécaniques quantiques ennuyeux sont terminés. Il existe des théorèmes montrant qu'il est impossible d'extraire plus d'informations que ces probabilités en principe.
Interprétation multi-monde
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Les adeptes d'une interprétation mondiale rejettent simplement les deux derniers postulats. Nous n'en avons pas besoin, superflus.
Mais il est clair que s'ils avaient pu être supprimés, les pères fondateurs ne les auraient pas présentés. Avec quoi les partisans du multi-monde les remplacent-ils? Curieusement, dans de nombreux mondes.
Toutes les alternatives sont mises en œuvre dans un monde particulier. Si le système est décrit par un vecteur , puis l'univers est divisé en deux mondes: dans l'un, le chat est vivant et dans l'autre mort.
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Brillant, n'est-ce pas? Et joliment purement psychologiquement. C'est bien de penser qu'il y a des mondes où l'on est milliardaire.
Mais le multi-monde s'arrête si vous prenez simplement d'autres coefficients (amplitudes de probabilité) avant les vecteurs 
et . Prenez par exemple:
L'interprétation standard de Copenhague dit que lorsqu'il est observé avec une probabilité de 99%, nous verrons un chat mort. Et croyez-moi, il en sera ainsi. Mais qu'est-ce qui a changé dans le monde? Rien. Comme il y avait deux mondes, il reste. La probabilité devrait être de 0,5.
Les adhérents particulièrement avancés disent que "l'épaisseur des branches" a changé. Mais expliquez-moi de quoi dépend cette épaisseur et qu'est-ce qui la fait changer? En quoi le mot "épaisseur de branche" diffère-t-il du mot "probabilité"? Pourtant, vous avez besoin d'une règle de Bourne, est-ce juste que la probabilité est remplacée par l'épaisseur? Et bien.
En fait, dans la version originale de l'expérience, le sort du chat est associé à la dégradation ou non de l'atome. La probabilité qu'un atome se soit désintégré augmente avec le temps, tandis que le fait qu'il ne se désintègre pas diminue. Dans le cadre de l'interprétation standard de Copenhague, on peut même trouver la dépendance exacte de la probabilité sur le temps.
Les adeptes du monde entier se révèlent apparemment que «l'épaisseur des branches» change avec le temps. En général, un monde réel à 1% et un monde réel à 99% ne sont pas très beaux.
Un autre groupe prétend que cent mondes se formeront.
Dans l'un, le chat est vivant et dans 99 morts. Mais d'où vient une centaine, s'il n'y a que deux termes dans une superposition: vivant + mort? On fait valoir, après tout, qu'une interprétation multivariée ne change pas les mathématiques du CM. Et encore une fois, les probabilités changent avec le temps. Au fil du temps, de plus en plus de mondes avec un chat mort apparaissent? Même si je me suis retrouvé dans un monde avec un chat vivant?
En parlant de temps. Dans la représentation de Heisenberg, le vecteur d'état est généralement statique et les opérateurs changent avec le temps. Mais une interprétation multi-monde ne fonctionne que selon Schrödinger, lorsque l'évolution temporelle est affectée au vecteur d'état (fonction d'onde). Il s'avère tout de même, il n'est pas compatible avec toutes les mathématiques du KM standard, comme indiqué.
Quand exactement ces branches se produisent-elles? Les observateurs de différents référentiels s'accorderont-ils sur le temps de branchement? Quelqu'un a-t-il même essayé de combiner le multi-monde avec la théorie de la relativité?
Un autre argument est associé à une telle nuance de la mécanique quantique que l'observateur peut choisir une base sur laquelle la quantité observée sera mesurée. Avec le chat Schrödinger, il n'est pas tout à fait évident quelle autre base peut être utilisée. Mais si nous considérons quelque chose de «plus quantique», le spin électronique, par exemple, alors que pendant la mesure, nous n'obtenons également qu'une seule des deux valeurs (spin up ou spin down), la forme de l'opérateur hermitien pour le spin sera différente pour différentes bases. Et il y en a infiniment. Elle est associée au choix de l'axe par rapport auquel la rotation sera mesurée.
Mais il existe une infinité de directions dans l'espace. La distribution de probabilité de ce que sera le spin dans la mesure dépend de la direction choisie (base).
Nous attachons un appareil de mesure du dos à un automate qui tue un chat. Il s'avère alors que son sort est lié au résultat de la mesure de la rotation et au choix par l'observateur d'une certaine base. Il s'avère que l'expérimentateur détermine par son choix combien de mondes l'univers partagera?
Combien de mondes sont formés? Deux pour chacune des mesures de spin (haut / bas) et l'infini pour chacune des bases? Deux fois l'infini?
Et si vous mesurez une certaine quantité, dont l'opérateur a un spectre continu. Par exemple, à quel nombre infini de points sur l'écran le photon obtient-il après avoir passé une plaque à double fente.
Et si l'observateur veut encore changer la base. Il ne mesurera pas les coordonnées, mais l'élan. Combien de mondes apparaîtront? L'infini multiplié par deux?
Et si vous mesurez une quantité avec un spectre continu et choisissez une base, vous pouvez le faire dans l'infini des possibilités. Combien de mondes seront formés? L'infini multiplié par l'infini?
OK, je sais que George Cantor a trouvé des nombres cardinaux et ordinaux pour de tels cas. Idée pour les monstres scientifiques: essayez de décrire une interprétation multi-monde en les utilisant. Pas étonnant que ces différentes infinités existent dans le monde platonicien des idées. Au moins, ils feront quelque chose.
De nombreux autres arguments peuvent être avancés. Pourquoi et comment ces mondes peuvent s'unir à nouveau, et ils devraient pouvoir s'unir, car avant l'évolution, l'évolution quantique est réversible. Et puisque les postulats de mesure ont été supprimés dans une interprétation multi-mondes, l'évolution est toujours réversible. Comment les expériences d'intrication quantique sont-elles expliquées? Et ainsi de suite et ainsi de suite ...
En général, avec ces idées folles, Hugh Everett est allé lui-même chez Niels Bohr, qui s'est moqué de lui.
Haha
Qu'est-ce que l'effondrement?
Les partisans des multi-mondes espèrent que la règle de Bourne dérivera un jour de la "physique de la division mondiale". Les probabilités ne sont pas fondamentales, disent-ils. Je vais vous décevoir, mais cela n'arrivera jamais. Il est impossible de construire une théorie probabiliste sans introduire initialement la probabilité.
Les adeptes particulièrement véhémentes critiquent le postulat de la mesure. Que veut-il dire?
Pendant la mesure, le vecteur d'état (fonction d'onde) s'effondre dans l'un des vecteurs propres de l'opérateur de la quantité mesurée. Dans le cas du chat Schrödinger, ce sont des vecteurs et . Le postulat dit simplement: quel que soit le vecteur d'état avant la mesure, si vous avez vu un chat vivant, le système devrait maintenant être décrit par un vecteur . Si vous avez vu un chat mort, décrivez-le maintenant avec un vecteur .
Autrement dit, l'effondrement reflète la mise à jour des connaissances de l'observateur lorsqu'il reçoit de nouvelles informations. Il s'agit d'un processus subjectif. Aucun processus physique n'est associé à l'effondrement. Et oui, différents observateurs peuvent décrire le même système avec différents vecteurs d'état. Et l'effondrement pour eux peut survenir à différents moments. Cela peut être vu dans l'exemple d'une expérience mentale avec un ami Wigner .
Vous pouvez faire une analogie avec un tirage au sort.
Au départ, vous décrivez le système avec des probabilités: 50%, que l'aigle tombera, et 50%, que la queue. Mais après le lancer, un aigle ou une queue tombe. Vous mettez à jour vos informations et décrivez l'état actuel du système comme 100% têtes et 0% têtes. Il y a eu un «effondrement» de la distribution de probabilité dans l'une des alternatives réalisées.
La mécanique quantique dans son interprétation standard de Copenhague est subjective. Ni un observateur ni une observation (mesure) ne peuvent en être rejetés.
Feynman sur une interprétation multi-monde
Richard Feynman est couramment cité comme exemple d'un gourou de la physique quantique. Il a consacré une interprétation multivariée de jusqu'à 30 secondes de sa vie. Ce moment a été enregistré comme
transcription de la conférence . Feynman a exprimé l'avis qu'une interprétation multi-monde est un non-sens complet et n'y est plus jamais revenue.