Kvanttimekaniikan tulkinnat

muut tulkinnat

sekä alla käsitellyt valtavirran tulkinnat on esitetty useita muita tulkintoja, joilla ei ole ollut merkittävää tieteellistä vaikutusta jostain syystä. Nämä vaihtelevat valtavirran fyysikoiden ehdotuksista kvanttimystiikan okkulttisempiin ajatuksiin.

EPR-paradoksi

nykyinen realismin ja täydellisyyden käyttö sai alkunsa vuonna 1935 julkaistusta tutkielmasta, jossa Einstein ja muut ehdottivat EPR-paradoksia. Kyseisessä asiakirjassa kirjoittajat ehdottivat käsitteitä osa todellisuutta ja täydellisyyden fyysinen teoria. He luonnehtivat todellisuuden elementtiä suureeksi, jonka arvo voidaan ennustaa varmuudella ennen sen mittaamista tai muuten häiritsemistä, ja määrittelivät täydellisen fysikaalisen teorian sellaiseksi, jossa jokainen fyysisen todellisuuden elementti on selitetty teorian avulla. Semanttisessa tulkintanäkemyksessä tulkinta on täydellinen, jos tulkintarakenteen jokainen elementti on läsnä matematiikassa. Realismi on myös jokaisen matematiikan elementin ominaisuus; elementti on reaali, jos se vastaa jotakin tulkintarakenteessa. Esimerkiksi joissakin kvanttimekaniikan tulkinnoissa (kuten monien maailmojen tulkinnassa) systeemitilaan liittyvän ket-vektorin sanotaan vastaavan jotakin fyysisen todellisuuden elementtiä, kun taas toisissa tulkinnoissa se ei vastaa.

determinismi on ajan kulumisesta johtuvia valtiomuutoksia luonnehtiva ominaisuus, jonka mukaan valtio tulevassa hetkessä on valtion funktio nykyhetkessä (katso ajan kehitys). Aina ei välttämättä ole selvää, onko jokin tulkinta deterministinen vai ei, sillä ajalle ei välttämättä ole selkeää valintaa. Lisäksi tietyllä teorialla voi olla kaksi tulkintaa, joista toinen on deterministinen ja toinen ei.

paikallisella realismilla on kaksi aspektia:

• mittauksen palauttama arvo vastaa jonkin funktion arvoa tila-avaruudessa. Toisin sanoen tuo arvo on todellisuuden Elementti;
• mittauksen vaikutuksilla on etenemisnopeus, joka ei ylitä jotakin universaalia rajaa (esimerkiksi valonnopeutta). Jotta tämä olisi järkevää, tulkkausrakenteen mittaustoiminnot on lokalisoitava.

John Bell ehdotti paikallisen realismin täsmällistä muotoilua paikallisen piilomuuttujateorian kannalta.

Bellin lause yhdistettynä kokeelliseen testaukseen rajoittaa sitä, millaisia ominaisuuksia kvanttiteorialla voi olla; ensisijainen implisiittinen johtopäätös on, että kvanttimekaniikka ei voi täyttää sekä lokaalisuuden että kontrafaktuaalisen määrittelyn periaatetta.

riippumatta Einsteinin tulkintakysymyksiin liittyvistä huolista Dirac ja muut kvanttimerkinnät omaksuivat uuden teorian tekniset edistysaskeleet, mutta kiinnittivät vain vähän tai ei lainkaan huomiota tulkinnallisiin näkökohtiin.

Kööpenhaminan tulkintamedit

Kööpenhaminan tulkinta on kokoelma näkemyksiä kvanttimekaniikan merkityksestä, jotka on pääasiassa liitetty Niels bohriin ja Werner Heisenbergiin. Se on yksi vanhimmista lukuisista ehdotetuista kvanttimekaniikan tulkinnoista, sillä sen piirteet ajoittuvat kvanttimekaniikan kehitykseen vuosien 1925-1927 aikana, ja se on edelleen yksi yleisimmin opetetuista. Kööpenhaminan tulkinnasta ei ole lopullista historiallista kannanottoa. Bohrin ja Heisenbergin näkemysten välillä on joitakin perustavanlaatuisia sopimuksia ja erimielisyyksiä.

Hans Primas kuvaa yhdeksän Kööpenhaminan tulkinnan teesiä: kvanttifysiikka koskee yksittäisiä objekteja, ei vain objektien kokonaisuuksia; niiden kuvaus on probabilistinen; niiden kuvaus on klassisen (ei-kvanttifysiikan) fysiikan ehdoilla kuvattujen kokeiden tulos; klassisen kvantista erottava” rajaseutu ” voidaan valita mielivaltaisesti; ”havainnon” tai ”mittauksen” teko on peruuttamaton; ”havainnon” tai ”mittauksen” teko sisältää toimenpiteen mitattuun kohteeseen ja pienentää aaltopakettia; toisiaan täydentäviä ominaisuuksia ei voida havaita samanaikaisesti; mitään totuutta ei voida liittää objektiin muutoin kuin sen mittaustulosten perusteella; ja että kvanttikuvaukset ovat objektiivisia, koska ne ovat riippumattomia fyysikkojen henkisestä mielivaltaisuudesta.

Heisenberg korosti terävää ”leikkausta” havaitsijan (tai instrumentin) ja havaitun systeemin välillä, kun taas Bohr tarjosi subjektiivisesta havaitsijasta riippumatonta tulkintaa eli mittausta tai romahdusta: on olemassa” irreversiibeli ” tai tehokkaasti irreversiibeli prosessi, joka aiheuttaa kvanttikoherenssin tai aaltopaketin hajoamisen, joka antaa ”havainnon” tai ”mittauksen”klassisen käyttäytymisen.

Kvanttitietoteoriat

Kvanttitietouden lähestymistavat ovat saaneet kasvavaa kannatusta. Ne jakautuvat kahteen tyyppiin.

• tiedon ontologioita, kuten J. A. Wheelerin ”it from bit”. Näitä lähestymistapoja on kuvailtu immaterialismin elpymiseksi.
• tulkintoja, joissa kvanttimekaniikan sanotaan kuvaavan havaitsijan tietoa maailmasta, eikä itse maailmasta. Tällä lähestymistavalla on jonkin verran samankaltaisuutta Bohrin ajattelun kanssa. Romahdus (tunnetaan myös reduktiona) tulkitaan usein havainnoijana, joka hankkii tietoa mittauksesta, eikä objektiivisena tapahtumana. Näitä lähestymistapoja on arvioitu instrumentalismin kaltaisiksi.

valtio ei ole yksittäisen järjestelmän objektiivinen ominaisuus, vaan se tieto, joka on saatu järjestelmän valmistustavasta ja jota voidaan käyttää tulevien mittausten ennustamiseen….Kvanttimekaaninen tila, joka on yhteenveto havaitsijan informaatiosta yksittäisestä fysikaalisesta systeemistä, muuttuu sekä dynaamisilla laeilla että aina, kun havaitsija saa uutta tietoa systeemistä mittausprosessin kautta. On olemassa kaksi lakia kehitys valtion vektori…tulee problematiseksi vain, jos uskotaan, että tilavektori on systeemin objektiivinen ominaisuus…”Aaltopaketin supistuminen” tapahtuu havaitsijan tietoisuudessa, ei minkään siellä tapahtuvan ainutlaatuisen fysikaalisen prosessin vuoksi, vaan ainoastaan siksi, että tila on havaitsijan konstruktio eikä fyysisen järjestelmän objektiivinen ominaisuus.

Relaatiokvanttimekaniikka

relaatiokvanttimekaniikan keskeinen ajatus, joka noudattaa erityisen suhteellisuusteorian ennakkotapausta, on, että eri havainnoitsijat voivat antaa eri kertomuksia samasta tapahtumasarjasta: esimerkiksi yhdelle havaitsijalle tietyllä hetkellä systeemi voi olla yhdessä, ”romahtaneessa” eigenstatissa, kun taas toiselle havaitsijalle samaan aikaan se voi olla kahden tai useamman tilan superpositiossa. Näin ollen, jos kvanttimekaniikka on täydellinen teoria, relaatiokvanttimekaniikka väittää, että käsite ”tila” ei kuvaa havaittua systeemiä itseään, vaan systeemin ja sen havaitsijan(havaitsijoiden) välistä suhdetta eli korrelaatiota. Perinteisen kvanttimekaniikan tilavektorista tulee kuvaus havaitsijan joidenkin vapausasteiden korrelaatiosta havaitun systeemin suhteen. Relaatiokvanttimekaniikan mukaan tämä pätee kuitenkin kaikkiin fysikaalisiin kappaleisiin, olivatpa ne tietoisia tai makroskooppisia tai eivät. Mikä tahansa ”mittaustapahtuma” nähdään yksinkertaisesti tavallisena fysikaalisena vuorovaikutuksena, edellä mainitun kaltaisen korrelaation perustamisena. Teorian fysikaalinen sisältö ei siis liity itse esineisiin, vaan niiden välisiin suhteisiin.

Quantum BayesianismEdit

Quantum Bayesianismi (kutsutaan myös qbismiksi) on kvanttimekaniikan tulkinta, joka ottaa agentin teot ja kokemukset teorian keskeisiksi huolenaiheiksi. Tämän tulkinnan erottaa siitä, että se käyttää subjektiivista Bayesilaista todennäköisyyksien selitystä kvanttimekaanisen Syntysäännön ymmärtämiseen normatiivisena lisänä hyvään päätöksentekoon. Qbismi ammentaa kvanttitiedon ja Bayesilaisen todennäköisyyden kentistä ja pyrkii eliminoimaan kvanttiteoriaa vaivanneet tulkinnalliset ristiriidat.

QBism käsittelee kvanttiteorian tulkinnassa yleisiä kysymyksiä aaltofunktion superposition, kvanttimittauksen ja kietoutumisen luonteesta. Qbismin mukaan monet, mutta eivät kaikki, kvanttiformalismin aspektit ovat luonteeltaan subjektiivisia. Esimerkiksi tässä tulkinnassa kvanttitila ei ole todellisuuden elementti, vaan se edustaa niitä uskomusasteita, joita tekijällä on mittausten mahdollisista tuloksista. Tästä syystä jotkut tieteenfilosofit ovat pitäneet Qbismiä antirealismin muotona. Tulkinnan alullepanijat ovat eri mieltä tästä luonnehdinnasta ja ehdottavat sen sijaan, että teoria vastaa oikeammin sellaista realismia, jota he kutsuvat ”osallistuvaksi realismiksi”, jossa todellisuus koostuu enemmän kuin mikään kolmannen persoonan kertomus siitä voi vangita.

Many worldsEdit

monen maailman tulkinta on kvanttimekaniikan tulkinta, jossa universaalinen aaltofunktio noudattaa aina samoja deterministisiä, palautuvia lakeja; erityisesti mittaukseen ei liity (indeterminististä ja peruuttamatonta) aaltofunktion romahdusta. Mittaamiseen liittyvien ilmiöiden väitetään olevan selitettävissä dekoherenssilla, joka tapahtuu, kun tilat ovat vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa tuottaen kietoutumista, toistuvasti ”jakaen” universumin toisiaan havaitsemattomiin vaihtoehtoisiin historiatietoihin—käytännössä erillisiin universumeihin suuremman multiversumin sisällä.

johdonmukaiset historiamedit

johdonmukainen historiatulkinta yleistää perinteisen Kööpenhaminan tulkinnan ja pyrkii tarjoamaan luonnollisen tulkinnan kvanttikosmologiasta. Teoria perustuu johdonmukaisuuskriteeriin, jonka avulla systeemin historia voidaan kuvata niin, että jokaisen historian todennäköisyydet noudattavat klassisen todennäköisyyden additiivisia sääntöjä. Sen väitetään olevan yhtäpitävä Schrödingerin yhtälön kanssa.

tämän tulkinnan mukaan kvanttimekaanisen teorian tarkoituksena on ennustaa erilaisten vaihtoehtoisten historioiden (esimerkiksi hiukkasen) suhteellisia todennäköisyyksiä.

Ensemble interpretationEdit

Ensemblen tulkintaa, jota kutsutaan myös tilastolliseksi tulkinnaksi, voidaan pitää minimalistisena tulkintana. Toisin sanoen se väittää tekevänsä vähiten oletuksia, jotka liittyvät standardimatematiikkaan. Se vie Bornin tilastollisen tulkinnan täysillä. Tulkinnan mukaan aaltofunktio ei päde yksittäiseen systeemiin – esimerkiksi yksittäiseen hiukkaseen – vaan on abstrakti tilastollinen suure, joka koskee vain samalla tavalla valmisteltujen systeemien tai hiukkasten muodostamaa kokonaisuutta (valtavaa joukkoa). Einsteinin sanoin:

yritys käsittää kvanttiteoreettinen kuvaus yksittäisten järjestelmien täydellisenä kuvauksena johtaa luonnottomiin teoreettisiin tulkintoihin, jotka käyvät välittömästi tarpeettomiksi, jos hyväksytään tulkinta, että kuvaus viittaa järjestelmien kokonaisuuksiin eikä yksittäisiin järjestelmiin.

– Einstein teoksessa Albert Einstein: Philosopher-Scientist, toim. P. A. Schilpp (Harper & Row, New York)

Ensemblen tulkinnan näkyvin nykyinen puolestapuhuja on Simon Fraserin yliopiston professori Leslie E. Ballentine, joka on kirjoittanut tekstikirjan ”Quantum Mechanics, a Modern Development”.

De Broglie–Bohm theoryEdit

de Broglie–Bohmin teoria kvanttimekaniikasta (tunnetaan myös nimellä pilottiaaltoteoria) on Louis de Broglien teoria, jota David Bohm myöhemmin laajensi mittauksiin. Aaltofunktio ohjaa hiukkasia, joilla on aina sijainnit. Aaltofunktio kehittyy Schrödingerin aaltoyhtälön mukaan,eikä aaltofunktio koskaan romahda. Teoria sijoittuu yhteen aika-avaruuteen, on ei-paikallinen ja on deterministinen. Hiukkasen sijainnin ja nopeuden samanaikaiseen määrittämiseen sovelletaan tavallista epävarmuusperiaaterajoitusta. Teoriaa pidetään piilomuuttujateoriana,ja omaksumalla ei-lokaalisuuden se täyttää Bellin epäyhtälön. Mittausongelma ratkeaa, sillä hiukkasilla on koko ajan tarkat asemat. Romahdus selitetään fenomenologisena.

Kvanttidarvinismedit

Kvanttidarvinismi on teoria, jonka tarkoitus on selittää klassisen maailman syntyminen kvanttimaailmasta johtuen darwinilaisen luonnonvalinnan prosessista, jonka ympäristö aiheuttaa vuorovaikutuksessa kvanttijärjestelmän kanssa; jossa monet mahdolliset kvanttitilat valitaan vastaan vakaan osoitintilan hyväksi. Sitä ehdotti vuonna 2003 Wojciech Zurek ja joukko yhteistyökumppaneita, joihin kuuluivat Ollivier, Poulin, Paz ja Blume-Kohout. Teorian kehitys johtuu useiden zurekin tutkimusaiheiden integroinnista kahdenkymmenenviiden vuoden aikana, mukaan lukien: pointer states, einselection ja dekoherence.

Transactional interpretationEdit

John G. Cramerin transactional interpretation of quantum mechanics (TIQM) on Wheeler–Feynmanin absorber-teorian innoittama kvanttimekaniikan tulkinta. Siinä kuvataan aaltofunktion romahdusta, joka johtuu aikasymmetrisestä transaktiosta lähteeltä vastaanottajalle kulkevan mahdollisuusaallon (aaltofunktio) ja vastaanottajalta lähteelle kulkevan mahdollisuusaallon (aaltofunktion kompleksikonjugaatti) välillä. Tämä kvanttimekaniikan tulkinta on sikäli ainutlaatuinen, että se ei pidä ainoastaan aaltofunktiota reaalisena kokonaisuutena, vaan aaltofunktion kompleksikonjugaattia, joka esiintyy Havainnoitavan odotusarvon laskemiseen käytettävässä Born-säännössä myös reaalisena.

Objective collapse theoriesEdit

Objective collapse theory eroaa Kööpenhaminan tulkinnasta siten, että sekä aaltofunktiota että romahdusprosessia pidetään ontologisesti objektiivisina (eli nämä ovat olemassa ja tapahtuvat havaitsijasta riippumattomina). Objektiivisissa teorioissa romahdus tapahtuu joko satunnaisesti (”spontaani lokalisointi”) tai kun saavutetaan jokin fyysinen kynnys, jolloin havaitsijoilla ei ole erityistä roolia. Näin objektiivisen romahduksen teoriat ovat realistisia, indeterministisiä, ei-piilomuuttujien teorioita. Standard kvanttimekaniikka ei määrittele mitään romahdusmekanismia; Määräenemmistöä olisi laajennettava, jos objektiivinen romahdus on oikea. Vaatimus QM: n laajentamisesta tarkoittaa, että objektiivinen romahdus on enemmän teoria kuin tulkinta. Esimerkkejä ovat

• Ghirardin–Rimini–Weberin teoria
• Penrosen tulkinta.
• objektiivisen romahdusteorian deterministinen muunnos

tietoisuus aiheuttaa romahduksen (von Neumann-Wigner-tulkinta) Edit

tutkielmassaan kvanttimekaniikan matemaattiset perusteet John von Neumann analysoi syvällisesti niin sanottua mittausongelmaa. Hän päätteli, että koko fysikaalinen kaikkeus voitaisiin tehdä Schrödingerin yhtälön (universaalin aaltofunktion) alaiseksi. Hän kuvaili myös, miten mittaaminen voisi aiheuttaa aaltofunktion romahduksen. Tätä näkökulmaa laajensi näkyvästi Eugene Wigner, jonka mukaan ihmiskokeilijan tietoisuus (tai ehkä jopa koiran tietoisuus) oli romahduksen kannalta kriittinen, mutta hän hylkäsi myöhemmin tämän tulkinnan.

Variations of the consciousness causes collapse interpretation interpretation include:

Subjektiivinen reduktiotutkimus tämä periaate, että tietoisuus aiheuttaa romahduksen, on kvanttimekaniikan ja mielen/ruumiin ongelman leikkauspiste; tutkijat pyrkivät havaitsemaan fysikaalisten tapahtumien kanssa korreloivat tietoiset tapahtumat, joihin kvanttiteorian mukaan pitäisi kuulua aaltofunktion romahtaminen, mutta toistaiseksi tulokset eivät ole vakuuttavia. Osallistuva antropinen periaate

John Archibald Wheelerin osallistava antropinen periaate sanoo, että tietoisuudella on jonkinlainen rooli maailmankaikkeuden syntymisessä.

muut fyysikot ovat kehitelleet omat variaationsa tajunnan aiheuttajien romahdustulkinnasta; mm.:

• Henry P. Stapp (Mindful Universe: Kvanttimekaniikka ja osallistuva havaitsija)
• Bruce Rosenblum ja Fred Kuttner (Quantum Enigma: Physics Encounters Consciousness)
• Amit Goswami (the Self-Aware Universe)

Quantum logicEdit

Kvanttilogiikkaa voidaan pitää eräänlaisena propositiologiikkana, joka soveltuu kvanttimittauksen näennäisten poikkeamien ymmärtämiseen, erityisesti komplementaaristen muuttujien mittausoperaatioiden koostumukseen. Tämä tutkimusalue ja sen nimi saivat alkunsa Garrett birkhoffin ja John von Neumannin vuonna 1936 julkaisemasta tutkielmasta, jossa he yrittivät sovittaa yhteen joitakin klassisen Boolen logiikan näennäisiä epäjohdonmukaisuuksia kvanttimekaniikan mittaamiseen ja havainnointiin liittyvien tosiasioiden kanssa.

modaalisia tulkintoja kvanttiteoriasta

modaalisia tulkintoja kvanttimekaniikasta esitti ensimmäisen kerran vuonna 1972 Bas van Fraassen tutkielmassaan ”a formal approach to the philosophy of science.”Tätä termiä käytetään kuitenkin nyt kuvaamaan laajempaa mallistoa, joka kasvoi tästä lähestymistavasta. Stanford Encyclopedia of Philosophy kuvailee useita versioita:

• Kööpenhaminan muunnelma
• Kochen–Dieks–Healey-tulkinnat
• motivoivat varhaisia modaalisia tulkintoja, jotka perustuvat R. Cliftonin, M. Dicksonin ja J. Bubin teoksiin.

Aikasymmetrisiä teorioita

on esitetty useita teorioita, jotka muuttavat kvanttimekaniikan yhtälöt symmetrisiksi ajan kääntymisen suhteen. (Katso Wheeler-Feynman aika-symmetrinen teoria.) Tämä luo retrokausaalisuuden: tulevaisuuden tapahtumat voivat vaikuttaa menneisyyteen, aivan kuten menneisyyden tapahtumat voivat vaikuttaa tulevaan. Näissä teorioissa yhdellä mittauksella ei voida täysin määrittää systeemin tilaa (tehden niistä eräänlaisen piilomuuttujateorian), mutta kun otetaan huomioon kaksi eri aikoina tehtyä mittausta, on mahdollista laskea systeemin tarkka tila kaikkina väliaikoina. Aaltofunktion romahtaminen ei siis ole fysikaalinen muutos systeemille, vain toisen mittauksen aiheuttama muutos tietämyksessämme siitä. Samoin he selittävät, että sekaantuminen ei ole todellinen fysikaalinen tila, vaan pelkkä illuusio, joka on luotu jättämällä retrokausaalisuus huomiotta. Piste, jossa kaksi hiukkasta näyttää ”sotkeutuvan”, on yksinkertaisesti kohta, jossa toiseen hiukkaseen vaikuttavat tapahtumat, jotka tapahtuvat toiselle hiukkaselle tulevaisuudessa.

kaikki aikasymmetrisen kausaliteetin puolestapuhujat eivät kannata standardikvanttimekaniikan unitaarisen dynamiikan muokkaamista. Niinpä kahden valtion vektoriformalismin johtava eksponentti Lev Vaidman toteaa, että kahden valtion vektoriformalismi sopii hyvin yhteen Hugh Everettin monimaailmatulkinnan kanssa.