Interpretazioni della meccanica quantistica

Altre interpretazionimodifica

Così come le interpretazioni principali discusse di seguito, sono state proposte una serie di altre interpretazioni che non hanno avuto un impatto scientifico significativo per qualsiasi motivo. Queste vanno dalle proposte dei fisici tradizionali alle idee più occulte del misticismo quantistico.

Il paradosso EPREDIT

L’uso corrente del realismo e della completezza ha avuto origine nel documento del 1935 in cui Einstein e altri hanno proposto il paradosso EPR. In quel documento gli autori hanno proposto i concetti elemento della realtà e la completezza di una teoria fisica. Essi hanno caratterizzato elemento della realtà come una quantità il cui valore può essere previsto con certezza prima di misurare o comunque disturbarla, e definito una teoria fisica completa come quella in cui ogni elemento della realtà fisica è rappresentato dalla teoria. In una visione semantica dell’interpretazione, un’interpretazione è completa se ogni elemento della struttura interpretativa è presente nella matematica. Il realismo è anche una proprietà di ciascuno degli elementi della matematica; un elemento è reale se corrisponde a qualcosa nella struttura interpretativa. Ad esempio, in alcune interpretazioni della meccanica quantistica (come l’interpretazione dei molti mondi) si dice che il vettore ket associato allo stato del sistema corrisponda a un elemento della realtà fisica, mentre in altre interpretazioni non lo è.

Il determinismo è una proprietà che caratterizza i cambiamenti di stato dovuti al passare del tempo, vale a dire che lo stato in un istante futuro è una funzione dello stato nel presente (vedi evoluzione temporale). Potrebbe non essere sempre chiaro se una particolare interpretazione sia deterministica o meno, poiché potrebbe non esserci una chiara scelta di un parametro temporale. Inoltre, una data teoria può avere due interpretazioni, una delle quali è deterministica e l’altra no.

Il realismo locale ha due aspetti:

• Il valore restituito da una misurazione corrisponde al valore di alcune funzioni nello spazio di stato. In altre parole, quel valore è un elemento della realtà;
• Gli effetti della misura hanno una velocità di propagazione non superiore a qualche limite universale (ad esempio la velocità della luce). Affinché ciò abbia senso, le operazioni di misurazione nella struttura di interpretazione devono essere localizzate.

Una formulazione precisa del realismo locale in termini di teoria della variabile nascosta locale è stata proposta da John Bell.

Il teorema di Bell, combinato con il test sperimentale, limita i tipi di proprietà che una teoria quantistica può avere, l’implicazione principale è che la meccanica quantistica non può soddisfare sia il principio di località che la definizione controfattuale.

Indipendentemente dalle preoccupazioni di Einstein sui problemi di interpretazione, Dirac e altri notabili quantistici abbracciarono i progressi tecnici della nuova teoria dedicando poca o nessuna attenzione agli aspetti interpretativi.

Interpretazione di Copenhagen

L’interpretazione di Copenaghen è una raccolta di opinioni sul significato della meccanica quantistica principalmente attribuita a Niels Bohr e Werner Heisenberg. È una delle più antiche delle numerose interpretazioni proposte della meccanica quantistica, in quanto le sue caratteristiche risalgono allo sviluppo della meccanica quantistica durante il 1925-1927, e rimane una delle più comunemente insegnate. Non esiste una dichiarazione storica definitiva su quale sia l’interpretazione di Copenaghen. Ci sono alcuni accordi fondamentali e disaccordi tra le opinioni di Bohr e Heisenberg.

Hans Primas descrive nove tesi dell’interpretazione di Copenaghen: la fisica quantistica si applica a singoli oggetti, non solo insiemi di oggetti; la loro descrizione è di tipo probabilistico; la loro descrizione è il risultato di esperimenti descritti in termini di classica (non quantistica) fisica; il “confine” che separa la classica dal quantum può essere scelto arbitrariamente, l’atto di “osservazione” o “misura” è irreversibile; l’atto di “osservazione” o “misura” comporta un’azione sull’oggetto misurato e riduce il pacchetto d’onde; le proprietà complementari non possono essere osservate simultaneamente; nessuna verità può essere attribuita a un oggetto se non in base ai risultati della sua misurazione; e che le descrizioni quantistiche sono oggettive, in quanto indipendenti dall’arbitrarietà mentale dei fisici.

Heisenberg ha sottolineato un netto “taglio” tra l’osservatore (o lo strumento) e il sistema osservato, mentre Bohr ha offerto un’interpretazione che è indipendente da un osservatore soggettivo, o misura, o collasso: c’è un processo” irreversibile “o effettivamente irreversibile che causa il decadimento della coerenza quantistica o del pacchetto d’onda che impartisce il comportamento classico di” osservazione “o”misurazione”.

Teorie dell’informazione quantistica

Gli approcci informativi quantistici hanno attirato un supporto crescente. Si suddividono in due tipi.

• Ontologie di informazioni, come “it from bit”di J. A. Wheeler. Questi approcci sono stati descritti come una rinascita dell’immaterialismo.
• Interpretazioni in cui si dice che la meccanica quantistica descriva la conoscenza di un osservatore del mondo, piuttosto che del mondo stesso. Questo approccio ha qualche somiglianza con il pensiero di Bohr. Il collasso (noto anche come riduzione) è spesso interpretato come un osservatore che acquisisce informazioni da una misurazione, piuttosto che come un evento oggettivo. Questi approcci sono stati valutati come simili allo strumentalismo.

Lo stato non è una proprietà oggettiva di un singolo sistema ma è quell’informazione, ottenuta dalla conoscenza di come è stato preparato un sistema, che può essere utilizzata per fare previsioni sulle misurazioni future….Uno stato meccanico quantistico che è un riassunto delle informazioni dell’osservatore su un singolo sistema fisico cambia sia con le leggi dinamiche, sia ogni volta che l’osservatore acquisisce nuove informazioni sul sistema attraverso il processo di misurazione. L’esistenza di due leggi per l’evoluzione del vettore di stato…diventa problematico solo se si ritiene che il vettore di stato sia una proprietà oggettiva del sistema…La “riduzione del pacchetto d’onda” ha luogo nella coscienza dell’osservatore, non a causa di qualsiasi processo fisico unico che ha luogo lì, ma solo perché lo stato è un costrutto dell’osservatore e non una proprietà oggettiva del sistema fisico.

Meccanica quantistica relazionalemodifica

L’idea fondamentale dietro relazionale meccanica quantistica, dopo il precedente della relatività speciale, è che diversi osservatori può dare diversi account della stessa serie di eventi: per esempio, un osservatore in un dato punto nel tempo, un sistema potrebbe essere un singolo, “crollato” eigenstate, mentre per un altro osservatore, allo stesso tempo, può essere in una sovrapposizione di due o più stati. Di conseguenza, se la meccanica quantistica deve essere una teoria completa, la meccanica quantistica relazionale sostiene che la nozione di “stato” non descrive il sistema osservato stesso, ma la relazione, o correlazione, tra il sistema e il suo osservatore(s). Il vettore di stato della meccanica quantistica convenzionale diventa una descrizione della correlazione di alcuni gradi di libertà nell’osservatore, rispetto al sistema osservato. Tuttavia, è tenuto dalla meccanica quantistica relazionale che questo si applica a tutti gli oggetti fisici, indipendentemente dal fatto che siano coscienti o macroscopici. Qualsiasi “evento di misurazione” è visto semplicemente come una normale interazione fisica, una creazione del tipo di correlazione discusso sopra. Quindi il contenuto fisico della teoria non ha a che fare con gli oggetti stessi, ma con le relazioni tra loro.

Quantum BayesianismEdit

Quantum Bayesianism (chiamato anche QBism) è un’interpretazione della meccanica quantistica che prende le azioni e le esperienze di un agente come preoccupazioni centrali della teoria. Questa interpretazione si distingue per l’uso di un resoconto bayesiano soggettivo delle probabilità per comprendere la regola di nascita della meccanica quantistica come aggiunta normativa al buon processo decisionale. Il QBISMO attinge dai campi dell’informazione quantistica e della probabilità bayesiana e mira ad eliminare gli enigmi interpretativi che hanno afflitto la teoria quantistica.

QBism si occupa di domande comuni nell’interpretazione della teoria quantistica sulla natura della sovrapposizione della funzione d’onda, della misura quantistica e dell’entanglement. Secondo il qbismo, molti, ma non tutti, aspetti del formalismo quantistico sono di natura soggettiva. Ad esempio, in questa interpretazione, uno stato quantistico non è un elemento della realtà, ma rappresenta i gradi di convinzione che un agente ha sui possibili risultati delle misurazioni. Per questo motivo, alcuni filosofi della scienza hanno considerato il qbismo una forma di anti-realismo. Gli ideatori dell’interpretazione non sono d’accordo con questa caratterizzazione, proponendo invece che la teoria si allinei più correttamente con un tipo di realismo che chiamano “realismo partecipativo”, in cui la realtà consiste in più di quanto possa essere catturata da qualsiasi presunto resoconto in terza persona di esso.

Molti mondimodifica

L’interpretazione di molti mondi è un’interpretazione della meccanica quantistica in cui una funzione d’onda universale obbedisce sempre alle stesse leggi deterministiche e reversibili; in particolare non esiste un collasso della funzione d’onda (indeterministico e irreversibile) associato alla misurazione. Si afferma che i fenomeni associati alla misurazione siano spiegati dalla decoerenza, che si verifica quando gli stati interagiscono con l’ambiente producendo entanglement, ripetutamente “suddividendo” l’universo in storie alternative reciprocamente non osservabili—universi effettivamente distinti all’interno di un multiverso più grande.

Consistent historiesEdit

L’interpretazione consistent histories generalizza l’interpretazione convenzionale di Copenaghen e tenta di fornire un’interpretazione naturale della cosmologia quantistica. La teoria si basa su un criterio di coerenza che consente di descrivere la storia di un sistema in modo che le probabilità per ogni storia obbediscano alle regole additive della probabilità classica. Si afferma che sia coerente con l’equazione di Schrödinger.

Secondo questa interpretazione, lo scopo di una teoria quantomeccanica è quello di prevedere le probabilità relative di varie storie alternative (ad esempio, di una particella).

Interpretazione d’ensemble

L’interpretazione d’ensemble, chiamata anche interpretazione statistica, può essere vista come un’interpretazione minimalista. Cioè, afferma di fare il minor numero di ipotesi associate alla matematica standard. Prende l’interpretazione statistica di Born nella misura massima. L’interpretazione afferma che la funzione d’onda non si applica a un singolo sistema – ad esempio, una singola particella – ma è una quantità statistica astratta che si applica solo a un insieme (una vasta moltitudine) di sistemi o particelle preparati allo stesso modo. Nelle parole di Einstein:

Il tentativo di concepire il quantistica descrizione completa descrizione dei singoli sistemi porta a innaturale interpretazioni teoriche, che diventano immediatamente inutili se si accetta l’interpretazione che la descrizione si riferisce alle compagini di sistemi e non ai singoli sistemi.

— Einstein in Albert Einstein: Filosofo-Scienziato, ed. P. A. Schilpp (Harper& Row, New York)

Il più importante sostenitore attuale dell’interpretazione d’insieme è Leslie E. Ballentine, professore alla Simon Fraser University, autore del libro di testo Quantum Mechanics, A Modern Development.

Teoria di De Broglie–Bohmedit

La teoria di de Broglie–Bohm della meccanica quantistica (nota anche come teoria delle onde pilota) è una teoria di Louis de Broglie ed estesa successivamente da David Bohm per includere le misurazioni. Le particelle, che hanno sempre posizioni, sono guidate dalla funzione d’onda. La funzione d’onda si evolve secondo l’equazione d’onda di Schrödinger e la funzione d’onda non collassa mai. La teoria si svolge in un singolo spazio-tempo, non è locale ed è deterministica. La determinazione simultanea della posizione e della velocità di una particella è soggetta al solito vincolo del principio di indeterminazione. La teoria è considerata una teoria delle variabili nascoste, e abbracciando la non-località soddisfa la disuguaglianza di Bell. Il problema di misurazione è risolto, poiché le particelle hanno posizioni definite in ogni momento. Il collasso è spiegato come fenomenologico.

Quantum DarwinismEdit

Quantum Darwinismo è una teoria che ha lo scopo di spiegare l’emergere del mondo classico dal mondo della fisica quantistica, come a causa di un processo Darwiniano di selezione naturale indotta dall’ambiente che interagisce con il sistema quantistico; dove i molti possibili stati quantistici sono selezionati contro, a favore di una stabile puntatore stato. È stato proposto nel 2003 da Wojciech Zurek e da un gruppo di collaboratori tra cui OIvier, Poulin, Paz e Blume-Kohout. Lo sviluppo della teoria è dovuto all’integrazione di una serie di argomenti di ricerca di Zurek perseguiti nel corso di venticinque anni tra cui: stati di puntatore, einselezione e decoerenza.

Interpretazione transazionalemodifica

L’interpretazione transazionale della meccanica quantistica (TIQM) di John G. Cramer è un’interpretazione della meccanica quantistica ispirata alla teoria dell’assorbitore Wheeler–Feynman. Descrive il collasso della funzione d’onda come risultante da una transazione tempo-simmetrica tra un’onda di possibilità dalla sorgente al ricevitore (la funzione d’onda) e un’onda di possibilità dal ricevitore alla sorgente (il coniugato complesso della funzione d’onda). Questa interpretazione della meccanica quantistica è unica in quanto non solo vede la funzione d’onda come un’entità reale, ma il complesso coniugato della funzione d’onda, che appare nella regola di Born per calcolare il valore atteso per un osservabile, come anche reale.

Teoria del collasso oggettivomodifica

Le teorie del collasso oggettivo differiscono dall’interpretazione di Copenaghen considerando sia la funzione d’onda che il processo di collasso come ontologicamente oggettivi (nel senso che questi esistono e si verificano indipendentemente dall’osservatore). Nelle teorie oggettive, il collasso si verifica casualmente (“localizzazione spontanea”) o quando viene raggiunta una soglia fisica, con gli osservatori che non hanno un ruolo speciale. Quindi, le teorie del collasso oggettivo sono teorie realistiche, indeterministiche, senza variabili nascoste. La meccanica quantistica standard non specifica alcun meccanismo di collasso; QM dovrebbe essere esteso se il collasso obiettivo è corretto. Il requisito per un’estensione a QM significa che il collasso oggettivo è più una teoria che un’interpretazione. Gli esempi includono

• la teoria Ghirardi–Rimini–Weber
• l’interpretazione di Penrose.
• la variante deterministica di una teoria del collasso oggettivo

La coscienza causa il collasso (interpretazione di von Neumann–Wigner)Modifica

Nel suo trattato The Mathematical Foundations of Quantum Mechanics, John von Neumann analizzò profondamente il cosiddetto problema della misurazione. Concluse che l’intero universo fisico poteva essere soggetto all’equazione di Schrödinger (la funzione d’onda universale). Ha anche descritto come la misurazione potrebbe causare un collasso della funzione d’onda. Questo punto di vista è stato notevolmente ampliato da Eugene Wigner, che ha sostenuto che la coscienza dello sperimentatore umano (o forse anche la coscienza del cane) era fondamentale per il collasso, ma in seguito ha abbandonato questa interpretazione.

Variazioni della coscienza provoca collasso interpretazione includono:

Riduzione soggettiva ricerca Questo principio, che la coscienza provoca il collasso, è il punto di intersezione tra la meccanica quantistica e il problema mente / corpo; e i ricercatori stanno lavorando per rilevare eventi coscienti correlati con eventi fisici che, secondo la teoria quantistica, dovrebbero comportare un collasso della funzione d’onda; ma, finora, i risultati sono inconcludenti. Principio antropico partecipativo

Il principio antropico partecipativo di John Archibald Wheeler afferma che la coscienza gioca un ruolo nel portare l’universo all’esistenza.

Altri fisici hanno elaborato le proprie variazioni dell’interpretazione delle cause di collasso della coscienza; tra cui:

• Henry P. Stapp (Mindful Universe: La Meccanica quantistica e l’Osservatore Partecipante)
• Bruce Rosenblum e Fred Kuttner (Quantum Enigma: la Fisica Incontra la Coscienza)
• Amit Goswami (Self-Aware Universe)

Quantum logicEdit

logica Quantistica può essere considerato come una sorta di logica proposizionale adatto per comprendere le evidenti anomalie rispetto quantum di misura, più in particolare quelle riguardanti la composizione di le operazioni di misurazione di variabili complementari. Questa area di ricerca e il suo nome hanno avuto origine nel documento del 1936 di Garrett Birkhoff e John von Neumann, che ha tentato di conciliare alcune delle apparenti incongruenze della logica booleana classica con i fatti relativi alla misurazione e all’osservazione in meccanica quantistica.

Interpretazioni modali della teoria quantistica

Le interpretazioni modali della meccanica quantistica furono concepite per la prima volta nel 1972 da Bas van Fraassen, nel suo articolo “A formal approach to the philosophy of science.”Tuttavia, questo termine ora è usato per descrivere un insieme più ampio di modelli che sono nati da questo approccio. La Stanford Encyclopedia of Philosophy descrive diverse versioni:

• La variante di Copenaghen
• Interpretazioni di Kochen–Dieks–Healey
• Che motivano le prime interpretazioni modali, basate sul lavoro di R. Clifton, M. Dickson e J. Bub.

Teorie tempo-simmetrichemodifica

Sono state proposte diverse teorie che modificano le equazioni della meccanica quantistica per essere simmetriche rispetto all’inversione temporale. (Vedi teoria tempo–simmetrica di Wheeler-Feynman.) Questo crea retrocausalità: gli eventi in futuro possono influenzare quelli in passato, esattamente come gli eventi in passato possono influenzare quelli in futuro. In queste teorie, una singola misurazione non può determinare completamente lo stato di un sistema (rendendole un tipo di teoria delle variabili nascoste), ma date due misurazioni eseguite in momenti diversi, è possibile calcolare lo stato esatto del sistema in tutti i momenti intermedi. Il collasso della funzione d’onda non è quindi un cambiamento fisico al sistema, solo un cambiamento nella nostra conoscenza di esso a causa della seconda misura. Allo stesso modo, spiegano l’entanglement come non un vero stato fisico ma solo un’illusione creata ignorando la retrocausalità. Il punto in cui due particelle sembrano “impigliarsi” è semplicemente un punto in cui ogni particella viene influenzata da eventi che si verificano all’altra particella in futuro.

Non tutti i sostenitori della causalità tempo-simmetrica favoriscono la modifica della dinamica unitaria della meccanica quantistica standard. Così un esponente di primo piano del formalismo vettoriale a due stati, Lev Vaidman, afferma che il formalismo vettoriale a due stati si sposa bene con l’interpretazione di molti mondi di Hugh Everett.