Тема форума: «Многомировая интерпретация»

http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/86209
Многомировая интерпретация

Многомировая интерпретация (ММИ, MWI) — это интерпретация квантовой механики, которая предполагает существование «параллельных вселенных», в каждой из которых действуют одни и те же законы природы и которым свойственны одни и те же мировые постоянные, но которые находятся в различных состояниях. Многомировая интерпретация отказывается от недетерминированного коллапса волновой функции, который сопутствует измерению в копенгагенской интерпретации. Многомировая интерпретация обходится в своих объяснениях только явлением квантовой запутанности и совершенно обратимой эволюцией состояний. Для объяснения эффектов, происходящих при измерении, привлекается явление декогеренции, которая происходит, когда состояния взаимодействуют с окружающей средой.

Очерк

Хотя со времени выхода оригинальной работы Эверетта уже было предложено несколько новых версий ММИ, всем им свойственно два основных момента. Первый состоит в существовании функции состояния для всей Вселенной, которая всё время подчиняется уравнению Шрёдингера и которая никогда не испытывает недетерминированного коллапса. Второй момент состоит в предположении, что это вселенское состояние является квантовой суперпозицией нескольких (а возможно, и бесконечного числа) состояний одинаковых невзаимодействующих между собой параллельных вселенных.

Идеи ММИ берут начало в диссертации Хью Эверетта из Принстона, написанной под руководством Джона Уилера, а сам термин «многомировая» обязан своим существованием Брайсу ДеВитту, который развил тему оригинальной работы Эверетта. Формулировка ДеВитта стала настолько популярной, что её часто путают с исходной работой Эверетта.

ММИ является одной из многих многомировых гипотез в физике и философии. На сегодняшний день она является одной из ведущих интерпретаций, наряду с копенгагенской интерпретацией и интерпретацией согласованных хронологий.

Много миров и проблема интерпретации

Как и другие интерпретации, многомировая призвана объяснить традиционный двухщелевой эксперимент. Когда кванты света (или другие частицы) проходят через две щели, то чтобы рассчитать, куда они попадут, требуется предположить, что свет обладает волновыми свойствами. Хотя в то же время, если кванты регистрируются, то они всегда регистрируются в виде точечных частиц, а не в виде размытых волн. Чтобы объяснить переход от волнового поведения к корпускулярному, копенгагенская интерпретация вводит процесс так называемого коллапса.

К тому моменту, как Фон Нейман написал в 1932 г. свой знаменитый трактат Mathematische Grundlagen der Quantenmechanik, явление «коллапса волновой функции» было встроено в математический аппарат квантовой механики в виде постулата, что существуют два процесса, при которых волновая функция изменяется:

# Скачкообразное случайное изменение, вызываемое наблюдением и измерением
# Детерминированная эволюция со временем, подчиняющаяся уравнению Шрёдингера

Многие признавали, что явление коллапса волновой функции, предложенного копенгагенской интерпретацией для (1), является искусственным трюком и, следовательно, необходимо искать другую интерпретацию, в которой поведение при измерении трактуется с помощью более основополагающих физических принципов.

Докторская работа Эверетта как раз и предлагала подобную альтернативу. Эверетт предложил считать, что для составной системы (каковой является частица, взаимодействующая с измерительным прибором) утверждение о том, что какая-либо подсистема находится в определённом состоянии, является бессмысленным. Это привело Эверетта к заключению об "относительном " характере состояния одной системы по отношению к другой.

Формулировка Эверетта, приводящая к пониманию процесса коллапса волновой функции, происходящего при измерении, математически эквивалентна квантовой суперпозиции волновых функций. Поскольку Эверетт прекратил заниматься теоретической физикой вскоре после получения степени, дальнейшее развитие его идей проводили другие исследователи.

Краткий обзор

В формулировке Эверетта, измерительный прибор M и объект измерения S образуют составную систему, каждая из подсистем которой до измерения существует в определённых (зависящих, конечно, от времени) состояниях. Измерение рассматривается как процесс взаимодействия между M и S. После того, как между M и S произошло взаимодействие, более нет возможности описывать каждую из подсистем при помощи независимых состояний. Согласно Эверетту, любые возможные описания должны быть относительными состояниями: например, состояние M относительно заданного состояния S или состояние S относительно заданного состояния M.

В формулировке Девитта, состояние S после измерения есть квантовая суперпозиция альтернативных историй S.

Давайте рассмотрим самую простую возможную квантовую систему S, как показано на картинке. Эта картинка (где картинка?!) описывает, например, спиновое состояние электрона. Выберём определённую ось (например, ось z) и предположим, что северный полюс обозначает спин «вверх», а южный полюс — спин «вниз». Все возможные суперпозиции состояний описываются так называемой сферой Блоха (её поверхностью). Чтобы провести измерения над S, её надо привести во взаимодействие с другой аналогичной системой — M. После взаимодействия составная система описывается состоянием, существующем в шестимерном пространстве (причина того, что измерений шесть объясняется в статье про сферу Блоха). Этот шестимерный объект можно представить в виде суперпозиции двух «альтернативных историй» системы S, в одной из которых наблюдался результат измерения «вверх», а в другой — «вниз». Каждое последующее двоичное измерение (каковым является взаимодействие с системой M) вызывает аналогичное разветвление исторического дерева. Таким образом, после трёх измерений, систему можно рассматривать как квантовую суперпозицию 2х2х2 = 8 копий исходной системы S.

http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/82269
"Много-мировая интерпретация обходится без редукции. Обычно о различных подходах к решению концептуальных проблем квантовой механики и прежде всего проблемы измерения говорят как о различных интерпретациях квантовой механики. Самый радикальный (но и наиболее критикуемый) подход — это так называемая много-мировая интерпретация, предложенная в 1957 году Эвереттом. В ней все возможные результаты измерения квантовой системы рассматриваются на равной ноге. Отвергается обычное представление, будто лишь один из возможных результатов реализуется, а остальные являются потенциальными возможностями, которые остаются нереализованными. Эта интерпретация предполагает, что редукция вообще не происходит (в сумме векторов, о которой говорилось выше, сохраняются все слагаемые). То явление, которое описывается как редукция вектора состояния, является лишь кажущимся, то есть связана с сознанием наблюдателя. С точки зрения интерпретации Эверетта различные (классически несовместимые) картины мира сосуществуют в квантовом мире, и лишь в сознании наблюдателя появляется единственная классическая картина мира. Для наглядности говорят о том, что существуют различные классические миры (эвереттовские параллельные миры), из которых сознание индивидуального наблюдателя воспринимает лишь один. Впрочем, такая формулировка иногда может вводить в заблуждение, и ее нужно поверять формулировкой в терминах суперпозиции и составляющих ее слагаемых.

Квантовая суперпозиция и индивидуальное сознание. Интерпретация Эверетта исходит из того, что при любых взаимодействиях квантовой системы с ее окружением (в том числе с измерительными приборами и через них — с наблюдателем) система и окружение остаются в состоянии суперпозиции, включающей все возможные альтернативные результаты измерения в качестве слагаемых (компонент суперпозиции). Селекция одной альтернативы, или редукция, то есть отбрасывание всех слагаемых, кроме одного, не может произойти, поскольку все системы эволюционируют по законам квантовой механики (в соответствии с уравнением Шредингера). Однако в сознании каждого индивидуального наблюдателя всегда имеется лишь одно из этих слагаемых, то есть в сознании селекция происходит. Но как это совместить с наличием различных классических миров, в равной степени реальных, что предполагается в интерпретации Эверетта? Ответ в том, что мозг как квантовая система тоже находится в состоянии суперпозиции, различные слагаемые которой соответствуют тому, что наблюдатель видит различные альтернативные результаты измерения, различные классические миры. Таким образом, селекция, происходящая в сознании, состоит не в отбрасывании всех классических картин, кроме одной, а в их разделении, в изоляции их друг от друга. Возникает «квантовое расщепление» сознания. Оно не противоречит тому, что любой индивидуальный наблюдатель видит лишь одну классическую картину из всех картин, содержащихся в суперпозиции. Для наглядности можно считать, что каждый наблюдатель «расщепляется» на множество наблюдателей, по одному для каждого из эвереттовских миров. Каждый из них видит ту картину, которая имеется в том мире, в котором он оказался. Это самый трудный для понимания, но и самый важный пункт в интерпретации Эверетта.

Вероятности альтернатив (эвереттовских миров). Каждый индивидуальный наблюдатель может задать вопрос: в каком мире окажусь я, то есть какой результат измерения я увижу, когда измерение закончится? Ответ дает распределение вероятностей по различным результатам измерения, которое рассчитывается по законам квантовой механики. Для наглядности можно считать, что имеется много миров одного и того же типа (то есть соответствующих одному результату измерения), и чем больше миров данного типа, тем больше вероятность для наблюдателя оказаться именно в нем."


Менский Михаил Борисович — доктор физико-математический наук, профессор, ведущий научный сотрудник Физического института РАН.

"Многомировая интерпретация отказывается от недетерминированного коллапса волновой функции, который сопутствует измерению в копенгагенской интерпретации."

Стоячие волны вечны и неизменны, что ли?

"Многомировая интерпретация обходится в своих объяснениях только явлением квантовой запутанности"

т.е. все кванты во вселенной типа взаимно запутаны? А зачем тогда их запутывают?

"всем им свойственно два основных момента. Первый состоит в существовании функции состояния для всей Вселенной, которая всё время подчиняется уравнению Шрёдингера и которая никогда не испытывает недетерминированного коллапса."

Это уравнение - просто описание стоячей волны. Причем любой: хоть на поверхности воды, хоть квантовой, хотя используется в кантовой физике. При этом в него не входят никакие квантовомеханические параметры, характеризующие квант или частицу, соотвествующую этому кванту (постоянная Планка - не есть такой параметр). Соотвественно, оно не описывает никаких квантовомеханических свойств. Функция вполне колапсируется: электрон и позитрон приводит и появлению двух свободно распространяющихся квантов. Свободно распространяющийся квант не описывается ур-ем Шредингера, точнее - в его вырожденной форме. Все в мире невозможно описать общей функцией в виду понятия квантовомеханической неопределенности, которая у разных квантов (незапутанных) проявляется несопоставимо между собой,  совершенно взаимно независима. Флуктуации вакуума - иллюстрация этому и сути полной взаимной неопределенности волновх характеристик виртуальных частиц.

Сразу возникает вопрос: а зачем вообще нужна такая формализация практически? Она ничего не дает. Создать волновую формулу всего, даже если это было бы возможно без неопределенностей, то что с ней можно делать? Это ведь бесползнее, чем пытаться создать волновую формулу поведения всех людей в городе.

"Второй момент состоит в предположении, что это вселенское состояние является квантовой суперпозицией нескольких (а возможно, и бесконечного числа) состояний одинаковых невзаимодействующих между собой параллельных вселенных."

Надо сказать, что если есть волны, и их суперпозиции, то они уже тем самым реальны, так что эта фраза означает реальность всех "параллельных вселенных" одновременно, если уж проявились волновыми возмущениями. Какое такое параллельное невидимое друг от друга существование имеется в виду? Суперпозицияя не означает взаимодействие с образованием чего-то общего. Если используется формальное представление о состоянии "частицы", то суперпозиция - лишь абстрактное представление вероятностного характера. Реально в волнах она проявляется только при взаимодействии двух волн с тем, с чем они могут взаимодействовать, но никак не между собой: все квантовые волновые функции линейны и не приводят к появлению гармоник (новых кратных ворлн). Кстати, об этом прямо говорится в приведенной ссылке в оригинале: квантовой суперпозицией.

"Чтобы объяснить переход от волнового поведения к корпускулярному, копенгагенская интерпретация вводит процесс так называемого коллапса."

вот это - своеволие полное.

"все системы эволюционируют по законам квантовой механики (в соответствии с уравнением Шредингера). "

еще один прокол. Как уже говорилось, это уравнение не имеет отношения к квантовомеханическим свойствам.

"наблюдатель видит различные альтернативные результаты измерения, различные классические миры. Таким образом, селекция, происходящая в сознании, состоит не в отбрасывании всех классических картин, кроме одной, а в их разделении, в изоляции их друг от друга. Возникает «квантовое расщепление» сознания. "

Таких вольных обращений с понятиями до фига развелось, из чего ненавязчиво типо вырастают удивительные следствия, ошарашивающие достопочтенных зрителей :)

Замечу, что комментировался собственно текст предыдущих сообщений, и придирок к Менскому, утверждающих, что "автор не знает, что такое волновая функция Шредингера " не было, так что это твоя - придирка (на форуме в Правилах предлагается поддерживать традицию говорить "на ты", подчеркивая доброжелательность к собеседнику и стремление доверительного, а не противостоятельного общения, т.к. наблюдения показали: для тех, кто пришел недружелюбно такое почти невозможно :). А теперь выражу свое мнение по сообщению.

1. Уравнение Шредингера, как и вообще любые строгие формализации - не атрибут природы (не сущность), а лишь претендует на формальность описания явлений. Уже даже с довольно простых конфигураций уравнение Шредингера теряет практическую вычислительную полезность и используется как некий условно формализующий инструмент понимания, а при использовании в качестве "функции состояния для всей Вселенной" становится вообще мало осмысленным (т.е. не обладает определенной значимостью, значением). Безусловно, мы можем сказать (формализовать) все, что угодно, но в соответствии с реальностью это может оказаться не более, чем поток наших слов. Конкретно мое возражение подобным попыткам формализации выражено в статье Эвристика. А в квантовомеханических теоретизирований, как нигде часто, злоупотребляется это, и незаметно возникает определенный вред пониманию - как неадекватность представлений реальности. Эта страсть выводить реальность из "логики" пошла еще от Аристотеля и давно критиковалась за порождаемые субъективные неадекватности.

Практически в подобных квантовомеханических рассуждениях все сводится на нет тем, что каждый квант - локальная система, не обладающая дальнодействием, а имеющая совершенно независимую от других квантовомеханическую неопределенность, даже в случае "запутанных состояний", о чем так же была статья: Квантовая запутанность.

2. " Его главное несогласие заключается в том, что он не понимает, почему редукция волновой функции привязана к сознанию... "

В самом деле, это никогда толком не обосновывается в таких теориях. Просто потому, что авторы не являются специалистами по механизмам сознания ни в малейшей степени. Их соответствующие утверждения выглядят наивными и совершенно не подобающими профессионалам. Однако, они не говорят прямо, что написали научную фантастику. Они говорят, что выдвинули гипотезу. А ведь научная гипотеза отличается от фантастики тем, что должна экстраполировать в строгой близости от аксиоматики, а не развиваться сколько угодно далеко от нее.

"Это именно интересное предположение с хорошей физической базой. "

Это - типичная научная фантастика с хорошей физической аксиоматикой и нулевой - нейрофизиологической.

" Менский как раз говорил о том, что ему самому боязно заниматься подобными темами, т.к. его тут же начинают клевать скептики, словно он стал адептом какой-нибудь «квантовой магии» и прочего мракобесия. "

поэтому, когда фантастику называют интересной, да еще и хорошо обоснованной научной гипотезой, то мракобесам это - подарок, и они начинают ее использовать уже именно в мракобесных целях с далеко и печально идущими последствиями.

Недостаточность физиологического понимания проблемы, надеюсь, может ликвидировать каждый желающий с помощью специально развитого на этом сайте раздела О системной нейрофизиологии.

Для Nabruz:
«Давай для начала вообще не будем говорить про физиологию.» При всём многообразии и вычурности мировозренческих гипотез и предположений «оценщиком» их истинности остается только субъект, обладающий некоторой ограниченность своей физиологии. Все, что вне этой физиологии либо мистика, либо мракобесие. Поэтому без учета особенностей «инструмента»- субъекта, его постоянной юстировки под открывающиеся новые горизонты окружающего мира, становиться невозможным выстраивать картину мира. Все те приборы, с помощью которых выявляются новые тонкости и связи в конечном итоге преобразуют эти явления в воспринимаемый рецепторами субъекта ряды.

kak, согласен: в конечном счете, - да: истинность - как результат сравнения предположения и его реального воплощения возможна только в личной оценке.

Nabruz, все же представления существенно различны. Я не считаю, что существует некая суперпозиция состояний квантовомеханической системы, которые могут конкретизироваться. Нет никаких таких компонентов в реализации к.м.неопределнности. Вообще понятие этой "редукции" - очень условно, настолько же насколько вообще неверно считать, что функция определяет процесс, а не процесс в каком-то приближении описывается функцией. Вот об этой распространенной ошибке и говорил в прошлый раз.

Так же не согласен с тем, что квантовомеханическая неопределнность, которая вырождается в конкретные значения параметров при взаимодействиях квантов (а не только тогда когда именно человек что-то измеряет), может приводить к образованию новой вселенной. А вот то, что при флуктуации вакуума в условиях безвременья могут образовываться вселенные с разными свойствами - вполне можно согласиться, хотя здесь все слишком неопределенно пока для понимания.

Гинзбург да.. жаль, что он не активен и сегодня так, как был активен лет 20 назад... Но у меня нет такого глухого пессимизма в отношении нашей страны.

Он скончался вчера вечером...

http://www.vedomosti.ru/newsline/news/2009/11/09/879443

http://rusnovosti.ru/news/59054/

Очень интересная и достаточно убедительная трактовка у Менского.
Даже и не знаю, можно ли её отнести к многомировой интерпретации - очень уж от неё отличается, прежде всего именно отсутствием этих многих Вселенных.

И приятно отличается от копенгагенской интерпретации отсутствием коллапса волновой функции при измерении введением состояния запутанности между измеряемой квантовой частицей и измерительным прибором (точнее её датчиком, ещё точнее - каким то атомом, электроном.... измерительного прибора).

Очень убедительно. Но, действительно, пока идет чистая физика и нет рассуждений о сознании -это абсолютно лишнее и действует разрушающе на саму представленную физическую картину (правильно Гинзбург восклицает - а при чем тут моё сознание?).

Сорри за пример, но это психологически напоминает мне сцену суда над Дмитрием из "Братьев Карамазовых". Когда Иван Карамазов, имея признание Смердякова и зная, что он убийца их отца, начинает рассказывать эту правду суду. И ему верят. Но затем он начинает нести про чертей. Все. Доверие пропало. Ахинея затмила правду. Ивану уже никто не верит.