Home » Articole » RO » Știință » Fizica » Mecanica cuantică » Interpretarea ansamblului (interpretarea statistică) în mecanica cuantică

Interpretarea ansamblului (interpretarea statistică) în mecanica cuantică

Interpretarea ansamblului mecanicii cuantice consideră că descrierea cuantică a stării se aplică numai unui ansamblu de sisteme asemănătoare, mai degrabă decât presupunând că acesta reprezintă exhaustiv un sistem fizic individual.

Avocații interpretării ansamblului mecanicii cuantice susțin că este minimalistă, făcând cele mai puține ipoteze fizice despre sensul formalismului matematic standard. Aceasta propune să se ia în cea mai mare măsură în considerație interpretarea statistică a lui Max Born, pentru care a câștigat Premiul Nobel pentru Fizică. De exemplu, o nouă versiune a interpretării ansamblului care se bazează pe o nouă formulare a teoriei probabilității a fost introdusă de Raed Shaiia, care a arătat că legile mecanicii cuantice sunt rezultatul inevitabil al acestei noi formulări. În fața ei, interpretarea ansamblului ar putea părea că contrazice doctrina propusă de Niels Bohr, că funcția de undă descrie un sistem sau o particulă individuală, nu un ansamblu, deși a acceptat interpretarea statistică a mecanismului cuantic al lui Born. Nu este destul de clar exact ce tip de ansamblu intenționa Bohr să excludă, din moment ce el nu descrie probabilitatea în ansambluri. Interpretarea ansamblului este uneori, în special de către susținătorii săi, numită „interpretarea statistică”, dar se pare că poate diferi de interpretarea statistică a lui Born.

Ca și în cazul interpretării de la Copenhaga, interpretarea ansamblului ar putea să nu fie definită în mod unic. Într-o perspectivă, interpretarea ansamblului poate fi definită ca cea recomandată de Leslie E. Ballentine, profesor la Universitatea Simon Fraser. Interpretarea lui nu încearcă să justifice sau să deducă altfel sau să explice mecanica cuantică din orice proces determinist sau să facă orice altă declarație despre natura reală a fenomenelor cuantice; intenționează pur și simplu să interpreteze funcția de undă. Nu propune să ducă la rezultate reale care diferă de interpretările ortodoxe. Aceasta face ca operatorul statistic să fie primar în citirea funcției de undă, derivând astfel noțiunea de stare pură. În opinia lui Ballentine, probabil cel mai notabil susținător al unei astfel de interpretări a fost Albert Einstein:

”Încercarea de a concepe descrierea cuantic-teoretică ca descriere completă a sistemelor individuale conduce la interpretări teoretice nenaturale care devin imediat inutile dacă se acceptă interpretarea că descrierea se referă la ansambluri de sisteme și nu la sisteme individuale.”
– Albert Einstein

Cu toate acestea, se poate la îndoială dacă Einstein, de-a lungul anilor, avea în minte un anume tip de ansamblu.

Înțelesul lui „ansamblu” și „sistem”

Se pare că prima expresie a unei interpretări a ansamblului a fost cea a lui Max Born. El a folosit cuvintele germane „Haufen gleicher”, adesea traduse în limba engleză, în acest context, ca „ansamblu”. Atomii din ansamblul său erau decuplați, adică ansamblul era un set imaginar de atomi independenți care defineau proprietățile sale statistice observabile. Born nu a scris acolo despre un ansamblu de instanțe de un anumit tip de funcție de undă, sau despre unul compus din instanțe de un anumit tip de vectori de stare. Poate exista loc aici pentru confuzie sau neânțelegere.

Un exemplu de ansamblu constă în pregătirea și observarea multor copii ale unui aceluiași tip de sistem cuantic. Acesta este denumit ansamblu de sisteme. Nu este, de exemplu, o singură pregătire și observare a unui set simultan („ansamblu”) de particule. Un singur corp de mai multe particule, ca într-un gaz, nu este un „ansamblu” de particule în sensul interpretării „ansamblului”, deși o pregătire repetată și observarea multor copii ale aceluiași corp de particule constituie un „ansamblu” de sisteme, fiecare sistem fiind un corp de multe particule. Ansamblul nu se limitează, în principiu, la o astfel de paradigmă de laborator, ci poate fi un sistem natural conceput ca produs în mod repetat în natură; nu este clar dacă acest lucru ar putea fi realizat.

Se spune că membrii ansamblului se află în aceeași stare, iar acest lucru definește termenul „stare”. Starea este denotată matematic de un obiect matematic numit operator statistic. Un astfel de operator este o hartă dintr-un anumit spațiu Hilbert corespunzător cu sine și poate fi scris ca o matrice de densitate. Este caracteristic interpretării ansamblului definirea stării de către operatorul statistic. Alte interpretări pot în schimb să definească starea prin spațiul Hilbert corespunzător. O astfel de diferență între modurile de definire a stării pare să nu aibă nicio importanță în sens fizic. Într-adevăr, conform lui Ballentine, se poate defini starea printr-un ansamblu de sisteme pregătite identic, marcat printr-un punct în spațiul Hilbert, după cum poate este mai obișnuit. Legătura este stabilită prin aplicarea procedurii de observare a unei copii a procedurii pregătitoare; matematic, spațiile Hilbert corespunzătoare sunt reciproc duale. Deoarece preocuparea lui Bohr a fost că fenomenele specimenelor sunt ocazii comune de pregătire și observare, nu este evident că interpretările de la Copenhaga și cea a ansamblului diferă substanțial în această privință.

Potrivit lui Ballentine, diferența distinctivă dintre interpretarea de la Copenhaga (CI) și interpretarea ansamblului (EI) este următoarea:

IC: O stare pură |y› oferă o descriere „completă” a unui sistem individual, în sensul că o variabilă dinamică reprezentată de operatorul Q are o valoare definită (q, de ex.) dacă și numai dacă Q|y› = q|y›.

IA: O stare pură descrie proprietățile statistice ale unui ansamblu de sisteme pregătite identic, ale cărui operatori statistici sunt idempotenți.

Ballentine subliniază că sensul „stării cuantice” sau a „vectorului de stare” poate fi descris, în esență, printr-o corespondență unu la unu cu distribuțiile de probabilitate ale rezultatelor măsurătorilor, nu cu rezultatele individuale ale măsurătorilor. O stare mixtă este doar o descriere a probabilităților, P(χ1) și P (χ2) a pozițiilor, nu o descriere a pozițiilor individuale reale. O stare mixtă este un amestec de probabilități de stări fizice, nu o suprapunere coerentă a stărilor fizice.

Pisica lui Schrödinger

Interpretarea ansamblului afirmă că superpozițiile nu sunt altceva decât subansamblele unui ansamblu statistic mai mare. În acest caz, vectorul de stare nu se va aplica experimentelor individuale ale pisicii, ci numai statisticilor multor experimente similare pe pisică. Susținătorii acestei interpretări afirmă că acest lucru face ca paradoxul pisicii lui Schrödinger să nu fie o problemă trivială. Cu toate acestea, aplicarea vectorilor de stare pentru sistemele individuale, mai degrabă decât pentru ansambluri, a solicitat beneficii explicative, în domenii cum ar fi experimentele cu o singură particulă și două fante și calculul cuantic. Ca o abordare minimalistă, interpretarea ansamblului nu oferă nicio explicație alternativă specifică pentru aceste fenomene.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *