Копенгагенская и многомировая интерпретации квантовой механики — простое объяснение

Попробуйте Blinkist бесплатно в течение 7 дней: https://www.blinkist.com/arvinash
Физики умеют использовать уравнения квантовой механики для предсказания событий, но не понимают, что происходит на самом деле. Главная проблема заключается в том, что, согласно уравнениям квантовой механики, все частицы находятся в состоянии суперпозиции. Фактически, до того, как будет измерена частица, она, как говорят, находится во многих состояниях одновременно. Как объяснить переход от поведения объектов в квантовых масштабах к их классическому поведению после измерения? Различные интерпретации квантовой механики являются попытками объяснить этот переход. Стандартной является копенгагенская интерпретация, поскольку она была разработана в Копенгагене (Дания) Нильсом Бором и Вернером Гейзенбергом. Её изучают большинство студентов в колледжах. Но даже большинство физиков не согласны с тем, что эта интерпретация верна. Единой общепринятой интерпретации не существует. Большинство интерпретаций фокусируются на уравнении Шрёдингера и волновой функции для объяснения квантового поведения. Это уравнение было выведено ирландско-австрийским физиком Эрвином Шрёдингером в 1926 году. Оно содержит волновую функцию, представленную греческой буквой пси. Немецкий физик Макс Борн сформулировал интерпретацию пси: квадрат нормы пси равен вероятности обнаружения частицы в любом конкретном состоянии при её измерении. Концепция измерения была введена для объяснения того, что мы фактически видим, когда проводим наблюдение. Дело в том, что даже если бы мы могли непосредственно наблюдать квантовые частицы, мы бы никогда не увидели их в суперпозиции, а лишь в том или ином состоянии. Давайте рассмотрим это на примере знаменитого эксперимента с котом Шрёдингера. У нас есть ящик, в котором находятся четыре предмета: кот, источник радиоактивного излучения, детектор с прикреплённым молотком и флакон с ядовитым газом. Если детектор обнаружит излучение, молоток разобьёт флакон с газом, и кот погибнет. Если детектор не обнаружит излучение, кот останется жив. Если взглянуть на это с точки зрения квантовой механики, то существуют два варианта волновой функции этой системы: кот мёртв или кот жив. Оба находятся в суперпозиции. В Копенгагенской интерпретации, как только вы открываете ящик для наблюдения, одна из вероятностей становится истинной, а другая исчезает. Волновая функция «коллапсирует» в результате измерения, проводимого наблюдателем или прибором, внешним по отношению к квантовой системе. Измерение — это взаимодействие квантовой системы с классической системой, которая может быть наблюдателем. Проблема этой интерпретации заключается в том, что она не объясняет, как происходит этот коллапс — каков его механизм? Это проблема измерения. Бор мог бы сказать, что она просто соответствует данным, поэтому мы знаем, что коллапс происходит. Альтернативная, многомировая интерпретация одного и того же события заключается в том, что никакого коллапса не происходит, а одновременно существуют два разных мира с двумя разными результатами. Эта интерпретация была сформулирована Хью Эвереттом в 1957 году, будучи аспирантом Принстонского университета. Некоторые утверждают, что это простейшая интерпретация квантовой механики, поскольку она не вводит никаких других предположений, кроме уравнения Шредингера. Отличие многомировой интерпретации от копенгагенской заключается в том, что она утверждает, что наблюдатель также является квантовой системой и запутан с котом. И кот, и наблюдатель являются частью одной и той же волновой функции. Таким образом, реальность, в которой кот жив, — это всего лишь один мир. Но есть другая реальность, в которой кот мёртв. Оба мира существуют. Вы просто случайно оказываетесь в одном из них. Почему мы находимся только в одной ветви? Эвереттианцы утверждают, что это происходит из-за декогеренции. Квантовая декогеренция — это физический процесс, используемый для описания перехода квантовых состояний в единственное состояние, которое мы переживаем. Ключевое понимание заключается в том, что в реальности запутаны не только вы и кот. Оба они также запутаны со своей средой, потому что ЭТО ТОЖЕ квантовая система. Среда внутри коробки для живого кота будет отличаться от среды для мёртвого кота. Поскольку теперь появляется запутанность с окружающей средой, когерентная суперпозиция между вами и котом нарушается. Уравнение Шрёдингера гласит, что две части волновой функции, приведённой выше, перпендикулярны друг другу и не имеют никакой связи. Это можно интерпретировать как два отдельных мира. #copenhageninterpretation #manyworldsinterpretation Вселенная как будто разделяется на два отдельных мира. Это декогеренция. Это ещё один способ объяснить, как квантовая суперпозиция теряется при взаимодействии с окружающей средой. Вы также можете рассматривать это как квантовую природу исходной двухкомпонентной системы, которая пропускает информацию в окружающую среду из-за своего взаимодействия с ней.