Многократная интерпретация

Многоразумная интерпретация квантовой механики расширяет многомировую интерпретацию , предполагая, что различие между мирами должно быть сделано на уровне разума отдельного наблюдателя. Концепция была впервые введена в 1970 году Х. Дитером Зехом как вариант интерпретации Хью Эверетта в связи с квантовой декогеренцией , ^[1] и позднее (в 1981 году) явно названа много- или многосознательной интерпретацией. Название многоразумная интерпретация впервые было использовано Дэвидом Альбертом и Барри Лоуэром в 1988 году. ^[2]

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

1. Эволюция состояния квантовой системы (заданной волновой функцией ), как правило, с использованием уравнения Шредингера . Эта концепция почти общепринята и редко подвергается обсуждению.
2. Проблема измерения , которая относится к тому, что называется коллапсом волновой функции – коллапс квантового состояния в определенное измерение (т. е. определенное собственное состояние волновой функции). Дискуссия о том, происходит ли этот коллапс на самом деле, является 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 прибором, внешним по отношению к квантовой системе. Альтернативная интерпретация, интерпретация многих миров, была впервые описана Хью Эвереттом в 1957 году ^{[3] [4]} (где она называлась интерпретацией относительного состояния, название «многомировая» было придумано Брайсом Селигманом ДеВиттом в 1960-х годах и окончательно оформлено в 1970-х годах ^[5] ). Его формализм квантовой механики отрицал, что измерение требует коллапса волны, вместо этого предполагая, что все, что действительно необходимо для измерения, — это то, что между частицей, измерительным прибором и наблюдателем формируется квантовая связь. ^[4]

В первоначальной формулировке относительного состояния Эверетт предположил, что существует одна универсальная волновая функция, которая описывает объективную реальность всей вселенной. Он утверждал, что когда подсистемы взаимодействуют, общая система становится суперпозицией этих подсистем. Это включает в себя наблюдателей и измерительные системы, которые становятся частью одного универсального состояния (волновой функции), которое всегда описывается с помощью уравнения Шредингера (или его релятивистской альтернативы). То есть состояния подсистем, которые взаимодействовали, становятся «запутанными» таким образом, что любое определение одного из них обязательно должно включать 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 на самом деле неопределенна в целом. Например, представьте себе наблюдателя, измеряющего некоторую частицу, которая изначально находится в неопределенном состоянии, как со спином вверх , так и со спином вниз, то есть – суперпозицию обеих возможностей. Однако, когда наблюдатель измеряет спин этой частицы, он всегда регистрируется либо как вверх , либо как вниз. Проблема того, как понять этот внезапный сдвиг 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, а другое со спином вниз, и две ветви, которые простираются от этих двух впоследствии независимых состояний. Одна ветвь измеряет вверх. Другая 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 измерения, о котором идет речь, где происходит расщепление. Каждый из этих «миров» описывает разное состояние универсальной волновой функции и не может сообщаться. Коллапс волновой функции в одно или другое состояние отсутствует, но наблюдатель оказывается в мире, ведущем к тому измерению, которое он сделал, и не знает о других возможностях, которые столь же реальны.

Интерпретация квантовой теории с множеством разумов — это множество миров с различием между мирами, построенными на уровне индивидуального наблюдателя. Вместо того, чтобы разветвляться миры, разветвляется разум наблюдателя. ^[6]

Цель этой интерпретации — преодолеть принципиально странную концепцию наблюдателей, находящихся в суперпозиции с самими собой. В своей статье 1988 года Альберт и Лоуэр утверждают, что просто не имеет смысла думать, что разум наблюдателя находится в неопределенном состоянии. Напротив, 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 эта уверенность невозможна, и мы приходим к противоречию. ^[2] Чтобы преодолеть это, они затем предполагают, что это просто «тела» разумов находятся в суперпозиции, и что разумы должны иметь определенные состояния, которые никогда не находятся в суперпозиции. ^[2]

Когда наблюдатель измеряет квантовую систему и становится запутанным с ней, она теперь составляет более крупную квантовую систему. В отношении каждой возможности внутри волновой функции соответствует ментальное состояние мозга. В конечном счете, переживается только один разум, что приводит к тому, что другие ответвляются и становятся недоступными, хотя и реальными. ^[7] Таким образом, каждое разумное существо приписывается бесконечности разумов, чья распространенность соответствует амплитуде волновой функции. Когда наблюдатель проверяет измерение, вероятность реализации конкретного измерения напрямую коррелирует с количеством разумов, которые у него есть, когда он видит это измерение. Именно таким образом вероятностная природа квантовых измерений получается с помощью интерпретации множества разумов.

Рассмотрим эксперимент, который измеряет поляризацию двух фотонов . Когда фотон создается, он имеет неопределенную поляризацию . Если поток этих фотонов пропускается через поляризационный фильтр, то 50% света пропускается. Это соответствует тому, что каждый фотон имеет 50% шанс выровняться с фильтром и, таким образом, пройти или быть смещенным (на 90 градусов относительно поляризационного фильтра) и быть поглощенным. Квантово-механически это означает, что фотон находится в суперпозиции состояний, в которых он либо пропускается, либо поглощается. Теперь рассмотрим включение другого фотона и детектора поляризации. Теперь фотоны создаются таким образом, что они запутываются . То есть, когда один фотон принимает состояние поляризации, другой фотон всегда будет вести себя так, как будто он имеет ту же поляризацию. Для простоты предположим, что второй фильтр либо идеально выровнен с первым, либо идеально смещен (разница в углу 90 градусов, так что он поглощается). Если детекторы выровнены, то оба фотона пройдены (т.е. говорят, что они согласны ). Если они не выровнены, то пройден только первый, а второй поглощен (теперь они не согласны ). Таким образом, запутанность вызывает идеальные корреляции между двумя измерениями — независимо от расстояния разделения, что делает взаимодействие нелокальным . Этот тип эксперимента более подробно объясняется в книге Тима Модлина « Квантовая нелокальность и относительность» [ ^8] и может быть связан с экспериментами по тесту Белла . Теперь рассмотрим анализ этого эксперимента с точки зрения многих умов:

Рассмотрим случай, когда нет разумного наблюдателя, т. е. нет разума, который мог бы наблюдать за экспериментом. В этом случае детектор будет находиться в неопределенном состоянии. Фотон и проходит, и поглощается, и остается в этом состоянии. Корреляции удерживаются, поскольку ни один из возможных «разумов» или состояний волновой функции не соответствует некоррелированным результатам. ^[8]

Теперь расширьте ситуацию, чтобы одно разумное существо наблюдало за устройством. Теперь они тоже входят в неопределенное состояние. Их глаза, тело и мозг видят оба спина одновременно. Однако разум стохастически выбирает одно из направлений, и это то, что видит разум. Когда этот наблюдатель смотрит на второй детектор, его тело увидит оба результата. Его разум выберет результат, который согласуется с первым детектором, и наблюдатель увидит ожидаемые результаты. Однако разум наблюдателя, видящий один результат, не влияет напрямую на отдаленное состояние — просто нет волновой функции, в которой не существуют ожидаемые корреляции. Истинная корреляция происходит только тогда, когда они действительно видят второй детектор. ^[8]

Когда два человека смотрят на два разных детектора, которые сканируют запутанные частицы, оба наблюдателя войдут в неопределенное состояние, как и в случае с одним наблюдателем. Эти результаты не обязательно должны совпадать — разум второго наблюдателя не обязательно должен иметь результаты, которые коррелируют с первым. Когда один наблюдатель сообщает результаты второму наблюдателю, их два разума не могут общаться и, таким образом, будут взаимодействовать только с телом другого, которое по-прежнему неопределенно. Когда второй наблюдатель отвечает, его тело ответит любым результатом, согласующимся с разумом первого наблюдателя. Это означает, что разум обоих наблюдателей будет находиться в состоянии волновой функции, которое всегда получает ожидаемые результаты, но по отдельности их результаты могут быть разными. ^[8]

Как мы уже видели, любые корреляции, наблюдаемые в волновой функции разума каждого наблюдателя, конкретны только после взаимодействия между различными поляризаторами. Корреляции на уровне индивидуальных разумов соответствуют проявлению квантовой нелокальности (или, что эквивалентно, нарушению неравенства Белла ). Таким образом, множественный мир нелокален, или он не может объяснить корреляции EPR-GHZ.

В настоящее время нет эмпирических доказательств в пользу многоразумной интерпретации. Однако существуют теории, которые не дискредитируют многоразумную интерпретацию. В свете анализа Беллом последствий квантовой нелокальности эмпирические доказательства необходимы, чтобы избежать изобретения новых фундаментальных концепций (скрытых переменных). ^[9] Тогда представляются возможными два различных решения проблемы измерения: коллапс фон Неймана или интерпретация относительного состояния Эверетта . ^[10] В обоих случаях (соответствующим образом модифицированный) психофизический параллелизм может быть восстановлен.

Если нейронные процессы могут быть описаны и проанализированы, то потенциально могут быть созданы некоторые эксперименты для проверки того, может ли воздействие на нейронные процессы иметь эффект на квантовую систему. Спекуляции о деталях этой связи осознания и локальной физической системы на чисто теоретической основе могут иметь место, однако экспериментальный поиск их посредством неврологических и психологических исследований был бы идеальным. ^[11]

Ничто в квантовой теории не требует, чтобы каждая возможность в волновой функции дополняла ментальное состояние. Поскольку все физические состояния (т. е. состояния мозга) являются квантовыми состояниями, их связанные ментальные состояния должны быть также. Тем не менее, это не то, что человек переживает в физической реальности. ^{[ требуется ссылка ]} Альберт и Лоуэр утверждают, что разум должен быть внутренне отличен от физической реальности, описанной квантовой теорией. ^[6] Тем самым они отвергают физикализм идентичности типов в пользу нередуктивной позиции. Однако Локвуд спасает материализм посредством понятия супервентности ментального на физическом. ^[7]

Тем не менее, интерпретация многих разумов не решает проблему бездумных халков как проблему супервентности. Ментальные состояния не супервентны на состояниях мозга, поскольку данное состояние мозга совместимо с различными конфигурациями ментальных состояний. ^[12]

Другое серьезное возражение заключается в том, что исследователи интерпретаций No Collapse создали не более чем элементарные модели, основанные на определенном существовании определенных измерительных приборов. 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 многоразумная интерпретация подтверждается нашим опытом физической реальности, понятие множества невидимых миров и его совместимость с другими физическими теориями (например, принцип сохранения массы) трудно согласовать. ^[6] Согласно уравнению Шредингера, масса-энергия объединенной наблюдаемой системы и измерительного прибора одинакова до и после. Однако с каждым процессом измерения (например, расщеплением) общая масса-энергия, по-видимому, увеличивается. ^[13]

Питер Дж. Льюис утверждает, что многоразумная интерпретация квантовой механики имеет абсурдные последствия для агентов, сталкивающихся с решениями о жизни или смерти. ^[14]

В целом, теория множественных разумов утверждает, что сознательное существо, наблюдающее результат 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 выборам в таких ситуациях пропорционально вероятности того, что они принесут 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 результатов гарантирует смерть наблюдателя. Поэтому кажется, что интерпретация множественных разумов советует человеку попасть в ящик с котом, поскольку наверняка единственный преемник выйдет невредимым. См. также квантовое самоубийство и бессмертие .

Наконец, предполагается, что существует некое физическое различие между сознательным наблюдателем и бессознательным измерительным устройством, поэтому, по-видимому, требуется исключить сильную гипотезу Чёрча-Тьюринга или постулировать физическую модель сознания.

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

• Викиучебник о сознании
• Библиография по интерпретации множественных умов