Интерпретация фон Неймана – Вигнера
Интерпретация фон Неймана-Вигнера , также описываемая как « сознание вызывает коллапс », представляет собой интерпретацию квантовой механики , в которой постулируется, что сознание необходимо для завершения процесса квантового измерения .
Предыстория: наблюдения в квантовой механике.
[ редактировать ] |
В ортодоксальной копенгагенской интерпретации квантовая механика предсказывает только вероятности различных наблюдаемых экспериментальных результатов. Что представляет собой наблюдатель или наблюдение, не определяется теорией напрямую, а поведение измеряемой и наблюдаемой системы полностью отличается от ее обычного поведения: волновая функция , описывающая систему, разрастается во все большую суперпозицию различных возможных ситуации. Однако в ходе наблюдения волновая функция, описывающая систему, схлопывается к одному из нескольких вариантов. Если нет наблюдения, этого коллапса не происходит, и ни один из вариантов никогда не становится менее вероятным. [1]
С помощью квантовой механики, в отсутствие постулата коллапса, можно предсказать, что наблюдатель, наблюдающий квантовую суперпозицию, превратится в суперпозицию разных наблюдателей, видящих разные вещи. У наблюдателя будет волновая функция, которая описывает все возможные результаты. Тем не менее, в реальном опыте наблюдатель никогда не ощущает суперпозицию, но всегда чувствует, что один из результатов произошел с уверенностью. Этот очевидный конфликт между описанием волновой функции и классическим опытом называется проблемой наблюдения (см. « Проблема измерения» ). [2]
Интерпретация
[ редактировать ]В своей книге 1932 года «Математические основы квантовой механики » Джон фон Нейман утверждал, что математика квантовой механики позволяет коллапс волновой функции поместить в любое положение причинно-следственной цепочки от измерительного устройства до «субъективного восприятия» квантовой механики. человек-наблюдатель. В 1939 году Фриц Лондон и Эдмонд Бауэр выступили за последнюю границу (сознание). [3] В 1960-е годы Юджин Вигнер [4] « кот Шредингера » переформулировал мысленный эксперимент как « друг Вигнера » и предположил, что сознание наблюдателя является демаркационной линией, которая ускоряет коллапс волновой функции, независимо от какой-либо реалистической интерпретации. См. Сознание и измерение . Постулируется, что разум нефизичен и является единственным истинным измерительным прибором. [5]
Эта интерпретация была резюмирована следующим образом: [5]
Правила квантовой механики верны, но есть только одна система, которую можно рассматривать с помощью квантовой механики, а именно весь материальный мир. Существуют внешние наблюдатели, которых нельзя рассматривать в рамках квантовой механики, а именно разум человека (и, возможно, животных) , который выполняет измерения в мозге, вызывая коллапс волновой функции.
Генри Стэпп аргументировал эту концепцию следующим образом: [6]
С точки зрения математики квантовой теории нет смысла рассматривать измерительное устройство как нечто существенно отличающееся от набора атомных составляющих, из которых оно состоит. Прибор – это всего лишь еще одна часть физической вселенной... Причем сознательные мысли человека-наблюдателя должны быть причинно связаны самым непосредственным и непосредственным образом с тем, что происходит в его мозгу, а не с тем, что происходит снаружи, на каком-то измерительном приборе. .. Наши тела и мозг, таким образом, становятся... частями квантово-механически описанной физической вселенной. Такое унифицированное рассмотрение всей физической вселенной обеспечивает концептуально простую и логически последовательную теоретическую основу...
Возражения против интерпретации
[ редактировать ]Существуют и другие возможные решения мысленного эксперимента «друг Вигнера», которые не требуют, чтобы сознание отличалось от других физических процессов. Более того, Вигнер фактически перешел к этим интерпретациям (и отошел от «сознания вызывает коллапс») в последние годы своей жизни. Отчасти это произошло потому, что его смущало то, что «сознание вызывает коллапс» может привести к своего рода солипсизму , но также и потому, что он решил, что был неправ, пытаясь применить квантовую физику в масштабе повседневной жизни (в частности, он отверг первоначальную идею идея рассмотрения макроскопических объектов как изолированных систем). [7] См. друга Вигнера § Сознание и суперпозиция .
Эта интерпретация опирается на интеракционистскую форму дуализма , несовместимую с материализмом , который обычно используется для понимания мозга и принимается большинством ученых. [5] (Материализм предполагает, что сознание не играет особой роли по отношению к квантовой механике.) [5] Несмотря на проблему измерения , они указывают на причинную замкнутость физики, предполагая проблему того, как сознание и материя могут взаимодействовать, что напоминает возражения против дуализма субстанции Декарта .
Единственная форма интеракционистского дуализма , которая кажется хотя бы отдаленно обоснованной в современной картине, — это форма, которая использует определенные свойства квантовой механики. Есть два пути, по которым это может пойти. Во-первых, некоторые [например, Eccles 1986 ] апеллировали к существованию квантовой неопределенности и предположили, что нефизическое сознание может быть ответственным за заполнение возникающих в результате причинных пробелов, определяя , какие значения некоторые физические величины могут принимать в пределах явно « вероятностного » распределения. ... Это смелое и интересное предложение, но оно имеет ряд проблем... Второй способ, с помощью которого квантовая механика подходит к проблеме причинного замыкания, заключается в том, что в некоторых интерпретациях квантового формализма само сознание играет жизненно важную причинную роль, поскольку необходимо вызвать так называемый « коллапс волновой функции ». Предполагается, что этот коллапс произойдет при любом акте измерения ; и в одной интерпретации единственный способ отличить измерение от неизмерения — это наличие сознания. Эта теория, конечно, не является общепринятой (начнем с того, что она предполагает , что сознание само по себе не является физическим , что, конечно, противоречит взглядам большинства физиков), и я сам этого не принимаю, но во всяком случае кажется, что вид причинной работы, совершаемой здесь сознанием, совершенно отличен от того рода, который требуется для сознания играть роль в управлении поведением... В любом случае, все версии интеракционистского дуализма имеют концептуальную проблему, которая предполагает, что они менее успешны в избежании эпифеноменализма , чем может показаться; или, по крайней мере, они не лучше, чем натуралистический дуализм . в некотором смысле Даже с учетом этих взглядов феноменальное не имеет значения. Мы всегда можем вычесть феноменальный компонент из любого объяснительного объяснения, получив чисто причинный компонент. [8]
- Дэвид Чалмерс , «Нередуцируемость сознания» в книге «Сознательный разум: в поисках фундаментальной теории».
Интерпретацию также критиковали за то, что она не объясняет, какие вещи обладают достаточным сознанием, чтобы коллапсировать волновую функцию. Кроме того, это постулирует важную роль сознательного разума, и возникает вопрос, как это могло иметь место в более ранней Вселенной, до того, как сознание развилось или появилось. Утверждалось, что «[сознание вызывает коллапс] не позволяет разумно обсуждать космологию Большого взрыва или биологическую эволюцию ». [5] Например, Роджер Пенроуз заметил: «Эволюция сознательной жизни на этой планете происходит благодаря соответствующим мутациям, происходящим в разное время. Это, по-видимому, квантовые события, поэтому они будут существовать только в линейно наложенной форме, пока не наконец, привело к эволюции сознательного существа, само существование которого зависит от того, чтобы все правильные мутации «действительно» произошли!» [9] Другие далее предполагают наличие универсального разума (см. также панпсихизм и панэкспериентализм ). Другие исследователи выразили аналогичные возражения против внесения какого-либо субъективного элемента в коллапс волновой функции. [10] [11] [12]
Тестируемость
[ редактировать ]Утверждалось, что результаты экспериментов с квантовым ластиком с отложенным выбором эмпирически фальсифицируют эту интерпретацию. [13] Однако было показано, что этот аргумент недействителен, поскольку интерференционная картина будет видна только после того, как обнаружения после измерения будут коррелированы с помощью счетчика совпадений; [14] если бы это было не так, эксперимент позволил бы передать сигналы в прошлое. [15] Эксперимент с квантовым ластиком с отложенным выбором также использовался для аргументации в пользу этой интерпретации. [16] [17] но, как и в случае с другими аргументами, ни одна из цитируемых ссылок не доказывает и не опровергает эту интерпретацию.
Центральная роль сознания в этой интерпретации, естественно, требует использования психологических экспериментов для ее проверки или фальсификации. Один из таких подходов основан на квантовомеханическом объяснении эмпирического эффекта предчувствия. [18] Другой подход использует эффект психологической подготовки для разработки соответствующего теста. [19] Оба метода утверждают, что проверка прошла успешно.
Прием
[ редактировать ]Опрос был проведен на конференции по квантовой механике в 2011 году с участием 33 участников (включая физиков, математиков и философов). Исследователи обнаружили, что 6% участников (2 из 33) указали, что, по их мнению, наблюдатель «играет особую физическую роль (например, коллапс волновой функции сознания)». В этом опросе также говорится, что 55% (18 из 33) указали, что, по их мнению, наблюдатель «играет фундаментальную роль в применении формализма, но не играет выдающейся физической роли». Они также отмечают, что «в популярных источниках иногда высказывается предположение, что копенгагенская интерпретация приписывает такую роль сознанию. На наш взгляд, это означает неправильное понимание копенгагенской интерпретации». [20]
Взгляды пионеров квантовой механики
[ редактировать ]Многие из создателей квантово-механической теории считали, что люди могут эффективно исследовать природу посредством взаимодействия с ней, и что в этом отношении квантовая механика не отличается от классической механики . [21] [22] [23] Кроме того, Вернер Гейзенберг утверждал, что коллапс волновой функции , «прерывистое изменение функции вероятности», происходит, когда результат измерения регистрируется в сознании наблюдателя. Однако это произошло потому, что он понимал функцию вероятности как артефакт человеческого знания: он также утверждал, что реальность материального перехода от «возможного» к «фактическому» не зависит от разума. [24] Альберт Эйнштейн , который верил в реализм и не признавал теоретической полноты квантовой механики, аналогичным образом призывал к чисто эпистемической концепции волновой функции:
[Я выступаю за] то, что пси-функцию [т. е. волновую функцию] понимают только как неполное описание реального положения дел, причем неполнота описания вызвана тем фактом, что наблюдение за состоянием способно только уловить часть реальной фактической ситуации. Тогда можно, по крайней мере, избежать единственного представления о том, что наблюдение (понимаемое как акт сознания) влияет на реальное физическое состояние вещей; изменение пси-функции посредством наблюдения тогда соответствует по существу не изменению реального факта, а скорее изменению нашего знания об этом факте. [25]
Бор также проявлял активный интерес к философским последствиям квантовых теорий, таким как его принцип дополнительности . [26] Он считал, что квантовая теория предлагает полное описание природы, хотя оно просто плохо подходит для повседневного опыта, который лучше описывается классической механикой и вероятностью. Бор никогда не указывал демаркационную линию, выше которой объекты перестают быть квантовыми и становятся классическими. Он считал, что это вопрос не физики, а философии или удобства. [27]
См. также
[ редактировать ]- Интерпретации квантовой механики
- Измерение в квантовой механике
- Квантовый разум
- Так же, как Зенон
- друг Вигнера
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Гейзенберг, В. (1958). Физика и философия: революция в современной науке. Харпер и Роу.
- ^ Зурек, WH (2003). Декогеренция, энселекция и экзистенциальная интерпретация. Философия науки, 70 (5), 720–731.
- ^ Ф. Лондон и Э. Бауэр, «La théorie de l'observation en mécanique quantique» (1939), английский перевод в журнале « Квантовая теория и измерение» , под редакцией Дж. А. Уиллера и У. Х. Зурека, Принстонский университет, Принстон, Нью-Джерси, 1983, стр. 217–259. ISBN 0-691-08315-0
- ^ Вигнер, Юджин; Генри Маргенау (1967). «Заметки по вопросу разума и тела в симметриях и размышлениях, научных очерках» . Американский журнал физики . 35 (12): 1169–1170. Бибкод : 1967AmJPh..35.1169W . дои : 10.1119/1.1973829 . Архивировано из оригинала 12 января 2013 г. Проверено 30 июля 2009 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Шрайбер, Цви (16 января 1995 г.). «Девять жизней кота Шредингера». arXiv : Quant-ph/9501014 .
- ^ Х. Стапп (2001). «Квантовая теория и роль разума в природе». Основы физики . 31 (10): 1465–1499. arXiv : Quant-ph/0103043 . дои : 10.1023/А:1012682413597 . S2CID 189823051 .
- ^ Майкл Эсфельд, (1999), Обзор эссе: взгляд Вигнера на физическую реальность , опубликовано в журнале «Исследования по истории и философии современной физики», 30B, стр. 145–154, Elsevier Science Ltd.
- ^ Чалмерс, Дэвид (1996). Сознательный разум: в поисках фундаментальной теории . Серия «Философия разума». Издательство Оксфордского университета, США. стр. 156–157 . ISBN 978-0-19-983935-3 .
- ^ Роджер Пенроуз, Новый разум императора , Penguin Books, 1989, стр. 295.
- ^ Мандель, Л. (1999). «Квантовые эффекты в однофотонной и двухфотонной интерференции». Обзоры современной физики . 71 (2): С274–С282. Бибкод : 1999RvMPS..71..274M . дои : 10.1103/revmodphys.71.s274 .
- ^ Цайлингер, А. (1999). «Эксперимент и основы квантовой физики». Обзоры современной физики . 71 (2): С288–С297. Бибкод : 1999RvMPS..71..288Z . дои : 10.1103/revmodphys.71.s288 .
- ^ Брукнер, К.; Цайлингер, А. (2002). «Эксперимент Янга и конечность информации». Филос. Пер. Р. Сок. Лонд . 360 (1794): 1061–1069. arXiv : Quant-ph/0201026 . Бибкод : 2002RSPTA.360.1061B . дои : 10.1098/rsta.2001.0981 . ПМИД 12804293 . S2CID 16379957 .
- ^ Ю, С.; Николич, Д. (2011). «Квантовая механика не нуждается в сознании» (PDF) . Аннален дер Физик . 523 (11): 931–938. Бибкод : 2011АнП...523..931Г . дои : 10.1002/andp.201100078 . S2CID 122412883 .
- ^ Де Баррос, Дж. Акасио; Оас, Гэри (2017). «Можем ли мы фальсифицировать гипотезу о коллапсе сознания в квантовой механике?» . Основы физики . 47 (10): 1294–1308. arXiv : 1609.00614 . Бибкод : 2017FoPh...47.1294D . дои : 10.1007/s10701-017-0110-7 . S2CID 118666353 .
- ^ Эндрю, Найт (2020). «Квантовая механика может нуждаться в сознании». arXiv : 2005.13317 [ квант-ph ].
- ^ Жак, В.; Ву, Э.; Гроссханс, Ф.; Трейссар, Ф.; Гранжер, П.; Аспект, А.; Рох, Ж.-Ф. (2007). «Экспериментальная реализация мысленного эксперимента Уиллера с отложенным выбором». Наука . 315 (5814): 966–968. arXiv : Quant-ph/0610241 . Бибкод : 2007Sci...315..966J . дои : 10.1126/science.1136303 . ПМИД 17303748 . S2CID 6086068 .
- ^ Ма, Сяо-Сун; Зоттер, Стефан; Кофлер, Йоханнес; Урсин, Руперт; Дженневейн, Томас; Брукнер, Часлав; Цайлингер, Антон (2012). «Экспериментальная замена запутанности с отложенным выбором». Физика природы . 8 (6): 479–484. arXiv : 1203.4834 . Бибкод : 2012НатФ...8..480М . дои : 10.1038/nphys2294 . S2CID 119208488 .
- ^ Левин, EY (3 апреля 2023 г.). «Эффект предчувствия указывает на возникновение коллапса фон Неймана» . Журнал аномального опыта и познания . 3 (1): 174–193. дои : 10.31156/jaex.24455 .
- ^ Люсидо, Р.Дж. (2023). «Тестирование сознания, вызывающего коллапс, интерпретация квантовой механики с использованием подсознательных простых чисел, полученных в результате случайных колебаний радиоактивного распада». Журнал исследования и исследования сознания . 14 (3): 185–194. дои : 10.13140/RG.2.2.20344.72969 .
- ^ Шлоссауэр, М.; Коер, Дж.; Цайлингер, А. (2013). «Снимок фундаментального отношения к квантовой механике». Исследования по истории и философии науки. Часть B: Исследования по истории и философии современной физики . 44 (3): 222–230. arXiv : 1301.1069 . Бибкод : 2013ШПМП..44..222С . дои : 10.1016/j.shpsb.2013.04.004 . S2CID 55537196 .
- ^ Бор, Нильс (1958). Атомная физика и человеческие знания . Уайли. , стр. 73, 81: «Свобода экспериментирования, предполагаемая в классической физике, конечно, сохраняется и соответствует свободному выбору экспериментальной схемы, для которой математическая структура квантовомеханического формализма предлагает соответствующую свободу. ... В великой драмы существования мы сами являемся и актерами, и зрителями».
- ^ Гейзенберг, Вернер (1958). Физика и философия . Харпер и Роу. , с. 32: «Измерительное устройство было сконструировано наблюдателем, и мы должны помнить, что то, что мы наблюдаем, — это не природа сама по себе, а природа, подвергнутая нашему методу допроса».
- ^ Паули, Вольфганг (1954). «Naturwissenschaftliche und erkenntnistheoretische Aspecte der Ideen vom Unbewussten». Диалектика . 8 (4): 283–301. дои : 10.1111/j.1746-8361.1954.tb01265.x . в переводе Харальда Атманспехера и Ханса Примаса, Journal of Consciousness Studies 13(3), 5-50 (2006): «Идеи Паули о разуме и материи в контексте современной науки»: «Как только физический наблюдатель выбрал свою экспериментальную схему , он не имеет дальнейшего влияния на результат, который объективно регистрируется и общедоступен. Субъективные свойства наблюдателя или его психологическое состояние столь же неуместны в квантово-механических законах природы, как и в классической физике».
- ^ Гейзенберг, Вернер (1958). Физика и философия . Харпер и Роу. , с. 28. («Переход от «возможного» к «действительному» происходит, как только вступило в действие взаимодействие предмета с измерительным прибором, а тем самым и со всем остальным миром; он не связан с Однако прерывистое изменение функции вероятности происходит вместе с актом регистрации, потому что именно прерывистое изменение наших знаний в момент регистрации имеет свое отражение. разрывное изменение функции вероятности».)
- ^ А. Эйнштейн — В. Хейтлеру, 1948, переведено в книге А. Файна, « Интерпретации квантовой теории Эйнштейна», стр. 262.
- ^ «Нильс Бор – Сессия V» . Интервью по устной истории . Американский институт физики . 5 января 2015 года . Проверено 7 апреля 2022 г.
Я чувствовал, что философы были очень странными людьми, которые действительно заблудились, потому что у них нет инстинкта, что важно чему-то научиться и что мы должны быть действительно готовы узнать что-то очень важное. Есть самые разные люди, но я думаю, было бы разумно сказать, что ни один человек, которого называют философом, действительно не понимает, что подразумевается под дополнительным описанием.
- ^ Бор, Нильс (1928). «Квантовый постулат и новейшее развитие атомной теории» . Природа . 121 (3050): 580–590. Бибкод : 1928Natur.121..580B . дои : 10.1038/121580a0 . «: «Квантовый постулат подразумевает, что любое наблюдение атомных явлений будет включать взаимодействие с наблюдателем, которым нельзя пренебрегать. Соответственно, независимая реальность в обычном физическом смысле не может быть приписана ни явлениям, ни средствам наблюдения. В конце концов, понятие наблюдения настолько условно, насколько оно зависит от того, какие объекты входят в систему, подлежащую наблюдению. В конечном счете любое наблюдение, конечно, можно свести к нашему чувственному восприятию. Однако то обстоятельство, что при интерпретации наблюдений всегда необходимо использовать теоретические понятия, влечет за собой то, что для каждого конкретного случая это вопрос удобства, и в этот момент вводится понятие наблюдения, включающее квантовый постулат с присущей ему «иррациональностью». ."
Внешние ссылки
[ редактировать ]- ФИЗИКА СЕГОДНЯ: «Существует ли Луна, когда никто не смотрит? Реальность и квантовая теория». Архивировано 16 августа 2013 г. в Wayback Machine (pdf).
- «Квантовая космология и трудная проблема сознательного мозга» (pdf)
- Осознанная сенсационность: квантовая основа сознания.
- Брайан Джозефсон о КМ и сознании
- Квантовая загадка от Oxford University Press
- «Критика квантовой загадки. Физика сталкивается с сознанием», Майкл Науенберг.
