Interpretarea multor lumi

Conform interpretării multor lumi, fiecare eveniment este un punct de ramură; locuiți în diferite ramuri ale universului care sunt la fel de reale, dar nu pot interacționa între ele.

Interpretarea multor lumi, prescurtată în terminologia anglo-saxonă în MWI (Many Worlds Interpretation), este una din interpretarea mecanicii cuantice , formulată într-o alternativă la interpretarea de la Copenhaga .

Interpretarea multor lumi a fost inspirată de opera fizicianului Hugh Everett III din 1957 ^[1] ^[2] . Ulterior a fost formulat de Bryce Seligman DeWitt ^[3] , care a introdus termenul „multe lumi” pentru a se referi la ideea că măsurarea unei proprietăți a unei stări cuantice are ca rezultat împărțirea istoriei universului în multe lumi. , fiecare dintre acestea caracterizate prin rezultate diferite ale măsurii.

Nevoia de noi interpretări ale teoriei cuantice

Hugh Everett a încercat să formuleze o alternativă la interpretarea de la Copenhaga , încercând să depășească discontinuitatea în evoluția temporală a sistemelor fizice reprezentată de prăbușirea funcției de undă . În timpul studiilor sale de doctorat, fizicianul american a lucrat pentru a găsi o explicație în special pentru problema interacțiunii dintre observatorul care face o măsurare și sistemul observat efectiv, în setul legilor cuantice.

Spre deosebire de mecanica clasică în care starea unei particule este specificată de poziția și viteza acesteia, funcția de undă reprezintă starea unei particule sau a oricărui sistem fizic cuantic. Evoluția în timp a funcției de undă este dată de ecuația Schrödinger , care, ca și ecuația de undă, este o ecuație diferențială liniară. Aceasta înseamnă că, având în vedere două soluții distincte, chiar și orice combinație liniară a acestora este încă o soluție a ecuației Schrödinger. O funcție de undă poate fi deci o combinație liniară arbitrară de funcții de undă reprezentând diferite stări. În atomul de hidrogen, de exemplu, starea electronului va fi în general descrisă printr-o combinație de funcții de undă de diferite niveluri de energie, fără a fi posibil să se definească exact care este energia sa. Apoi apare problema înțelegerii modului în care proprietățile particulelor, cum ar fi poziția, viteza sau energia, apar atunci când se face o măsurare. Conform interpretării de la Copenhaga, o măsurare perturbă discontinuu starea sistemului măsurat provocând prăbușirea funcției de undă, după care observabilul măsurat își asumă valoarea măsurată.

Cu toate acestea, în acest fel, observațiile fenomenului în sine, și, prin urmare, și observatorii, devin protagoniști ai evoluției temporale a sistemelor fizice, în așa fel încât nu mai este posibil să se presupună existența unei naturi fără un observator care să activeze îl măsoară ^[4] (de aici una dintre interpretările mecanicii cuantice , cea „ George Berkeley ”, conform căreia „esse est percipi”, ceea ce înseamnă că nu există o realitate independentă de observație-percepție).

Interpretarea multor lumi a încercat să reducă rolul principal al observatorului și să înlăture problema prăbușirii funcției unde. Ideea lui Everett este să ia în considerare atât observatorul, cât și sistemul măsurat împreună într-o singură stare, uneori numită „lume”. În momentul observării, în urma interacțiunii dintre aparatul experimental sau între simțurile observatorului cu sistemul măsurat, starea globală este împărțită în numeroase „lumi”, câte una pentru fiecare posibil rezultat al măsurării. În acest fel nu se produce niciun rezultat aleatoriu din măsurare, pur și simplu, de exemplu, dacă măsurați o variabilă care admite fie valorile „0”, fie „1”, vor exista două lumi, una în care observatorul va măsura „1 „și altul în care va primi„ 0 ”în schimb. Observarea este un proces care modifică întotdeauna stările sistemelor măsurate, dar acum, spre deosebire de interpretarea de la Copenhaga, sistemele observate plus observatorii evoluează împreună conform legilor deterministe care stabilesc modul în care sunt făcute „lumile individuale”, cu posibilele lor rezultate, și cum este structurată totalitatea lor: „universul”.

Interpretarea lui Everett

Ideea lui Everett abordează problema măsurării prin propunerea de a lua în considerare funcția de undă generală atât a sistemului măsurat, cât și a instrumentelor de măsurare. De fapt, oricine examinează evoluția unui sistem nu este independent de această evoluție: apare o corelație între procesele sistemului și observatorul respectiv. Astfel, există un sistem global izolat care cuprinde subsistemul observat și observatorul și o evoluție combinată a acestora.

Ceea ce am putea numi postulatul lui Everett poate fi rezumat astfel: toate sistemele izolate evoluează conform ecuației Schrödinger . Totuși, acest postulat duce înapoi exact la predicțiile (pe date experimentale) deja contemplate de interpretarea de la Copenhaga . Să vedem un exemplu. Să presupunem că trebuie să efectuăm o măsurare a centrifugării pentru un sistem format din particule de centrifugare $1/2$ ${\ displaystyle 1/2}$ $1/2$ și denotăm cu $|\uparrow \rangle$ ${\ displaystyle | \ uparrow \ rangle}$ $| \ uparrow \ rangle$ Și $|\downarrow \rangle$ ${\ displaystyle | \ downarrow \ rangle}$ $| \ downarrow \ rangle$ proiecțiile rotirii pe axă $z$ ${\ displaystyle z}$ $z$ . Să presupunem că suntem fericiți dacă găsim spin up și trist dacă măsurăm spin down: putem, prin urmare, să denotăm prin

|\quad |{\ddot {-}}\rangle ,\quad |{\ddot {\smile }}\rangle ,\quad |{\ddot {\frown }}\rangle ,

{\ displaystyle | \ quad | {\ ddot {-}} \ rangle, \ quad | {\ ddot {\ smile}} \ rangle, \ quad | {\ ddot {\ frown}} \ rangle,}

| \ quad | {\ ddot -} \ rangle, \ quad | {\ ddot \ smile} \ rangle, \ quad | {\ ddot \ frown} \ rangle,

stările dinaintea măsurătorii și în care am măsurat rotirea în sus și respectiv rotirea în jos. Starea inițială a sistemului va fi în general o combinație de tip

\alpha |\uparrow \rangle +\beta |\downarrow \rangle ,

{\ displaystyle \ alpha | \ uparrow \ rangle + \ beta | \ downarrow \ rangle,}

\ alpha | \ uparrow \ rangle + \ beta | \ downarrow \ rangle,

(unde este $\alpha ,\beta$ ${\ displaystyle \ alpha, \ beta}$ $\ alfa, \ beta$ sunt în general numere complexe ), în timp ce efectul observației asupra sistemului trebuie realizat de un operator de evoluție unitară, precis

U=e^{-iH\tau /\hbar },

{\ displaystyle U = e ^ {- iH \ tau / \ hbar},}

U = e ^ {{- iH \ tau / \ hbar}},

cu $\tau$ ${\ displaystyle \ tau}$ $\ tau$ timpul de răspuns caracteristic al sistemului e $H.$ ${\ displaystyle H}$ $H.$ este hamiltonianul ansamblului observator-sistem. Din cele spuse trebuie dedus

U|{\ddot {-}}\rangle \otimes |\uparrow \rangle =|{\ddot {\smile }}\rangle \otimes |\uparrow \rangle ,\quad U|{\ddot {-}}\rangle \otimes |\downarrow \rangle =|{\ddot {\frown }}\rangle \otimes |\downarrow \rangle ,

{\ displaystyle U | {\ ddot {-}} \ rangle \ otimes | \ uparrow \ rangle = | {\ ddot {\ smile}} \ rangle \ otimes | \ uparrow \ rangle, \ quad U | {\ ddot {- }} \ rangle \ otimes | \ downarrow \ rangle = | {\ ddot {\ frown}} \ rangle \ otimes | \ downarrow \ rangle,}

U | {\ ddot -} \ rangle \ otimes | \ uparrow \ rangle = | {\ ddot \ smile} \ rangle \ otimes | \ uparrow \ rangle, \ quad U | {\ ddot -} \ rangle \ otimes | \ downarrow \ rangle = | {\ ddot \ frown} \ rangle \ otimes | \ downarrow \ rangle,

și, prin urmare, conform ideii lui Everett:

U|{\ddot {-}}\rangle \otimes (\alpha |\uparrow \rangle +\beta |\downarrow \rangle )=\alpha |{\ddot {\smile }}\rangle \otimes |\uparrow \rangle +\beta |{\ddot {\frown }}\rangle \otimes |\downarrow \rangle ,

{\ displaystyle U | {\ ddot {-}} \ rangle \ otimes (\ alpha | \ uparrow \ rangle + \ beta | \ downarrow \ rangle) = \ alpha | {\ ddot {\ smile}} \ rangle \ otimes | \ uparrow \ rangle + \ beta | {\ ddot {\ frown}} \ rangle \ otimes | \ downarrow \ rangle,}

U | {\ ddot -} \ rangle \ otimes (\ alpha | \ uparrow \ rangle + \ beta | \ downarrow \ rangle) = \ alpha | {\ ddot \ smile} \ rangle \ otimes | \ uparrow \ rangle + \ beta | {\ ddot \ frown} \ rangle \ otimes | \ downarrow \ rangle,

după cum puteți vedea, rezultatul este o combinație liniară dintre noi fericiți pentru că am găsit spin up și dintre noi tristi pentru că am găsit spin down, fiind aici dezvoltarea obiectivă a sistemului asociată cu fiecare dintre stările emoționale subiective ale observatorului, corelate la variantele obținute. Funcția de undă universală ar conține astfel o serie divergentă de stări în realități ramificate și separate percepibile ca alte lumi. Această consecință teoretică a întâmpinat opoziția unei mari părți a comunității științifice.

Trebuie remarcat faptul că pentru teoria lui Everett procesul care produce subdiviziunea realității se manifestă în fiecare proces echivalent cu o detectare obiectivă, chiar dacă nu există o intervenție conștientă, depinde doar de evoluția funcției undei. Actul simțitor nu este o necesitate exclusivă pentru determinarea entității și definirea empirică a fenomenelor. În caz contrar, alte idei și ipoteze consideră conștiința indispensabilă pentru determinarea efectelor cuantice, cum ar fi concepția lui Eugene Wigner sau teoria „multor minți” care mută rezultatul posibil al detecțiilor în conținutul cerebral al experimentatorilor ^[5] .

Conform acestei interpretări, însăși teoria cuantică ar implica în mod necesar realizarea fiecărei stări finale a proceselor sale, aceasta ar fi o consecință logică a premisei sale inițiale ^[6] , teoria multor lumi ar accepta pur și simplu, până la consecințele sale finale și, prin urmare, în realitatea concretă, ceea ce prescrie deja ecuația Schrödinger ^[7] .

Măsura realităților probabile

În studiul său, H. Everett a introdus, de asemenea, conceptul pe care l-a numit „măsură”, potrivit căruia se susține că probabilitatea subiectivă a observatorului (într-o replicare ulterioară a sa) de a fi plasat într-o anumită ramură specifică (rezultată din evoluții divergente) a diferitelor realități, a fost proporțională cu magnitudinea probabilităților raportate la numărul emergent al fiecăreia dintre aceste ramuri. Fizicianul teoretic / experimental israelian Lev Vaidman ^[8] de la Universitatea din Tel Aviv , unul dintre cei mai activi susținători ai „multor lumi” (credincios liniei originale a lui Everett), în pagini dedicate din Enciclopedia Stanford a filosofiei ^[9] , după după ce a afirmat că în ramurile lor respective fiecare simțitor are aceeași percepție realistă a ființelor simțitoare prezente în toate celelalte, el expune conceptul scriind: ... Eu numesc această proprietate „măsura existenței” unei lumi. Acesta servește pentru a cuantifica capacitatea sa de a interfera cu alte lumi într-un experiment de gândire și pe această bază putem introduce conceptul ... și ... Probabilitatea unui experiment cuantic este proporțională cu măsura totală a existenței a tuturor lumilor în care apare acel rezultat . ^[10]

Poziții și critici ale comunității științifice

O obiecție este că nu prezice niciun rezultat experimental incontestabil ca confirmare specifică, deoarece răspunsurile așteptate de la aplicarea sa nu se pot distinge de cele deja prefigurate de teoria ortodoxă.

În 2014, unii fizicieni teoretici au publicat un studiu în Physical Review X ^[11] care analizează faptul că fenomenele cuantice pot apărea ipotezând că interacțiunile fizice pot exista între instanțele unei pluralități de lumi ^[12] . Modelul lor conține ca exemple limitative existența unei singure lumi, care prezintă comportamentul clasic al fizicii newtoniene sau ipoteza limitativă a unei infinități de lumi, din interacțiunile cărora reiese funcția de undă ^[12] . Conform calculelor lor, dintr-o interacțiune între 41 de lumi reiese comportamentul dublu al luminii, undă-particulă , ceea ce explică comportamentul observat în celebrul experiment cu dublă fantă ^[12] .

Notă

^ Consultați acest site pentru o biografie detaliată
^ (EN) Hugh Everett, Formularea relativă a stării mecanicii cuantice , în Review of Modern Physics, vol. 29, nr. 3, 1957, pp. 454–462, Bibcode : 1957RvMP ... 29..454E , DOI : 10.1103 / RevModPhys.29.454 (arhivat din original la 27 octombrie 2011) .
^ (EN) Bryce S. DeWitt, Mecanica cuantică și realitatea , în Physics Today, Vol. 23, n. 9, 1970, p. 30, DOI : 10.1063 / 1.3022331 .
^ În această privință, Einstein și-a întrebat ironic colegul și prietenul Abraham Pais : „Ești cu adevărat convins că Luna există doar dacă te uiți la ea?” în discuția temei din David Lindley „Luna lui Einstein” (în special în „Actul III”, începând de la capitolul „În cele din urmă pisica cuantică” și în secțiunea respectivă de bibliografie și note), Longanesi & C.-1997.
^ " ... Să presupunem că fiecare sistem fizic simțitor care există nu este asociat cu o singură minte, ci mai degrabă cu o infinitate continuă de minți " citat din "Mecanica cuantică și bunul simț" de prof. David Z. Albert (Columbia University) capitolul 6, pagina 177 - Biblioteca științifică ADELPHI (2002).
^ Vezi de Jonathan J. Hallivell Op.cit.
^ Cu privire la aceste probleme, a se vedea, de asemenea, fizicianul și popularizatorul Colin Bruce, care aderă la această teorie și prezintă diferitele sale fațete și întrebări deschise în cartea sa din 2004 „Iepurii Schrodinger. The many Worlds of Quantum”. În Italia „I conigli di Schrodinger” în seria regia prof. Giulio Giorello „Știință și idei” pentru Raffaello Cortina Editore, 2006 .
^ De unde își ia numele experimentul interferometric (tocmai experimentul sau efectul Elitzur-Vaidman ) care exploatează principiile de bază cuantice- mecanice pentru „măsurare fără interacțiune”.
^ "Interpretarea în multe lumi a mecanicii cuantice".
^ Acest subiect este tratat, în diferitele sale fațete, de Colin Bruce în: op.cit. capitolele 12 și 13.
^ Michael JW Hall, Dirk-André Deckert și Howard M. Wiseman, Fenomene cuantice modelate de interacțiunile dintre multe lumi clasice , Phys. Rev. X 4, 041013, (2014)
^ ^a ^b ^c Alexandra Witze, O lume cuantică apărută din multe altele obișnuite. Teoria radicală propune că interacțiunile dintre lumile clasice pot explica unele fenomene cuantice , Nature , 24 octombrie 2014.

Bibliografie

( EN ) Hugh Everett III Formularea „Statului relativ” a mecanicii cuantice , Recenzii ale fizicii moderne 29.454-462 (1957). Articol pionierat de Hugh Everett III.
(EN) Bryce S. DeWitt Mecanica cuantică și realitatea, Physics Today 1970
( EN ) Max Tegmark Interpretarea mecanicii cuantice: multe lumi sau multe cuvinte? " , Fortschr. Phys 46,855-862 (1998)
( EN ) DeWitt, Graham "The Many Worlds Interpretation of Quantum Mechanics", Princeton University Press, 1973. Carte excelentă pe această temă. Conține întreaga teză de doctorat a lui Hugh Everett III.
( EN ) Roland Omnes „Interpretarea mecanicii cuantice”, Princeton University Press, 1994. Text despre interpretarea mecanicii cuantice în general în prima parte și specific interpretării povestirilor consistente în a doua.
( RO ) Wojciech H. Zurek Decoherence, Einselection and the Existential Interpretation (the Rough Guide) , Phil. Trans.Roy.Soc.Lond. A356,1793-1820 (1998). Articol lung despre decoerența cuantică .
David Deutsch „Complotul realității”, Biblioteca Einaudi, 1997.
Colin Bruce „Iepurii lui Schrödinger - Fizică cuantică și universuri paralele -”, Raffaello Cortina Editore.

Elemente conexe

linkuri externe

(RO) Interpretarea multor lumi , a Enciclopediei Britannice , Encyclopædia Britannica, Inc.

Portal cuantic : Accesați intrările Wikipedia care se ocupă de cuantică

[1] Consultați acest site pentru o biografie detaliată

[everett57-2] (EN) Hugh Everett, Formularea relativă a stării mecanicii cuantice , în Review of Modern Physics, vol. 29, nr. 3, 1957, pp. 454–462, Bibcode : 1957RvMP ... 29..454E , DOI : 10.1103 / RevModPhys.29.454 (arhivat din original la 27 octombrie 2011) .

[3] (EN) Bryce S. DeWitt, Mecanica cuantică și realitatea , în Physics Today, Vol. 23, n. 9, 1970, p. 30, DOI : 10.1063 / 1.3022331 .

[4] În această privință, Einstein și-a întrebat ironic colegul și prietenul Abraham Pais : „Ești cu adevărat convins că Luna există doar dacă te uiți la ea?” în discuția temei din David Lindley „Luna lui Einstein” (în special în „Actul III”, începând de la capitolul „În cele din urmă pisica cuantică” și în secțiunea respectivă de bibliografie și note), Longanesi & C.-1997.

[5] " ... Să presupunem că fiecare sistem fizic simțitor care există nu este asociat cu o singură minte, ci mai degrabă cu o infinitate continuă de minți " citat din "Mecanica cuantică și bunul simț" de prof. David Z. Albert (Columbia University) capitolul 6, pagina 177 - Biblioteca științifică ADELPHI (2002).

[6] Vezi de Jonathan J. Hallivell Op.cit.

[7] Cu privire la aceste probleme, a se vedea, de asemenea, fizicianul și popularizatorul Colin Bruce, care aderă la această teorie și prezintă diferitele sale fațete și întrebări deschise în cartea sa din 2004 „Iepurii Schrodinger. The many Worlds of Quantum”. În Italia „I conigli di Schrodinger” în seria regia prof. Giulio Giorello „Știință și idei” pentru Raffaello Cortina Editore, 2006 .

[8] De unde își ia numele experimentul interferometric (tocmai experimentul sau efectul Elitzur-Vaidman ) care exploatează principiile de bază cuantice- mecanice pentru „măsurare fără interacțiune”.

[9] "Interpretarea în multe lumi a mecanicii cuantice".

[10] Acest subiect este tratat, în diferitele sale fațete, de Colin Bruce în: op.cit. capitolele 12 și 13.

[11] Michael JW Hall, Dirk-André Deckert și Howard M. Wiseman, Fenomene cuantice modelate de interacțiunile dintre multe lumi clasice , Phys. Rev. X 4, 041013, (2014)

[Nature-12] Alexandra Witze, O lume cuantică apărută din multe altele obișnuite. Teoria radicală propune că interacțiunile dintre lumile clasice pot explica unele fenomene cuantice , Nature , 24 octombrie 2014.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

V · D · M Mecanica cuantică
Formalismul matematic	Notare Bra-ket · Hilbert Space · postulate ale mecanicii cuantice · utilizator comun · Interferență (fizică)
Fundamente și principii	Principiul incertitudinii Heisenberg · Principiul complementarității · Funcția de undă · prăbușirea funcției de undă · Interpretarea de la Copenhaga · Spin · Vechea teorie cuantică · Interpretarea lui Bohm
Operatori	Pulsul Operator · Poziția operatorului · Operatorul Hamiltoniene · Operator momentului cinetic · densitatea operatorului
Formulări	Mecanica undelor · Mecanica matricilor · Integrală pe căi
Ecuații	Ecuația Dirac · ecuația Klein-Gordon · ecuația Pauli · ecuația Schrödinger
Paradoxuri	Pisica lui Schrödinger · Paradoxul EPR · Cuanticul sinuciderii