Транзакционная интерпретация
Часть серии статей о |
Квантовая механика |
---|
Транзакционная интерпретация квантовой механики ( TIQM ) рассматривает волновую функцию стандартного квантового формализма и ее комплексно-сопряженную форму как запаздывающие (вперед во времени) и опережающие (назад во времени) волны, которые формируют квантовое взаимодействие как уравнение Уиллера-Фейнмана. рукопожатие или транзакция. Впервые он был предложен в 1986 году Джоном Г. Крамером , который утверждает, что он помогает развивать интуицию в отношении квантовых процессов. Он также предполагает, что это позволяет избежать философских проблем с копенгагенской интерпретацией и ролью наблюдателя, а также разрешает различные квантовые парадоксы . [1] [2] [3] TIQM стал второстепенным сюжетом его научно-фантастического романа « Мост Эйнштейна» .
Совсем недавно он также утверждал, что TIQM согласуется с экспериментом в Афшаре , в то время как копенгагенская интерпретация и интерпретация многих миров таковыми не являются. [4]
Существование как опережающих, так и запаздывающих волн как допустимых решений уравнений Максвелла было исследовано в теории поглотителя Уилера-Фейнмана . Крамер возродил идею двух волн в своей транзакционной интерпретации квантовой теории. В то время как обычное уравнение Шредингера не допускает продвинутых решений, его релятивистская версия допускает, и именно эти усовершенствованные решения используются TIQM.
В TIQM источник излучает обычную (запаздывающую) волну вперед во времени, но он также излучает опережающую волну назад во времени; кроме того, приемник, который находится позже во времени, также излучает опережающую волну назад во времени и запаздывающую волну вперед во времени. Квантовое событие происходит, когда «рукопожатие» обмена опережающими и запаздывающими волнами запускает формирование транзакции, в которой передаются энергия, импульс, угловой момент и т. д. Квантовый механизм формирования транзакций был явно продемонстрирован для случая передачи фотона между атомами в разд. 5.4 Карвера Мида книги «Коллективная электродинамика» . В этой интерпретации коллапс волновой функции не происходит в какой-то конкретный момент времени, а является «временным» и происходит на протяжении всей транзакции, а процесс эмиссии/поглощения симметричен во времени. Волны рассматриваются как физически реальные, а не просто математические устройства для записи знаний наблюдателя, как в некоторых других интерпретациях квантовой механики. . [ нужна ссылка ] Философ и писательница Рут Кастнер утверждает, что волны существуют как возможности вне физического пространства-времени и поэтому необходимо принять такие возможности как часть реальности. [5]
Крамер использовал TIQM при преподавании квантовой механики в Вашингтонском университете в Сиэтле .
Прогресс по сравнению интерпретациями с предыдущими
TIQM явно нелокален и, как следствие, логически согласуется с контрфактической определенностью (CFD), минимальным реалистическим предположением. [2] По существу, она включает в себя нелокальность, продемонстрированную тестовыми экспериментами Белла , и устраняет реальность, зависящую от наблюдателя, которая подвергалась критике как часть копенгагенской интерпретации . Крамер заявляет, что ключевые достижения по сравнению с интерпретацией относительного состояния Эверетта [6] заключаются в том, что транзакционная интерпретация имеет физический коллапс и симметрична во времени. [2] Крамер также утверждает, что ТИ согласуется с идеей эйнштейновской блочной вселенной, но не зависит от нее . [7] Кастнер утверждает, что, рассматривая произведение опережающих и запаздывающих волновых функций, правило Борна можно объяснить онтологически. [8]
Транзакционная интерпретация внешне похожа на формализм векторов двух состояний (TSVF). [9] который берет свое начало в работе Якира Ааронова , Питера Бергмана и Джоэла Лебовица 1964 года. [10] [11] Однако у него есть важные отличия: TSVF не имеет подтверждения и поэтому не может предоставить физический референт для правила Борна (как это делает TI). Кастнер раскритиковал некоторые другие симметричные во времени интерпретации, включая TSVF, как содержащие онтологически непоследовательные утверждения. [12]
Кастнер разработал новую релятивистскую транзакционную интерпретацию (RTI), также называемую поссибилистской транзакционной интерпретацией (PTI), в которой само пространство-время возникает посредством транзакций. Утверждалось, что эта релятивистская транзакционная интерпретация может обеспечить квантовую динамику для программы причинных множеств . [13]
Дебаты [ править ]
В 1996 году Тим Модлин предложил мысленный эксперимент, включающий эксперимент Уиллера с отложенным выбором , который обычно воспринимается как опровержение TIQM. [14] Однако Кастнер показал, что аргумент Модлина не является фатальным для TIQM. [15] [16]
В своей книге «Квантовое рукопожатие » Крамер добавил иерархию к описанию псевдовремени, чтобы справиться с возражением Модлина, и указал, что некоторые аргументы Модлина основаны на неуместном применении интерпретации знания Гейзенберга к транзакционному описанию. [7]
Транзакционная интерпретация подвергается критике. Ниже приводится неполный список и некоторые ответы:
- «TI не генерирует новых прогнозов/не подлежит проверке/не тестировался». TI является точной интерпретацией QM, поэтому его прогнозы должны быть такими же, как и QM. Как и интерпретация многих миров (MWI), TI является «чистой» интерпретацией в том смысле, что она не добавляет ничего ad hoc, а обеспечивает физический референт для части формализма, в которой его не хватает (развитые состояния, неявно возникающие в « Рожденном» правило ). Таким образом, требование, которое часто предъявляется к ТИ в отношении новых предсказаний или проверяемости, является ошибочным и неверно истолковывает проект интерпретации как проект модификации теории. [17]
- «Неясно, где в пространстве-времени происходит транзакция». Одно четкое объяснение дано Крамером (1986), который изображает транзакцию как четырехвекторную стоячую волну, конечными точками которой являются события эмиссии и поглощения. [18]
- «Модлин (1996, 2002) продемонстрировал, что TI непоследовательна».
Вероятностная критика Модлина спутала транзакционную интерпретацию с интерпретацией знания Гейзенберга. Однако он выдвинул обоснованную точку зрения относительно причинно связанных возможных результатов, что побудило Крамера добавить иерархию к псевдовременному описанию формирования транзакций. [19] [15] [20] [21] [22] Кастнер расширил ТИ на релятивистскую область, и в свете этого расширения интерпретации можно показать, что Вызов Модлин даже не может быть поставлен и, следовательно, сведен на нет; нет необходимости в предложении Крамера об «иерархии». [23]
Модлин также утверждал, что вся динамика TI детерминирована и поэтому не может быть «коллапса». Но при этом, похоже, не учитывается реакция поглотителей, в чем и состоит вся инновация модели. В частности, линейность эволюции Шредингера нарушается реакцией поглотителей; это напрямую устанавливает переход неунитарного измерения без какой-либо необходимости в специальных модификациях теории. Неунитарность обсуждается, например, в главе 3 книги Кастнера «Транзакционная интерпретация квантовой механики: реальность возможности» (CUP, 2012). [8] - «Неясно, как транзакционная интерпретация обрабатывает квантовую механику более чем одной частицы». Этот вопрос рассматривается в статье Крамера 1986 года, в которой он приводит множество примеров применения TIQM к многочастичным квантовым системам. Однако, если вопрос касается существования многочастичных волновых функций в нормальном трехмерном пространстве, книга Крамера 2015 года подробно описывает обоснование многочастичных волновых функций в трехмерном пространстве. [24] Критика отчета Крамера о работе с многочастичными квантовыми системами в 2015 году содержится в Kastner 2016: «Обзор транзакционной интерпретации и ее эволюции в 21 веке», Philosophy Compass (2016). [25] В частности, он отмечает, что описание многочастичных состояний в Крамере 2015 обязательно антиреалистично: если они являются лишь частью «карты», то они нереальны, и в этой форме ТИ становится инструменталистской интерпретацией, в противоположность своему первоначальному духу. Таким образом, так называемое «отступление» к гильбертовому пространству (критикуемое также ниже в подробном обсуждении примечания [24] Вместо этого можно рассматривать как необходимое расширение онтологии, а не отступление к антиреализму/инструментализму в отношении многочастичных состояний. Расплывчатое заявление (под [24] ), что «Волны предложения представляют собой несколько эфемерные трехмерные космические объекты» указывает на отсутствие четкого определения онтологии, когда кто-то пытается удержать все в пространстве-времени 3+1.
См. также [ править ]
- Ретропричинность
- Квантовая запутанность
- Квантовая нелокальность
- Теория поглотителя Уиллера – Фейнмана
Ссылки [ править ]
- ^ Крамер, Джон (июль 2009 г.). «Транзакционная интерпретация квантовой механики» . У Дэниела Гринбергера ; Клаус Хентшель ; Фридель Вайнерт (ред.). Сборник квантовой физики . Спрингер. стр. 795–798. дои : 10.1007/978-3-540-70626-7_223 . ISBN 978-3-540-70622-9 .
- ^ Jump up to: а б с Крамер, Джон Г. (июль 1986 г.). «Транзакционная интерпретация квантовой механики» . Обзоры современной физики . 58 (3): 647–688. Бибкод : 1986РвМП...58..647С . дои : 10.1103/RevModPhys.58.647 .
- ^ Крамер, Джон Г. (февраль 1988 г.). «Обзор транзакционной интерпретации» (PDF) . Международный журнал теоретической физики . 27 (2): 227–236. Бибкод : 1988IJTP...27..227C . дои : 10.1007/BF00670751 . S2CID 18588747 .
- ^ Крамер, Джон Г. (декабрь 2005 г.). «Прощание с Копенгагеном?» . Аналог . Альтернативный взгляд. Журналы Делл.
- ^ Джордж Массер и Рут Кастнер; «Можем ли мы разрешить квантовые парадоксы, выйдя за пределы пространства и времени?» , блог Scientific American , 21 июня 2013 г.
- ^ Эверетт, Хью (июль 1957 г.). «Формулировка относительного состояния квантовой механики» (PDF) . Обзоры современной физики . 29 (3): 454–462. Бибкод : 1957РвМП...29..454Е . дои : 10.1103/RevModPhys.29.454 .
- ^ Jump up to: а б Крамер, Джон Г. (2016). Квантовое рукопожатие: запутанность, нелокальность и транзакции . Springer Science+Business Media. ISBN 978-3319246406 .
- ^ Jump up to: а б Кастнер, Р.Э. Транзакционная интерпретация квантовой механики: реальность возможностей (CUP, 2012)
- ^ Авшалом К. Элицур , Элиаху Коэн: Ретропричинная природа квантовых измерений, выявленная с помощью частичных и слабых измерений , AIP Conf. Учеб. 1408: Квантовая ретропричинность: теория и эксперимент (13–14 июня 2011 г., Сан-Диего, Калифорния) , стр. 120–131, дои : 10.1063/1.3663720
- ^ Ааронов, Якир; Бергманн, Питер Г.; Лебовиц, Джоэл Л. (22 июня 1964 г.). «Временная симметрия в квантовом процессе измерения». Физический обзор . 134 (6Б). Американское физическое общество (APS): 1410–1416. Бибкод : 1964PhRv..134.1410A . дои : 10.1103/physrev.134.b1410 . ISSN 0031-899X .
- ^ Якир Ахаронов, Лев Вайдман: Защитные измерения векторов с двумя состояниями , в: Роберт Сонне Коэн, Майкл Хорн, Джон Дж. Стэчел (ред.): Потенциал, запутанность и страсть на расстоянии , Квантово-механические исследования для AM Шимони, том второй, 1997 г., ISBN 978-0792344537 , стр. 1–8, стр. 2
- ^ Кастнер, Рут Э. (2017). «Действительно ли существует «ретропричинность» в симметричных во времени подходах к квантовой механике?». Квантовая ретрокаузация III . Материалы конференции AIP. 1841 (1): 020002. arXiv : 1607.04196 . Бибкод : 2017AIPC.1841b0002K . дои : 10.1063/1.4982766 . S2CID 55674241 .
- ^ Кастнер, Рут Э. (август 2012 г.). «Поссибилистская транзакционная интерпретация и относительность». Основы физики . 42 (8): 1094–1113. arXiv : 1204.5227 . Бибкод : 2012FoPh...42.1094K . дои : 10.1007/s10701-012-9658-4 . S2CID 119274926 .
- ^ Модлин, Тим (1996). Квантовая нелокальность и относительность: метафизические намеки современной физики (1-е изд.). Уайли-Блэквелл. ISBN 978-1444331271 .
- ^ Jump up to: а б Кастнер, Рут Э. (май 2006 г.). «Транзакционная интерпретация Крамера и проблемы причинной петли». Синтезируйте . 150 (1): 1–14. arXiv : Quant-ph/0408109 . дои : 10.1007/s11229-004-6264-9 . S2CID 5388235 .
- ^ Кастнер, Рут Э (2012). «Об экспериментах с отложенным выбором и случайными поглотителями» . ISRN Математическая физика . 2012 (1): 1–9. arXiv : 1205.3258 . Бибкод : 2012arXiv1205.3258K . дои : 10.5402/2012/617291 . S2CID 72712087 .
- ^ Квантовое рукопожатие Джона Г. Крамера, с. 183: «Ни одна последовательная интерпретация квантовой механики не может быть проверена экспериментально, потому что каждая из них представляет собой интерпретацию одного и того же квантовомеханического формализма, и формализм делает предсказания. Транзакционная интерпретация является точной интерпретацией формализма КМ. Как и многомировая интерпретация и копенгагенской интерпретации, ТИ является «чистой» интерпретацией, которая не добавляет ничего специального , но обеспечивает физический референт для части отсутствующего формализма (например, опережающие волновые функции, появляющиеся в вероятностном правиле Борна и Таким образом, требование новых предсказаний или проверяемости интерпретации основано на концептуальной ошибке задавшего вопрос, который неверно истолковывает интерпретацию как модификацию квантовой теории. Согласно «Бритве Оккама», гипотеза, которая вводит наименьшее количество независимых предположений, заключается в том, чтобы TI предлагает это преимущество перед своими конкурентами, поскольку вероятностное правило Борна является результатом, а не независимым предположением».
- ^ Квантовое рукопожатие Джона Г. Крамера, с. 183: TIQM «изображает транзакцию как результат рукопожатия предложения-подтверждения как четырехвекторную стоячую волну, нормальную в трехмерном пространстве с конечными точками в вершинах эмиссии и поглощения. Кастнер предсказал альтернативную версию формирования транзакции, в которой Формирование транзакции — это не пространственно-временной процесс, а процесс, происходящий на уровне возможности в более высоком гильбертовом пространстве, а не в 3+1-мерном пространстве-времени».
- ^ Берковиц, Дж. (2002). «О причинных петлях в квантовой сфере», в Т. Пласеке и Дж. Баттерфилде (ред.), Труды семинара перспективных исследований НАТО по модальности, вероятности и теоремам Белла, Клувер, 233–255.
- ^ Марчилдон, Л. (2006). «Причинные петли и коллапс в транзакционной интерпретации квантовой механики». Очерки по физике . 19 (3): 422–9. arXiv : Quant-ph/0603018 . Бибкод : 2006PhyEs..19..422M . дои : 10.4006/1.3025811 . S2CID 14249516 .
- ^ Квантовое рукопожатие Джона Г. Крамера, с. 184: «Модлин поставил интересную задачу для транзакционной интерпретации, указав на парадокс, который может быть построен, когда необнаружение медленной частицы, движущейся в одном направлении, изменяет конфигурацию обнаружения в другом направлении. Эта проблема решается с помощью TI... путем введения иерархии в порядке формирования транзакций... Другие решения проблемы, поднятой Модлином, можно найти в ссылках».
- ^ Квантовое рукопожатие Джона Г. Крамера, с. 184: Модлин также сделал заявление, основываясь на своем предположении, что волновая функция является представлением знаний наблюдателя, что она должна меняться, когда становится доступной новая информация. «Эта точка зрения, вдохновленная Гейзенбергом, не является частью транзакционной интерпретации, и ее введение приводит к ложному вероятностному аргументу. В транзакционной интерпретации волна предложений не меняется волшебным образом в середине полета в тот момент, когда становится доступной новая информация, а его правильное применение приводит к правильному вычислению вероятностей, согласующихся с наблюдением».
- ^ Кастнер, Р.Э. (2016). «Релятивистская транзакционная интерпретация: иммунитет к вызову Модлин». arXiv : 1610.04609 [ квант-ph ].
- ^ Jump up to: а б с Квантовое рукопожатие Джона Г. Крамера, с. 184. Более ранние публикации Крамера «предоставили множество примеров применения ТИ к системам, включающим более одной частицы. К ним относятся эксперимент Фридмана-Клаузера, который описывает двухфотонную транзакцию с тремя вершинами, и эффект Хэнбери-Брауна-Твисса. , которая описывает двухфотонную транзакцию с четырьмя вершинами. [Другие публикации содержат] множество примеров более сложных многочастичных систем, включая системы как с атомами, так и с фотонами.Но, возможно, поставленный выше вопрос основан на убеждении, что квантово-механические волновые функции для систем, состоящих более чем из одной частицы, не могут существовать в обычном трехмерном пространстве и вместо этого должны характеризоваться как существующие только в абстрактном многомерном гильбертовом пространстве. Действительно, «Поссибилистская транзакционная интерпретация» Кастнера принимает эту точку зрения и описывает формирование транзакций как в конечном итоге появляющееся в трехмерном пространстве, но формирующееся из волновых функций гильбертова пространства.... «Стандартная» транзакционная интерпретация, представленная здесь, с ее пониманием механизма коллапса волновой функции в результате формирования транзакций, дает новый взгляд на ситуацию, которая делает ненужным возвращение в гильбертово пространство. Волну предложения для каждой частицы можно рассматривать как волновую функцию свободной (т.е. некоррелированной) частицы и рассматривать как существующую в обычном трехмерном пространстве. Применение законов сохранения и влияние переменных других частиц системы на интересующую частицу происходит не на волновой стадии процесса, а на стадии формирования сделок. Транзакции «связывают» различные в остальном независимые волновые функции частиц, которые охватывают широкий диапазон возможных значений параметров, в согласованный ансамбль, и только те подкомпоненты волновой функции, которые коррелированы для удовлетворения граничных условий закона сохранения в вершинах транзакции, являются разрешено участвовать в формировании данной сделки. «Разрешенные зоны» гильбертова пространства возникают в результате формирования транзакций, а не из-за ограничений на исходные волны предложения, т.е. волновые функции частиц. Таким образом, утверждение о том, что квантовые волновые функции отдельных частиц в многочастичной квантовой системе не могут существовать в обычном трехмерном пространстве, является неверной интерпретацией роли гильбертова пространства, применения законов сохранения и причин запутанности. Это путает «карту» с «территорией». Волны предложения — это в некоторой степени эфемерные трехмерные космические объекты, но только те компоненты волны предложения, которые удовлетворяют законам сохранения и критериям запутанности, могут быть проецированы в конечную транзакцию, которая также существует в трехмерном пространстве».
- ^ Кастнер, Р.Э. (2016). «Транзакционная интерпретация и ее эволюция в 21 веке: обзор». arXiv : 1608.00660 [ квант-ph ].
- Дальнейшее чтение
- Джон Г. Крамер, Квантовое рукопожатие: запутанность, нелокальность и транзакции , Springer Verlag 2016, ISBN 978-3-319-24642-0 .
- Рут Э. Кастнер, Транзакционная интерпретация квантовой механики: реальность возможностей, Cambridge University Press, 2012.
- Рут Э. Кастнер, Понимание нашей невидимой реальности: решение квантовых загадок, Imperial College Press, 2015.
- Тим Модлин, Квантовая нелокальность и относительность , Blackwell Publishers, 2002, ISBN 0-631-23220-6 (обсуждается мысленный эксперимент , призванный опровергнуть TIQM; это было опровергнуто в Kastner 2012, глава 5)
- Карвер А. Мид, Коллективная электродинамика: квантовые основы электромагнетизма , 2000, ISBN 9780262133784 .
- Джон Гриббин , «Котята Шредингера и поиск реальности : решение квантовых загадок» дает обзор интерпретации Крамера и говорит, что «если повезет, она заменит копенгагенскую интерпретацию как стандартный способ мышления о квантовой физике для следующего поколения ученых». учёные».
Внешние ссылки [ править ]
- Джон Г. Крамер, почетный профессор физики Вашингтонского университета, представляет «Исследованное квантовое рукопожатие». Видео на YouTube от 1 февраля 2018 года .
- Павел В. Куракин, Георгий Г. Малинецкий, Как пчелы могут объяснить квантовые парадоксы , Автоматизация интеллектуалов (2 февраля 2005 г.). (В этой статье рассказывается о работе по дальнейшему развитию TIQM)
- Кастнер также применил TIQM к другим проблемам квантовой механики в [1] «Транзакционная интерпретация, контрфактические явления и слабые значения в квантовой теории» и [2] «Квантовый эксперимент с лжецом в транзакционной интерпретации».