Warum sollte Pilot-Wave falsch liegen?

Lassen Sie mich zunächst sagen, dass ich ein Fan dieser Theorie bin. Während ich also eine meiner Meinung nach neutrale Antwort gebe, sollten Sie nicht vergessen, dass ich pro-Bohmian bin, was in vielen Bereichen eine untypische Sichtweise ist. Um auf die Kernfrage „Warum sollte eine Pilotwellentheorie falsch sein?“ zu antworten:

Es gibt viele Gründe, warum "eine" Pilotwellentheorie falsch sein könnte, aber in Bezug auf ernsthafte Interpretationen von QM, die fragen: "Warum nicht Teilchen UND Welle?", Bohmsche Mechanik (BM), auch bekannt als de Broglie-Bohm-Theorie , Quantenhydrodynamik (manchmal) oder Pilotwellentheorie, ist wirklich das einzige Spiel in der Stadt, also werde ich speziell darauf eingehen; Bitte sagen Sie, ob Sie eine allgemeinere Antwort wünschen, aber ich nehme an, das ist es, woran Sie interessiert sind.

Zuerst ein kleiner historischer Kontext - ich werde nicht zu sehr ins Detail gehen, da dies eigentlich eher ein Thema für https://hsm.stackexchange.com/ ist , aber es hilft, die Dinge ins rechte Licht zu rücken, sodass ich nicht denke, dass es vom Thema abweicht.

Louis de Broglie war der erste, der auf die Idee der Pilotwellen kam (einige mögen argumentieren, dass es Erwin Madelung war - er hat früher fast dieselbe Mathematik entwickelt, sie jedoch meines Wissens nie konzeptionell betrachtet wie de Broglie), um das Problem zu lösen Frage der Welle-Teilchen-Dualität, die Gegenstand seiner Dissertation von 1924 war (und ihm 1929 einen Nobelpreis einbringen sollte). Er präsentierte seine Idee auf der Solvay-Konferenz von 1927 zusammen mit Präsentationen der Kopenhagener Interpretation (was wir heute als Standard-/Lehrbuch-Quantenmechanik betrachten) und Einsteins Ansicht, dass QM keine vollständige Theorie sei. Es wurde nicht gut aufgenommen; insbesondere von Niels Bohr (der bereits einen Nobelpreis gewonnen hatte, als de Broglie noch in der Graduiertenschule war), der vielleicht einer der größten Gründe dafür ist, dass Kopenhagen die Standardinterpretation ist. Er war ein sehr lautstarker Befürworter von Kopenhagen und hatte in der Vergangenheit Menschen erschossen, die mit seinen Ansichten nicht einverstanden waren. Hugh Everett (der Schöpfer der Viele-Welten-Interpretation) hatte viel später eine ähnliche Interaktion mit ihm, die in Bohrs Beschreibung von Everett als „unbeschreiblich dumm und die einfachsten Dinge der Quantenmechanik nicht verstehend“ endete. Das gibt vielleicht eine Vorstellung von seiner allgemeinen Einstellung. Sein Haupteinwand gegen die Pilotwellentheorie scheint jedoch zu sein (abgesehen davon, dass es ein Affront gegen seine eigene Idee ist), dass er glaubte, QM sei neue Physik, und jeder, der versucht, sie in realen Begriffen zu erklären (weil Teilchen immer eine bestimmte, reale, Position in der Pilotwellentheorie) machte sich selbst etwas vor und konnte verschiedene Vorurteile nicht loslassen. Hugh Everett (der Schöpfer der Viele-Welten-Interpretation) hatte viel später eine ähnliche Interaktion mit ihm, die in Bohrs Beschreibung von Everett als „unbeschreiblich dumm und die einfachsten Dinge der Quantenmechanik nicht verstehend“ endete. Das gibt vielleicht eine Vorstellung von seiner allgemeinen Einstellung. Sein Haupteinwand gegen die Pilotwellentheorie scheint jedoch zu sein (abgesehen davon, dass es ein Affront gegen seine eigene Idee ist), dass er glaubte, QM sei neue Physik, und jeder, der versucht, sie in realen Begriffen zu erklären (weil Teilchen immer eine bestimmte, reale, Position in der Pilotwellentheorie) machte sich selbst etwas vor und konnte verschiedene Vorurteile nicht loslassen. Hugh Everett (der Schöpfer der Viele-Welten-Interpretation) hatte viel später eine ähnliche Interaktion mit ihm, die in Bohrs Beschreibung von Everett als „unbeschreiblich dumm und die einfachsten Dinge der Quantenmechanik nicht verstehend“ endete. Das gibt vielleicht eine Vorstellung von seiner allgemeinen Einstellung. Sein Haupteinwand gegen die Pilotwellentheorie scheint jedoch zu sein (abgesehen davon, dass es ein Affront gegen seine eigene Idee ist), dass er glaubte, QM sei neue Physik, und jeder, der versucht, sie in realen Begriffen zu erklären (weil Teilchen immer eine bestimmte, reale, Position in der Pilotwellentheorie) machte sich selbst etwas vor und konnte verschiedene Vorurteile nicht loslassen. unbeschreiblich dumm und konnte die einfachsten Dinge der Quantenmechanik nicht verstehen'. Das gibt vielleicht eine Vorstellung von seiner allgemeinen Einstellung. Sein Haupteinwand gegen die Pilotwellentheorie scheint jedoch zu sein (abgesehen davon, dass es ein Affront gegen seine eigene Idee ist), dass er glaubte, QM sei neue Physik, und jeder, der versucht, sie in realen Begriffen zu erklären (weil Teilchen immer eine bestimmte, reale, Position in der Pilotwellentheorie) machte sich selbst etwas vor und konnte verschiedene Vorurteile nicht loslassen. unbeschreiblich dumm und konnte die einfachsten Dinge der Quantenmechanik nicht verstehen'. Das gibt vielleicht eine Vorstellung von seiner allgemeinen Einstellung. Sein Haupteinwand gegen die Pilotwellentheorie scheint jedoch zu sein (abgesehen davon, dass es ein Affront gegen seine eigene Idee ist), dass er glaubte, QM sei neue Physik, und jeder, der versucht, sie in realen Begriffen zu erklären (weil Teilchen immer eine bestimmte, reale, Position in der Pilotwellentheorie) machte sich selbst etwas vor und konnte verschiedene Vorurteile nicht loslassen.

So gab de Broglie nach 1927 seine Theorie im Wesentlichen auf und Kopenhagen wurde zur Standardansicht der Quantenmechanik. John von Neumann half der Situation nicht, als er 1932 ein Papier herausbrachte, das die Pilotwellentheorie von de Broglie als falsch ausschließen würde. Grete Hermann bewies schnell, dass von Neumann falsch war, ihre Arbeit blieb jedoch bis in die 70er Jahre relativ im Dunkeln, so dass bis 1966 (als John Bell von Neumann auf die gleiche Weise widerlegte) viele Physiker (die sich um das Problem kümmerten) fälschlicherweise an eine Pilotwellentheorie glaubten war nicht möglich.

1952 David Böhm; ohne Kenntnis von de Broglies früherer Arbeit, reformulierte Pilotwellentheorie. Leider wurde er zu diesem Zeitpunkt aufgrund seiner kommunistischen Zugehörigkeit von der wissenschaftlichen Gemeinschaft weitgehend gemieden, sodass sich seine Arbeit erneut als nicht beliebt erwies; erst in jüngster Zeit (mit Blick auf veröffentlichte Papiermetriken um das Jahr 2000) hat diese Theorie begonnen, an Zugkraft zu gewinnen, und insbesondere seit 2006, als physikalische Pilotwellen entdeckt wurden, die hier bereits diskutiert wurden, die demonstriert werden konnten Einige Verhaltensweisen, von denen früher angenommen wurde, dass sie ausschließlich die Domäne von QM sind.

Das ist also ein Grund, warum die Theorie bisher oft ignoriert wurde und warum viele Menschen und Lehrbücher sie ablehnen; oft wird fälschlicherweise davon ausgegangen, dass es sich als falsch erwiesen hat, oder es ist einfach nicht auf dem Radar der Leute (d. h. wenn Sie ein funktionierendes QM-Modell haben, warum brauchen Sie dann ein anderes?)

Heutzutage sind die Kritiken, die BM erhält, im Allgemeinen philosophische Einwände wie seine surrealistischen Flugbahnen oder die Zeitinvariante der Elektronen im s-Zustand. Diese sind jedoch mathematisch fundiert und wurden nicht widerlegt; Meine persönliche Ansicht beschwert sich, dass die Quantenmechanik nicht so funktioniert, wie Sie es erwarten, oder sich nicht wie ein klassisches System verhält, bereits zu Tode gepeitscht wurde - wir wissen, dass die Quantenmechanik nicht "normal" ist, also warum sollten wir Erwarten Sie plötzlich, dass verschiedene Flugbahnen auf die gleiche Weise funktionieren, als würden Sie beispielsweise einen Baseball werfen. Dies ist nichtsdestotrotz ein weit verbreiteter Einwand und interessanterweise das genaue Gegenteil von Bohrs ursprünglichem Einwand; dass Pilotwellen zu klassisch waren.

Als nächstes kommen Occams messerscharfe Argumente; dass BM Komplexität hinzufügt, ohne etwas dafür zu geben. Daran ist möglicherweise etwas Wahres, aber die Guidance-Gleichung ist von der Schrödinger-Gleichung abgeleitet und konzeptionell nicht allzu weit davon entfernt. Sicherlich hat Kopenhagen diesbezüglich seine eigenen Probleme, und man könnte argumentieren, dass eine Theorie wie der Superdeterminismus einfacher ist als beide. Andererseits hat die zusätzliche Mathematik von BM in einigen Bereichen wie der Quantenchemie einen gewissen Nutzen, wo sie effizientere Wege zur Lösung bestimmter Probleme bietet als durch die Mathematik der Standard-Quantenmechanik (SQM).

Schließlich gibt es Argumente dafür, dass BM nicht mit Relativitätstheorie und QFT kompatibel ist. Es ist wichtig, sich darüber im Klaren zu sein, dass BM eine nicht-relativistische Theorie ist. Es gibt jedoch Erweiterungen, die tatsächlich Relativität/QFT enthalten, und Sie können dies in verschiedener Literatur diskutieren, z. B. https://arxiv.org/abs/1205.1992 . Es ist sicherlich nicht so ausgereift wie SQM, also kann dies wieder ein Argument für SQM sein, aber es zeigt sicherlich, dass dies kein Versagen von BM ist, und die Reife von SQM hier wirklich sein Vorteil ist (BM hatte nur eine eine Handvoll Leute, die etwa ein Jahrzehnt lang ernsthaft daran gearbeitet haben).

Am Ende des Tages (und das ist vielleicht die wichtigste Erkenntnis) sind alle experimentell überprüfbaren Ergebnisse in BM identisch mit allen anderen nicht widerlegten Interpretationen von QM ; sie sind alle so richtig, also sind alle Einwände philosophischer Natur oder haben einen historischen Kontext. Das bedeutet nicht, dass die Situation so bleiben wird; Sicherlich ist es möglich, dass Experimente entwickelt werden, die verschiedene aktuelle Interpretationen beweisen oder widerlegen, und von den verschiedenen Interpretationen würde ich darauf setzen, dass BM eine der wahrscheinlichsten ist, die, wenn sie falsch ist, in Zukunft durch Experimente ausgeschlossen werden.

Die ursprünglichen historischen Gründe für das Urteil

Daher kann man Böhms Gegenvorschlag zur Kopenhagener Deutung nicht als Verbesserung ansehen.

findet sich in Physik und Philosophie (1958) von Werner Heisenberg in Kapitel 8 Kritik und Gegenvorschläge zur Kopenhagener Interpretation der Quantentheorie S. 116-118. Sie sind:

• Der Konfigurationsraum ist ein vieldimensionaler Raum, der sich auf die verschiedenen Koordinaten aller zum System gehörenden Teilchen bezieht. Hier stoßen wir auf eine erste Schwierigkeit: Was bedeutet es, Wellen im Konfigurationsraum „real“ zu nennen? Dieser Raum ist ein sehr abstrakter Raum. Das Wort „real“ geht auf das lateinische Wort „res“ zurück, was „Ding“ bedeutet; aber die Dinge befinden sich im gewöhnlichen dreidimensionalen Raum, nicht in einem abstrakten Konfigurationsraum. Man kann die Wellen im Konfigurationsraum „objektiv“ nennen, wenn man sagen will, dass diese Wellen von keinem Beobachter abhängen; aber man kann sie kaum „wirklich“ nennen, wenn man nicht bereit ist, die Bedeutung des Wortes zu ändern.
• Eine Konsequenz dieser Interpretation ist, wie Pauli betont hat, dass die Elektronen in den Grundzuständen vieler Atome in Ruhe sein sollten und keine Orbitalbewegung um den Atomkern ausführen sollten. Dies scheint ein Widerspruch zu den Experimenten zu sein, da Messungen der Geschwindigkeit der Elektronen im Grundzustand (zB mittels Compton-Effekt) immer eine regelkonforme Geschwindigkeitsverteilung im Grundzustand ergeben der Quantenmechanik - gegeben durch das Quadrat der Wellenfunktion im Impuls- oder Geschwindigkeitsraum.
• Diese objektive Beschreibung erweist sich jedoch als eine Art „ideologischer Überbau“, der mit der unmittelbaren physikalischen Realität wenig zu tun hat; denn die verborgenen Parameter der Bohmschen Deutung sind so beschaffen, dass sie bei unveränderter Quantentheorie niemals in der Beschreibung realer Vorgänge vorkommen können.
• Neben dem bereits vorgebrachten Einwand, es handle sich bei der Rede von Teilchenbahnen um einen überflüssigen „ideologischen Überbau“, muss hier besonders erwähnt werden, dass die Bohmsche Sprache die der Quantentheorie implizite Symmetrie zwischen Ort und Geschwindigkeit zerstört; für die Ortsmessungen akzeptiert Bohm die übliche Deutung, für die Geschwindigkeits- oder Impulsmessungen lehnt er sie ab. Da die Symmetrieeigenschaften immer die wesentlichsten Merkmale einer Theorie darstellen, ist schwer einzusehen, was gewonnen wäre, wenn man sie in der entsprechenden Sprache weglässt.

Die obigen Gründe werden absichtlich wörtlich und in der gleichen Reihenfolge zitiert, wie sie im zitierten Kapitel vorkommen. Das Material aus diesem Kapitel war zuvor veröffentlicht worden: W. Heisenberg, in Niels Bohr and the Development of Physics. McGraw-Hill, New York: 1955

Erstmal vielen Dank für all die hilfreichen Kommentare, Links und Videos, die ich hier bekommen habe. Von dort kam ich zu diesem Video: https://www.youtube.com/watch?v=RlXdsyctD50 ... das meiner Meinung nach ausreichend detailliert ist, um zu erklären, warum Pilot-Wave problematisch ist:

1. Da es immer ein physikalisches Teilchen gibt, das eine Bohm-Trajektorie durchläuft, steht das Fehlen einer Überlagerung im Konflikt mit QFT.

2. Die Quantenverschränkung hat sich als wahr erwiesen und lässt sich besser durch Nichtlokalität aus QFT erklären.

3. Global Hidden Variables sind nicht beliebt und galten lange Zeit als widerlegt.

4. Eine Leitgleichung zu haben ist nicht sparsam, was nicht bedeutet, dass sie nicht wahr ist, aber ein Hindernis für die Akzeptanz darstellt.

Ich denke immer noch, dass Pilot-Wave durchaus möglich ist, wenn die Theorie verfeinert werden könnte, um die Relativitätstheorie einzubeziehen. Ich habe die Idee nie wirklich gemocht, dass das physikalische Universum die gleiche Unterscheidung von makroskopisch zu mikroskopisch macht wie wir; Aber ich denke, was ich aus dem Studium der Quantentheorie gelernt habe, ist, dass wir das Makroskopische nicht richtig beobachten und dass wir durch das Studium des Mikroskopischen lernen können, was uns unsere Sinne und unsere Wahrnehmung nicht sagen ... also muss ich das zugeben Der Versuch, echte Partikel zu erhalten, ist der Grund, warum Pilot-Wave ansprechend ist, was meine Tendenz ist.

Es ist „falsch“, weil niemand Nicht-Lokalität mag. Nur dass Nicht-Lokalität auch nicht falsch ist und das wissen wir bereits.

Es ist daher „falsch“, weil die Menschen nur sehr langsam aufholen.

:-)