Многомысленная интерпретация

Множественная интерпретация квантовой механики расширяет многомировую интерпретацию , предполагая, что различие между мирами должно проводиться на уровне разума отдельного наблюдателя. Эта концепция была впервые введена в 1970 году Х. Дитером Це как вариант интерпретации Хью Эверетта в связи с квантовой декогеренцией . и позже (в 1981 году) явно назвал интерпретацию многих или нескольких сознаний. Название «интерпретация многих умов» впервые было использовано Дэвидом Альбертом и Барри Лоуэром в 1988 году.

История

Интерпретации квантовой механики

Основная статья: Интерпретации квантовой механики

Различные интерпретации квантовой механики обычно включают объяснение математического формализма квантовой механики или создание физической картины теории. Хотя математическая структура имеет прочную основу, все еще ведется много споров о физической и философской интерпретации теории. Эти интерпретации направлены на рассмотрение различных концепций, таких как:

1. Эволюция состояния квантовой системы (задаваемой волновой функцией ), обычно с помощью уравнения Шрёдингера . Эта концепция почти повсеместно принята и редко подвергается обсуждению.
2. Проблема измерения , которая связана с так называемым коллапсом волновой функции – коллапсом квантового состояния в определенное измерение (т. е. в конкретное собственное состояние волновой функции). Споры о том, действительно ли происходит этот коллапс, являются центральной проблемой в интерпретации квантовой механики.

Стандартным решением проблемы измерения является «ортодоксальная» или «копенгагенская» интерпретация, которая утверждает, что волновая функция коллапсирует в результате измерения наблюдателем или устройством, внешним по отношению к квантовой системе. Альтернативная интерпретация, «Многомировая интерпретация», была впервые описана Хью Эвереттом в 1957 году. (где это называлось интерпретацией относительного состояния, название «Многие миры» было придумано Брайсом Селигманом ДеВиттом начиная с 1960-х годов и окончательно доработано в 1970-х годах). ). Его формализм квантовой механики отрицал, что измерение требует коллапса волны, вместо этого предполагая, что все, что действительно необходимо для измерения, — это формирование квантовой связи между частицей, измерительным устройством и наблюдателем.

Многомировая интерпретация

Основная статья: Многомировая интерпретация

В исходной формулировке относительного состояния Эверетт предположил, что существует одна универсальная волновая функция, которая описывает объективную реальность всей Вселенной. Он заявил, что когда подсистемы взаимодействуют, вся система становится суперпозицией этих подсистем. Сюда входят наблюдатели и системы измерения, которые становятся частью одного универсального состояния (волновой функции), которое всегда описывается уравнением Шрёдингера (или его релятивистской альтернативой). То есть состояния взаимодействующих подсистем «запутываются» таким образом, что любое определение одного обязательно должно включать в себя другое. Таким образом, состояние каждой подсистемы может быть описано только относительно каждой подсистемы, с которой она взаимодействует (отсюда и название «относительное состояние»).

Эверетт предположил, что Вселенная в целом неопределенна. Например, рассмотрим наблюдателя, измеряющего некоторую частицу, которая начинается в неопределенном состоянии, как со спином вверх , так и со спином вниз, то есть – суперпозицию обеих возможностей. Однако когда наблюдатель измеряет вращение этой частицы, оно всегда регистрируется как вверх , так и вниз. Проблема того, как понять этот внезапный переход от «и вверх, и вниз» к «либо вверх, либо вниз», называется проблемой измерения . Согласно многомировой интерпретации, акт измерения вызвал «расщепление» Вселенной на два состояния: одно со спином вверх, другое со спином вниз, а также на две ветви, исходящие из этих двух впоследствии независимых состояний. Одна ветка соответствует уровню. Другой измеряет вниз. Взгляд на прибор сообщает наблюдателю, на какой ветви он находится, но сама система неопределенна на этом и, логически расширяя, предположительно, на любом более высоком уровне.

«Миры» в теории многих миров — это просто полная история измерений до и во время рассматриваемого измерения, когда происходит расщепление. Каждый из этих «миров» описывает разные состояния универсальной волновой функции и не может взаимодействовать. Коллапса волновой функции в то или иное состояние не происходит, а скорее наблюдатель оказывается в мире, ведущем к тому, какое измерение он совершил, и не подозревает о других возможностях, которые столь же реальны.

Многомысленная интерпретация

Множественная интерпретация квантовой теории представляет собой многомирие с различием между мирами, построенным на уровне отдельного наблюдателя. Вместо того чтобы разветвляться мирами, разветвляется разум наблюдателя.

Цель этой интерпретации — преодолеть фундаментально странную концепцию, согласно которой наблюдатели находятся в суперпозиции сами с собой. В своей статье 1988 года Альберт и Лоуэр утверждают, что просто бессмысленно думать, что разум наблюдателя находится в неопределенном состоянии. Скорее, когда кто-то отвечает на вопрос о том, какое состояние системы он наблюдал, он должен ответить с полной уверенностью. Если они находятся в суперпозиции состояний, то такая определенность невозможна и мы приходим к противоречию. Чтобы преодолеть это, они затем предполагают, что это просто «тела» разума, которые находятся в суперпозиции, и что разум должен иметь определенные состояния, которые никогда не находятся в суперпозиции.

Когда наблюдатель измеряет квантовую систему и запутывается в ней, он теперь представляет собой более крупную квантовую систему. Каждой возможности внутри волновой функции соответствует психическое состояние мозга. В конечном счете, опытен только один разум, что приводит к тому, что остальные разветвляются и становятся недоступными, хотя и реальными. Таким образом, каждому разумному существу приписывается бесконечность разума, преобладание которого соответствует амплитуде волновой функции. Когда наблюдатель проверяет измерение, вероятность реализации конкретного измерения напрямую коррелирует с количеством умов, которые у него есть там, где он видит это измерение. Именно таким образом вероятностная природа квантовых измерений достигается интерпретацией многих умов.

Квантовая нелокальность в многосознательной интерпретации

Тело остается в неопределенном состоянии, в то время как разум выбирает стохастический результат.

Рассмотрим эксперимент, в котором измеряется поляризация двух фотонов . Когда фотон создается, он имеет неопределенную поляризацию . Если поток этих фотонов пропустить через поляризационный фильтр, через него пройдет 50% света. Это соответствует тому, что каждый фотон имеет 50%-ную вероятность совместиться с фильтром и, таким образом, пройти, или сместиться (на 90 градусов относительно поляризационного фильтра) и поглотиться. Квантово-механически это означает, что фотон находится в суперпозиции состояний, в которых он либо проходит, либо поглощается. Теперь рассмотрим возможность включения еще одного детектора фотонов и поляризации. Фотоны созданы таким образом, что они запутаны . То есть, когда один фотон приобретает состояние поляризации, другой фотон всегда будет вести себя так, как если бы он имел такую ​​же поляризацию. Для простоты предположим, что второй фильтр либо идеально совмещен с первым, либо идеально смещен (разница в угле 90 градусов, так что он поглощается). Если детекторы выровнены, оба фотона проходят (т.е. говорят, что они проходят соглашаться ). Если они несовпадены, то проходит только первый, а второй поглощается (теперь они не согласны ). Таким образом, запутанность приводит к идеальной корреляции между двумя измерениями – независимо от расстояния между ними, что делает взаимодействие нелокальным . Более подробно этот вид эксперимента объясняется в книге Тима Модлина « Квантовая нелокальность и относительность» . и может быть связано с тестовыми экспериментами Белла . Теперь рассмотрим анализ этого эксперимента с точки зрения многих умов:

Ни один разумный наблюдатель

Рассмотрим случай, когда нет разумного наблюдателя, то есть нет разума, способного наблюдать за экспериментом. В этом случае детектор будет находиться в неопределенном состоянии. Фотон одновременно проходит и поглощается и остается в этом состоянии. Корреляции скрыты тем, что ни одно из возможных «сознаний» или состояний волновой функции не соответствует некоррелированным результатам.

Один разумный наблюдатель

Теперь расширьте ситуацию, чтобы одно разумное существо наблюдало за устройством. Теперь они тоже переходят в неопределенное состояние. Их глаза, тело и мозг видят оба вращения одновременно. Однако разум стохастически выбирает одно из направлений, и именно это он и видит. Когда этот наблюдатель смотрит на второй детектор, его тело увидит оба результата. Их разум выберет результат, соответствующий первому детектору, и наблюдатель увидит ожидаемые результаты. Однако разум наблюдателя, видя один результат, не влияет напрямую на отдаленное состояние – просто не существует волновой функции, в которой не существовало бы ожидаемых корреляций. Истинная корреляция происходит только тогда, когда они действительно видят второй детектор.

Два разумных наблюдателя

Когда два человека смотрят на два разных детектора, сканирующих запутанные частицы, оба наблюдателя перейдут в неопределенное состояние, как и один наблюдатель. Эти результаты не обязательно должны совпадать – разум второго наблюдателя не обязательно должен иметь результаты, коррелирующие с разумом первого. Когда один наблюдатель сообщает результаты второму наблюдателю, их два разума не могут общаться и, таким образом, будут взаимодействовать только с телом другого, что еще неопределенно. Когда второй наблюдатель отреагирует, его тело отреагирует таким результатом, который согласуется с разумом первого наблюдателя. Это означает, что разумы обоих наблюдателей будут находиться в состоянии волновой функции, которая всегда дает ожидаемые результаты, но по отдельности их результаты могут быть разными.

Нелокальность многомысленной интерпретации

Как мы таким образом видели, любые корреляции, видимые в волновой функции сознания каждого наблюдателя, становятся конкретными только после взаимодействия между различными поляризаторами. Корреляции на уровне индивидуального разума соответствуют появлению квантовой нелокальности (или, что то же самое, нарушению неравенства Белла ). Таким образом, мир многих нелокален или не может объяснить корреляции EPR-GHZ.

Поддерживать

В настоящее время нет эмпирических доказательств в пользу многомысловой интерпретации. Однако существуют теории, которые не дискредитируют многомысловую интерпретацию. В свете анализа Беллом последствий квантовой нелокальности необходимы эмпирические доказательства, чтобы избежать изобретения новых фундаментальных концепций (скрытых переменных). Тогда становятся возможными два различных решения проблемы измерения: коллапс фон Неймана или интерпретация относительного состояния Эверетта . В обоих случаях может быть восстановлен (должным образом модифицированный) психофизический параллелизм.

Если нейронные процессы можно будет описать и проанализировать, то потенциально можно будет провести некоторые эксперименты, чтобы проверить, может ли воздействие на нейронные процессы оказать влияние на квантовую систему. Спекуляции о деталях этой связи сознания и локальной физической системы на чисто теоретической основе могут возникнуть, однако экспериментальный поиск их посредством неврологических и психологических исследований был бы идеальным.

Возражения

Ничто в самой квантовой теории не требует, чтобы каждая возможность волновой функции дополняла ментальное состояние. Поскольку все физические состояния (то есть состояния мозга) являются квантовыми состояниями, связанные с ними ментальные состояния также должны быть такими же. Тем не менее, это не то, что человек испытывает в физической реальности. Альберт и Лоуэр утверждают, что разум должен существенно отличаться от физической реальности, описываемой квантовой теорией. Таким образом, они отвергают физикализм типовой идентичности в пользу нередуктивной позиции. Однако Локвуд спасает материализм благодаря идее супервентности ментального над физическим.

Тем не менее, интерпретация многих умов не решает проблему безмозглых громадин как проблему супервентности. Ментальные состояния не супервентны над состояниями мозга, поскольку данное состояние мозга совместимо с различными конфигурациями психических состояний.

Другое серьезное возражение состоит в том, что исследователи интерпретаций No Collapse создали не более чем элементарные модели, основанные на определенном существовании конкретных измерительных устройств. Они предположили, например, что гильбертово пространство Вселенной естественным образом распадается на структуру тензорного произведения, совместимую с рассматриваемым измерением. Они также предположили, даже при описании поведения макроскопических объектов, что уместно использовать модели, в которых для описания всего соответствующего поведения используются только несколько измерений гильбертова пространства.

Более того, поскольку интерпретация многих умов подтверждается нашим опытом физической реальности, трудно согласовать представление о множестве невидимых миров и его совместимость с другими физическими теориями (т.е. с принципом сохранения массы). Согласно уравнению Шредингера, масса-энергия объединенной наблюдаемой системы и измерительного прибора одинакова до и после. Однако с каждым процессом измерения (т. е. расщеплением) общая масса-энергия, по-видимому, будет увеличиваться.

Питер Дж. Льюис утверждает, что многосторонняя интерпретация квантовой механики имеет абсурдные последствия для агентов, принимающих решения о жизни и смерти.

В целом теория многих умов утверждает, что сознательное существо, наблюдающее за результатом случайного эксперимента с нулевой суммой , разовьется в двух преемников в разных состояниях наблюдателя, каждый из которых наблюдает один из возможных результатов. Более того, теория советует отдавать предпочтение выбору в таких ситуациях пропорционально вероятности того, что он принесет хорошие результаты различным преемникам. Но в случае жизни или смерти, например, когда наблюдатель попадает в ящик с котом Шредингера, у наблюдателя будет только один преемник, поскольку один из исходов обеспечит смерть наблюдателя. Таким образом, кажется, что интерпретация многих умов советует залезть в ящик с кошкой, поскольку есть уверенность, что единственный преемник выйдет невредимым. См. также квантовое самоубийство и бессмертие .

Наконец, он предполагает, что существует какое-то физическое различие между сознательным наблюдателем и бессознательным измерительным устройством, поэтому, похоже, требуется исключить сильную гипотезу Чёрча-Тьюринга или постулировать физическую модель сознания.

См. также

• Сознание
• Квантовое самоубийство и бессмертие
• Квантовый разум
• Многомировая интерпретация
• Волновая функция

Внешние ссылки

• Викибук о сознании
• Библиография по интерпретации «многих умов»