Interpretarea mecanicii cuantice

Interpretarea mecanicii cuantice este încercarea de a defini o imagine coerentă a informațiilor pe care mecanica cuantică le oferă asupra elementelor realității lumii fizice elementare.

De fapt, deși teoria a fost testată extensiv experimental, unele dintre aspectele sale lasă loc pentru diferite interpretări care diferă în ceea ce privește semnificația funcției de undă (semnificație și completitudine ontică sau epistemică ) și în unele aspecte privind determinismul , realismul , încălcarea localității , existența funcției de undă universale, prăbușirea funcției de undă , rolul observatorului.

Subiectul este de interes mai presus de toate pentru filosofii fizicii , dar și pentru fundamentele disciplinei, întrucât însăși conceptul de ontologie este în joc și pe noile frontiere ale fizicii, care ia din ce în ce mai mult forma unei ontologii fizice . De fapt, astăzi există mulți fizicieni care fac filozofie și filozofi care se ocupă de fizică, alimentând o dezbatere plină de viață asupra problemelor fizice.

Aspecte generale

Context istoric

Definiția operațională a conceptelor tehnice utilizate de cercetătorii în fizica cuantică, cum ar fi funcțiile undelor și mecanica matricii , a progresat prin etape intermediare. De exemplu, Erwin Schrödinger a imaginat inițial că funcția de undă asociată cu electronul descrie densitatea de încărcare a unui obiect „pătat” pe un volum ipotetic infinit de spațiu. Max Born a interpretat-o în schimb ca distribuția de probabilitate a poziției electronului în spațiu. Acestea sunt două interpretări diferite ale funcției de undă: în prima este o mărime fizică „materială”, în cealaltă, care a prevalat în cele din urmă, este o densitate de probabilitate .

Albert Einstein nu a fost dispus să accepte unele dintre implicațiile teoriei, precum indeterminarea și non- localitatea acesteia . Problemele ridicate de Einstein împreună cu Boris Podolsky și Nathan Rosen , în ceea ce a trecut în istorie ca un paradox EPR , au deschis o dezbatere articulată asupra consecințelor și interpretărilor teoriei care a durat ani de zile chiar și după moartea lui Einstein. Una dintre contribuțiile ulterioare la această problemă a fost teorema lui Bell în 1964.

Majoritatea fizicienilor consideră că mecanica cuantică necesită o interpretare instrumentală , care tinde să ignore problemele neinstrumentale, cum ar fi problemele ontologice , ca fiind irelevante ^{[ fără sursă ]} . Acest concept este adesea exprimat cu fraza lui David Mermin „ taci și calculează ”, de obicei (poate eronat) atribuită direct lui Richard Feynman ^[1] .

Obstacole în calea interpretării directe

Dificultățile de interpretare reflectă o serie de puncte referitoare la descrierea tradițională a mecanicii cuantice, inclusiv:

natura matematică abstractă a descrierii mecanicii cuantice;
existența a ceea ce pare a fi procese nedeterministe și ireversibile care par să fie în contradicție cu natura liniară și reversibilă a ecuației fundamentale a mecanicii cuantice;
fenomenul încurcării cuantice și, în special, corelațiile dintre evenimentele la distanță care nu sunt prezise în teoria clasică;
complementaritatea posibilelor descrieri ale realității.

În primul rând, structura matematică a mecanicii cuantice se bazează pe matematică destul de abstractă, cum ar fi spațiile Hilbert și operatorii de pe acestea. În schimb, în mecanica clasică și electromagnetism , proprietățile unui punct material sau ale unui câmp sunt descrise prin numere reale sau funcții descrise pe seturi bidimensionale . Astfel de entități au o semnificație spațială directă și, prin urmare, pare a fi mai puțin necesară furnizarea unei interpretări.

Mai mult, procesul de măsurare joacă un rol aparent esențial în teorie, corelând elementele sale abstracte, cum ar fi funcția de undă, cu valorile definibile operațional, cum ar fi probabilitatea . Măsurarea interacționează, în mod special, cu starea sistemului, așa cum a fost verificat în experimentul celor două fante .

Formalismul matematic folosit pentru a descrie evoluția temporală a unui sistem nerelativist oferă două tipuri de transformări:

transformări reversibile descrise de operatorii unitari pe spațiul de stare. Aceste transformări sunt determinate de soluțiile ecuației Schrödinger ;
transformări nereversibile și imprevizibile descrise de operatori matematici mai complexi ( operații cuantice ). Exemple de astfel de transformări sunt cele suferite de un sistem în urma unei măsurători.

O versiune scurtată a problemei de interpretare mecanică cuantică este de a oferi un fel de imagine plauzibilă, numai pentru al doilea tip de transformare. Această problemă poate fi abordată prin reduceri pur matematice, de exemplu în interpretarea multor lumi și din cea a istoricelor cuantice consistente.

În plus față de componenta imprevizibilă și ireversibilă introdusă de procesele de măsurare, există și alte elemente ale fizicii cuantice care o disting clar de fizica clasică și nu pot fi reprezentate de modelele acesteia din urmă. Unul dintre acestea este fenomenul de încurcare cuantică , dovadă fiind paradoxul Einstein-Podolsky-Rosen .

Un alt obstacol în calea interpretării directe este principiul complementarității care pare să încalce principiile de bază ale logicii propoziționale . Complementaritatea dictează că nu există o descriere logică (conform logicii propoziționale clasice) care poate fi utilizată pentru a ilustra simultan toate proprietățile unui sistem cuantic S. Acest concept este exprimat și prin afirmarea că există seturi complementare A și B de propoziții care pot descrie S , dar nu simultan. Exemple de elemente ale lui A și B pot fi propoziții care implică o descriere a undelor lui S și , respectiv, o descriere corpusculară a lui S. Această din urmă afirmație face parte din formularea inițială a mecanicii cuantice a lui Niels Bohr , care este adesea făcută să coincidă cu principiul complementarității în sine.

În general, principiului complementarității nu i se atribuie semnificația eșecului logicii clasice, chiar dacă Hilary Putnam a luat această poziție în articolul ei Logica este empirică? (din engleză: Logica este empirică? ). Mai degrabă, complementaritatea indică faptul că compoziția proprietăților fizice ale lui S (cum ar fi poziția și impulsul ambele definite într-un anumit interval) nu respectă regulile logice, folosind conectivități propoziționale. Astăzi se știe (Omnès, 1999) că originea complementarității constă în necomutativitatea operatorilor care descriu observabilele în mecanica cuantică.

Starea problematică a interpretărilor

Pentru fiecare dintre cadrele interpretative, starea ontologică precisă rămâne o chestiune de argument filosofic.

Cu alte cuvinte, dacă interpretăm o structură formală X a mecanicii cuantice prin intermediul semnificațiilor unei structuri Y (prin echivalența matematică a celor două), care este starea lui Y ? Practic este o renaștere a conceptului antic al fenomenelor salvatoare .

Unii fizicieni, precum Asher Peres și Chris Fuchs susțin că o interpretare nu este altceva decât o echivalență între seturi de reguli pentru operarea pe date experimentale. Acest lucru ar sugera că întreaga operă de interpretare este inutilă.

Proprietățile interpretărilor

O interpretare poate fi clasificată pe baza anumitor proprietăți pe care le are sau nu, inclusiv:

Realism;
Completitudine;
Localizare ;
Determinismul .

Pentru a ilustra aceste proprietăți, este necesar să fim mai expliciți cu privire la tipul de cadru pe care îl oferă o interpretare. În acest scop, o interpretare va fi tratată ca o corespondență între elementele unui formalism matematic M și elementele unei structuri interpretative I , unde:

Formalismul matematic constă din structura vectorilor ket în spațiul Hilbert, operatorii autoadjunctori care acționează asupra lor, dependența de timp a vectorilor ket și operațiile de măsurare. În acest context, o operațiune de măsurare poate fi tratată ca o transformare care poartă un vector ket într-o distribuție de probabilitate pe vectorii ket. Formalizarea acestui concept se numește operație cuantică .
Structura interpretativă include stări, tranziții de stare, operații de măsurare și orice informații referitoare la întinderea spațială a acestor elemente. O operație de măsurare se referă la o operație care returnează o valoare și care poate provoca o posibilă schimbare de stare. Informațiile spațiale, de exemplu, ar putea fi gândite ca stări reprezentate de funcții pe spațiul de configurare. Tranzițiile pot fi nedeterministe sau probabiliste sau pot exista stări infinite. Cu toate acestea, presupunerea critică a unei interpretări constă în tratarea elementelor I ca fiind fizic reale.

În acest sens, o interpretare poate fi considerată o semantică pentru formalismul matematic. În special, simpla viziune instrumentalistă a mecanicii cuantice descrisă mai sus nu este o interpretare, deoarece nu face pretenții cu privire la realitatea fizică.

Adesea, originea utilizării actuale în fizica completitudinii și realismului este datată de articolul ^[2] care a introdus paradoxul Einstein-Podolsky-Rosen . În acest articol, autorii au propus conceptele de element fizic ale realității și completitudinii unei teorii fizice. Deși nu au definit elementul fizic al realității , au oferit o caracterizare suficientă a acesteia, adică o cantitate a cărei valoare poate fi prezisă cu certitudine înainte de a o măsura sau modifica în vreun fel. Einstein, Podolsky și Rosen definesc o teorie fizică completă ca o teorie în care fiecare element fizic al realității este luat în considerare de aceasta. În viziunea semantică a interpretării, o interpretare a unei teorii este completă dacă fiecare element al structurii interpretative este justificat de formalismul matematic. Realismul este o proprietate a fiecăruia dintre elementele formalismului matematic: fiecare element este real dacă corespunde unei alte entități din structura interpretativă. De exemplu, în unele interpretări ale mecanicii cuantice (cum ar fi interpretarea multor lumi ) vectorul ket asociat stării sistemului corespunde unui element al realității fizice, în timp ce în altele nu.

Determinismul este o proprietate care caracterizează tranzițiile de stare în funcție de timp, adică atunci când starea la un moment viitor dat este exprimată ca o funcție a stării actuale. Este posibil să nu fie clar dacă o anumită structură interpretativă este sau nu deterministă, deoarece nu există o singură alegere a parametrului timp. Mai mult, o teorie dată poate avea interpretări deterministe și nedeterministe în același timp.

Realismul local constă din două proprietăți:

Valoarea obținută dintr-o măsură corespunde unei valori a unei funcții pe spațiul de stare, adică această valoare este un element fizic al realității.
Efectele măsurătorii au o viteză de propagare care nu depășește o constantă universală (cum ar fi viteza luminii ). Pentru ca acest lucru să aibă sens, operațiile de măsurare, în cadrul interpretativ, trebuie localizate spațial.

Formularea precisă a realismului local în termenii unei teorii variabile ascunse locale a fost propusă de John Bell . Teorema lui Bell și verificarea sa experimentală restrânge tipurile de proprietăți pe care le poate avea o teorie cuantică. De exemplu, aceasta implică faptul că mecanica cuantică nu poate satisface realismul local.

Principalele interpretări

Interpretarea de la Copenhaga

Același subiect în detaliu: Interpretarea de la Copenhaga .

Interpretarea de la Copenhaga, o expresie introdusă în 1955 de Werner Karl Heisenberg ^[3] , este prima în ordine cronologică și cea mai răspândită interpretare a mecanicii cuantice ^[4] . Se referă la teoria măsurării cuantice, principiul complementarității și dualității undă-particulă și este inspirată de lucrările efectuate în capitala daneză în principal de Niels Bohr și Werner Karl Heisenberg în jurul anului 1927 . Au extins interpretarea probabilistică a funcției de undă propusă de Max Born , luând în considerare întrebări fără sens despre valorile mărimilor unui sistem fizic înainte de a fi măsurat, deoarece procesul de măsurare extrage aleatoriu una dintre valorile permise de funcție. forma de undă care descrie starea cuantică a sistemului. Această interpretare a primit o formulare mai bine definită începând cu anii 1950 , în principal datorită lui Wolfgang Pauli .

Interpretarea multor lumi

Același subiect în detaliu: Interpretarea în multe lumi a mecanicii cuantice .

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 Many Worlds este o interpretare a mecanicii cuantice care respinge prăbușirea ireversibilă și nedeterministă a funcției de undă asociată cu operația de măsurare din interpretarea de la Copenhaga, în favoarea unei descrieri în ceea ce privește încurcarea cuantică și a unei evoluții reversibile a stărilor. Fenomenele asociate măsurătorii sunt descrise prin decoerența cuantică care apare atunci când stările interacționează cu mediul. Ca rezultat, liniile universului de obiecte macroscopice se separă în mod repetat în istorii reciproc neobservabile, adică universuri distincte dintr-un multivers .

Decoerența cuantică

Decoerența cuantică .

Decoerența cuantică afirmă că atunci când un sistem interacționează cu mediul sau cu orice alt sistem extern complex într-un mod ireversibil termodinamic , diferitele elemente din funcția de undă a sistemului și a mediului își pierd coerența și nu mai pot interfera unul cu celălalt. Decoerența nu explică prăbușirea funcției de undă, dar ar reprezenta originea ei. Natura cuantică a sistemului ar fi pur și simplu „dispersată” în mediu, astfel încât o suprapunere totală a elementelor funcției de undă continuă să existe, dar rămâne dincolo de ceea ce este măsurabil.

Decoerența cuantică nu este o interpretare autonomă, ci mai degrabă integrează cele două precedente, Copenhaga și multe lumi, și este susținută de un formalism matematic precis, dezvoltat în principal de H. Dieter Zeh și Wojciech H. Zurek . Există, de asemenea, teste experimentale detaliate ale multor fenomene de decoerență (de exemplu „pisoii lui Schrödinger”) care i-au adus lui Serge Haroche și David Wineland împărțireaPremiului Nobel pentru fizică în 2012 ^[5] .

Interpretare de de Broglie-Bohm

Același subiect în detaliu: Interpretarea lui Bohm .

Propus inițial de Louis de Broglie , a fost apoi reformulat de David Bohm . Teoria prezice că fiecare particulă este asociată cu o undă (numită „undă pilot”) care îi ghidează mișcarea și evoluează conform ecuației Schrödinger . Spre deosebire de interpretarea de la Copenhaga, funcția de undă nu se prăbușește și nici nu putem vorbi de o dualitate undă-particulă: particula și unda pilot sunt entități distincte, deși înrudite, ambele fiind reale. Conform acestei interpretări, în experimentul cu dublă fantă , electronul trece doar printr-una dintre cele două fante, în timp ce unda trece prin ambele. Este o interpretare deterministă a mecanicii cuantice care, ca și altele, apelează la variabile ascunse.

Interpretarea statistică

Interpretarea statistică poate fi definită ca minimalistă , adică folosește numărul minim de elemente care trebuie asociat cu formalismul matematic. În esență, este o extensie a interpretării lui Max Born a funcției de undă și afirmă că aceasta nu se aplică unui sistem individual, de exemplu o singură particulă, ci este o valoare matematică abstractă, de natură statistică , aplicabilă unui set de sisteme sau particule. Probabil cel mai important susținător al acestei interpretări a fost Albert Einstein :

„Încercarea de a concepe descrierea cuantică teoretică ca descriere completă a sistemelor individuale duce la interpretări teoretice nenaturale, care devin imediat inutile dacă acceptăm că interpretarea se referă la seturi de sisteme și nu la sisteme individuale.”

( Albert Einstein de la PA Schilpp. Albert Einstein: filosof-om de știință . New York, Harper & Row. )

Cel mai proeminent actual susținător al interpretării statistice este Leslie E. Ballentine, profesor la Universitatea Simon Fraser și autor al manualului universitar Quantum Mechanics, la Modern Development .

Interpretare instrumentistă

Fiecare teorie științifică modernă necesită cel puțin o descriere instrumentistă care să-și coreleze formalismul matematic cu practica experimentală și predicții. În cazul mecanicii cuantice, cea mai comună descriere instrumentistă este o afirmație a regularității statistice între procesele de pregătire a stării și procesele de măsurare. Practic, dacă o măsurare a unei mărimi reprezentate de un număr real se efectuează de mai multe ori, de fiecare dată pornind de la aceeași stare inițială, rezultatul este o distribuție de probabilitate asupra numerelor reale; în plus, mecanica cuantică oferă un instrument de calcul pentru determinarea proprietăților statistice ale acestei distribuții, de exemplu valoarea așteptată a acesteia.

Calculele care descriu măsurători efectuate pe un sistem S postulează un spațiu Hilbert H pe numere complexe . Când sistemul S este pregătit în stare pură , acesta este asociat cu un vector în H. Mărimile măsurabile sunt asociate cu operatorii autoadjuncti (hermitieni) care acționează asupra lui H : aceștia din urmă sunt definiți ca observabili . Măsurătorile repetate ale unui A observabil pentru S pregătit pentru o stare ψ asigură o distribuție a valorilor. Valoarea așteptată a distribuției este descrisă prin expresia:

\langle \psi \vert A\vert \psi \rangle .

{\ displaystyle \ langle \ psi \ vert A \ vert \ psi \ rangle.}

\ langle \ psi \ vert A \ vert \ psi \ rangle.

Această structură matematică oferă o metodă simplă și directă pentru a calcula o proprietate statistică a rezultatului unui experiment, deoarece este definită ca asocierea stării inițiale la un vector în spațiul Hilbert și a mărimii măsurate la un observabil (adică un specific Operator hermitian).

Exemplu de astfel de calcul: probabilitatea de a găsi sistemul într-o stare dată $\vert \phi \rangle$ ${\ displaystyle \ vert \ phi \ rangle}$ $\ vert \ phi \ rangle$ este dat de calculul valorii medii a unui operator de proiecție :

\Pi =\vert \phi \rangle \langle \phi \vert

{\ displaystyle \ Pi = \ vert \ phi \ rangle \ langle \ phi \ vert}

\ Pi = \ vert \ phi \ rangle \ langle \ phi \ vert

Probabilitatea este deci valoarea reală non-negativă dată de

P=\langle \psi \vert \Pi \vert \psi \rangle =\vert \langle \psi \vert \phi \rangle \vert ^{2}.

{\ displaystyle P = \ langle \ psi \ vert \ Pi \ vert \ psi \ rangle = \ vert \ langle \ psi \ vert \ phi \ rangle \ vert ^ {2}.}

P = \ langle \ psi \ vert \ Pi \ vert \ psi \ rangle = \ vert \ langle \ psi \ vert \ phi \ rangle \ vert ^ {2}.

Simpla descriere instrumentistă este uneori definită, în mod necorespunzător, ca o interpretare. Cu toate acestea, acest sens este destul de înșelător, deoarece instrumentalismul evită în mod explicit orice scop interpretativ, adică nu încearcă să răspundă la întrebarea care este semnificația mecanicii cuantice.

Interpretare tranzacțională

Interpretarea tranzacțională a mecanicii cuantice (prescurtată TIQM din definiția engleză interpretarea tranzacțională a mecanicii cuantice ) a fost formulată de John Cramer ^[6] este o interpretare destul de originală a mecanicii cuantice care descrie interacțiunile cuantice în termeni de unde staționare produse de unde întârziate și anticipate . Autorul susține că evită problemele filozofice și de rol de observator ridicate de interpretarea de la Copenhaga, precum și rezolvarea diferitelor paradoxuri cuantice.

Interpretări modale ale mecanicii cuantice

Interpretarea modală originală a mecanicii cuantice a fost inventată în 1972 de van Fraassen în publicația O abordare formală a filosofiei științei (din engleză, o abordare formală a filosofiei științei). Cu toate acestea, această definiție este acum utilizată pentru a descrie un set mare de modele născute din această abordare. Enciclopedia Stanford a filozofiei ^[7] (Enciclopedia filozofiei Stanford) descrie unele versiuni, inclusiv o variantă a interpretării de la Copenhaga , interpretările Kochen-Dieks-Healey și alte evoluții.

Povești coerente

Același subiect în detaliu: Povești coerente .

Interpretarea istoricelor consistente cuantice generalizează interpretarea convențională de la Copenhaga și încearcă să ofere o interpretare naturală a cosmologiei cuantice . Teoria se bazează pe un criteriu de consistență care, prin urmare, permite descrierea unui sistem în așa fel încât probabilitățile fiecărei povești să respecte a treia axiomă (de aditivitate) a calculului probabilităților .

Conform acestei interpretări, una dintre cele mai împărtășite în rândul fizicienilor de astăzi, scopul unei teorii în mecanica cuantică este de a prezice probabilitățile legate de diferite istorii.

Mecanica cuantică relațională

Ideea din spatele mecanicii cuantice relaționale , urmând linia trasată de relativitatea specială, este că observatorii diferiți ar putea da descrieri diferite ale aceleiași serii de evenimente: de exemplu, unui observator într-un moment dat, un sistem poate apărea într-un singur eigenstate , a cărui funcție de undă s-a prăbușit, în timp ce pentru un alt observator, în același timp, sistemul ar putea fi într-o suprapunere de două sau mai multe stări. În consecință, dacă mecanica cuantică trebuie să fie o teorie completă, interpretarea relațională susține că conceptul de stare nu este dat de sistemul observat în sine, ci de relația dintre sistem și observatorul său (sau observatorii săi).

Vectorul de stare al mecanicii cuantice convenționale devine astfel o descriere a corelației unor grade de libertate în observator față de sistemul observat. Cu toate acestea, această interpretare susține că acest lucru se aplică tuturor obiectelor fizice, indiferent dacă sunt sau nu conștiente sau macroscopice. Fiecare eveniment de măsurare este definit pur și simplu ca o interacțiune fizică normală, adică stabilirea tipului de relație descris mai sus. Prin urmare, semnificația fizică a teoriei nu privește obiectele în sine, ci relațiile dintre ele. ^[8]

Teorii ale variabilelor ascunse

Același subiect în detaliu: Teoriile variabile ascunse , Einstein-Podolsky-Rosen Paradox și Teorema lui Bell .

Teoriile variabilelor ascunse afirmă că caracterul probabilistic al mecanicii cuantice se datorează în esență prezenței unor mecanisme fizice care nu ne sunt încă cunoscute. Cu alte cuvinte, conform acestor teorii, mecanica cuantică este o teorie fizică incompletă. Teoriile cu variabile locale ascunse sunt incompatibile cu rezultatele numeroaselor experimente asupra inegalităților Bell efectuate în mod intenționat, rezultând în faptul că, chiar și în ipoteza variabilelor ascunse, mecanica cuantică și-ar păstra caracterul non-local.

Teoria obiectivă a colapsului

Teoriile obiective ale colapsului diferă de interpretarea de la Copenhaga, considerând atât funcția de undă, cât și procesul de colaps ca fiind ontologic obiectiv. În teoriile obiective, colapsul are loc aleatoriu ( localizare spontană ) sau când se ating anumite praguri fizice, în timp ce observatorii nu au un rol special. Prin urmare, acestea sunt teorii realiste, nedeterministe și lipsite de variabile ascunse . Procesul de colaps nu este specificat în mod normal de mecanica cuantică, care ar trebui extinsă dacă această abordare ar fi corectă; entitatea obiectivă a colapsului este deci mai mult o teorie decât o interpretare.

Exemple ale acestor teorii includ teoria Ghirardi-Rimini-Weber ^[9] și interpretarea Penrose ^[10] .

Măsurători incomplete

Teoria măsurătorilor incomplete (TIM pe scurt, din teoria notației engleze a măsurătorilor incomplete ) derivă principalele postulate ale mecanicii cuantice din proprietățile proceselor fizice care sunt măsurători acceptabile.

În această interpretare:

Prăbușirea funcției de undă este prezentă deoarece măsurătorile sunt necesare pentru a oferi rezultate consistente și repetabile.
Funcțiile unde au o valoare complexă, deoarece reprezintă un câmp de probabilitate găsit / nu găsit .
Ecuațiile valorilor proprii sunt asociate cu valorile simbolice ale măsurilor, care sunt adesea definite în număr real.

Teoria măsurătorilor incomplete este mai mult decât o simplă interpretare a mecanicii cuantice, deoarece în această teorie atât relativitatea generală, cât și postulatele mecanicii cuantice sunt considerate ca aproximări.

Logica cuantică

Logica cuantică poate fi considerată ca un tip de logică propozițională care poate fi utilizată pentru înțelegerea anomaliilor care rezultă din măsurători în mecanica cuantică, în special cele referitoare la structurarea operațiilor de măsurare a variabilelor complementare. Quest'area di ricerca e il suo nome nacquero nell'articolo del 1936 di Birkhoff e von Neumann , che tentarono di riconciliare alcune delle apparenti discrepanze tra la logica booleana classica e misure ed osservazioni in meccanica quantistica.

Interpretazione a molte menti

L' interpretazione a molte menti della meccanica quantistica estende l'interpretazione a molti mondi, proponendo che la distinzione tra i mondi debba essere compiuta al livello della mente di un osservatore individuale.

Coscienza causa del collasso

La teoria speculativa secondo la quale la coscienza sarebbe all'origine del collasso della funzione d'onda è un tentativo di risolvere il paradosso dell'amico di Wigner semplicemente affermando che il collasso è causato dal primo osservatore cosciente del fenomeno. Questa idea è stata sviluppata nel 1932 da John von Neumann nel suo trattato The Mathematical Foundations of Quantum Mechanics ^[11] . Altri fisici hanno elaborato le loro variazioni dell'interpretazione di von Neumann, tra cui:

Henry P. Stapp ( Mindful Universe: Quantum Mechanics and the Participating Observer )
Bruce Rosenblum and Fred Kuttner ( Quantum Enigma: Physics Encounters Consciousness )
Sébastien Fauvel ( Quantum Ethics: A Spinozist Interpretation of Quantum Field Theory ) ^[12]

I fautori di questa teoria sostengono che essa non sia semplicemente un nuovo dualismo , come era stata da taluni definita. In una derivata di questa interpretazione, ad esempio, la coscienza e gli oggetti sono in entanglement e non possono essere considerati distinti. Il problema è che la coscienza non ha una definizione operativa dunque la teoria è essenzialmente metafisica. La teoria può essere considerata come un'appendice speculativa alla maggior parte delle interpretazioni. Molti fisici la considerano non-scientifica, affermando che non sarebbe verificabile e che introdurrebbe nella fisica elementi non necessari, mentre i fautori della teoria replicano che la questione se la mente in fisica sia o meno necessaria rimane aperta.

Interpretazione alla Berkeley

Lo stesso argomento in dettaglio: Interpretazione alla Berkeley .

Berkeley aveva sostenuto secoli prima che la causa di tutte le nostre percezioni non fosse una realtà materiale esterna, ma una volontà o spirito, che egli identificava con il Dio cristiano; come il sogno è generato dalla nostra mente, l'universo è una sorta di sogno collettivo suscitato da Dio nelle nostre anime. Nell' interpretazione alla Berkeley la realtà fisica non è considerata come qualcosa di esistente oggettivamente in sé e per sé, ma solo come una teoria matematica esistente come concetto nella mente di Dio e proiettata da Dio nelle nostre menti attraverso le immagini sensoriali che percepiamo; dunque tanto la funzione d'onda quanto il suo collasso, sono reali solo in quanto rappresentano le modalità con cui Dio concepisce l'universo e suscita in noi le nostre impressioni sensoriali. Questa interpretazione non ha alcun supporto scientifico dunque è intrinsecamente metafisica .

Confronto tra interpretazioni

Le interpretazioni più comuni sono riassunte in questa tabella, si noti che i significati precisi di alcuni elementi di classificazione sono comunque oggetto di controversia.

Non vi sono prove sperimentali che privilegino l'una o l'altra interpretazione, dal momento che sono principalmente interpretazioni e non teorie . Ad ogni modo, vi è un'attiva ricerca per individuare elementi sperimentali che possano verificare le differenze tra le interpretazioni.

Interpretazione	Deterministica	Forma d'onda reale	Storia singola	Variabili nascoste	Collasso	Ruolo dell'osservatore
Interpretazione di Copenaghen (Forma d'onda non reale)	No	No	Sì	No	NA	NA
Interpretazione statistica (Forma d'onda non reale)	No	No	Sì	Agnostica	No	Nessuno
Interpretazione di Copenaghen (Forma d'onda reale) Teoria oggettiva del collasso	No	Sì	Sì	No	Sì	Nessuno
Storie consistenti (Approccio decoerente)	Agnostica ¹	Agnostica ¹	No	No	No	Interpretazionale ²
Logica quantistica	Agnostica	Agnostica	Sì ³	No	No	Interpretazionale ²
Molti mondi (Approccio decoerente)	Sì	Sì	No	No	No	Nessuno
Interpretazione a molte menti	Sì	Sì	No	No	No	Interpretazionale ⁴
Interpretazione di de Broglie-Bohm (Approccio onda-pilota )	Sì	Sì ⁵	Sì ⁶	Sì	No	Nessuno
Interpretazione transazionale	No	Sì	Sì	No	Sì ⁷	Nessuno
Interpretazione stocastica	No	No	Si	Si	No	Nessuno
Meccanica quantistica relazionale	No	Sì	Agnostica ⁸	No	Sì ⁹	Nessuno
Misure incomplete	No	No ¹⁰	Sì	No	Sì ¹⁰	Interpretazionale ²

¹ Se la funzione d'onda è reale, è analoga all'interpretazione a molti mondi. Se la funzione non è propriamente reale ma più che semplice informazione, è chiamata da Zurek interpretazione esistenziale .
² La meccanica quantistica è considerata come un modo per predire le osservazioni, o una teoria delle misure.
³ La logica quantistica ha applicazione più limitata delle storie consistenti.
⁴ Gli osservatori separano la funzione d'onda universale in insiemi ortogonali di esperienze.
⁵ Sia le particelle che le funzioni d'onda pilota sono reali.
⁶ Singole storie delle particelle, ma storie multiple delle onde.
⁷ Il collasso del vettore di stato nell'interpretazione transazionale è interpretato come il completamento della transazione tra emittente e assorbente.
⁸ Il confronto delle storie tra i sistemi non ha un significato ben definito in quest'interpretazione.
⁹ Ogni interazione fisica è considerata come un evento di collasso relativo ai sistemi coinvolti, non solo a osservatori macroscopici o coscienti.
¹⁰ La natura e il collasso della funzione d'onda sono derivati, non assiomatici.

Ogni interpretazione ha più varianti e, ad esempio, è difficile avere una precisa definizione dell'interpretazione di Copenaghen. Nella tabella, ne sono mostrate due varianti: una che tratta la forma d'onda come uno strumento per calcolare le probabilità, l'altro la tratta come un elemento fisico di realtà .

Curiosità

In un sondaggio condotto nel luglio del 1999 durante un congresso sulla fisica quantistica tenuto all' università di Cambridge è stato chiesto agli scienziati riuniti in quale interpretazione si riconoscevano. Su novanta fisici, solo quattro indicarono l' interpretazione di Copenaghen , trenta per l' interpretazione moderna a molti mondi di Everett , mentre la maggioranza (cinquanta scienziati) risposero “nessuna delle risposte elencate o indeciso”. ^[13]

Note

^ ( EN ) Physics Today May 2004: Could Feynman Have Said This?
^ Einstein et al. , 1935
^ Manjit Kumar, Quantum , Mondadori, 2017, p. 271, ISBN 978-88-04-60893-6 .
^ Hermann Wimmel, Quantum Physics & Observed Reality: A Critical Interpretation of Quantum Mechanics , World Scientific, 1992, p. 2, ISBN 978-981-02-1010-6 .
^ M. Schlosshauer, Experimental observation of decoherence, in Compendium of Quantum Physics: Concepts, Experiments, History and Philosophy, edited by D. Greenberger, K. Hentschel, and F. Weinert, pp. 223–229 (Springer: Berlin/Heidelberg, 2009)
^ ( EN )John G. Cramer. Quantum Nonlocality and the Possibility of Superluminal Effects Archiviato il 29 dicembre 2010 in Internet Archive .
^ ( EN ) Modal Interpretations of Quantum Mechanics (Stanford Encylopedia of Philosophy)
^ ( EN ) Relational Interpretations of Quantum Mechanics (Stanford Encylopedia of Philosophy) .
^ ( EN ) Frigg, R. GRW theory
^ ( EN ) Review of Penrose's Shadows of the Mind Archiviato il 9 febbraio 2001 in Internet Archive .
^ * John von Neumann, The Mathematical Foundations of Quantum Mechanics , Princeton University Press , 1932, ISBN 0-691-02893-1 .
^ Sébastien Fauvel, Quantum Ethics: A Spinozist Interpretation of Quantum Field Theory , su quantum-ethics.org , 2013. URL consultato il febbraio 2013 .
^ Manjit Kumar, Quantum , Mondadori, 2017, pp. 346-347, ISBN 978-88-04-60893-6 .

Bibliografia

Trattati

( EN ) Rudolf Carnap. The interpretation of physics , in Foundations of Logic and Mathematics , International Encyclopedia of Unified Science . Chicago, University of Chicago Press, 1939.
( EN ) H. Reichenbach. Philosophic Foundations of Quantum Mechanics . Berkeley, University of California Press, 1944.
( EN ) Karl Popper. Conjectures and Refutations . Routledge and Kegan Paul, 1963. (Il capitolo Three views Concerning Human Knowledge , tratta l'interpretazione strumentalista nelle scienze fisiche.)
( EN ) M. Jammer. The Conceptual Development of Quantum Mechanics . New York, McGraw-Hill, 1966.
( EN ) B. van Fraassen. A formal approach to the philosophy of science , in R. Colodny. Paradigms and Paradoxes: The Philosophical Challenge of the Quantum Domain . Pittsburgh, University of Pittsburgh Press, 1972. pp. 303–366.
( EN ) M. Jammer. The Philosophy of Quantum Mechanics . New York, Wiley, 1974.
( EN ) John A. Wheeler e Wojciech Hubert Zurek. Quantum Theory and Measurement . Princeton, Princeton University Press, 1983. ISBN 0-691-08316-9 .
( EN ) N. Herbert. Quantum Reality: Beyond the New Physics . New York, Doubleday, 1985. ISBN 0-385-23569-0
( EN ) D. Deutsch. The Fabric of Reality . Allen Lane, 1997.
( EN ) M. Dickson e R. Clifton. Lorentz-invariance in modal interpretations , in D. Dieks e P. Vermaas. The Modal Interpretation of Quantum Mechanics . 9-48. Dordrecht, Kluwer Academic Publishers, 1998.
( EN ) R. Omnès. Understanding Quantum Mechanics . Princeton, 1999.
( EN ) WM de Muynck. Foundations of quantum mechanics, an empiricist approach . Dordrecht, Kluwer Academic Publishers, 2002. ISBN 1-4020-0932-1

Pubblicazioni

( EN ) A. Einstein, B. Podolsky e N. Rosen. Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete? , Physical Review, 1935, 47, 777.
( EN ) M. Dickson. Wavefunction tails in the modal interpretation , Proceedings of PSA, 1994 . 1994 Vol. 1, pp. 366–376. D. Hull, M. Forbes, e R. Burian. East Lansing, Michigan: Philosophy of Science Association.
( EN ) Zvi Schreiber. The Nine Lives of Schroedinger's Cat . Master of Science degree dissertation. arXiv:quant-ph/9501014v5 - Tesi di master universitario sulle interpretazioni della MQ.
( EN ) C. Rovelli. Relational Quantum Mechanics . International Journal of Theoretical Physics. 35 (1996) 1637. arXiv:quant-ph/9609002
( EN ) J. Bub e R. Clifton. A uniqueness theorem for interpretations of quantum mechanics , Studies in History and Philosophy of Modern Physics . 1996, 27B, 181-219
( EN ) C. Fuchs e A. Peres. Quantum theory needs no interpretation , Physics Today , marzo 2000.
( EN ) R. Jackiw e D. Kleppner. One Hundred Years of Quantum Physics , Science, 289, 5481, 893, August 2000.
( EN ) M. Tegmark e JA Wheeler. 100 Years of Quantum Mysteries , Scientific American, 2001, 284, 68.
( EN ) Christopher Fuchs. Quantum Mechanics as Quantum Information (and only a little more) . 2002. arXiv:quant-ph/0205039 .

Voci correlate

Collegamenti esterni

( EN ) Stanford Encyclopedia of Philosophy - Quantum Mechanics - Meccanica quantistica in filosofia e voci sulle interpretazioni.
( EN ) Willem M. de Muynck. Quantum Mechanics the way I see it. - Panoramica sul tema, confronti tra interpretazioni differenti.
( EN ) Michael Gibbs. Interpretations of Quantum Mechanics - Analisi di alcune interpretazioni e loro correlazione con esperimenti chiave.
( EN ) Michael Huemer. Quantum Mechanics for Philosophers .

Portale Filosofia

Portale Quantistica

[1] ( EN ) Physics Today May 2004: Could Feynman Have Said This?

[2] Einstein et al. , 1935

[3] Manjit Kumar, Quantum , Mondadori, 2017, p. 271, ISBN 978-88-04-60893-6 .

[4] Hermann Wimmel, Quantum Physics & Observed Reality: A Critical Interpretation of Quantum Mechanics , World Scientific, 1992, p. 2, ISBN 978-981-02-1010-6 .

[5] M. Schlosshauer, Experimental observation of decoherence, in Compendium of Quantum Physics: Concepts, Experiments, History and Philosophy, edited by D. Greenberger, K. Hentschel, and F. Weinert, pp. 223–229 (Springer: Berlin/Heidelberg, 2009)

[6] ( EN )John G. Cramer. Quantum Nonlocality and the Possibility of Superluminal Effects Archiviato il 29 dicembre 2010 in Internet Archive .

[7] ( EN ) Modal Interpretations of Quantum Mechanics (Stanford Encylopedia of Philosophy)

[8] ( EN ) Relational Interpretations of Quantum Mechanics (Stanford Encylopedia of Philosophy) .

[9] ( EN ) Frigg, R. GRW theory

[10] ( EN ) Review of Penrose's Shadows of the Mind Archiviato il 9 febbraio 2001 in Internet Archive .

[11] * John von Neumann, The Mathematical Foundations of Quantum Mechanics , Princeton University Press , 1932, ISBN 0-691-02893-1 .

[12] Sébastien Fauvel, Quantum Ethics: A Spinozist Interpretation of Quantum Field Theory , su quantum-ethics.org , 2013. URL consultato il febbraio 2013 .

[13] Manjit Kumar, Quantum , Mondadori, 2017, pp. 346-347, ISBN 978-88-04-60893-6 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

V · D · M Meccanica quantistica
Formalismo matematico	Notazione bra-ket · Spazio di Hilbert ·Postulati della meccanica quantistica · Operatore normale · Interferenza (fisica)
Fondamenti e principi	Principio di indeterminazione di Heisenberg · Principio di complementarità · Funzione d'onda · Collasso della funzione d'onda · Interpretazione di Copenaghen · Spin · Vecchia teoria dei quanti · Interpretazione di Bohm
Operatori	Operatore impulso · Operatore posizione · Operatore hamiltoniano · Operatore momento angolare · Operatore densità
Formulazioni	Meccanica ondulatoria · Meccanica delle matrici · Integrale sui cammini
Equazioni	Equazione di Dirac · Equazione di Klein-Gordon · Equazione di Pauli · Equazione di Schrödinger
Paradossi	Paradosso del gatto di Schrödinger · Paradosso di Einstein-Podolsky-Rosen · Suicidio quantistico