Eine nicht-metaphysische Interpretation der Messung in der Quantenmechanik

Was Sie beschreiben, ist nicht mehr und nicht weniger als die immerwährende Viele-Welten-Interpretation , wenn sie richtig verstanden wird und ohne jegliche fremde Metaphysik.

Im Kern geht es bei MWI nur darum, die Quantenmechanik für bare Münze zu nehmen, ohne künstliche Linien, um zu versuchen, "klassische" Systeme von Quantensystemen zu unterscheiden. Als solcher ist der Beobachter ein Quantensystem aus Atomen und Molekülen und anderen Quantenbits und -stücken, und wenn Sie ein Teilchen in einem Zustand haben$|a\rangle_\mathrm{particle}$und Sie messen es, dann wird der Beobachter den Zustand verlassen$|\mathrm{ready}\rangle_\mathrm{observer}$zum Staat$|\mathrm{observed}\ a\rangle_\mathrm{observer}$, oder anders ausgedrückt, die Messung führt die Transformation durch

$$|a\rangle_\mathrm{particle}|\mathrm{ready}\rangle_\mathrm{observer} \mapsto |a\rangle_\mathrm{particle}|\mathrm{observed}\ a\rangle_\mathrm{observer}.$$ Ebenso, wenn das Teilchen im Zustand beginnt $|b\rangle_\mathrm{particle}$, dann wird die Messung die Transformation implementieren $$|b\rangle_\mathrm{particle}|\mathrm{ready}\rangle_\mathrm{observer} \mapsto |b\rangle_\mathrm{particle}|\mathrm{observed}\ b\rangle_\mathrm{observer}.$$ Und jetzt kommt das seltsame quantenmechanische Bit: Wenn man QM zum Nennwert und ohne Einschränkungen seiner Gültigkeit nimmt, dann sagt uns die Linearität der Schrödinger-Gleichung, dass, wenn wir in einem Superpositionszustand beginnen, wie $\frac{1}{\sqrt{2}}(|a\rangle_\mathrm{p}+|b\rangle_\mathrm{p})$dann entwickelt sich der Zustand zur Überlagerung der Einzelergebnisse, dh $$\frac{|a\rangle_\mathrm{p}+|b\rangle_\mathrm{p}}{\sqrt{2}} |\mathrm{ready}\rangle_\mathrm{o} \mapsto \frac{ |a\rangle_\mathrm{p}|\mathrm{observed}\ a\rangle_\mathrm{o} + |b\rangle_\mathrm{p}|\mathrm{observed}\ b\rangle_\mathrm{o} }{\sqrt{2}} .$$ Nun, ich lobe Sie für Ihre Zurückhaltung bei der Verwendung komplizierter Konzepte, ohne sie vollständig zu verstehen, aber in diesem Fall besteht kein Grund, ein Blatt vor den Mund zu nehmen: Das Teilchen hat sich mit dem Beobachter verheddert.

Und wie es bei der Verschränkung zum Standardpaket gehört, lässt sich weder dem Teilchen noch dem Beobachter ein (reiner) Quantenzustand für sich allein zuordnen; stattdessen gibt es nur eine große universelle Wellenfunktion. Das ist es, was Everetts Interpretation wirklich sagt (beginnend mit dem Titel seiner Doktorarbeit, The Theory of the Universal Wave Function ). Das zusätzliche Gepäck in Sachen wie

weil es keine wirkliche Aufspaltung des Universums gibt

ist nur zusätzlicher Hokuspokus, der von Affengehirnen hinzugefügt wurde, denen es schwer fällt zu verstehen, wie es wäre, ein bewusstes Quantensystem zu sein, das mit dem Rest des Universums verstrickt ist.

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Ach und noch was:

hilft mir zu verstehen, warum diese Interpretation falsch ist

Wenn ein gegebenes Framework eine Interpretation der Quantenmechanik im eigentlichen Sinne des Begriffs ist (dh es steht nicht im Widerspruch zu QM, in diesem Fall ist es eine ziemliche Fehlbezeichnung, es als „Interpretation“ zu bezeichnen), dann kann es sein. nicht „richtig“ oder „falsch“ sein. Da Interpretationen von QM keinen Einfluss auf beobachtete Phänomene haben, liegt ihre Bewertung strikt außerhalb wissenschaftlicher Überlegungen, und Sie müssen notwendigerweise andere, sagen wir, metaphysischere Kriterien verwenden.

Der Prozess der Messung ist die Entwicklung einer Art von Kohärenz (ich habe Angst, das Wort Verschränkung zu verwenden, weil ich es nicht verstehe) zwischen dem beobachteten Objekt und dem Beobachter. Aus der Perspektive des Beobachters ist die Wellenfunktion also zusammengebrochen, ohne dass die Wellenfunktion jemals aus der Perspektive von jemandem zusammengebrochen ist, der sie nicht beobachtet hat.

Verschränkung ist eine Folge der Quantenmechanik. Wenn System 1 und System 2 so interagieren, dass ihr Zustand die Form hat:

$$\sum_a \alpha_a|\phi_a\rangle_1|\psi_a\rangle_2$$ und mehr als einer der $\alpha_a$Koeffizienten ungleich Null ist, dann sind System 1 und System 2 verschränkt. Die beiden Systeme enthalten dann Informationen übereinander. Wenn Sie die Menge der Zustände messen $|\phi_a\rangle_1$und erhalten Sie einen bestimmten Wert von $a$dann können Sie den Zustand von System 2 ermitteln. Wenn sich System 1 mit dem Rest der Welt verstrickt, können Sie keine Interferenz mehr zwischen den anderen durchführen $a$Staaten und dies erklärt den angeblichen Zusammenbruch .

Nun, wenn das Wort Kollaps nur ein Synonym für Interferenzverlust ist, dann bekommt man die Viele-Welten-Interpretation. Wenn Sie einen Kollaps wollen, der nur einen Zustand erzeugt, dann brauchen Sie eine Theorie des physikalischen Prozesses des Kollapses. Das sind die einzigen wirklichen Optionen. Entweder gibt es einen physikalischen Prozess namens Kollaps, der die Anzahl der Zustände eines Systems auf einen Zustand reduziert, oder es gibt keinen.

Wenn ein solcher Prozess stattfindet, wird er den Zustand anderer Systeme ändern, die beliebig weit von der Messinteraktion entfernt sind. Das Eliminieren aller bis auf einen der Terme in der obigen Summe wirkt sich sowohl auf System 1 als auch auf System 2 aus. Wenn es keinen Kollaps gibt, können der Messprozess und alle seine Folgen lokal sein, wenn sie durch lokale Bewegungsgleichungen bestimmt werden. Dies ist ein wesentlicher Unterschied, obwohl viele Leute gerne so tun, als wäre es keiner. Diese Leugnung nimmt verschiedene Formen an, wie zum Beispiel zu leugnen, dass die Physik versucht zu beschreiben, wie die Welt funktioniert, oder zu sagen, dass die Logik in der Quantenmechanik nicht mehr gültig ist.

Also, zusammenfassend, die folgenden Optionen, die derzeit verfügbar sind: die MWI, Nicht-Lokalität und Unsinn reden.

Warum das falsch ist, ist vielleicht die falsche Frage, weil ich nicht wirklich beweisen kann, dass Sie falsch liegen, aber ich kann argumentieren, warum dies höchst problematisch und schlecht für die Physik ist : Weil es eine seltsame Weltsicht ist, die Sie erhalten, wenn Sie glauben, dass Ihr Bewusstsein beeinflusst die Welt so sehr.

1.) Die Physik versucht seit Jahrhunderten, die Natur zu verstehen. Und wir haben gesehen, dass wir objektive Fakten bekommen - wer auch immer die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum misst, wird das gleiche Ergebnis bekommen, unabhängig von Ihrem Bewusstsein und was auch immer. Der einfachste und überzeugendste Weg, dies zu erklären, bestand darin, objektive Naturgesetze zu behaupten , die einfach wahr sind und unabhängig von Beobachtungen, Messungen und dem menschlichen Verstand gelten. (Dies kann immer noch in der Quantenmechanik erfolgen, sei es über Kollapsmodelle, Bohmsche Mechanik oder etwas anderes.)

Ihre Idee würde sich davon trennen. Warum sehen wir alle dasselbe, wenn jeder Geist die Wellenfunktion für sich selbst zusammenbricht? Wo ist die objektive Tatsache?

2.) Du denkst, dass nur der menschliche Verstand die Wellenfunktion zum Einsturz bringen kann? Sieht also eine Katze die Quantenüberlagerungen? Oder kollabieren auch Katzen Wellenfunktionen? Was ist mit Ratten? Bakterien? Wo ziehen Sie die Grenze zwischen nicht zusammenbrechen und zusammenbrechen? Genau wie in der Kopenhagener Interpretation muss man eine unnatürliche Unterscheidung zwischen einer Messung und einer Nichtmessung oder Beobachter und Nichtbeobachter einführen , die nicht präzise gemacht werden kann.

3.) In Anlehnung an John Bell würde ich behaupten, dass es bei einer fundamentalen Theorie um einfache Bestandteile der Welt gehen sollte, die mathematisch beschrieben werden. Von „Nun, wenn ich beobachte, passiert so etwas wie …“ zu sprechen, ist keine gute physikalische Theorie.

Was ist eine Wellenfunktion?

Es ist eine Lösung einer quantenmechanischen Gleichung mit den entsprechenden Randbedingungen des Problems. Diese Lösung hängt von (x,y,z,t) ab und ist eine komplexe Funktion, und ihr Quadrat mit der komplexen Konjugierten gibt die Wahrscheinlichkeitsverteilung für den bestimmten Zustand an, bei (x,y,z) zu existieren, wenn er "gemessen" wird Zeit t.

Das Doppelspaltexperiment mit einem Elektron nach dem anderen ist ein gutes Beispiel.

Die Wellenfunktion ist konzeptionell einfach, es ist die Streuung eines „Elektrons +2 Schlitze“ der Impuls des Elektrons gegeben sowie die Abstände und Breiten der Schlitze (die Randbedingungen).

Das Maß ist der Punkt auf dem Bildschirm. Die Zeit ist ein Parameter in aufeinanderfolgenden Rahmen des Bildschirms.

Der Punkt ist der Fußabdruck der "kollabierten" Wellenfunktion für dieses eine Elektron. Es interagierte einmal mit dem Schirm, und die Wellenfunktion, die es von der ersten Wechselwirkung mit einem Atom des Schirms beschreibt, änderte sich und ist unbekannt, da die Randbedingungen von da an für dieses Elektron anders und nicht zugänglich sind.

Analog zu einem Würfelwurf baut sich die Wahrscheinlichkeitsverteilung, Elektronen auf Schlitzen, in das gesehene Interferenzmuster auf. Dies sagt uns, dass tatsächlich eine Wellengleichung das Verhalten von Elektronen unter diesen Randbedingungen beschreiben muss, da Interferenz der Fußabdruck des Wellenverhaltens ist.

Messungen "kollabieren" immer die Wellenfunktionen, dh nehmen einen Würfelwurf auf, um das quantenmechanische Wahrscheinlichkeitsmuster aufzubauen. Für jedes einzelne Elektron existiert eine neue Wellenfunktion, nachdem es den Schirm getroffen und seinen Fußabdruck hinterlassen hat.

Was wäre eine nicht-metaphysische Interpretation der Quantenmechanik? Per Definition ist eine Interpretation der Quantenmechanik eine intellektuelle Konstruktion, die genau die gleichen Vorhersagen macht wie die Kopenhagener Interpretation. Sonst wäre das eine neue Theorie, die man experimentell falsifizieren könnte. Per Definition sind Interpretationen der Quantenmechanik also metaphysisch. Das ist die Bedeutung des Wortes "metaphysisch": der Diskurs über die Sprache der Physik.

Ich möchte Metaphysik nicht als erniedrigendes Wort verwenden: „Oh, das ist nur Philosophie“. Da die Sprache der Physik Mathematik ist, lässt sich Metaphysik auch mit Mathematik diskutieren. Im Zusammenhang mit Ihrer Frage sind Sie, wie Emilio Pisanti betonte, näher an MWI, denke ich, das Everett in seinem sehr bahnbrechenden Artikel mathematisch konzeptualisiert hat, indem er Konzepte wie relative Zustände und Gedächtnissequenzen einführte. Ein weiteres bemerkenswertes Beispiel, das sich sehr von der von Ihnen geäußerten Sichtweise unterscheidet, daher erwähne ich es nur als Kontrast, wäre die Bohmsche Mechanik, die ebenfalls eine reiche Sammlung mathematisch formalisierter Konzepte zur Kopenhagener Interpretation hinzugefügt hat. Aber letztendlich lebt die Mathematik dieser Metaphysik auf einer anderen Existenzebene als die Born-Regel, die Schrödinger-Gleichung usw.

Beachten Sie natürlich, dass Sie den Kern Ihrer Frage nicht mit der erforderlichen mathematischen Genauigkeit ausgedrückt haben, aber ich halte Ihnen das nicht vor, da es hier genug talentierte Leute gibt, um genau das zu tun, und wie oben erwähnt, denke ich das auch Ihre Aussage kann mit Everetts Interpretation verglichen werden. Es ist nur so, dass mich Ihr Titel aufschrecken ließ, und ich wollte sicherstellen, dass Sie sich nicht selbst täuschen, indem Sie hier die Grenze zwischen Metaphysik und Physik verwischen.