Mecânica Quântica: O Fim da Guerra das Interpretações

A mecânica quântica é cercada por um halo de mistério. Freqüentemente, essa auréola surge devido ao fato de que fontes populares apresentam o material sem aderir a nenhuma interpretação específica e, às vezes, tentam espremer fatos modernos no leito procrusteano da antiga interpretação de Copenhague.


Uma lista com mais de 17 interpretações pode ser encontrada aqui . Toda essa longa lista surgiu do fato de que as próprias fórmulas da mecânica quântica adivinharam muito rapidamente, mas por muito tempo não entenderam o que elas significam .

Ingredientes da Interpretação de Copenhague

A interpretação de Copenhague ocupa um lugar especial: é uma das primeiras, se considerarmos a cronologia da ocorrência. Mas, o mais importante, é o padrão para as explicações populares de fato da mecânica quântica. É aqui que vão todos os problemas.

Em quais partes o QM moderno consiste? A mecânica quântica (relativística) é uma certa estrutura de fórmulas preenchidas com detalhes sobre o que são partículas elementares (a chamada mistura variada ) mais os parâmetros do Modelo Padrão . Estes são 19 números mágicos sem dimensão, que a teoria não explica de forma alguma. Mas este é um tópico para outra discussão. Tudo o que é descrito acima, é uma parte com fórmulas puras que são caras para os teóricos. Agora, dois ingredientes mágicos adicionais. Tocamos em um deles por enquanto.

Colapso da função Wave

É uma consequência da medição. A medição é um processo quando sistemas mecânicos quânticos quase sem peso entram em contato com instrumentos de medição clássicos, aproximadamente o mesmo que durante o tempo de Niels Bohr:



Apesar do fato de que, para um grande número de experimentos, a interpretação funcionou como um relógio, nenhum de seus apoiadores conseguiu explicar claramente o que é uma medida . Por via de regra, a recursão ocorre sepule sepule sepulcari medição / observação / observador ... que mede.

A presença de um observador, juntamente com o fato de que o colapso é parcial (na presença de um observador razoável que pode tirar conclusões), deu origem à interpretação de Von Neumann-Wiener , que é chamado de sonho da razão, cria monstros. O colapso criado pela consciência . Não tenho nada contra Neumann e Wiener - isso é apenas uma ilustração de quão ruim tudo foi. Até a conversa sobre interpretações alternativas se tornou, se não um tabu, considerada uma conversa inútil:

Situação atual

Recentemente, especialmente graças à pesquisa no campo da computação quântica, os sistemas de medição de grandes instrumentos com setas encolheram para sistemas minúsculos - às vezes medindo na ordem de vários átomos. E a fronteira entre o sistema mecânico quântico e os sistemas clássicos, que já haviam sido borrados antes, havia sido completamente apagada.

Por que esse sistema de um par de átomos é um dispositivo de medição, mas este não é? Onde os grupos de átomos têm os sinalizadores "Estou medindo o dispositivo" anexados? A interpretação de Copenhague atingiu um impasse filosófico (que não diminui seu papel histórico e pedagógico).
No entanto, os físicos que trabalham no campo da computação quântica não sofrem com esses problemas há muito tempo, e é por isso que

Nova esperança

Não vou falar sobre a interpretação de muitos mundos aqui . Há muita informação sobre essa teoria (e geralmente incorreta). De fatos interessantes, deve-se notar que o primeiro a se deparar com ela não foi Everett, mas Schrödinger .

No entanto, estaremos interessados, e por que a nova teoria não conquistou as mentes imediatamente (além da rejeição devido ao fato de estar "chapada")? Principalmente porque contradiz os fatos observados. Olhando para o experimento com o gato Schrödinger, a teoria previu que deveríamos ter visto isso:



Mas você nunca verá objetos reais em superposição. Portanto, por enquanto, o MWI era apenas uma hipótese maluca, até que foi descoberto

Decoerência quântica

A decoerência foi detectada na ponta da caneta no início dos anos 70. Nos anos 80, houve um estudo ativo dessa área. Agora sem ela, a mecânica quântica moderna e, especialmente, os computadores quânticos não podem ser imaginados. Em metade dos artigos sobre computação quântica, a palavra decoerência está no título e em quase todos - no corpo do artigo.

A descoerência mostra que ocorre na interação de um sistema complexo (observador) com uma quantização quântica (ou outro outro sistema). Ou seja, em vez de duas silhuetas borradas de um gato vivo e um gato morto, o sistema se transforma em dois quase independentes: um observador triste que vê um gato morto e um alegre que vê um gato vivo.

Diferentemente do colapso da função de onda, a descoerência não precisa da mágica da "medição" - isso acontece com qualquer sistema que tenha muitos graus de liberdade (o que é verdade para o cérebro e os dispositivos de observação macroscópica). O processo de decoerência em si é físico, ou seja, devido à troca de um observador e um objeto por fótons (por exemplo), ele não ocorre instantaneamente e o próprio fenômeno se propaga não mais rápido que a velocidade da luz.

Mas e o colapso da função de onda?

A posição dos apoiadores da interpretação de Copenhague é muito fraca. Afinal, agora eles não têm um, mas dois agentes inteiros, fornecendo pelo que o colapso era anteriormente responsável. Obviamente, isso não pode ser assim. Segurando um canudo, eles tentam declarar a decoerência uma explicação do colapso e até colocam isso como uma vitória (dizem que antes o colapso era mágico, mas agora é explicado)

O problema fatal com essa abordagem é que a decoerência é mais fraca que o colapso - explica por que não vemos uma mistura vaga de diferentes estados de gatos, mas não diz que resta apenas um estado do gato! Ou seja, o adepto dessa abordagem deve de fato aderir ao MWI ou ainda arrastar a serra para a teoria, que cortará os ramos "desnecessários".

A regra de Bourne

A regra de Bourne é o último ingrediente que falta para o MWI. Grosso modo, esta é uma muleta que explica como a espessura dos galhos afeta a realidade. Você vai trabalhar. Em um dos ramos do multiverso, seu cérebro se contorcia, você parava e corria para roubar um banco e, em vez de trabalhar, acabava na prisão. Felizmente, a intensidade deste ramo é muito baixa. A regra explica que dificilmente observamos galhos tão finos. Há uma regra em outras interpretações, em particular, em Copenhague. E em fevereiro deste ano, a muleta foi removida .

Assim como a decoerência derivada do formalismo da mecânica quântica suplantou o colapso, a regra de Bourne foi (finalmente !!!) deduzida de uma maneira puramente matemática. O último prego na tampa do caixão da interpretação de Copenhague foi martelado há um mês. A história acabou. Hora de fazer um balanço.

Sumário

Vamos comparar o estado atual do MWI e a interpretação de Copenhague e, como sempre, dissipar os mitos. Então

Copenhagen = Fórmulas + Redução da função Wave + Regra de Bourne
MWI = Fórmulas + ... e nada mais é necessário

Assim, MWI é uma teoria absolutamente minimalista (às vezes chamada de interpretação NULL ). Não implica outros princípios além do formalismo conhecido há muito tempo. Muitos acreditam que a navalha de Occam corta o MWI porque o MWI " postula a existência de outros ramos da realidade não observáveis ". MWI simplesmente não postula nada. A existência desses ramos inevitavelmente decorre das fórmulas da mecânica quântica, assim como a estrutura do espaço dentro de um buraco negro segue as fórmulas de Einstein. Pelo contrário, para que não haja ramificações adicionais, você apenas precisa postular a presença de uma “serra”, que continuamente corta essas ramificações. Bem, ou langoliers:



De repente, no MWI, a mecânica quântica é determinística, objetiva e local - bem, apenas uma teoria de tubos quentes. Obviamente, isso é determinado apenas globalmente (se você observar o desenvolvimento de todos os ramos) - isso é chamado de visão dos pássaros e, do ponto de vista do observador interno, a "visão dos sapos" - eventos no universo são aleatórios (mas obedecem estatisticamente à regra de Bourne).


(novamente de um artigo de Max Tegmark)

Alguns acreditam que o MWI é uma tentativa desesperada de trazer de volta o determinismo para a ciência.


Spoiler: o velho estava certo!

Não e não novamente. Nos fóruns de física, de alguma forma eu me perguntava sobre a motivação de realistas obstinados que travaram uma guerra desesperada com o teorema de Bell (na época, nem todas as brechas nas experiências estavam fechadas). O teorema de Bell proíbe a existência de teorias realistas locais no quadro da mecânica quântica - no entanto, esse teorema não se aplica ao MWI. Assim, para os amantes do realismo, mudar para as bandeiras do MWI resolveria todos os problemas (como me pareceu). Mas nenhum trovão e relâmpago me atingiu - o preço de reconhecer o multiverso para realistas era absolutamente inaceitável , mais inaceitável do que romper com seu amado realismo. Isso leva à conclusão:

MWI - você tem que pagar por tudo apenas uma vez. Aceitar a loucura em uma coisa - e tudo o mais se tornará mais fácil. Ou durante toda a minha vida estive girando em quimeras como colapso , confusão, instantaneamente mudando o estado das partículas emaranhadas, não importa quão longe elas estejam , ou o dualismo das ondas de partículas . A propósito, o conhecido Hawking era para MWI (a prova de Martin Gardner relata Hawking dizendo que MWI é "trivialmente verdadeiro").

PS

Solicitando ao público que lê meu artigo anterior que participe de uma pequena pesquisa sobre o tópico consciência e Qualia AQUI no Google Forms

Obrigada