Ist die Kopenhagener Deutung falsifizierbar?

Die Katze von Schrödinger ist tot und lebendig, bis eine Beobachtung gemacht wird.

Dies ist ein sehr irreführendes (und grausames) Gedankenexperiment, bei dem eine Katze als Detektor für das quantenmechanische Verhalten zerfallender Teilchen verwendet wird.

Es gibt keine Möglichkeit, zu bestimmen, welches Teilchen zerfallen wird, jedes hat eine Zerfallswahrscheinlichkeit, und das Katzenexperiment betont die probabilistische Natur der Quantenmechanik und verwechselt makroskopische Wahrnehmung mit mikroskopischer Realität, imo.

Makroskopische Objekte müssen klassisch behandelt werden, da sie aus Wellenfunktionen der Ordnung 10^23 bestehen, die auf der Katzenebene inkohärent und daher klassisch im Verhalten sind.

Es gibt keine Möglichkeit, zwischen Interpretationen experimentell zu unterscheiden. Sie beschreiben dieselben Daten. Wenn sie dies nicht tun, würden sie nicht Interpretationen genannt werden. Eine Interpretation, die nicht mit allen mikroskopischen Messungen übereinstimmt, wäre verfälscht und nicht mehr in der Liste.

Bearbeiten , nach Bearbeitung der Frage:

Ist es beim Kopenhagener Dolmetschen genauso? Sagt es wirklich etwas über die Welt aus?

Es verwendet das mathematische Modell, auf dem es basiert, um vorhandene experimentelle Daten zu beschreiben und zukünftiges Verhalten vorherzusagen. Bis zu diesem Zeitpunkt wird es kontinuierlich validiert, selbst wenn es auf neue kinematische Regime wie bei der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie erweitert wird.

Die anderen Interpretationen in der Liste haben entweder ihre Probleme (können nicht erweitert werden) auf neue kinematische Regime wie bei der Bohm-Theorie oder sind konzeptionell zu kompliziert, um bei der Entwicklung der Intuition in den Mikrokosmosdaten zu helfen, und daher verwendet der Mainstream-Physikunterricht sie nicht .

In diesem Sinne wird die Komplexität der mathematischen Sprache diskutiert.

Es ist möglich (wie im Fall von Newtons „Teilchennatur des Lichts“), dass zukünftige experimentelle Daten in neuen kinematischen Bereichen eine andere Interpretation als die C-Interpretation für neue Daten aus höheren Energiebereichen oder bei den gegenwärtigen Randbedingungen undenkbar wählen könnten . Dies würde die Nützlichkeit der Einfachheit der C-Interpretation in den vorhandenen Daten nicht entkräften. Wir verwenden immer noch klassische Mechanik im richtigen Regime.

Ist es möglich, die Quantentheorie nur durch Wahrscheinlichkeiten zu verstehen, ohne die „sich widersprechenden“ Beschreibungen?

In der Mainstream-Physik Erfahrung, ja.

Der einfachste Weg, das Doppelspaltexperiment zu verstehen, ein Elektron nach dem anderen, das zeigt, dass das Elektron auf der Quantenebene ein quantenmechanisches Teilchen ist, ist die Kopenhagener Interpretation mit Wahrscheinlichkeiten.

Die Punkte im oberen Rahmen sind die Spuren von Elektronen im Experiment "Elektronenstreuung an zwei Schlitzen gegebener Geometrie". Es ist das, was von einem Teilchen erwartet wird, ein spezifisches Signal bei (x,y,z). Die allmähliche Anhäufung zeigt jedoch das Interferenzmuster einer Welle. Es gibt keine in sich widersprüchliche Beschreibung. Nur die Entdeckung, dass Teilchen im Mikrokosmos keine Billardkugeln sind, die eine zufällige Wahrscheinlichkeitsverteilung haben, wenn sie streuen. Elektronen haben andere Eigenschaften, die die C-Interpretation beschreibt, indem sie Wahrscheinlichkeiten der Wechselwirkung mit dem komplex konjugierten Quadrat einer bestimmten Wellenfunktion, bestimmter Differentialgleichungen (wegen der sinusförmigen Lösungen, die sie liefern, Wellengleichungen genannt) in den gegebenen Randbedingungen der Elektronenstreuung verwendet aus zwei Schlitzen.

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In einem Kommentar zu einer anderen Antwort sagen Sie Ihre zugrunde liegende Voreingenommenheit:

Meine Interpretation ist, dass die Welt deterministisch ist und die Wahrscheinlichkeiten aus einem Mangel an Wissen resultieren, um die Zustände vorherzusagen. Ist diese Deutung nicht einfacher? Ist das auch eine verbreitete Ansicht unter Quantenwissenschaftlern, ich meine den Determinismus?

Derzeit, wie Ihnen in den Kommentaren geantwortet wurde, kommt der Determinismus in den Wahrscheinlichkeitsverteilungen, die unter den gegebenen Randbedingungen absolut bestimmt werden können.

Die Pilotwellentheorie von Bohm versucht, klassische Wahrscheinlichkeitsverteilungen zu erzeugen, um den Erfolg der Schrödinger-Gleichungslösungen zu erklären, und sie gelingt bei nichtrelativistischen Energien, weshalb sie als Interpretation bezeichnet wird. Es ist extrem kompliziert und stolpert, wenn es um die spezielle Relativitätstheorie geht. Was Occams Rasiermesser betrifft, so ist es theoretisch wirklich sehr kompliziert und hat sich nicht durchgesetzt.

In der vorangegangenen Diskussion ist aufgetaucht, dass sich eine Interpretation von einer Theorie darin unterscheidet, dass eine Theorie widerlegt werden kann, eine Interpretation dagegen nicht. Wenn alle Interpretationen von QM vollständig sind, haben sie tatsächlich alle die gleichen Vorhersagen und können daher experimentell nicht unterschieden werden.

Tatsächlich ist eine Interpretation ein Werkzeug, und sie kann in gewissem Sinne falsifiziert werden. Interpretationen helfen uns, den Kontext einer Theorie zu verstehen, anzuwenden und zu erweitern. Sie helfen uns zu bestimmen, wann eine Theorie für das Experiment und für unser intuitives Verständnis der Funktionsweise der Welt relevant ist. Wenn eine Interpretation dazu führen würde, eine etablierte Theorie auf eine neue Situation anzuwenden, und die Theorie dann in dieser Situation versagt, was wurde dann falsifiziert? Man könnte argumentieren, dass die Interpretation war. Und wenn diese gescheiterte Erweiterung der Theorie zu einer Optimierung der Interpretation führt, könnte dies unser Verständnis aller früheren erfolgreichen Anwendungen der Theorie färben.

Typischerweise geht der Theorie eine Interpretation voraus. Denken Sie darüber nach: Wenn Sie eine quantitative Theorie entwickeln wollen, wie etwas funktioniert, beginnen Sie mit Ihrer Intuition des Systems. Sie denken darüber nach, was die relevanten physikalischen Parameter und Variablen sind und wie sie möglicherweise zusammenwirken. Erst dann schreiben Sie eine Gleichung auf, die das System beschreibt. Diese Gleichung ist Ihre Theorie, und sie macht Vorhersagen, die falsifiziert werden können, vorausgesetzt, Sie verstehen (durch Ihre Interpretation) die Bedeutung der Variablen der Gleichung. Mein Lieblingsbeispiel ist$F=ma$, was man argumentieren könnte, ist per definitionem wahr. Aber es ist nicht einfach eine Definition, weil es völlig nutzlos ist, wenn wir kein interpretatives Verständnis haben, um eine Verbindung zu unserer Welt dessen herzustellen, was eine Kraft , eine Masse und eine Beschleunigung ist . Was sind das eigentlich für Dinge? Die Theorie baut auf der Interpretation auf.

Aber die Quantenmechanik ist anders. Für QM standen die Gleichungen historisch an erster Stelle. Was die Gleichungen vorhersagen, ist so kontraintuitiv, dass es keine vereinbarte Interpretation gibt, die die Mechanik von QM eindeutig mit der Welt, in der wir leben, verbindet, und wir haben derzeit mehrere Interpretationen, die alle dieselbe grundlegende Mechanik „erklären“. Immer wenn ein neues Experiment auftaucht, das mit einer Interpretation in Konflikt geraten könnte (wie zum Beispiel das Afshar-Experiment , das das Interpretationsprinzip der Komplementarität „widerlegt“), passen sich die Interpretationen an (obwohl einige sich natürlicher anpassen als andere).

Aber bedeutet das, dass Interpretationen für das QM nutzlos sind? Sollen wir einfach „die Klappe halten und rechnen“? Nein natürlich nicht. Wie ich bereits erwähnt habe, sind Interpretationen Werkzeuge. Sie können immer noch verwendet werden, um uns zu helfen zu verstehen, wie wir das QM auf neue Situationen anwenden können, und uns einen Kontext geben, mit dem wir die Theorie nach Bedarf erweitern können. Insofern eine Deutung dafür nützlich ist, ist sie eine gute Deutung. Wenn Sie den Bohmschen Determinismus mögen und ihn verwenden können, um QM anzuwenden, dann ist er erfolgreich. Wenn es dazu führt, dass Sie QM auf eine Weise anwenden oder erweitern, die nicht mit dem Experiment übereinstimmt, dann schlägt es fehl. Auf diese Weise kann eine Interpretation "falsifiziert" werden.

Tatsächlich war der Anreiz für die Kopenhagener Interpretation so etwas wie „Wir wissen nur, was wir aus Messungen bekommen, also ist es uns egal, was dazwischen passiert“. Betrachten Sie zwei Aussagen:

A. Wir erhalten diesen Zustand mit dieser Wahrscheinlichkeit, wenn wir Messungen durchführen, und es ist uns egal, was dazwischen passiert.

B. Zwischen den Messungen ist das System bei allen möglichen Zuständen gleichzeitig.

Wenn Sie die Interpretation von Kopenhagen falsifizieren wollen, müssen Sie Aussage A falsifizieren, nicht Aussage B.

Ninja-Bearbeitung: Einige Autoren behaupten (ich weiß nicht, woher sie es wissen), dass Maxwell, als er an seiner Theorie der Elektrodynamik arbeitete, sich den Raum vorstellte, der mit kleinen Zahnrädern und Kurbeln gefüllt war, die die Einflüsse übertragen. Wenn Sie jedoch Maxwell fälschen wollen, zielen Sie auf seine Vorhersagen (was erhalten wir, wenn wir dieses Ding auf diese Weise messen), nicht auf diese Zahnräder.

Niemand hat bisher einen experimentellen Weg gefunden, um zwischen der Kopenhagener Interpretation und der Viele-Welten-Interpretation zu unterscheiden. In beiden Fällen sind die unbestimmten Möglichkeiten unzugänglich, bis sie gemessen werden; und nachdem eine Messung durchgeführt wurde, sind alle zugänglichen Aspekte der Realität diejenigen, die mit dem Ergebnis der Messung übereinstimmen. Die Viele-Welten-Interpretation besagt, dass die anderen Möglichkeiten real, aber unzugänglich bleiben; die Kopenhagener Interpretation besagt, dass sie aufhören, real zu sein und daher unzugänglich sind. Aus Sicht des Experimentators gibt es keinen Unterschied. Einige würden sagen, dass Ockham's Razor Kopenhagen bevorzugt; einige würden sagen, dass es viele Welten bevorzugt; jedes erscheint auf seine Weise absurd, aber beide haben bisher alle experimentellen Tests bestanden.

Eine Interpretation kann nicht durch Experimente falsifiziert werden, sondern durch Logik. Das CI-Konzept des Zusammenbruchs der Wellenfunktion verstößt gegen die Kausalität. Diese Tatsache verfälscht für mich CI, da ich nicht bereit bin, die Kausalität zugunsten einer Interpretation aufzugeben.

Wenn wir die Kopenhagener Interpretation in die breitere Klasse der objektiven Zusammenbruchsinterpretationen einordnen, dann ja, es ist möglich, die Kopenhagener Interpretation zu „falsifizieren“.

Diese Interpretationen behaupten, dass es jederzeit die Möglichkeit gibt, dass ein Überlagerungszustand in den einen oder den anderen Zustand der Überlagerung kollabiert (oder hingeht). Die Wahrscheinlichkeit dieses Zusammenbruchs hängt mit der „Größe“* der Superposition zusammen. Wenn Sie also eine Überlagerung eines großen Steins erzeugen, der sich gleichzeitig an zwei Orten befindet, kollabiert er sehr schnell, während eine Überlagerung eines Elektrons an zwei Orten gleichzeitig kaum jemals kollabieren wird. Sobald das Elektron einmal gemessen ist, ist es natürlich mit dem Messgerät verschränkt, das "groß" ist. Das heißt, sobald die Messung durchgeführt wird, ist es sehr wahrscheinlich, dass das System sofort zusammenbricht.

Dieses Postulat des „Zusammenbruchs“ erfordert eine Erweiterung der einheitlichen Zeitentwicklung der „orthodoxen“* Quantenmechanik, die Viele-Welten-Interpretationen sehr ernst nehmen. Diese Erweiterung bedeutet, dass die physikalischen Gesetze für die objektiven Kollapsmodelle andere sind als die physikalischen Gesetze der "orthodoxen" Quantenmechanik. Der Unterschied sollte physikalisch messbar sein. Tatsächlich ist es so.

Die herkömmliche Quantenmechanik besagt, dass wenn Sie einen Überlagerungszustand erzeugen und diese Überlagerung mit nichts interagiert, sie für immer bestehen bleibt. Die objektiven Kollapsmodelle besagen, dass selbst wenn das System mit nichts interagiert, das System wahrscheinlich nach einiger Zeit dennoch kollabieren wird. Dies ist ein prüfbarer Unterschied.

Ich schlage das folgende Doppelspaltexperiment vor. Setzen Sie ein Teilchen in eine Überlagerung. Führen Sie es durch einen Doppelschlitz. Lassen Sie die Überlagerung zeitlich durch den Raum propagieren$T$. Messen Sie die Position des Partikels. Wiederholen Sie viele Male. Wenn die Überlagerung bestehen bleibt, sehen Sie bei Betrachtung aller Ergebnisse ein Interferenzmuster. Wenn dies nicht der Fall ist, wird das Interferenzmuster ausgewaschen und der Kontrast nimmt ab.

Variieren Sie jetzt die Zeit$T$und wiederholen. Variieren Sie nun die Masse$M$oder Größe des Teilchens und Überlagerungszustand

Die orthodoxe Quantenmechanik sagt das als$T$oder$M$erhöht wird, sollten wir keine Kontraständerung feststellen. Die objektiven Kollapsmodelle besagen, dass der Interferenzkontrast abnehmen wird$T$und$M$sind erhöht. Somit können diese beiden besonderen Interpretationen experimentell unterschieden werden.

Nun, hier gibt es einen SEHR wichtigen Punkt. Oben habe ich festgelegt, dass es wichtig ist, dass die Überlagerung mit nichts anderem (Luftteilchen, Photonen, Magnetfeldern usw.) interagiert, während sie sich in der Überlagerung befindet. Dies liegt daran, dass aufgrund der Dekohärenz, wenn das Partikel mit irgendetwas interagiert, das AUCH eine Quelle der Kontrastminderung sein wird. Deshalb ist es schwierig, diese Experimente in der Praxis durchzuführen. Es ist sehr schwer, es so zu machen, dass die Quantensysteme mit nichts interagieren. Und je größer das System ist, desto schwieriger ist es sicherzustellen, dass es keine Dekohärenz gibt.

Um das obige Experiment durchzuführen, müssen wir also die Überlagerung erzeugen und sehen, ob sie als Funktion der Zeit abklingt, aber wir müssen das Experiment auch gut genug kontrolliert haben, damit wir alle normalen Formen der Dekohärenz als Ursache der Kontrastminderung ausschließen können. Zum Beispiel gibt es jetzt Forscher, die immer größere Überlagerungen erzeugen. Wenn sie die Überlagerung vergrößern oder länger warten, sehen sie eine Verringerung des Kontrasts. Sie können dies jedoch mit typischen experimentellen Unvollkommenheiten/Dekohärenzen erklären. Somit haben sie die beiden Interpretationen noch auf signifikante Weise verglichen.

Diese letzte Aussage ist jedoch nicht ganz richtig. Durch die Durchführung dieses Experiments haben sie etwas über die Rate dieses "spontanen Zusammenbruchs" gesagt. Sie können sagen, dass sie experimentell festgestellt haben, dass unabhängig von der Rate des spontanen Zusammenbruchs (nennen wir es$\Gamma_{SC}$), sie wissen, dass es LANGSAMER ist als die Dekohärenzrate,$\Gamma_{D}$, die sie in ihrem Experiment erklären können.

Sie haben experimentell die folgende Einschränkung für ihre Wahl verifiziert$T,M,N$usw.

"orthodoxe" Quantenmechanik würde sagen$\Gamma_{SC}=0$wohingegen objektive Kollapsmodelle sagen$\Gamma_{SC}>0$. Das Ziel dieser Überlagerungsexperimente ist die Steigerung$T$und$M$(also zunehmend$\Gamma_{SC}$) beim Abnehmen$\Gamma_D$um zu sehen, ob sie eine Messung durchführen können, die diese Ungleichung bricht, was erfordern würde, dass wir die objektiven Kollapsgesetze definitiv zu den Gesetzen der Quantenmechanik hinzufügen.

Wie ich bereits erwähnt habe, ist es sehr schwierig, die Dekohärenzrate zu kontrollieren und zu reduzieren$\Gamma_D$. Wir sind noch viele Größenordnungen davon entfernt, endgültige Messungen durchzuführen, die objektive Kollapsmodelle für makroskopische Objekte ausschließen. Es kann Jahrzehnte oder länger dauern, bis wir in der Lage sind, Quantensysteme gut genug zu kontrollieren, um zu versuchen, wirklich sehr große Überlagerungen (wie im Grammbereich) zu machen, aber die Menschen werden weiter daran arbeiten.

In diesem Artikel finden Sie einige Informationen über die derzeit laufende Forschung zur Herstellung immer größerer Überlagerungen.

*Hier kann Größe die Masse der an der Überlagerung beteiligten Teilchen, die Anzahl der Teilchen, die Entfernung der Überlagerung usw. bedeuten.

**Hier verwende ich „orthodox“, um nur die einheitliche Entwicklung der Wellenfunktion zu meinen. Kein Zusammenbruch. Dies kann in direktem Konflikt mit der Verwendung stehen, wo "orthodoxe" Quantenmechanik die Kopenhagener Interpretation bedeutet. Deshalb kläre ich hier auf. Vielleicht wäre es besser, "Everettianische Quantenmechanik" zu sagen.

Die Zufälligkeit des Ergebnisses wiederholter Anwendung der Bornschen Regel ist ein wesentlicher Bestandteil der Kopenhagener Interpretation. Wenn wir zum Beispiel feststellen, dass wiederholte Messungen eines Spins abwechselnd entlang der x- und y-Achse eine Kette von Auf-Ab-Ergebnissen erzeugen, deren Kolmogorov-Komplexität wesentlich geringer ist als die Länge der Kette selbst; also eine algorithmisch komprimierbare Zeichenkette, dann gilt das als Fälschung.

Many Interacting Worlds ist ein subtiler Weg, um die Bohm-Quantenmechanik aus vielen klassischen Welten zu rekonstruieren, die durch einige einfache paarweise Wechselwirkungen interagieren, und kann im Prinzip von den anderen traditionellen Theorien unterschieden werden. Gewöhnlich wird argumentiert, dass die verschiedenen Interpretationen der Quantenmechanik nur eine Klasse von Äquivalenzen sind, die sich nur in der Sprache, aber nicht in den beobachtbaren Konsequenzen unterscheiden

Tatsächlich wurde die strengste Lesart der Kopenhagener Interpretation bereits durch das Quantum Eraser-Experiment verfälscht