Interpretări ale mecanicii cuantice (2)

Teoria De Broglie-Bohm

Teoria Broglie-Bohm a mecanicii cuantice (cunoscută și ca teoria undelor pilot) este o teorie a lui Louis de Broglie și a fost extinsă ulterior de David Bohm pentru a include măsurători. Particulele, care au întotdeauna poziții, sunt ghidate de funcția de undă. Funcția de undă evoluează în conformitate cu ecuația de undă Schrödinger, iar funcția de undă nu colapsează niciodată. Teoria are loc într-un singur spațiu-timp, este non-locală și este deterministă. Determinarea simultană a poziției și a vitezei unei particule este supusă constrângerii principale a principiului incertitudinii. Teoria este considerată a fi o teorie cu variabile ascunse, iar prin îmbrățișarea non-localității ea satisface inegalitatea lui Bell. Problema măsurării este rezolvată, deoarece particulele au poziții clare în orice moment. Colapsul este explicat ca fenomenologic.

Mecanica cuantică relațională

Ideea esențială din spatele mecanicii cuantice relaționale, urmărind precedentul relativității speciale, este că observatorii diferiți pot da explicații diferite ale aceleiași serii de evenimente: de exemplu, pentru un observator la un moment dat, un sistem poate fi într-o singură stare proprie „colapsată”, în timp ce pentru un alt observator, în același timp, poate fi într-o suprapunere a două sau mai multe stări. În consecință, dacă mecanica cuantică este să fie o teorie completă, mecanica cuantică relațională argumentează că noțiunea de „stare” nu descrie sistemul însuși observat, ci relația sau corelația dintre sistem și observator(i). Vectorul de stare al mecanicii cuantice convenționale devine o descriere a corelației anumitor grade de libertate în cadrul observatorului, cu privire la sistemul observat. Se susține de mecanica cuantică relațională că aceasta se aplică tuturor obiectelor fizice, indiferent dacă sunt sau nu conștiente sau macroscopice. Orice „eveniment de măsurare” este văzut pur și simplu ca o interacțiune fizică obișnuită, o stabilire a tipului de corelație discutat mai sus. Astfel, conținutul fizic al teoriei nu trebuie să se facă cu obiectele însăși, ci cu relațiile dintre ele.

O abordare relațională independentă a mecanicii cuantice a fost dezvoltată în mod analog cu elucidarea de David Bohm a relativității speciale, în care un eveniment de detectare este considerat ca stabilind o relație între câmpul cuantificat și detector. Ambiguitatea inerentă asociată cu aplicarea principiului incertitudinii lui Heisenberg este ulterior evitată.

Interpretare tranzacțională

Interpretarea tranzacțională a mecanicii cuantice (TIQM) de John G. Cramer este o interpretare a mecanicii cuantice inspirată de teoria absorberilor Wheeler-Feynman. Se descrie colapsarea funcției de undă ca rezultat dintr-o tranzacție simetrică în timp între o undă posibilă de la sursă la receptor (funcția de undă) și o undă posibilă de la receptor la sursă (conjugatul complex al funcției de undă). Întrucât unda posibilită a colapsat prin interacțiunea cu receptorul, conștiința nu joacă niciun rol în teorie, eliminând paradoxul pisicii lui Schrödinger. Această interpretare a mecanicii cuantice este unică prin aceea că nu numai că vede funcția de undă ca o entitate reală, ci conjugatul complex al funcției de undă, care apare în regula Born pentru calcularea valorii așteptate pentru un observabil, ca fiind de asemenea real.

Mecanica stocastică

O derivare și interpretare în întregime clasică a ecuației de undă a lui Schrödinger prin analogie cu mișcarea browniană a fost sugerată de profesorul universitar de la Princeton, Edward Nelson, în 1966. Considerații similare au fost publicate anterior, de exemplu de către R. Fürth (1933), I. Fényes (1952) și Walter Weizel (1953) și sunt menționați în lucrarea lui Nelson. Lucrări mai recente asupra interpretării stocastice au fost făcute de M. Pavon. O interpretare stocastică alternativă a fost dezvoltată de către Roumen Tsekov.

Teorii ale colapsului obiectiv

Teoriile colapsului obiectiv diferă de interpretarea de la Copenhaga, considerând atât funcția de undă, cât și procesul de colaps drept obiective ontologic (ceea ce înseamnă că acestea există și apar independent de observator). În teoriile obiective, colapsul apare fie la întâmplare („localizare spontană”), fie când se atinge un anumit prag fizic, observatorii neavând nici un rol special. Astfel, teoriile colapsui obiectiv sunt teorii realiste, indeterministe, fără variabile ascunse. Mecanica cuantică standard nu specifică niciun mecanism de colaps; mecanica cuantică ar trebui să fie extinsă dacă colapsul obiectiv este corect. Cerința pentru o extindere la mecanica cuantică înseamnă că colapsul obiectiv este mai mult o teorie decât o interpretare. Exemplele includ

• teoria Ghirardi-Rimini-Weber
• interpretarea Penrose
• varianta deterministă a unei teorii de colaps obiectiv

Conștiința cauzează colapsul (interpretarea lui von Neumann-Wigner)

În tratatul său Fundamentele matematice ale mecanicii cuantice, John von Neumann a analizat profund așa numita problemă de măsurare. El a concluzionat că întregul univers fizic ar putea fi supus ecuației Schrödinger (funcția de undă universală). De asemenea, el a descris modul în care măsurarea ar putea provoca o colapsare a funcției de undă. Acest punct de vedere a fost extins în mod proeminent de Eugene Wigner, care a susținut că conștiința umană a experimentatorului (sau poate chiar cea a câinilor) a fost critică pentru colapsare, dar mai târziu a abandonat această interpretare.

Variațiile teoriei conștiinței cauzează interpretarea colapsului includ:

• Studiul reducerii subiective: Conform acestui principiu, acea conștiință care provoacă colapsul, este punctul de intersecție între mecanica cuantică și problema minte/corp; iar cercetătorii lucrează pentru a detecta evenimente conștiente corelate cu evenimente fizice care, potrivit teoriei cuantice, ar trebui să implice o colapsare a funcțiilor de undă; dar, până în prezent, rezultatele sunt neconcludente.
• Principiul antropic participant (PAP): Principiul antropic participant al lui John Archibald Wheeler spune că conștiința joacă un rol în aducerea universului în existență.

Alți fizicieni și-au elaborat propriile variații ale interpretării conștiinței care cauzează colapsul, inclusiv:

• Henry P. Stapp (Universul minții: Mecanica cuantică și observatorul participant)
• Bruce Rosenblum și Fred Kuttner (Enigma cuantică: Fizica întâlnește conștiința)
• Amit Goswami (Universul auto-conștient)

Multe minți

Interpretarea mai multor minți a mecanicii cuantice extinde interpretarea multor lumi propunând că distincția dintre lumi ar trebui făcută la nivelul minții unui observator individual.

Logica cuantică

Logica cuantică poate fi privită ca un fel de logică propozițională potrivită pentru înțelegerea aparentelor anomalii privind măsurarea cuantică, în special cele referitoare la compoziția operațiilor măsurării variabilelor complementare. Acest domeniu de cercetare și numele său au provenit din lucrarea din 1936 a lui Garrett Birkhoff și John von Neumann, care au încercat să reconcilieze unele inconsistențe aparente ale logicii booleene clasice cu faptele legate de măsurare și observare în mecanica cuantică.

Teoria informației cuantice

Abordările informaționale cuantice au atras un sprijin în creștere. Ele se împart în două tipuri:

• Ontologiile informației, cum ar fi „de la bit” a lui J. A. Wheeler. Aceste abordări au fost descrise ca o renaștere a imaterialismului
• Interpretări în care se spune că mecanica cuantică descrie cunoștințele unui observator despre lume, mai degrabă decât lumea în sine. Această abordare are o asemănare cu gândirea lui Bohr. Restrângerea (cunoscută și sub numele de reducere) este adesea interpretată ca un observator care obține informații de la o măsurătoare, mai degrabă decât ca un eveniment obiectiv. Aceste abordări au fost apreciate ca fiind similare cu instrumentalismul.”Starea nu este o proprietate obiectivă a unui sistem individual, ci este acea informație obținută dintr-o cunoaștere a modului în care a fost pregătit un sistem, care poate fi folosită pentru a face previziuni cu privire la măsurătorile viitoare. … O stare mecanică cuantică fiind un rezumat al informațiilor observatorului despre un sistem fizic individual, care se schimbă atât prin legile dinamice, cât și ori de câte ori observatorul dobândește noi informații despre sistem prin procesul de măsurare. Existența a două legi pentru evoluția vectorului de stare … devine problematică numai dacă se crede că vectorul de stare este o proprietate obiectivă a sistemului … „Reducerea pachetului de undă” are loc în conștiința observatorul, nu din cauza unui proces fizic unic care are loc acolo, ci numai pentru că starea este un constructor al observatorului și nu o proprietate obiectivă a sistemului fizic.” (Hartle, J. B. (1968), Quantum mechanics of individual systems)

Interpretări modale ale teoriei cuantice

Interpretările modale ale teoriei cuantice au fost concepute pentru prima oară în 1972 de către B. van Fraassen, în lucrarea sa „O abordare formală a filozofiei științei„. Cu toate acestea, acest termen este acum folosit pentru a descrie un set mai mare de modele care au evoluat din această abordare. Enciclopedia Stanford a filosofiei descrie mai multe versiuni: [40]

• Varianta de la Copenhaga
• Interpretări Kochen-Dieks-Healey
• Motivarea interpretărilor modale timpurii, pe baza lucrărilor lui R. Clifton, a lui M. Dickson și J. Bub.

Teorii temporal simetrice

Câteva teorii au fost propuse care modifică ecuațiile mecanicii cuantice să fie simetrice în ceea ce privește inversarea timpului. Acest lucru creează retrocauzalitate: evenimentele viitoare pot afecta pe cele din trecut, exact cum evenimentele din trecut pot afecta pe cele din viitor. În aceste teorii, o singură măsurătoare nu poate determina complet starea unui sistem (făcându-le un tip de teorie cu variabile ascunse), dar având în vedere două măsurători efectuate la momente diferite, este posibil să se calculeze starea exactă a sistemului în toate momentele intermediare. Prin urmare, colapsul funcției de undă nu este o schimbare fizică a sistemului, ci doar o schimbare a cunoștințelor despre el datorită celei de-a doua măsurători. În mod similar, ele explică inseparabilitatea ca nefiind o stare fizică adevărată, ci doar o iluzie creată prin ignorarea retrocauzalității. Punctul în care două particule par să ajungă „inseparate” este pur și simplu un punct în care fiecare particulă este influențată de evenimente care apar în cealaltă particulă în viitor.

Nu toți susținătorii cauzalității temporal simetrice favorizează modificarea dinamicii unitare a mecanicii cuantice standard. Astfel, un exponent de frunte al formalismului vectorial de două stări, Lev Vaidman, evidențiază cât de bine se potrivește formalismul vectorial cu două stări cu interpretarea lui Hugh Everett a multor lumi [47].

Teoriile ramificării spațiu-timpului

Teoriile BST (Branching space-time) seamănă cu interpretarea multor lumi; totuși „principala diferență este că interpretarea BST face ca ramificarea istoriei să fie o caracteristică a topologiei setului de evenimente cu relațiile lor cauzale … mai degrabă decât o consecință a evoluției separate a diferitelor componente ale vectorului de stare. În interpretarea multor lumi, funcțiile de undă sunt ramificate, în timp ce în BST topologia spațiu-timp se ramifică ea însăși. BST are aplicații pentru teorema lui Bell, pentru calculul cuantic și gravitația cuantică. De asemenea, are o anumită asemănare cu teoriile variabilelor ascunse și interpretarea ansamblului: particulele în BST au mai multe traiectorii bine definite la nivel microscopic. Acestea pot fi tratate numai stocastic la un nivel granulat brut, în conformitate cu interpretarea ansamblului [48].

Alte interpretări

Pe lângă interpretările obișnuite discutate mai sus, s-au propus și alte interpretări care nu au avut un impact științific semnificativ, indiferent de motiv. Acestea variază de la propunerile fizicienilor recunoscuți la cele mai multe idei oculte ale misticismului cuantic.