为什么顶级物理学家不喜欢多世界的解释

最近,每个铁都听到了关于量子力学在世界范围内的解释以及对哥本哈根的负面看法的赞誉。 例如,在这里, 有关哈布雷的最新文章 。 创始国思想的拥护者(尼尔斯·玻尔,维尔纳·海森堡,保罗·狄拉克,沃尔夫冈·保利)现在被视为拒绝接受现代(1957年)多世界解释的恐龙。


的确,乍一看,多世界的解释似乎是合乎逻辑的,而且在未开始的情况下,对它的熟识通常会引起困惑,例如“人们如何对此争论? 还是很明显! 为什么科学家坚持哥本哈根?” 但是,一如既往,魔鬼在细节中。 与酗酒的休·埃弗里特(Hugh Everett)不同,开国元勋不是傻子。


哥本哈根的解释


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量子力学是一个框架,是一组假设(轴)。 不同的来源给出了不同的数量。 在某些情况下,可以从其他推论中推导出一些假设。 但是随后,已经很复杂的材料的呈现就更加复杂了,因此通常要配制5-6件。


该框架可以应用于各种情况,并在此基础上开发更详细的理论:非相对论量子粒子力学,相对论量子力学,量子场论(电磁,强,弱,希格斯等),弦论,固态物理学等等。什么。


大多数假设都将抽象的数学结构与物理学联系起来,例如:


观测值对应于Hermitian运算符。


当测量与给定运算符相对应的值时,可能仅获得该运算符的特征值之一。


系统的状态(有关系统的最大可能信息)由希尔伯特空间中的一个称为状态向量的向量来描述。

这些抽象的假设不是取自最高限,而是取自理论预测与实验数据的对应标准。 为了进一步讨论,我们将需要以下两个假设。 测量假设:


当测量对应于给定算子的值时,状态向量崩溃为给定算子的特征向量之一,并且对应于所测量的特征值。

和伯恩规则:


在测量过程中,我们获得运算符给定特征值的概率等于当前状态向量的标量乘积与运算符对应特征向量的绝对值的平方。

很抽象,不是吗?


正如我指出的,许多假设相互关联。 例如, 可以从其他假设中推论标量乘积必须是平方的,而不是立方体的事实。


因此,我们将此数学巨像应用到了著名的猫Schrödinger的“悖论”上。


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我们需要测量猫的状态(存活/死亡)。 根据假设,这样的测量量必须对应于Hermitian运算符。 确实,您可以找到一个。 回答是/否的运算符(猫还活着吗?)被称为投影运算符。 它们只有两个特征值-零和一。 在我们的案例中,单位对应于一只活猫,零代表一只死猫。


根据假设,在测量时,我们只能获得这两个特征值之一。 因此,我们将永远活不下去。 没有对应于向量的特征值 $(|存活\ rangle + |死\ rangle)$ 我们的投影运算符。 一切,“悖论”都用尽了。


但是量子力学还允许我们计算观察到我们将拥有一只活猫的可能性,以及它死亡的概率。 假设猫的状态由向量描述 $ \ sqrt {0.5}(|存活\ rangle + |死\ rangle)$ 。 根据伯恩(Bourne)规则,观察后发现猫存活的概率为:


$ | \ langle alive | \ sqrt {0.5}(| alive \ rangle + | dead \ rangle)| ^ {2} = 0.5 $


他死了的事实:


$ | \ langle dead | \ sqrt {0.5}(|存活\ rangle + | dead \ rangle)| ^ {2} = 0.5 $


就是这样,无聊的量子力学计算已经结束。 有定理表明,原则上不可能提取比这些概率更多的信息。


多世界解释



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全世界解释的拥护者只是舍弃了最后两个假设。 我们不需要它们,多余的。


但是很明显,如果可以免除它们,开国元勋就不会引进它们。 多世界的支持者用什么代替它们? 奇怪的是,在许多世界中。


所有替代方案都在特定的世界中实现。 如果系统由向量描述 $ \ sqrt {0.5}(|存活\ rangle + |死\ rangle)$ ,然后宇宙被分为两个世界:一个是猫活着,另一个是死了。



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很棒,不是吗? 纯粹在心理上很有吸引力。 很高兴想到您在某个世界上是亿万富翁。


但是,如果仅在向量之前取其他系数(概率振幅),则多世界将陷入停顿。 $ |存活\ rangle $$ |死\纠缠$ 。 举个例子:


$ \ sqrt {0.01} |有效\ rangle + \ sqrt {0.99} |无效\ rangle $


哥本哈根的标准解释是,以99%的概率观察时,我们会看到一只死猫。 相信我,事实将会如此。 但是,世界上发生了什么变化? 没事 由于有两个世界,它仍然存在。 概率应为0.5。


特别高级的信徒说“分支厚度”已经改变。 但是请向我解释这个厚度取决于什么,它是如何改变的? “分支厚度”一词与“概率”一词有何不同? 仍然,您需要一个伯恩规则,仅仅是概率被厚度代替了吗? 好吧


实际上,在实验的原始版本中,猫的命运与原子是否衰变有关。 原子衰变的可能性随时间而增加,而原子不衰变的事实则在减少。 在标准哥本哈根解释的框架内,甚至可以找到概率对时间的确切依赖性。


世俗的专家显然证明,“分支厚度”随时间变化。 通常,1%的真实世界和99%的真实世界看起来并不十分漂亮。


另一个团体声称将形成一百个世界。



其中一只猫还活着,有99只死亡。 但是,如果叠加中只有两个术语的话,一百个从何而来:活着+死了? 毕竟,有人认为多元解释不会改变CM的数学。 同样,概率会随时间变化。 随着时间的流逝,越来越多的死猫世界出现了吗? 即使我最终死于活猫的世界?


说到时间。 在海森堡表示中,状态向量通常是静态的,并且运算符会随时间变化。 但是,将时间演化分配给状态向量(波动函数)时,多世界解释仅在Schrödinger看来有效。 如上所述,结果完全一样,它与标准KM的所有数学都不兼容。


这些分支何时确切发生? 来自不同参考系的观察者会同意分支时间吗? 有没有人试图将多元世界与相对论结合起来?


另一论点与量子力学的细微差别相关,观察者可以选择一个基础来测量观察到的量。 对于Schrödinger猫,尚不完全清楚可以使用哪个其他基础。 但是,例如,如果我们考虑某种“更多量子”的电子自旋,那么尽管在测量时我们也只能得到两个值(自旋或自旋向下)之一,但自旋的埃尔米特算子的形式对于不同的基数会有所不同。 并且有无数个。 它与选择相对于旋转的轴有关。



但是空间中有无限多个方向。 测量中自旋将发生的概率分布取决于所选方向(基本)。


我们将用于测量背部的设备连接到杀死猫的自动机上。 事实证明,他的命运与测量自旋和观察者在一定基础上的选择的结果有关。 事实证明,实验者通过选择来确定宇宙将共享多少个世界?


形成了多少个世界? 每个自旋测量值(上/下)两个,每个基数无限大? 两倍无穷大?


而且,如果您测量一些量,则该量的运算符将具有连续的频谱。 例如,光子经过双缝板后会到达屏幕上无穷多个点。



如果观察者再次想改变基础。 它不会测量坐标,而是测量动量。 将会出现多少个世界? 无限乘以二?
而且,如果您用连续的光谱来测量数量并选择一个基础,则可以从无限的可能性中进行选择。 将形成多少个世界? 无限乘以无限?


好的,我知道George Cantor提出了此类情况的基数和序数。 科学怪胎的想法:尝试使用它们描述多世界的解释。 难怪这些不同的无限性存在于柏拉图式的思想世界中。 至少他们会为某事做。


可以给出许多其他参数。 这些世界为什么以及如何能够再次团结起来,它们应该能够团结起来,因为在进化之前,量子演化是可逆的。 而且,由于在多世界的解释中已经删除了测量的假设,所以发展总是可逆的。 量子纠缠实验如何解释? 依此类推...


通常,带着这些疯狂的想法,休·埃弗里特(Hugh Everett)亲自去了尼尔斯·玻尔(Niels Bohr),后者嘲笑了他。



哈哈


什么是崩溃?


多世界的支持者希望伯恩规则有朝一日能从“世界分裂的物理学”中得出。 他们说,概率不是根本。 我会让你失望的,但这永远不会发生。 不先引入概率就不可能构建概率论。


特别是狂热的拥护者批评测量的假设。 他是什么意思


在测量过程中,状态向量(波动函数)崩溃为被测量量算子的特征向量之一。 对于Schrödinger猫,它们是向量 $ |存活\ rangle $$ |死\纠缠$ 。 假设简单地说:无论测量前的状态矢量是什么,如果您看到一只活猫,那么现在都应该用矢量来描述系统 $ |存活\ rangle $ 。 如果您看到了死猫,请立即用向量进行描述 $ |死\纠缠$


也就是说,崩溃反映了观察者在收到新信息时知识的更新。 这是一个主观过程。 没有物理过程与崩溃相关。 是的,不同的观察者可以用不同的状态向量描述同一系统。 它们的崩溃可能在不同的时间发生。 这可以从对维格纳的朋友进行一次心理实验的例子中看出。


您可以用抛硬币进行类比。




最初,您用概率描述系统:鹰将掉落的概率为50%,而尾巴则为50%。 但是折腾之后,鹰或尾巴都会掉下来。 您更新信息,并将系统的当前状态描述为100%磁头和0%磁头。 概率分布“崩溃”成了已实现的替代方法之一。

在标准的哥本哈根解释中,量子力学是主观的。 观察者和观察(测量)都不能丢掉。


费曼在多世界的解释




理查德·费曼(Richard Feynman)通常被称为量子物理学专家的例子。 他花了长达30秒的多变量解释。 此刻已保存为会议笔录 。 费曼表示,多世界的解释完全是胡说八道,以后再也不会重复。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN472220/


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