Меньшинство интерпретаций квантовой механики

Существует множество точек зрения, предлагающих интерпретации квантовой механики . Они различаются по тому, сколько физиков их принимают или отвергают. Интерпретация квантовой механики — это концептуальная схема, которая предлагает связать математический формализм с интересующими физическими явлениями. Настоящая статья посвящена тем интерпретациям, которые, независимо от их внутренней ценности, сегодня остаются менее известными или просто меньше обсуждаются научным сообществом по разным причинам.

История

Историческая дихотомия между «ортодоксальной» копенгагенской интерпретацией и «неортодоксальными» взглядами меньшинства развилась в ходе дебатов 1950-х годов вокруг бомовской механики .

В течение большей части 20-го века теории коллапса были, очевидно, господствующей точкой зрения, и вопрос интерпретации квантовой механики в основном вращался вокруг того, как интерпретировать «коллапс». Сторонники интерпретаций « пилот-волны » (типа де Бройля-Бома) или « многомировой » (эвереттовской) склонны подчеркивать, как их соответствующие лагеря были интеллектуально маргинализированы в течение 1950-х и 1980-х годов. В этом (историческом) смысле все теории без коллапса являются (исторически) интерпретациями «меньшинства».

Термин «Копенгагенская интерпретация» предполагает некий определенный набор правил для интерпретации математического формализма квантовой механики. Однако такого текста не существует, за исключением некоторых неформальных популярных лекций Бора и Гейзенберга, которые противоречат друг другу по нескольким важным вопросам. Похоже, что термин «Копенгагенская интерпретация» с его более определенным смыслом был придуман Гейзенбергом в 1950-х годах ^[1] , когда он критиковал «неортодоксальные» интерпретации, такие как интерпретация Дэвида Бома . ^{[2] [3] [4]} Перед тем, как книга была выпущена в продажу, Гейзенберг в частном порядке выразил сожаление по поводу использования этого термина из-за его предположения о существовании других интерпретаций, которые он считал «бессмысленными». ^[5]

С 1990-х годов наблюдается всплеск интереса к теориям без коллапса. Интерпретации квантовой механики в настоящее время в основном попадают в категории теорий коллапса (включая копенгагенскую интерпретацию), скрытых переменных («бомоподобных»), многомировых («эвереттовских») и квантово-информационных подходов. Хотя теории коллапса продолжают рассматриваться как позиция по умолчанию или основная позиция, больше нет четкой дихотомии между «ортодоксальными» и «неортодоксальными» взглядами. Стэнфордская энциклопедия по состоянию на 2015 год группирует интерпретации квантовой механики в пять классов (все из которых содержат дальнейшие подразделения): «бомовская механика» (теории пилотной волны), ^[6] « теории коллапса », ^[7] «многомировые интерпретации», ^[8] « модальные интерпретации » ^[9] и «реляционные интерпретации». ^[10]

Некоторые из исторически значимых подходов к квантовой механике теперь сами стали «меньшинствами интерпретаций» или широко рассматриваются как устаревшие. В этом смысле существует множество причин, по которым конкретный подход может считаться маргинальным: потому что он является очень специализированным подвариантом более широко известного класса интерпретаций, потому что он рассматривается как устаревший (несмотря на возможную историческую значимость), потому что это очень недавнее предложение, которое не получило широкого внимания, или потому что он отвергается как ошибочный.

В качестве приблизительного руководства к картине того, что является соответствующими взглядами «меньшинства», рассмотрим «моментальный снимок» мнений, собранных в опросе Шлосшауэра и др. на конференции «Квантовая физика и природа реальности» в июле 2011 года. ^[11] Авторы ссылаются на аналогичный неформальный опрос, проведенный Максом Тегмарком на конференции «Фундаментальные проблемы квантовой теории» в августе 1997 года. В обоих опросах копенгагенская интерпретация получила наибольшее количество голосов. В опросе Тегмарка многомировые интерпретации оказались на втором месте, тогда как в опросе 2011 года многомировые оказались на третьем месте (18%), уступив подходам квантовой информации, занявшим второе место (24%). Другими вариантами, указанными в качестве «интерпретации квантовой механики» в опросе 2011 года, были: теории объективного коллапса (9% поддержки), квантовый байесианизм (6% поддержки) и реляционная квантовая механика (6% поддержки), а также последовательные истории , теория де Бройля–Бома , модальная интерпретация , ансамблевая интерпретация и транзакционная интерпретация , которые не получили ни одного голоса.

Список интерпретаций

Множество миров

« Эвереттовские » (многомировые) интерпретации в целом долгое время были областью «меньшинства», но они стали более популярными. Существует множество вариантов и ответвлений первоначального предложения Эверетта, которые иногда развивали основные идеи противоречивыми способами. ^{[12] [13]} Интерпретации эвереттовского типа включают следующее.

• Многократная интерпретация ^{[14] [15]}
• «Космологические интерпретации», такие как предложенные Энтони Агирре и Максом Тегмарком , в которых волновая функция квантовой системы описывает не воображаемый ансамбль возможностей того, что может делать система, а скорее реальную пространственную совокупность идентичных копий системы, которые существуют в бесконечном пространстве, которое, гипотетически, порождается вечной инфляцией . ^[16]
• Интерпретация «самоопределяющейся неопределенности» ^[13]
• Относительная интерпретация состояния

Квантовая информация

• QBism и другие варианты квантового байесианства
• Реляционная квантовая механика рассматривает состояние квантовой системы как зависящее от наблюдателя, то есть состояние является отношением между наблюдателем и системой. В то время как реляционная концепция квантовых состояний восходит по крайней мере к Грете Германн в 1935 году, ^[17] в современном использовании «реляционная квантовая механика» относится к интерпретации, описанной Карло Ровелли в 1996 году. Она использует некоторые идеи Уиллера о квантовой информации . ^[18]

Скрытые переменные

« Теории типа Бома » (теории скрытых переменных) в целом представляют собой «меньшинство» по сравнению с интерпретациями копенгагенского типа или многомировыми (эвереттовскими) теориями.

• Интерпретация Поппера, основанная на склонности ^[19]
• Стохастическая интерпретация , наиболее известный вариант которой принадлежит Эдварду Нельсону , далее развитая гипотезой Франческо Калоджеро
• Симметричные по времени интерпретации ^{[20] [21] [22] [23] [24] [25]}
• Транзакционная интерпретация
• Интерпретация Zitterbewegung ^[26]
• Интерпретация Сазерленда ^[27]

Теории коллапса

• интерпретация фон Неймана-Вигнера («сознание вызывает коллапс»), в основном представляющая исторический интерес
• Теории объективного коллапса : это расширения квантовой механики, а не «интерпретации» в узком смысле. ^[28]
  • интерпретация Пенроуза
  • Теория Жирарди-Римини-Вебера

Другой

• Интерпретация ансамбля , или статистическая интерпретация, может рассматриваться как минималистский подход; ^[29] Волновая функция в этой интерпретации не является свойством какой-либо индивидуальной системы, она по своей природе является статистическим описанием гипотетического «ансамбля» подобных систем. Это интерпретация, исторически отстаиваемая Альбертом Эйнштейном . ^[30]
• Модальная интерпретация (van Fraassen 1972) ^[31] Предложение ван Фраассена является «модальным», поскольку оно приводит к модальной логике квантовых предложений. Начиная с 1980-х годов ряд авторов разработали другие «реалистические» предложения, которые в ретроспективе можно отнести к «модальному» предложению ван Фраассена.
• Супердетерминизм ( Белл , 1977) ^{[32] —} идея о том, что Вселенная полностью детерминирована, и, таким образом, теорема Белла неприменима, поскольку наблюдатели не свободны делать независимый выбор в своих измерениях, скорее, все предопределено Большим взрывом.
• Последовательные истории ( Доукер и Кент, 1995) ^[33] основаны на критерии последовательности , который затем позволяет назначать вероятности различным альтернативным историям системы.
• «Интерпретация Монтевидео» (Гамбини и Пуллин 2009), ^{[34] [35]} предполагающая, что квантовая гравитация накладывает фундаментальные ограничения на точность часов, что подразумевает своего рода декогеренцию . ^[36]
• «Интерпретация Пондичерри» (Mohrhoff 2000–2005) ^[37] основана на идее объективной вероятности и « наложения микроскопического на макроскопическое». ^[38]
• «Психофизическая интерпретация» (Прадхан 2012) ^[39] , основанная на психофизическом параллелизме, использует сопряженные величины для представления психических аналогов соответствующих физических аспектов, таких как состояния и наблюдаемые. ^[40]
• Интерпретация с точки зрения теории пучков объективного идеализма (Korth 2022), основанная на идее, что квантовая «странность» следует из того, что объекты являются пучками универсалий. ^[41]

Квантовый мистицизм

Квантовый мистицизм — это набор метафизических верований и связанных с ними практик, которые стремятся связать сознание, интеллект, духовность или мистические мировоззрения с идеями квантовой механики и ее интерпретациями. Большинство ученых считают квантовый мистицизм лженаукой или шарлатанством .

Ссылки

1. Говард, Дон (2004). «Кто придумал Копенгагенскую интерпретацию? Исследование мифологии». Философия науки . 71 (5): 669–682. CiteSeerX  10.1.1.164.9141 . doi :10.1086/425941. JSTOR  10.1086/425941. S2CID  9454552.
2. Бом, Дэвид (1952). «Предлагаемая интерпретация квантовой теории в терминах «скрытых» переменных. I и II». Physical Review . 85 (2): 166–193. Bibcode : 1952PhRv...85..166B. doi : 10.1103/PhysRev.85.166.
3. H. Kragh, Квантовые поколения: история физики в двадцатом веке , Princeton University Press, 1999, стр. 210. («термин «копенгагенская интерпретация» не использовался в 1930-х годах, но впервые вошел в словарь физиков в 1955 году, когда Гейзенберг использовал его, критикуя некоторые неортодоксальные интерпретации квантовой механики»).
4. Лекции под названиями «Копенгагенская интерпретация квантовой теории» и «Критика и контрпредложения к Копенгагенской интерпретации», прочитанные Гейзенбергом в 1955 году, перепечатаны в сборнике «Физика и философия» .
5. Оливал Фрейре-младший, «Наука и изгнание: Дэвид Бом, горячие времена холодной войны и его борьба за новую интерпретацию квантовой механики», Исторические исследования физических и биологических наук , том 36, номер 1, 2005, стр. 31–35. («Я признаю, что термин «Копенгагенская интерпретация» не является удачным, поскольку он может предполагать, что существуют и другие интерпретации, как предполагает Бом. Мы, конечно, согласны, что другие интерпретации — бессмыслица, и я считаю, что это ясно из моей книги и предыдущих статей. В любом случае, к сожалению, я не могу сейчас изменить книгу, так как ее печать началась достаточно давно».)
6. Голдштейн, Шелдон, «Бомовская механика», Стэнфордская энциклопедия философии (весеннее издание 2013 г.).
7. Жирарди, Джанкарло, «Теории коллапса», Стэнфордская энциклопедия философии (зимнее издание 2011 г.).
8. Вайдман, Лев, «Многомировая интерпретация квантовой механики», Стэнфордская энциклопедия философии (весеннее издание 2015 г.)
9. Ломбарди, Олимпия и Дикс, Деннис, «Модальные интерпретации квантовой механики», Стэнфордская энциклопедия философии (весеннее издание 2014 г.).
10. Лаудиса, Федерико и Ровелли, Карло, «Реляционная квантовая механика», Стэнфордская энциклопедия философии (лето 2013 г.)
11. Шлосшауэр, Максимилиан; Кофлер, Йоханнес; Цайлингер, Антон (2013-01-06). «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.
12. Марчилдон, Луис (2015). «Множественность в интерпретации квантовой механики Эверетта». Исследования по истории и философии современной физики . 52 (B): 274–284. arXiv : 1504.04835 . Bibcode :2015SHPMP..52..274M. doi :10.1016/j.shpsb.2015.08.010. S2CID  118398374.
13. Кент, Адриан (2015-02-01). «Имеет ли смысл говорить о самолокализирующейся неопределенности в универсальной волновой функции? Замечания о Себенсе и Кэрролле». Основы физики . 45 (2): 211–217. arXiv : 1408.1944 . Bibcode : 2015FoPh...45..211K. doi : 10.1007/s10701-014-9862-5. S2CID  118471198.
14. Zeh, HD (1970-03-01). «Об интерпретации измерения в квантовой теории». Foundations of Physics . 1 (1): 69–76. Bibcode :1970FoPh....1...69Z. doi :10.1007/BF00708656. ISSN  0015-9018. S2CID  963732.
15. Альберт, Дэвид ; Лоуэр, Барри (1988-01-01). «Интерпретация многомировой интерпретации». Synthese . 77 (ноябрь): 195–213. doi :10.1007/bf00869434. S2CID  46953150.
16. Агирре, Энтони; Тегмарк, Макс (2011-11-03). «Рожденный в бесконечной вселенной: космологическая интерпретация квантовой механики». Physical Review D. 84 ( 10). Американское физическое общество (APS): 105002. arXiv : 1008.1066 . Bibcode : 2011PhRvD..84j5002A. doi : 10.1103/physrevd.84.105002. ISSN  1550-7998. S2CID  17341893.
17. Джеммер, Макс (1974). Философия квантовой механики: интерпретации квантовой механики в исторической перспективе . John Wiley & Sons . ISBN 978-0-471-43958-5. OCLC  463216139.
18. Уилер, JA: «Информация, физика, квант: поиск связей»; в Zurek, W., ред.: «Сложность, энтропия и физика информации»; стр. 3–28; Addison-Wesley; 1990, стр. 3.
19. Комбурье, Мари-Кристин; Поппер, Карл Р. (1992). «О противоречиях ЭПР». Основы физики . 22 (10): 1303–1323. Bibcode : 1992FoPh...22.1303C. doi : 10.1007/bf01889715. S2CID  121600401.
20. Ватанабэ, Сатоси (1955). "Симметрия физических законов. Часть III. Предсказание и ретроспекция" (PDF) . Reviews of Modern Physics . 27 (2): 179. Bibcode :1955RvMP...27..179W. doi :10.1103/revmodphys.27.179. hdl :10945/47584. S2CID  122168419.
21. Дэвидон, WC (1976). «Квантовая физика отдельных систем». Il Nuovo Cimento . 36B (1): 34–40. Bibcode : 1976NCimB..36...34D. doi : 10.1007/bf02749419. S2CID  118782302.
22. Ааронов, Ю.; Вайдман, Л. (1998). «О переформулировке квантовой механики с двумя состояниями вектора». Physica Scripta . T76 : 85–92. Bibcode : 1998PhST...76...85A. doi : 10.1238/physica.topical.076a00085 .
23. Уортон, КБ (2007). «Симметричная во времени квантовая механика». Основы физики . 37 (1): 159–168. Bibcode :2007FoPh...37..159W. doi :10.1007/s10701-006-9089-1. S2CID  123086913.
24. Уортон, КБ (2010). «Новая интерпретация уравнения Клейна-Гордона». Основы физики . 40 (3): 313–332. arXiv : 0706.4075 . Bibcode :2010FoPh...40..313W. doi :10.1007/s10701-009-9398-2.
25. Хини, МБ (2013). «Симметричная интерпретация уравнения Клейна-Гордона». Основы физики . 43 (6): 733–746. arXiv : 1211.4645 . Bibcode : 2013FoPh...43..733H. CiteSeerX 10.1.1.762.8767 . doi : 10.1007/s10701-013-9713-9. S2CID  118770571. 
26. Хестенес, Дэвид (1990). «Интерпретация квантовой механики с помощью zitterbewegung». Основы физики . 20 (10): 1213–1232. Bibcode :1990FoPh...20.1213H. CiteSeerX 10.1.1.412.3589 . doi :10.1007/BF01889466. S2CID  3105903. 
27. Sutherland, R. (2008). «Причинно-симметричная модель Бома». Исследования по истории и философии современной физики . 39 (4): 782–805. arXiv : quant-ph/0601095 . Bibcode :2008SHPMP..39..782S. doi :10.1016/j.shpsb.2008.04.004. S2CID  12027061.
28. Кабельо, Адан (2017). «Интерпретации квантовой теории: карта безумия». В Ломбарди, Олимпия ; Фортин, Себастьян; Холик, Федерико; Лопес, Кристиан (ред.). Что такое квантовая информация?. Издательство Кембриджского университета. стр. 138–143. arXiv : 1509.04711 . Bibcode : 2015arXiv150904711C. doi : 10.1017/9781316494233.009. ISBN 9781107142114. S2CID  118419619.
29. "Статистическая интерпретация квантовой механики" (PDF) . Нобелевская лекция . 11 декабря 1954 г.
30. "Попытка представить квантово-теоретическое описание как полное описание отдельных систем приводит к неестественным теоретическим интерпретациям, которые сразу становятся ненужными, если принять интерпретацию, что описание относится к ансамблям систем, а не к отдельным системам". Einstein: Philosopher-Scientist, ред. PA Schilpp (Harper & Row, Нью-Йорк)
31. Олимпия Ломбарди , Деннис Дикс (2012). Модальные интерпретации квантовой механики. Исследовательская лаборатория метафизики, Стэнфордский университет. {{cite book}}: |website=проигнорировано ( помощь )
32. Дж. С. Белл, Свободные переменные и локальная причинность, Epistemological Letters, февраль 1977 г. Перепечатано как Глава 12 книги Дж. С. Белла, Выразимое и невыразимое в квантовой механике (Cambridge University Press, 1987 г.)
33. Dowker, F. ; Kent, A. (1995). «Свойства непротиворечивых историй». Phys. Rev. Lett . 75 (17): 3038–3041. arXiv : gr-qc/9409037 . Bibcode :1995PhRvL..75.3038D. doi :10.1103/physrevlett.75.3038. PMID  10059479. S2CID  17359542.
34. Гамбини, Родольфо; Пуллин, Хорхе (2009). «Интерпретация квантовой механики Монтевидео: часто задаваемые вопросы». Journal of Physics: Conference Series . 174 (1): 012003. arXiv : 0905.4402 . Bibcode : 2009JPhCS.174a2003G. doi : 10.1088/1742-6596/174/1/012003. S2CID  250680865.
35. Хорхе Пуллин. "Монтевидеоская интерпретация квантовой механики" . Получено 27 апреля 2012 г.
36. Баттерфилд, Джереми (2015). «Оценка интерпретации квантовой механики Монтевидео». Исследования по истории и философии науки Часть B: Исследования по истории и философии современной физики . 52 : 75–85. arXiv : 1406.4351 . Bibcode : 2015SHPMP..52...75B. doi : 10.1016/j.shpsb.2014.04.001. S2CID  53601287.
37. Mohrhoff, U. (2005). «Интерпретация квантовой механики в Пондичерри: обзор». Pramana . 64 (2): 171–185. arXiv : quant-ph/0412182 . Bibcode :2005Prama..64..171M. doi :10.1007/BF02704872. S2CID  46179300.
38. Шафииа, Афшин; Джафар-Агдамиб, Марьям; Гольшанич, Мехди (2006). «Критика интерпретации квантовой механики Морхоффом». Исследования по истории и философии науки . 37 (2): 316–329. Bibcode : 2006SHPMP..37..316S. doi : 10.1016/j.shpsb.2005.10.003.
39. Прадхан, Раджат Кумар (2012-11-26). «Психофизическая интерпретация квантовой теории». NeuroQuantology . 10 (4). arXiv : 1206.6095 . doi : 10.14704/nq.2012.10.4.592.
40. Вендт, Александр (2015). Квантовый разум и социальная наука: объединение физической и социальной онтологии. Кембридж: Cambridge University Press. doi : 10.1017/cbo9781316005163. ISBN 978-1-107-08254-0.
41. Корт, Мартин (2022-08-24). «Новая интерпретация квантовой теории, основанная на теоретико-расслоенном представлении об объективном идеализме». arXiv : 2208.10964 [quant-ph].