stringtranslate.com

Интерпретация фон Неймана – Вигнера

Интерпретация фон Неймана–Вигнера , также описываемая как « сознание вызывает коллапс », представляет собой интерпретацию квантовой механики , в которой сознание постулируется как необходимое для завершения процесса квантового измерения .

Предыстория: наблюдение в квантовой механике

В ортодоксальной копенгагенской интерпретации квантовая механика предсказывает только вероятности для различных наблюдаемых экспериментальных результатов. Что составляет наблюдателя или наблюдение, напрямую не указано теорией, и поведение системы при измерении и наблюдении полностью отличается от ее обычного поведения: волновая функция , описывающая систему, распространяется во все большую суперпозицию различных возможных ситуаций. Однако во время наблюдения волновая функция, описывающая систему, коллапсирует к одному из нескольких вариантов. Если наблюдения нет, этот коллапс не происходит, и ни один из вариантов никогда не становится менее вероятным. [1]

С помощью квантовой механики, в отсутствие постулата коллапса, можно предсказать, что наблюдатель, наблюдающий квантовую суперпозицию, превратится в суперпозицию разных наблюдателей, видящих разные вещи. У наблюдателя будет волновая функция, которая описывает все возможные результаты. Тем не менее, в реальном опыте наблюдатель никогда не ощущает суперпозицию, но всегда ощущает, что один из результатов произошел с определенностью. Этот кажущийся конфликт между описанием волновой функции и классическим опытом называется проблемой наблюдения (см. Проблема измерения ). [2]

Интерпретация

В своей книге 1932 года «Математические основы квантовой механики » Джон фон Нейман утверждал, что математика квантовой механики позволяет помещать коллапс волновой функции в любую позицию в причинно-следственной цепи от измерительного устройства до «субъективного восприятия» человека-наблюдателя. В 1939 году Фриц Лондон и Эдмонд Бауэр выступили за последнюю границу (сознание). [3] В 1960-х годах Юджин Вигнер [4] переформулировал мысленный эксперимент « кот Шредингера » как « друг Вигнера » и предположил, что сознание наблюдателя является демаркационной линией, которая ускоряет коллапс волновой функции, независимо от любой реалистической интерпретации. См. Сознание и измерение . Разум постулируется как нефизический и единственный истинный измерительный аппарат. [5]

Эта интерпретация была обобщена следующим образом: [5]

Правила квантовой механики верны, но есть только одна система, которую можно рассматривать с помощью квантовой механики, а именно весь материальный мир. Существуют внешние наблюдатели, которые не могут рассматриваться в рамках квантовой механики, а именно человеческие (и, возможно, животные) умы , которые выполняют измерения на мозге, вызывая коллапс волновой функции.

Генри Стэпп аргументировал эту концепцию следующим образом: [6]

С точки зрения математики квантовой теории нет смысла рассматривать измерительное устройство как нечто принципиально отличное от совокупности атомных составляющих, из которых оно состоит. Устройство — это просто еще одна часть физической вселенной... Более того, сознательные мысли наблюдателя-человека должны быть причинно связаны самым непосредственным и непосредственным образом с тем, что происходит в его мозгу, а не с тем, что происходит снаружи, на каком-то измерительном устройстве... Таким образом, наши тела и мозги становятся... частями квантово-механически описываемой физической вселенной. Рассмотрение всей физической вселенной таким единым способом обеспечивает концептуально простую и логически последовательную теоретическую основу...

Возражения против толкования

Существуют и другие возможные решения мысленного эксперимента «друг Вигнера», которые не требуют, чтобы сознание отличалось от других физических процессов. Более того, Вигнер фактически перешел к этим интерпретациям (и от «сознание вызывает коллапс») в последние годы своей жизни. Это было отчасти потому, что он был смущен тем, что «сознание вызывает коллапс» может привести к своего рода солипсизму , но также потому, что он решил, что он был неправ, пытаясь применить квантовую физику в масштабах повседневной жизни (в частности, он отверг свою первоначальную идею рассматривать макроскопические объекты как изолированные системы). [7] См. друг Вигнера § Сознание и суперпозиция .

Эта интерпретация опирается на интеракционистскую форму дуализма , которая несовместима с материализмом , который обычно используется для понимания мозга и принимается большинством ученых. [5] (Материализм предполагает, что сознание не играет особой роли по отношению к квантовой механике.) [5] Несмотря на проблему измерения , они указывают на причинную замкнутость физики, предполагая проблему с тем, как сознание и материя могут взаимодействовать, что напоминает возражения против субстанциального дуализма Декарта .

Единственная форма интеракционистского дуализма , которая хотя бы отдаленно казалась разумной в современной картине, — это та, которая использует определенные свойства квантовой механики. Есть два пути, по которым это может пойти. Во-первых, некоторые [например, Eccles 1986 ] апеллировали к существованию квантовой неопределенности и предположили, что нефизическое сознание может быть ответственно за заполнение результирующих причинных пробелов, определяя, какие значения некоторые физические величины могут принимать в пределах, по-видимому, « вероятностного » распределения... Это смелое и интересное предположение, но оно имеет ряд проблем... Второй способ, которым квантовая механика касается вопроса причинной замкнутости , заключается в том, что в некоторых интерпретациях квантового формализма само сознание играет жизненно важную причинную роль, будучи необходимым для осуществления так называемого « коллапса волновой функции ». Предполагается, что этот коллапс происходит при любом акте измерения ; и в одной из интерпретаций единственный способ отличить измерение от неизмерения — через присутствие сознания. Эта теория, конечно, не является общепринятой (для начала, она предполагает , что сознание само по себе не является физическим , что, безусловно, противоречит взглядам большинства физиков), и я сам ее не принимаю, но в любом случае кажется, что вид каузальной работы, которую сознание выполняет здесь, весьма отличается от вида, необходимого для того, чтобы сознание играло роль в управлении поведением... В любом случае, все версии интеракционистского дуализма имеют концептуальную проблему, которая предполагает, что они менее успешны в избегании эпифеноменализма , чем могут показаться; или, по крайней мере, они не лучше, чем натуралистический дуализм . Даже в этих взглядах есть смысл, в котором феноменальное не имеет значения. Мы всегда можем вычесть феноменальный компонент из любого объяснительного отчета, получив чисто каузальный компонент. [8]

—  Дэвид Чалмерс , «Нередуцируемость сознания» в книге «Сознательный разум: в поисках фундаментальной теории»

Интерпретация также подверглась критике за то, что не объясняет, какие вещи обладают достаточным сознанием, чтобы коллапсировать волновую функцию. Кроме того, она постулирует важную роль для сознательного разума, и было задано сомнение, как это могло быть в случае более ранней Вселенной, до того, как сознание развилось или возникло. Утверждалось, что «[сознание вызывает коллапс] не позволяет разумно обсуждать космологию Большого взрыва или биологическую эволюцию ». [5] Например, Роджер Пенроуз заметил: «[Э]волюция сознательной жизни на этой планете обусловлена ​​соответствующими мутациями, произошедшими в разное время. Это, предположительно, квантовые события, поэтому они будут существовать только в линейно наложенной форме, пока они, наконец, не приведут к эволюции сознательного существа, само существование которого зависит от всех правильных мутаций, которые «фактически» произошли!» [9] Другие далее предполагают универсальный разум (см. также панпсихизм и панэкспериенциализм ). Другие исследователи выразили аналогичные возражения против введения любого субъективного элемента в коллапс волновой функции. [10] [11] [12]

Тестируемость

Утверждалось, что результаты экспериментов с квантовым ластиком с отложенным выбором эмпирически опровергают эту интерпретацию. [13] Однако было показано, что этот аргумент недействителен, поскольку интерференционная картина будет видна только после того, как обнаружения после измерения будут коррелированы с помощью счетчика совпадений; [14] если бы это было не так, эксперимент позволил бы передавать сигналы в прошлое. [15] Эксперимент с квантовым ластиком с отложенным выбором также использовался для аргументации в поддержку этой интерпретации, [16] [17] но, как и в случае с другими аргументами, ни одна из приведенных ссылок не доказывает и не опровергает эту интерпретацию.

Центральная роль, которую играет сознание в этой интерпретации, естественно, требует использования психологических экспериментов для ее проверки или фальсификации. Один из таких подходов основан на объяснении эффекта эмпирического предчувствия квантово-механически. [18] Другой подход использует психологический эффект прайминга для разработки соответствующего теста. [19] Оба метода заявляют об успешной проверке.

Прием

В 2011 году на конференции по квантовой механике был проведен опрос среди 33 участников (включая физиков, математиков и философов). Исследователи обнаружили, что 6% участников (2 из 33) указали, что, по их мнению, наблюдатель «играет выдающуюся физическую роль (например, коллапс волновой функции сознанием)». В этом опросе также говорится, что 55% (18 из 33) указали, что, по их мнению, наблюдатель «играет фундаментальную роль в применении формализма, но не играет выдающейся физической роли». Они также упоминают, что «популярные отчеты иногда предполагают, что копенгагенская интерпретация приписывает такую ​​роль сознанию. По нашему мнению, это неправильное понимание копенгагенской интерпретации». [20]

Взгляды пионеров квантовой механики

Многие из создателей квантово-механической теории считали, что люди могут эффективно исследовать природу, взаимодействуя с ней, и что в этом отношении квантовая механика не отличается от классической механики . [21] [22] [23] Кроме того, Вернер Гейзенберг утверждал, что коллапс волновой функции , «прерывистое изменение функции вероятности», происходит, когда результат измерения регистрируется в сознании наблюдателя. Однако это происходит потому, что он понимал функцию вероятности как артефакт человеческого знания: он также утверждал, что реальность материального перехода от «возможного» к «действительному» не зависит от сознания. [24] Альберт Эйнштейн , который верил в реализм и не принимал теоретическую полноту квантовой механики, аналогичным образом апеллировал к чисто эпистемической концепции волновой функции:

[Я выступаю за то, чтобы мы понимали пси-функцию [т. е. волновую функцию] только как неполное описание реального положения дел, где неполнота описания обусловлена ​​тем фактом, что наблюдение состояния способно охватить только часть реальной фактической ситуации. Тогда мы можем, по крайней мере, избежать единственной концепции, что наблюдение (понятое как акт сознания) влияет на реальное физическое состояние вещей; изменение пси-функции посредством наблюдения тогда не соответствует по сути изменению реального факта, а скорее изменению нашего знания этого факта. [25]

Бор также проявлял активный интерес к философским следствиям квантовых теорий, таким как его принцип дополнительности . [26] Он считал, что квантовая теория предлагает полное описание природы, хотя и такое, которое просто плохо подходит для повседневного опыта, который лучше описывается классической механикой и вероятностью. Бор никогда не указывал демаркационную линию, выше которой объекты перестают быть квантовыми и становятся классическими. Он считал, что это был не вопрос физики, а вопрос философии или удобства. [27]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Гейзенберг, В. (1958). Физика и философия: революция в современной науке. Harper & Row.
  2. ^ Журек, WH (2003). Декогеренция, эйнселекция и экзистенциальная интерпретация. Философия науки, 70(5), 720-731.
  3. ^ Ф. Лондон и Э. Бауэр, «La théorie de l'observation en mécanique quantique» (1939), английский перевод в журнале « Квантовая теория и измерение» , под редакцией Дж. А. Уиллера и У. Х. Зурека, Принстонский университет, Принстон, Нью-Джерси, 1983, стр. 217–259. ISBN  0-691-08315-0
  4. ^ Вигнер, Юджин; Генри Маргено (1967). «Замечания по вопросу разума и тела, в симметриях и отражениях, научные эссе». American Journal of Physics . 35 (12): 1169–1170. Bibcode : 1967AmJPh..35.1169W. doi : 10.1119/1.1973829. Архивировано из оригинала 2013-01-12 . Получено 2009-07-30 .
  5. ^ abcde Шрайбер, Цви (1995-01-16). "Девять жизней кота Шредингера". arXiv : quant-ph/9501014 .
  6. ^ H. Stapp (2001). «Квантовая теория и роль разума в природе». Основы физики . 31 (10): 1465–1499. arXiv : quant-ph/0103043 . doi :10.1023/A:1012682413597. S2CID  189823051.
  7. ↑ Майкл Эсфельд, (1999), Обзор эссе: Взгляд Вигнера на физическую реальность, опубликовано в «Исследованиях по истории и философии современной физики», 30B, стр. 145–154, Elsevier Science Ltd.
  8. ^ Чалмерс, Дэвид (1996). Сознательный разум: в поисках фундаментальной теории . Серия «Философия разума». Oxford University Press, США. С. 156–157. ISBN 978-0-19-983935-3.
  9. ↑ Роджер Пенроуз, Новый разум императора , Penguin Books, 1989, стр. 295.
  10. ^ Mandel, L. (1999). «Квантовые эффекты в однофотонной и двухфотонной интерференции». Reviews of Modern Physics . 71 (2): S274–S282. Bibcode : 1999RvMPS..71..274M. doi : 10.1103/revmodphys.71.s274.
  11. ^ Zeilinger, A. (1999). «Эксперимент и основы квантовой физики». Reviews of Modern Physics . 71 (2): S288–S297. Bibcode :1999RvMPS..71..288Z. doi :10.1103/revmodphys.71.s288.
  12. ^ Брукнер, К.; Цайлингер, А. (2002). «Эксперимент Юнга и конечность информации». Philos. Trans. R. Soc. Lond . 360 (1794): 1061–1069. arXiv : quant-ph/0201026 . Bibcode :2002RSPTA.360.1061B. doi :10.1098/rsta.2001.0981. PMID  12804293. S2CID  16379957.
  13. ^ Ю, С.; Николич, Д. (2011). «Квантовая механика не нуждается в сознании» (PDF) . Annalen der Physik . 523 (11): 931–938. Bibcode : 2011AnP...523..931Y. doi : 10.1002/andp.201100078. S2CID  122412883.
  14. ^ Де Баррос, Дж. Акацио; Оас, Гэри (2017). «Можем ли мы опровергнуть гипотезу о том, что сознание вызывает коллапс в квантовой механике?». Основы физики . 47 (10): 1294–1308. arXiv : 1609.00614 . Bibcode : 2017FoPh...47.1294D. doi : 10.1007/s10701-017-0110-7. S2CID  118666353.
  15. ^ Эндрю, Найт (2020). «Квантовая механика может нуждаться в сознании». arXiv : 2005.13317 [quant-ph].
  16. ^ Жак, В.; Ву, Э.; Гроссханс, Ф.; Треуссар, Ф.; Гранжье, П.; Аспект, А.; Рох, Ж.-Ф. (2007). «Экспериментальная реализация мысленного эксперимента Уиллера с отложенным выбором». Science . 315 (5814): 966–968. arXiv : quant-ph/0610241 . Bibcode :2007Sci...315..966J. doi :10.1126/science.1136303. PMID  17303748. S2CID  6086068.
  17. ^ Ma, Xiao-Song; Zotter, Stefan; Kofler, Johannes; Ursin, Rupert; Jennewein, Thomas; Brukner, Časlav; Zeilinger, Anton (2012). «Экспериментальный обмен запутанностью с отложенным выбором». Nature Physics . 8 (6): 479–484. arXiv : 1203.4834 . Bibcode :2012NatPh...8..480M. doi :10.1038/nphys2294. S2CID  119208488.
  18. ^ Левин, EY (2023-04-03). «Эффект предчувствия указывает на возникновение коллапса фон Неймана». Журнал аномального опыта и познания . 3 (1): 174–193. doi : 10.31156/jaex.24455 .
  19. ^ Lucido, R. J (2023). «Проверка интерпретации квантовой механики, вызывающей коллапс сознания, с использованием подсознательных простых чисел, полученных из случайных флуктуаций радиоактивного распада». Журнал исследования и исследования сознания . 14 (3): 185–194. doi :10.13140/RG.2.2.20344.72969.
  20. ^ Шлосшауэр, М.; Коэр, Дж.; Цайлингер, А. (2013). «Краткий обзор основополагающих взглядов на квантовую механику». Исследования по истории и философии науки, часть B: Исследования по истории и философии современной физики . 44 (3): 222–230. arXiv : 1301.1069 . Bibcode :2013SHPMP..44..222S. doi :10.1016/j.shpsb.2013.04.004. S2CID  55537196.
  21. ^ Бор, Нильс (1958). Атомная физика и человеческое знание . Wiley., стр. 73, 81: «Свобода экспериментирования, предполагаемая в классической физике, конечно, сохраняется и соответствует свободному выбору экспериментальной установки, для которой математическая структура квантово-механического формализма предоставляет соответствующую свободу. ... В великой драме бытия мы сами являемся и актерами, и зрителями».
  22. ^ Гейзенберг, Вернер (1958). Физика и философия . Harper & Row., стр. 32: «Измерительный прибор был сконструирован наблюдателем, и мы должны помнить, что то, что мы наблюдаем, — это не природа сама по себе, а природа, подверженная нашему методу исследования».
  23. ^ Паули, Вольфганг (1954). «Naturwissenschaftliche und erkenntnistheoretische Aspecte der Ideen vom Unbewussten». Диалектика . 8 (4): 283–301. doi :10.1111/j.1746-8361.1954.tb01265.x.как переведено в Harald Atmanspacher и Hans Primas, Journal of Consciousness Studies 13(3), 5-50 (2006): «Идеи Паули о разуме и материи в контексте современной науки»: «Как только физический наблюдатель выбрал свою экспериментальную установку, он больше не имеет влияния на результат, который объективно регистрируется и общедоступн. Субъективные свойства наблюдателя или его психологическое состояние так же не имеют значения в квантово-механических законах природы, как и в классической физике».
  24. ^ Гейзенберг, Вернер (1958). Физика и философия . Harper & Row., стр. 28. («Переход от «возможного» к «действительному» происходит, как только вступает в действие взаимодействие объекта с измерительным прибором, а тем самым и с остальным миром; он не связан с актом регистрации результата разумом наблюдателя. Однако прерывистое изменение функции вероятности происходит с актом регистрации, поскольку именно прерывистое изменение наших знаний в момент регистрации имеет свой образ в прерывистом изменении функции вероятности».)
  25. ↑ А. Эйнштейн — В. Гайтлеру, 1948, переведено в книге А. Файна « Интерпретации квантовой теории Эйнштейна», стр. 262.
  26. ^ "Нильс Бор – Сессия V". Устные исторические интервью . Американский институт физики . 5 января 2015 г. Получено 2022-04-07 . Я чувствовал, что философы были очень странными людьми, которые действительно были потеряны, потому что у них не было инстинкта, что важно чему-то научиться и что мы должны быть готовы действительно узнать что-то очень важное. Есть разные люди, но я думаю, было бы разумно сказать, что ни один человек, которого называют философом, на самом деле не понимает, что подразумевается под дополнительным описанием.
  27. ^ Бор, Нильс (1928). «Квантовый постулат и недавнее развитие атомной теории». Nature . 121 (3050): 580–590. Bibcode :1928Natur.121..580B. doi : 10.1038/121580a0 .": "[К]вантовый постулат подразумевает, что любое наблюдение атомных явлений будет включать взаимодействие с агентом наблюдения, которым нельзя пренебрегать. Соответственно, независимая реальность в обычном физическом смысле не может быть приписана ни явлениям, ни агентам наблюдения. В конце концов, концепция наблюдения является произвольной, поскольку она зависит от того, какие объекты включены в систему, подлежащую наблюдению. В конечном счете, каждое наблюдение, конечно, может быть сведено к нашим чувственным восприятиям. Однако то обстоятельство, что при интерпретации наблюдений всегда должны использоваться теоретические понятия, влечет за собой то, что для каждого конкретного случая это вопрос удобства, в какой момент вводится концепция наблюдения, включающая квантовый постулат с присущей ему "иррациональностью".

Внешние ссылки