Mengapa fisikawan papan atas tidak menyukai interpretasi multi-dunia

Baru-baru ini, pujian telah terdengar dari masing-masing besi tentang interpretasi mekanika kuantum dan negatif banyak-dunia terhadap Kopenhagen. Di sini, misalnya, artikel yang relatif baru tentang Habré . Penganut ide-ide para pendiri bangsa (Niels Bohr, Werner Heisenberg, Paul Dirac, Wolfgang Pauli) sekarang dianggap dinosaurus yang menolak untuk menerima interpretasi multi-dunia (1957) modern.


Memang, pada pandangan pertama, penafsiran multi-dunia tampak logis dan di antara yang belum tahu, berkenalan dengannya biasanya menyebabkan kebingungan seperti "Bagaimana orang bisa berdebat dengan ini? Masih jelas! Mengapa para ilmuwan berpegang pada Kopenhagen? " Tetapi, seperti biasa, iblis ada dalam rinciannya. Para pendiri, tidak seperti Hugh Everett yang beralkohol, bukanlah orang bodoh.


Interpretasi Kopenhagen


gambar
Mekanika kuantum adalah kerangka kerja, seperangkat postulat (aksioma). Sumber yang berbeda memberikan jumlah yang berbeda pula. Dalam beberapa kasus, beberapa dalil dapat disimpulkan dari yang lain. Tetapi kemudian penyajian materi yang sudah rumit bahkan lebih rumit, jadi biasanya 5-6 lembar dirumuskan.


Kerangka kerja ini dapat diterapkan untuk berbagai situasi dan mengembangkan teori yang lebih rinci berdasarkan itu: mekanika kuantum nonrelativistik, mekanika kuantum relativistik, teori medan kuantum (elektromagnetik, kuat, lemah, Higgs, dll.), Teori string, fisika solid state, dan banyak lagi dari apa.


Kebanyakan postulat mengaitkan struktur matematika abstrak dengan fisika, misalnya:


Nilai yang diamati sesuai dengan operator Hermitian.

atau


Saat mengukur nilai yang terkait dengan operator tertentu, dimungkinkan untuk mendapatkan hanya satu dari nilai eigen operator ini.

atau


Keadaan sistem (informasi maksimum yang mungkin tentang sistem) dijelaskan oleh vektor dalam ruang Hilbert yang disebut vektor keadaan.

Dalil-dalil abstrak ini tidak diambil dari langit-langit, tetapi dari kriteria korespondensi prediksi teori dengan data eksperimental. Untuk diskusi lebih lanjut, kita perlu dua postulat berikut. Postulat pengukuran:


Ketika mengukur nilai yang sesuai dengan operator yang diberikan, vektor keadaan runtuh menjadi salah satu vektor eigen dari operator yang diberikan, dan vektor yang sesuai dengan nilai eigen yang diukur.

dan aturan Bourne:


Probabilitas bahwa selama pengukuran kami memperoleh nilai eigen yang diberikan operator sama dengan kuadrat dari nilai absolut produk skalar dari vektor keadaan saat ini dengan vektor eigen yang sesuai dari operator.

Cukup abstrak, bukan?


Seperti yang saya catat, banyak postulat yang saling berhubungan. Sebagai contoh, fakta bahwa produk skalar harus dikuadratkan, dan tidak dalam kubus, katakanlah, dapat disimpulkan dari postulat lain.


Jadi, kami menerapkan raksasa matematika ini ke "paradoks" kucing Schrödinger yang terkenal.


gambar


Kita perlu mengukur keadaan kucing (hidup / mati). Menurut dalil, jumlah yang diukur harus sesuai dengan operator Hermitian. Memang, Anda dapat menemukannya. Operator yang menjawab pertanyaan ya / tidak (apakah kucing itu hidup?) Disebut operator proyeksi. Mereka hanya memiliki dua nilai eigen - nol dan satu. Unit dalam kasus kami sesuai dengan kucing yang hidup, nol untuk kucing yang mati.


Menurut dalil itu, ketika mengukur, kita hanya bisa mendapatkan satu dari dua nilai eigen ini. Karenanya, kita tidak akan pernah hidup + mati. Tidak ada nilai eigen yang sesuai dengan vektor $ (| hidup \ rangle + | mati \ rangle) $ operator proyeksi kami. Semuanya, "paradoks" sudah habis.


Tetapi mekanika kuantum juga memungkinkan kita untuk menghitung kemungkinan bahwa setelah pengamatan kita akan memiliki kucing yang hidup, dan kemungkinan bahwa kucing itu sudah mati. Katakanlah keadaan kucing dijelaskan oleh vektor $ \ sqrt {0,5} (| hidup \ rangle + | dead \ rangle) $ . Probabilitas bahwa, setelah diamati, kucing akan hidup, menurut aturan Bourne, sama dengan:


$ | \ langle hidup | \ sqrt {0,5} (| hidup \ rangle + | dead \ rangle) | ^ {2} = 0,5 $


dan fakta bahwa dia sudah mati:


$ | \ langle dead | \ sqrt {0,5} (| hidup \ rangle + | dead \ rangle) | ^ {2} = 0,5 $


Itu saja, perhitungan mekanika kuantum yang membosankan sudah berakhir. Ada teorema yang menunjukkan bahwa pada prinsipnya mustahil untuk mengekstraksi lebih banyak informasi daripada probabilitas-probabilitas ini.


Interpretasi multi-dunia



-


Penganut interpretasi seluruh dunia hanya membuang dua postulat terakhir. Kita tidak membutuhkannya, berlebihan.


Tetapi jelas bahwa jika mereka dapat ditiadakan, para pendiri tidak akan memperkenalkan mereka. Untuk apa mereka menggantikan dunia multi-dunia? Cukup aneh, di banyak dunia.


Semua alternatif diterapkan di dunia tertentu. Jika sistem dijelaskan oleh vektor $ \ sqrt {0,5} (| hidup \ rangle + | dead \ rangle) $ , maka alam semesta dibagi menjadi dua dunia: di satu, kucing itu hidup, dan di yang lain, mati.



-


Cemerlang, bukan? Dan secara psikologis murni menarik. Sangat menyenangkan untuk berpikir bahwa ada dunia di mana Anda adalah seorang miliarder.


Tetapi multiworld terhenti jika Anda hanya mengambil koefisien lain (probabilitas amplitudo) sebelum vektor $ | hidup \ rangle $ dan $ | dead \ rangle $ . Ambil contoh:


$ \ sqrt {0.01} | hidup \ rangle + \ sqrt {0.99} | dead \ rangle $


Interpretasi standar Copenhagen mengatakan bahwa ketika diamati dengan probabilitas 99%, kita akan melihat kucing mati. Dan percayalah, itu akan terjadi. Tetapi apa yang telah berubah di dunia? Tidak ada Karena ada dua dunia, itu tetap ada. Probabilitasnya adalah 0,5.


Para penganut yang sangat maju mengatakan bahwa "ketebalan cabang" telah berubah. Tapi tolong jelaskan kepada saya apa ketebalan ini tergantung dan apa yang membuatnya berubah? Bagaimana kata "ketebalan cabang" berbeda dari kata "probabilitas"? Namun, Anda memerlukan aturan Bourne, apakah hanya probabilitasnya yang diganti dengan ketebalan? Baiklah


Sebenarnya, dalam versi asli percobaan, nasib kucing dikaitkan dengan apakah atom membusuk atau tidak. Probabilitas bahwa suatu atom telah membusuk meningkat seiring waktu, sementara fakta bahwa suatu atom tidak membusuk menurun. Dalam kerangka interpretasi Kopenhagen standar, seseorang bahkan dapat menemukan ketergantungan pasti probabilitas tepat waktu.


Banyak pakar dunia ternyata bahwa "ketebalan cabang" berubah seiring waktu. Secara umum, dunia nyata 1% dan dunia nyata 99% entah bagaimana tidak terlihat sangat indah.


Kelompok lain mengklaim bahwa seratus dunia akan terbentuk.



Dalam satu, kucing itu hidup, dan 99 mati. Tapi dari mana datangnya seratus, jika hanya ada dua istilah dalam superposisi: hidup + mati? Bagaimanapun, ia berpendapat bahwa penafsiran multivariat tidak mengubah matematika CM. Dan lagi, probabilitas berubah seiring waktu. Seiring waktu, semakin banyak dunia dengan kucing mati muncul? Bahkan jika saya berakhir di dunia dengan kucing hidup?


Bicara soal waktu. Dalam representasi Heisenberg, vektor keadaan umumnya statis, dan operator berubah seiring waktu. Tetapi interpretasi multi-dunia hanya bekerja dalam pandangan Schrödinger, ketika evolusi waktu ditugaskan ke vektor negara (fungsi gelombang). Ternyata semua sama, tidak kompatibel dengan semua matematika KM standar, seperti yang dinyatakan.


Kapan tepatnya cabang-cabang ini muncul? Akankah pengamat dari kerangka referensi yang berbeda setuju pada waktu percabangan? Adakah yang pernah mencoba menggabungkan dunia multi dengan teori relativitas?


Argumen lain dikaitkan dengan nuansa mekanika kuantum sehingga pengamat dapat memilih dasar di mana kuantitas yang diamati akan diukur. Dengan kucing Schrödinger, tidak sepenuhnya jelas basis lain mana yang dapat digunakan. Tetapi jika kita mempertimbangkan sesuatu yang “lebih kuantum,” spin elektron, misalnya, maka terlepas dari kenyataan bahwa ketika mengukur kita juga hanya mendapatkan satu dari dua nilai (spin up atau spin down), bentuk operator Hermit untuk putaran akan berbeda untuk basis yang berbeda. Dan ada banyak sekali. Hal ini terkait dengan pemilihan sumbu relatif yang akan diukur putarannya.



Tetapi ada banyak arah yang tak terhingga di ruang angkasa. Distribusi probabilitas dari apa putaran akan dalam pengukuran tergantung pada arah yang dipilih (dasar).


Kami memasang perangkat untuk mengukur kembali ke robot yang membunuh kucing. Kemudian ternyata nasibnya terhubung dengan hasil pengukuran putaran dan pilihan pengamat atas dasar tertentu. Ternyata eksperimen itu menentukan dengan pilihannya berapa banyak dunia yang akan dibagi oleh dunia?


Berapa banyak dunia terbentuk? Dua untuk setiap pengukuran putaran (atas / bawah) dan tak terbatas untuk masing-masing pangkalan? Dua kali tak terbatas?


Dan jika Anda mengukur jumlah tertentu, operator yang memiliki spektrum kontinu. Sebagai contoh, yang mana dari jumlah poin tak terbatas pada layar yang diperoleh foton setelah melewati lempeng celah ganda.



Dan jika pengamat kembali ingin mengubah basis. Itu tidak akan mengukur koordinat, tetapi momentumnya. Berapa banyak dunia akan muncul? Infinity dikalikan dua?
Dan jika Anda mengukur kuantitas dengan spektrum kontinu dan memilih basis, Anda dapat dari tak terhingga kemungkinan. Berapa banyak dunia akan terbentuk? Tak dapat dikalikan dengan tak terhingga?


OK, saya tahu bahwa George Cantor datang dengan nomor kardinal dan ordinal untuk kasus seperti itu. Gagasan untuk orang-orang aneh ilmiah: coba gambarkan interpretasi multi-dunia yang menggunakannya. Tidak heran perbedaan tak terhingga ini ada di dunia ide Platonis. Setidaknya mereka akan melakukan sesuatu.


Banyak argumen lain dapat diberikan. Mengapa dan bagaimana dunia-dunia ini dapat bersatu kembali, dan mereka harus dapat bersatu, karena sebelum evolusi evolusi kuantum dapat dibalik. Dan karena dalil pengukuran telah dihilangkan dalam interpretasi multi-dunia, evolusi selalu dapat dibalik. Bagaimana eksperimen keterikatan kuantum dijelaskan? Dan seterusnya dan seterusnya ...


Secara umum, dengan ide-ide gila ini, Hugh Everett pergi ke Niels Bohr sendiri, yang menertawakannya.



Haha


Apa itu runtuh?


Para pendukung multi-dunia berharap bahwa aturan Bourne suatu hari nanti akan berasal dari "fisika pembagian dunia." Kemungkinan tidak mendasar, kata mereka. Saya akan mengecewakan Anda, tetapi ini tidak akan pernah terjadi. Tidak mungkin untuk membangun teori probabilistik tanpa memperkenalkan probabilitas pada awalnya.


Khususnya penganut keras mengkritik postulat pengukuran. Apa yang dia maksud


Selama pengukuran, vektor keadaan (fungsi gelombang) runtuh menjadi salah satu vektor eigen operator dari kuantitas yang diukur. Dalam kasus kucing Schrödinger, ini adalah vektor $ | hidup \ rangle $ dan $ | dead \ rangle $ . Postulat hanya mengatakan: apa pun keadaan vektor sebelum pengukuran, jika Anda melihat kucing hidup, sekarang sistem harus dijelaskan oleh vektor $ | hidup \ rangle $ . Jika Anda melihat kucing mati, maka jelaskan sekarang dengan vektor $ | dead \ rangle $ .


Artinya, keruntuhan mencerminkan pembaruan pengetahuan pengamat ketika ia menerima informasi baru. Ini adalah proses subyektif. Tidak ada proses fisik yang dikaitkan dengan kehancuran. Dan ya, pengamat yang berbeda dapat menggambarkan sistem yang sama dengan vektor negara yang berbeda. Dan keruntuhan bagi mereka dapat terjadi pada waktu yang berbeda. Ini dapat dilihat pada contoh percobaan mental dengan teman Wigner .


Anda dapat menggambar analogi dengan lemparan koin.




Awalnya, Anda menggambarkan sistem dengan probabilitas: 50%, bahwa rajawali akan jatuh, dan 50%, bahwa ekor. Tetapi setelah lemparan, baik elang atau ekor jatuh. Anda memperbarui informasi Anda dan menggambarkan kondisi sistem saat ini sebagai 100% kepala dan 0% kepala. Ada "keruntuhan" distribusi probabilitas menjadi salah satu alternatif yang direalisasikan.

Mekanika kuantum dalam interpretasi standar Kopenhagen adalah subyektif. Baik pengamat maupun pengamat (pengukuran) tidak bisa dikeluarkan darinya.


Feynman pada interpretasi multi-dunia




Richard Feynman umumnya dikutip sebagai contoh seorang guru fisika kuantum. Dia mencurahkan interpretasi multivariat sebanyak 30 detik dari hidupnya. Momen ini disimpan sebagai transkrip konferensi . Feynman menyatakan pandangan bahwa interpretasi multi-dunia adalah omong kosong dan tidak pernah kembali lagi.

Source: https://habr.com/ru/post/id472220/


All Articles