A kvantummechanika értelmezése kísérlet arra, hogy elmagyarázza, hogyan "felel meg" a kvantummechanika matematikai elmélete a valóságnak . Habár a kvantummechanikát szigorúan kimutatták egy rendkívül széles kísérletsorozatban (a kísérletnek nem volt ellentmondása a kvantummechanika jóslatainak), számos egymással versengő gondolatmenet létezik. Nézeteik alapvető kérdésekben különböznek egymástól, például arról, hogy a kvantummechanika determinisztikus vagy sztochasztikus-e , a kvantummechanika mely elemei tekinthetők valósnak, és mi a mérés jellege , többek között.
A csaknem egy évszázadig tartó vita és kísérlet ellenére nem sikerült konszenzust elérni a fizikusok és a fizika filozófusai között abban , hogy melyik értelmezés „képviseli” a valóságot a legjobban.
Az olyan elméleti kifejezések meghatározása, mint a hullámfüggvények és a mátrixmechanika, sokat fejlődött. Például Erwin Schrödinger eredetileg az elektron hullámfüggvényét tekintette a térben szétszórt töltéssűrűségének, de Max Born a hullámfüggvény abszolút értékének négyzetét értelmezte újra a térben elosztott elektron jelenlétének sűrűségi valószínűségeként .
A kvantummechanika számos úttörőjének, például Niels Bohrnak és Werner Heisenbergnek a nézeteit gyakran " koppenhágai értelmezésként " emlegetik , bár egyes fizikusok és fizikatörténészek rámutattak, hogy ez a terminológia elfedi a kissé eltérő nézőpontok közötti árnyalatokat. Az ötletek „típusú” Koppenhága nem általánosan elfogadott, és az alternatívák milyen volt érzékelhető, mint ortodoxia növekvő figyelmet kaptak az 1950-es az értelmezés a pilot jel a David Bohm és értelmezése több világok által Hugh Everett .
Másrészt a szigorúan formalista álláspontot, elkerülve minden értelmezést, megkérdőjelezték olyan kísérleti javaslatok, amelyek egy napon elkülöníthetik az értelmezéseket, például egy mesterséges tudat mérésével vagy kvantumszámítással .
Az 1990-es és 2000-es évek uralkodó nézete evolúciójának durva útmutatásaként Schlosshauer et al. A kvantumfizika és a valóság természete című konferencián, 2011. júliusban. A szerzők hasonló informális közvélemény-kutatásra hivatkoznak, amelyet Max Tegmark végzett az 1997. augusztusában megrendezett "Alapvető problémák a kvantumelméletben" konferencián. A szerzők fő következtetése az, hogy " a koppenhágai értelmezés továbbra is a legfelsõbb ", szavazásuk során a legtöbb szavazatot kapta (42%), a világszerte történõ többféle értelmezés mellett :
„A koppenhágai értelmezés továbbra is uralkodik, különösen, ha összehozzuk intellektuális leszármazottaival, például a kvantummechanika információs és bayesi értelmezéseivel. A Tegmark közvélemény-kutatásban Everett értelmezése a szavazatok 17% -át szerezte meg, amely eredmény hasonló volt a szavazásunkhoz tartozó szavazatok számához (18%). "
A kvantummechanika értelmezésének többé-kevésbé két jellemzője van:
Két jellemző az értelmezéstől függően változik:
A tudomány filozófiájában a tudásunk és a valóság közötti különbséget az episztemikus - ontikus ellentét fejezi ki . Általános törvény az eredmények szabályszerűsége (episztémiás), míg az oksági mechanizmus szabályozhatja az eredményeket (ontikus). A jelenség ontikus vagy episztemikus értelmezést kaphat. Például a kvantumjelenségekben a véletlenszerűség az összes paraméterre vonatkozó ismereteink korlátozásának tulajdonítható (episztémiás), és ekkor egyenértékű a véletlennel, vagy tekinthető indeterminizmusnak , ami azt jelenti, hogy még egy mindentudó lény sem tudta megjósolni egy-egy kimenetelét (ontikus) tapasztalat.
Általánosságban elmondható, hogy egy tudományos elmélet lehet tekinteni, mint amelyek a tudományos realizmus - egy körülbelül igaz leírást vagy magyarázatot a természeti világ - vagy lehet megtekinteni egy anti realisztikus módon . A reális álláspont az episztémiával és az ontikával, míg az antirealisztikus álláspont csak az episztémiával foglalkozik. A XX . Század első felében az antirealizmus domináns formája a fizikusok közepén a logikai pozitivizmus volt , amely a tudományos elmélet valóságának megfigyelhetetlen aspektusait igyekszik kizárni.
Mivel az 1950-es években, az anti-realizmus már mérsékeltebb, hajló instrumentalizmus , ami lehetővé teszi, hogy beszélni nem megfigyelhető szempontból, de végül elutasította a kérdés a realizmus és pózol a tudományos elméletek és a prediktív eszközök, és nem célozza. Egy ontológiai megértése a világ. A hangszeres nézőpontját jól reprezentálja David Mermin híres idézete : „Fogd be és számítsd ”, amelyet gyakran tévesen Richard Feynmannek tulajdonítanak .
A fogalmi problémák megoldására más megközelítések is léteznek, amelyek új matematikai formalizmust vezetnek be, és így értelmezésük mellett alternatív elméleteket kínálnak. A módosított Schrödinger dinamikus példája.
Az alább tárgyalt főbb értelmezések mellett számos más értelmezést is felajánlottak, amelyeknek valamilyen oknál fogva nem volt jelentős tudományos hatása. Ezek között az egyes javaslatokat a fizikusok a több okkult gondolatok a kvantum miszticizmus .
Az alapelveket a koppenhágai értelmezés a szuperpozíció az államok, az elv az egymást kiegészítő és a hozzárendelés egy adott szerepet a megfigyelő. További részletekért lásd az értelmezés főoldalát.
Egyre nagyobb az érdeklődés a kvantuminformációs megközelítések iránt . Két típusra oszthatók:
Hartle kijelenti:
„Az állam nem objektív tulajdonsága az egyedi rendszernek, hanem az az információ, amelyet a rendszer előkészítésének ismeretéből nyernek, és amely felhasználható a jövőbeni mérések előrejelzésére. [...] A kvantumállapot annak az információnak az összefoglalása, amelyet a megfigyelő birtokol az egyéni fizikai rendszer változásairól, mind dinamikus törvények alapján, mind amikor a megfigyelő a mérési folyamat elfogultságával új információt szerez a rendszerről. Az államvektor evolúciójára vonatkozó két törvény létezése [...] csak akkor válik problematikussá, ha úgy gondoljuk, hogy az állapotvektor a rendszer objektív tulajdonsága. A "hullámcsomag-redukció" a megfigyelő tudatában megy végbe, nem az ott zajló egyedi fizikai folyamatok miatt, hanem csak azért, mert az állapot a megfigyelő konstrukciója, és nem a fizikai rendszer objektív tulajdonsága. "
Quantum BayesianismA kvantum Bayesianizmus (más néven kubizmus) a kvantummechanika értelmezése, amely az ágens cselekedeteit és tapasztalatait az elmélet központi aggodalmainak tekinti. Ezt az értelmezést az különbözteti meg, hogy szubjektív bayesi valószínűség- érzetet alkalmaz , hogy visszhangozza Born kvantummechanikai szabályát, mint normatív kiegészítést a helyes döntéshozatalhoz.
A kubizmus olyan általános értelmezési kérdésekkel foglalkozik, mint a hullámfüggvények egymásra helyezésének jellege, a kvantummérés és az összefonódás. A kubizmus szerint a kvantumformalizmus számos aspektusa, de nem minden, szubjektív jellegű. Például ebben az értelmezésben a kvantumállapot nem a valóság eleme - sokkal inkább azt jelzi, hogy az ügynök milyen mértékben hisz a mérések lehetséges eredményeivel kapcsolatban. Emiatt néhány tudományfilozófusok tekintetben QBism egyfajta anti-realizmus . Az értelmezés szerzői elutasítják ezt a jellemzést, ehelyett azt javasolják, hogy az elmélet egyfajta realizmusban játszódjon le, amelyet "részvételi realizmusnak" neveznek, amelyben a valóság meghaladja azt, amit a harmadikra becsült bármely beszámoló megragadhat.
A több világ értelmezése a kvantummechanika értelmezése, amelyben egy univerzális hullámfüggvény mindenkor ugyanazoknak a determinisztikus és visszafordítható törvényeknek engedelmeskedik ; különösen a méréshez kapcsolódó hullámfunkció (indeterminisztikus és irreverzibilis ) nincs összeomlott . A méréssel járó jelenségeket dekoherenciával lehetne magyarázni , amely akkor következik be, amikor az állapotok kölcsönhatásba lépnek a környezettel, ami összefonódást okoz, és az univerzumot ismételten "felosztja" kölcsönösen megfigyelhetetlen alternatív világokká.
A relációs kvantummechanika fő gondolata a különleges relativitáselmélet folytonosságában az , hogy a különböző megfigyelők ugyanazt az állapotot vagy eseménysorozatot másképp írhatják le. Így előfordulhat, hogy egy rendszer egy adott pillanatban már átesett a mérésen egy megfigyelővel szemben, miközben a mérés egy másik megfigyelő szempontjából még nem történt meg, anélkül, hogy a kettő bármelyikének abszolút jó vagy rossz lenne, a mérés egy relatív esemény. Ezért a relációs kvantummechanikában az "állam" fogalma nem magát a megfigyelt rendszert írja le, hanem a két rendszer közötti kapcsolatot (episztemikus szempontból) vagy az interakciót (ontológiai szempontból.). (amelyek közül az egyik megfigyelő lehet). A hagyományos kvantummechanika állapotvektora a megfigyelő bizonyos fokú szabadságának a megfigyelt rendszerrel való összefüggésének leírásává válik . A relációs kvantummechanika szerint azonban ez minden fizikai objektumra vonatkozik, függetlenül attól, hogy tudatosak vagy makroszkopikusak-e. Bármely "mérési esemény" egyszerűen hétköznapi fizikai interakciónak tekinthető, a fentiekben tárgyalt korrelációs típus létrehozásának. Így az elmélet fizikai tartalmának többsége nem magukat az objektumokat érinti, hanem a köztük lévő kölcsönhatásokat (bár egyes tulajdonságok kisebbségben nem relációsak, például a spin abszolút értéke , amely meghatározza, hogy egy részecske egy bozon vagy egy fermion, és soha nem változik).
A koherens történetek értelmezése általánosítja a hagyományos koppenhágai értelmezést, és megkísérli a kvantumkozmológia természetes értelmezését . Az értelmezési tárgyak már nem entitások és tulajdonságok, hanem folyamatok és események. A történet az események összekapcsolásának sajátos útja (amelyek az állami tér reflektorfényei ). Ugyanarra az eseménysorozatra összegyűjthetjük a lehetséges történetek családját. Koherens családok azok, amelyek úgy vannak felépítve, hogy tartsák fenn a valószínűségek additivitásának szabályát. A fizikailag elérhető folyamatokat képviselik. Az összes koherens család egyenértékű, és önkényesen választhat közülük a rendszer leírására. A folyamat fizikai megvalósítása során ennek a családnak csak egy története lesz véletlenszerű.
Ezt az értelmezést Griffiths javasolta 1984-ben, Gell-Mann és Hartle függetlenül pedig az Omnès által 1988-ban.
A statisztikai értelmezésnek is nevezett halmazértelmezés minimalista értelmezésnek tekinthető. Más szavakkal, azt állítja, hogy a szokásos matematikai formalizmus mellett a legkevesebb feltételezést teszi. Born szabályán alapszik. Az értelmezés azt jelzi, hogy a hullámfüggvény nem vonatkozik egy egyedi rendszerre - például egyetlen részecskére -, hanem hogy ez egy absztrakt statisztikai mennyiség, amely csak egy hasonló módon előállított halmazra (hatalmas sokaságra) vagy részecskékre vonatkozik. Einstein szavaival:
„Az a kísérlet, hogy a kvantumelmélet leírását az egyes rendszerek teljes leírásaként fogjuk fel, természetellenes elméleti értelmezésekhez vezetnek, amelyek azonnal szükségtelenné válnak, ha elfogadjuk azt az értelmezést, hogy a leírás rendszerek halmazaira, nem pedig az egyes rendszerekre vonatkozik. "
- Einstein Albert Einsteinben: Filozófus-tudós , szerk. PA Schilpp (Harper & Row, New York)
A halmazértelmezés mai legjelesebb szószólója Leslie E. Ballentine, a Simon Fraser Egyetem professzora , a Kvantummechanika, A modern fejlődés című tankönyv szerzője .
A Broglie - Bohm kvantummechanika (más néven pilóta-hullám elmélet név) elmélete Louis de Broglie által kezdeményezett és később David Bohm által kifejlesztett elmélet, amely magában foglalja a mérési folyamatot. Azokat a részecskéket, amelyeknek egyetlen tulajdonságuk a helyzet, a hullámfüggvény vezérli. A hullámfüggvény a Schrödinger-hullámegyenlet szerint alakul, és soha nem esik össze. Ez egy nem lokális és determinisztikus elmélet. Rejtett változókat tartalmazó elméletnek tekintik . További részletek a főoldalon találhatók.
A kvantummechanika (angolul TIQM) John G. Cramer által javasolt tranzakciós értelmezése a kvantummechanika értelmezése, amelyet a Wheeler - Feynman abszorberek elmélete inspirált . Leírja a hullámfüggvény összeomlását, amely egyrészt szimmetrikus tranzakció eredményeként jön létre egyrészt a forrás és a vevő közötti hullám (a hullámfüggvény), másrészt a vevő és a vevő között. másrészt ( a hullámfüggvény konjugált komplexe ). Ennek az értelmezésnek az a sajátossága, hogy nemcsak a hullámfüggvényt tekinti valós entitásnak, hanem annak konjugált komplexumát is, amely Born szabályában jelenik meg a megfigyelhető érték várható értékének kiszámításához .
Az objektív redukciós elméletek abban különböznek a koppenhágai értelmezéstől , hogy mind a hullámfüggvényt, mind a hullámcsomag-redukciós folyamatot ontológiának tekintik (vagyis a megfigyelőtől függetlenül fordulnak elő). Ezekben az elméletekben az összeomlás akár véletlenszerűen ("spontán lokalizáció"), akár egy bizonyos fizikai küszöb elérésekor következik be, a megfigyelőknek nincs különösebb szerepük. Ezért reális, indeterminisztikus elméletek és rejtett változók nélkül. Mivel eredményeik eltérnek a közönséges kvantummechanika eredményeitől, megvan az az előnyük, hogy kísérletileg tesztelhetők. Íme néhány példa:
Című értekezésében a matematikai alapjai Quantum Mechanics , Neumann János elemzi a mérési probléma mélységét. Megállapítja a végtelen regresszió névadó paradoxonját, amely abból áll, hogy megjegyezzük, hogy nincs meghatározott határ a megfigyelt kvantumrendszer és a mérőeszköz között: amikor egymásra helyezett állapotot mérünk, akkor a mérőeszköz alkatrészeinek is megfelelő egymásra helyezett állapotban kell lenniük. (a tárcsán az eredményt mutató nyílnak az összes lehetséges eredmény egymásra helyezett állapotában kell lennie). Ugyanezt az érvelést tehetjük a teljes mérőeszközről, és így tovább, ez egy végtelen láncot alkot. Van azonban legalább egy bizonyosság, hogy a szuperpozíció fogalmának nincs értelme a tudat számára. von Neumann ezért ez utóbbit áthidalhatatlan korlátként állítja fel, ezért felelősséget ad neki a valódi mérési folyamatért (ami a szuperpozíció eltűnését okozza).
Ezt a nézetet alakította ki Eugene Wigner is , aki azzal érvelt, hogy az emberi kísérletező tudata (vagy akár egy állat tudata) elengedhetetlen a redukcióhoz, de ezt követően ezt az értelmezést elvetette.
A kvantummechanika modális értelmezését 1972-ben javasolta először Bas van Fraassen , "A tudomány filozófiájának formális megközelítése" című cikkében. Ezt a kifejezést azonban ma már az e megközelítésből fakadó nagyobb modellkészlet leírására használják.
A leggyakoribb értelmezéseket az alábbi táblázat foglalja össze. A táblázat celláiban szereplő értékek továbbra is ellentmondásosak, mivel az érintett fogalmak némelyikének pontos jelentése nem mindig egyértelmű, vagy az adott értelmezés során maguk is belső vitáknak vannak kitéve. A kvantummechanika értelmezéseit összehasonlító másik táblázatot lásd a hivatkozásban.
Jelenleg nincs kísérleti bizonyíték ezen értelmezések megkülönböztetésére. A különböző értelmezések tesztelésére szolgáló kísérletek megtervezése azonban aktív kutatás tárgyát képezi.
Értelmezés | Megjelenés éve | Szerző (k) | Meghatározó ? | ontikus hullámfüggvény ? | Egyedi történet? | Rejtett változók ? | A hullámfunkció csökkentése ? | A megfigyelő szerepe? | Helyi dinamika ? | Kontraktualitás? | Univerzális hullámfüggvény? |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Állítsa be az értelmezést | 1926 | Max Born | Agnosztikus | Nem | Igen | Agnosztikus | Nem | Nem | Nem | Nem | Nem |
Koppenhágai értelmezés | 1927 | Niels Bohr , Werner Heisenberg | Nem | Nem | Igen | Nem | Igen | Okozati | Igen | Nem | Nem |
De Broglie-Bohm elmélet | 1927 - 1952 |
Louis de Broglie , David Bohm | Igen | Igen | Igen | Igen | Agnosztikus | Nem | Nem | Igen | Igen |
Több világ értelmezése | 1957 | Hugh everett | Igen | Igen | Nem | Nem | Nem | Nem | Igen | Agnosztikus | Igen |
Redukció a tudat által | 1961 - 1993 |
John von Neumann , Eugene Wigner , Henry Stapp | Nem | Igen | Igen | Nem | Igen | Okozati | Nem | Nem | Igen |
Koherens történetek | 1984 | Robert B. Griffiths | Nem | Nem | Nem | Nem | Nem | Nem | Igen | Nem | Igen |
Tranzakciós értelmezés | 1986 | John G. Cramer | Nem | Igen | Igen | Nem | Igen | Nem | Nem | Igen | Nem |
Az objektív redukció elméletei | 1986 - 1989 |
Ghirardi - Rimini - Weber, Penrose értelmezése |
Nem | Igen | Igen | Nem | Igen | Nem | Nem | Nem | Nem |
Relációs értelmezés | 1994 | Carlo Rovelli | Nem | Nem | Agnosztikus | Nem | Igen | Belső | Igen | Nem | Nem |
Kubizmus | 2010 | Christopher Fuchs, Ruediger Schack | Nem | Nem | Agnosztikus | Nem | Igen | Belső | Igen | Nem | Nem |
Noha az értelmező véleményeket ma széles körben és nyíltan megvitatják, ez nem mindig volt így. A hallgatásra való hajlam figyelemre méltó képviselője Paul Dirac volt, aki különösen ezt írta: „A kvantummechanika értelmezését sok szerző kezeli, és nem akarom itt tárgyalni. Alapvetőbb dolgokkal akarok foglalkozni. Ez az álláspont nem ritka a kvantummechanikával foglalkozó elméleti fizikusok körében. Mások, mint Nico van Kampen és Willis Lamb , nyíltan kritizálták a kvantummechanika unortodox értelmezéseit.