» » » » » » Interpretarea multiplelor lumi în mecanica cuantică

Interpretarea multiplelor lumi în mecanica cuantică

Pisica lui Schrödinger (Paradoxul mecanicii cuantice al „pisicii lui Schrödinger” conform interpretării multor lumi.În această interpretare, fiecare eveniment este un punct de ramificație. Pisica este atât vie, cât și moartă – indiferent dacă cutia este deschisă, dar „vie” și „moartă” este în ramuri diferite ale universului care sunt la fel de reale, dar nu pot interacționa unul cu altul.)

Interpretarea multiplelor lumi este o interpretare a mecanicii cuantice care afirmă realitatea obiectivă a funcției universale de undă și neagă actualitatea colapsului funcției de undă. Multiple lumi implică faptul că toate posibilele istorii alternative și viitorul sunt reale, fiecare reprezentând o „lume” (sau „univers”). În termeni laici, teoria afirmă că există un număr foarte mare – probabil infinit – de universuri, și tot ceea ce ar fi putut să se fi întâmplat în trecutul nostru, dar nu a avut loc, s-a întâmplat în trecutul altui univers. Teoria este denumită și MWI (many-worlds interpretation), formularea stării relative, interpretarea Everett, teoria funcției universale de undă, interpretarea multiplelor universuri, teoria multiversului sau doar multiple lumi.

Formularea originală a stării relative se datorează lui Hugh Everett în 1957. Mai târziu, această formulă a fost popularizată și redenumită multiple lumi de către Bryce Seligman DeWitt în anii 1960 și 1970. Abordările de decoerență pentru interpretarea teoriei cuantice au fost explorate și dezvoltate în continuare, devenind destul de populare. MWI este una dintre multele ipoteze multivers din fizică și filozofie. Este considerată în prezent o interpretare principală împreună cu celelalte interpretări ale decoerencei, teoriile colapsului (inclusiv interpretarea istorică de la Copenhaga) și teorii variabilelor ascunse, cum ar fi mecanica bohmiană.

Înainte de multiple lumi, realitatea a fost întotdeauna privită ca o singură istorie liniară. MWI, însă, vede realitatea istorică ca un copac cu multe ramificații, în care se realizează fiecare rezultat cuantic posibil. MWI reconciliază observarea evenimentelor non-deterministe, cum ar fi dezintegrarea radioactivă aleatorie, cu ecuațiile complet deterministe ale fizicii cuantice.

În MWI, apariția subiectivă a colapsului funcției de undă se explică prin mecanismul decoerenței cuantice și se presupune că aceasta rezolvă toate paradoxurile de corelare ale teoriei cuantice, cum ar fi paradoxul EPR și pisica lui Schrödinger, deoarece orice posibil rezultat al fiecărui eveniment definește sau există în propria sa „istorie” sau „lume”.

Origine

În 1952, în Dublin, Erwin Schrödinger a ținut o prelegere în care, la un moment dat, i-a avertizat pe auditori că ceea ce era pe punctul de a spune ar putea părea o „nebunie”. El a continuat să afirme că ecuația cu care a câștigat un premiu Nobel pare să descrie mai multe istorii diferite, ele nu sunt „alternative, ci toate se întâmplă cu adevărat simultan”. Aceasta este cea mai veche referire cunoscută a multiplelor lumi.

Dezvoltare

Deși au fost propuse mai multe versiuni ale MWI începând cu opera originală a lui Hugh Everett, toate conțin o idee cheie: ecuațiile fizicii care modelează evoluția timpului sistemelor fără observatori încorporați sunt suficiente pentru sistemele de modelare care conțin observatori; în special, nu există nicio colapsare a funcțiilor de undă declanșată de observare, pe care interpretarea de la Copenhaga o propune. Cu condiția ca teoria să fie liniară în ceea ce privește funcția de undă, forma exactă a dinamicii cuantice modelate, fie ea ecuația Schrödinger non-relativistă, teoria relativistă a câmpului cuantic sau o formă de gravitație cuantică sau teoria corzilor, nu modifică validitatea MWI, deoarece MWI este o metateorie aplicabilă tuturor teoriilor cuantice liniare și nu există dovezi experimentale pentru nici o nelinearitate a funcției de undă în fizică. Concluzia principală a MWI este că universul (sau multiversul în acest context) este compus dintr-o suprapunere cuantică a mai multor universuri paralele sau lumi cuantice, posibil infinit de multe, din ce în ce mai divergente, universuri paralele sau lumi cuantice care nu comunică între ele.

Ideea de MWI provine din teza de doctorat a lui Everett la Princeton, „Teoria funcțiilor de undă universale”, dezvoltată sub îndrumarea lui John Archibald Wheeler, al cărei rezumat mai scurt a fost publicat în 1957 intitulat „Formularea stării relative a mecanicii cuantice” (Wheeler a contribuit cu titlul „stare relativă”; abordarea originală a lui Everett a fost „Interpretarea corelației”, unde „corelația” se referă la inseparabilitatea cuantică). Expresia „multiple lumi” se datorează lui Bryce DeWitt, care a fost responsabil de popularizarea mai largă a teoriei lui Everett, care a fost în mare parte ignorată în primul deceniu de după publicare. Fraza lui DeWitt, numită „multiple lumi”, a devenit mult mai populară decât „Formularea stării relative” a lui Everett-Wheeler, mulți uitând că este doar o diferență de terminologie; conținutul lucrărilor lui Everett și articolului popular al lui DeWitt este același.

Interpretarea multiplelor lumi are multe asemănări cu interpretările de mai târziu, post-Everett, ale mecanicii cuantice, care utilizează și decoerența pentru a explica procesul de măsurare sau colapsul funcției de undă. MWI tratează celelalte istorii sau lumi ca fiind reale, deoarece consideră funcția de undă universală ca o „entitate fizică de bază” sau „entitatea fundamentală, ascultând în orice moment de o ecuație determinantă a undelor”. Celelalte interpretări ale decoerenței, cum ar fi istoriile consistente, interpretarea existențială, etc., privesc lumile extra cuantice ca metaforice într-un anumit sens sau sunt agnostice cu privire la realitatea lor; uneori este greu să se facă distincția între diferitele soiuri. MWI se distinge prin două calități: presupune realismul pe care îl atribuie funcției de undă și are structura minimală formală posibilă, respingând orice variabile ascunse, potențialul cuantic, orice formă de postulat de colaps (de exemplu, copenhagenismul) sau postulate mentale cum ar fi interpretarea multiplelor minți).

Interpretările de decoerență ale multiplelor lumi folosind superselecția indusă de mediu (einselecția) pentru a explica modul în care un număr mic de stări clasice indicatoare pot apărea din spațiu Hilbert enorm al superpozițiilor au fost propuse de Wojciech H. Zurek. „Sub decoerența mediului, doar stările indicatorului rămân neschimbate: Alte stări decoerentizează în amestecuri de stări indicatoare stabile care pot persista și, în acest sens, există: Ele sunt einselectate”. Aceste idei completează MWI și aduc interpretarea în concordanță cu percepția noastră asupra realității.

MWI este adesea menționată ca o teorie, mai degrabă decât o interpretare, de cei care propun ca MWI să poată face predicții testabile (cum ar fi David Deutsch) sau falsificabile (cum ar fi Everett) sau de cei care propun ca toate celelalte interpretări non-MWI sunt inconsistente, ilogice sau neștiințifice în ceea ce privește manipularea măsurătorilor; Hugh Everett a susținut că formularea sa a fost o metateorie, deoarece a făcut declarații despre alte interpretări ale teoriei cuantice; că a fost „singura abordare complet coerentă de a explica atât conținutul mecanicii cuantice cât și apariția lumii”. Deutsch ignoră faptul că MWI reprezintă o „interpretare”, spunând că numirea ei drept o interpretare „este ca și cum am vorbi despre dinozauri ca o „interpretare” a înregistrărilor fosile”.

Interpretarea colapsului funcției de undă

Ca și în cazul celorlalte interpretări ale mecanicii cuantice, interpretarea multiplelor lumi este motivată de un comportament care poate fi ilustrat prin experimentul cu două fante. Atunci când particulele de lumină (sau orice altceva) sunt trecute prin fanta dublă, se poate utiliza un calcul care presupune comportamentul luminii ca o undă pentru a identifica unde se pot observa particulele. Cu toate acestea, atunci când particulele sunt observate în acest experiment, ele apar ca particule (adică, în locuri definite) și nu ca unde ne-localizate.

Unele versiuni ale interpretării de la Copenhaga a mecanicii cuantice au propus un proces de „colaps” în care un sistem cuantic nedeterminat s-ar prăbuși probabilistic sau va selecta doar un singur rezultat determinat pentru a „explica” acest fenomen de observare. Colapsul funcției de undă a fost privit ca fiind artificial și ad-hoc, deci o interpretare alternativă în care comportamentul măsurătorii ar putea fi înțeles din mai multe principii fizice fundamentale a fost considerat de dorit.

Teza de doctorat a lui Everett a oferit o astfel de interpretare alternativă. Everett a afirmat că pentru un sistem compozit – de exemplu un subiect (”observatorul” sau aparatul de măsură) care observă un obiect (sistemul „observat”, cum ar fi o particulă) – afirmația că fie observatorul, fie observatul, are o stare definită este lipsită de sens; în limbajul modern, observatorul și cei observați au ajuns să fie inseparați; putem specifica doar starea uneia relativ la cealaltă, adică starea observatorului și a celei observate sunt corelate după observare. Aceasta l-a determinat pe Everett să obțină din dinamica unitară, deterministă (de exemplu, fără a presupune colapsul funcției de undă) noțiunea de relativitate a stărilor.

Everett a observat că dinamica unitară deterministă a decretat că, după o observație, fiecare element al superpoziției cuantice a funcției de undă combinată subiect- obiect conține două stări relative: o stare a obiectului „colapsat” și un observator asociat care a observat același rezultat colapsat; ceea ce observatorul observă și starea obiectului au devenit corelate de actul de măsurare sau observare. Evoluția ulterioară a fiecărei perechi de stări relative subiect-obiect are o indiferență totală în ceea ce privește prezența sau absența celorlalte elemente, ca și când s-ar produce colapsul funcției de undă, ceea ce are drept consecință că observațiile ulterioare sunt întotdeauna în concordanță cu observațiile anterioare. Astfel, apariția colapsului funcției de undă a obiectului a ieșit din teoria unitară, deterministă în sine. (Aceasta a răspuns criticii timpurii a lui Einstein asupra teoriei cuantice, că teoria trebuie să definească ceea ce se observă, nu observabilele sunt cele care definesc teoria). De vreme ce funcția de undă pare să fi colapsat atunci, a spus Everett, nu este nevoie să presupunem că a colapsat acum. Și așa, invocând briciul lui Occam, el a înlăturat din postulatul colapsului funcției de undă din teorie.

Interpretarea nereală/reală

Potrivit lui Martin Gardner, „alte” lumi ale MWI au două interpretări diferite: reale sau nereale; el susține că Stephen Hawking și Steven Weinberg favorizează interpretarea nereală. Gardner susține, de asemenea, că interpretarea nereală este favorizată de majoritatea fizicienilor, în timp ce opinia „realistă” este susținută doar de experții MWI precum Deutsch și Bryce DeWitt. Hawking a spus că „în conformitate cu ideea lui Feynman”, toate celelalte istorii sunt la fel de „reale” ca ale noastre, iar Martin Gardner citează pe Hawking spunând că MWI este „trivial adevărată”. Într-un interviu acordat în 1983, Hawking a mai spus că a considerat MWI drept „corectă în mod auto-evident”, dar a respins întrebările legate de interpretarea mecanicii cuantice, spunând: „Când aud de pisica lui Schrödinger, pun mâna pe arma mea”. În același interviu, el a mai spus: „Dar, uite: Tot ceea ce face cineva este, într-adevăr, să calculeze probabilitățile condiționate – cu alte cuvinte, probabilitatea unei întâmplări A, notată B. Cred că asta este tot ceea ce interpretarea lumii este. Unii oameni o suprapun cu misticism despre funcția de undă care se împarte în diferite părți, dar tot ceea ce se calculează este probabilitatea condiționată.” În altă parte, Hawking și-a contrastat atitudinea față de „realitatea” teoriilor fizice cu cea a colegului său Roger Penrose, spunând: „Este un platonist și eu sunt pozitivist. Este îngrijorat de faptul că pisica lui Schrödinger este într-o stare cuantică pe jumătate vie și pe jumătate decedată, el simte că nu poate corespunde realității, dar asta nu mă deranjează, eu nu cer ca o teorie să corespundă realității pentru că nu știu ce e. Realitatea nu este o calitate pe care o poți testa cu turnesol.Tot ce mă preocupă este că teoria ar trebui să prezică rezultatele măsurătorilor.Teoria cuantică face acest lucru cu succes”. De cealaltă parte, Penrose este de acord cu Hawking că mecanica cuantică aplicat universului implică multiple lumi deși el consideră că lipsa actuală a unei teorii de succes a gravității cuantice denaturează universalitatea revendicată a mecanicii cuantice convențională.

Descrierea MWI

În formularea lui Everett, un aparat de măsurare M și un sistem de obiecte S formează un sistem compozit, fiecare dintre ele înainte de măsurare există în stări bine definite (dar dependente de timp). Măsurarea este considerată ca determinând ca M și S să interacționeze. După ce S interacționează cu M, nu mai este posibilă descrierea niciunui sistem de către o stare independentă. Conform lui Everett, singurele descrieri semnificative ale fiecărui sistem sunt stările relative: de exemplu, starea relativă a lui S fiind dată starea lui M, sau starea relativă a lui M fiind dată starea lui S. În formula lui DeWitt, starea lui S după o secvență din măsurători este dat de o suprapunere cuantică a stărilor, fiecare dintre acestea corespunzând unui istoric de măsurare alternativ al lui S.

Interpretarea multiplelor lumi
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:Splittings-1.png 

(Ilustrarea schematică a divizării ca urmare a unei măsurări repetate.)

De exemplu, să luăm în considerare cel mai mic sistem cu adevărat cuantic posibil, așa cum se arată în ilustrație. Aceasta descrie, de exemplu, starea de spin a unui electron. Având în vedere o axă specifică (să zicem axa z), polul nord reprezintă spinul „up” și polul sud, spinul „down”. Stările superpoziționale ale sistemului sunt descrise de (suprafața) unei sfere numite sfera Bloch. Pentru a efectua o măsurare pe S, se face să interacționeze cu un alt sistem similar M. După interacțiune, sistemul combinat este descris de o stare care se întinde pe un spațiu șase-dimensional (motivul pentru numărl 6 este explicat în articlul despre sfera lui Bloch). Acest obiect șase-dimensional poate fi de asemenea considerat o suprapunere cuantică a două „istorii alternative” ale sistemului original S, unul în care ”up” a fost observat, iar celălalt în care ”down” a fost observat. Fiecare măsurare binară ulterioară (adică interacțiunea cu un sistem M) determină o împărțire similară în arborele istoriei. Astfel, după trei măsurători, sistemul poate fi privit ca o suprapunere cuantică de 8 = 2 × 2 × 2 copii ale sistemului original S.

Terminologia acceptată este oarecum înșelătoare, deoarece este incorect să privim universul ca despărțindu-se în anumite momente; în orice moment există o stare într-un singur univers.

Lasă un răspuns

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