Различные интерпретации квантовой механики

В настоящее время с точки зрения философии физики существуют различные интерпретации квантовой механики. Виной тому послужила некая недосказанность, непонимание на интуитивном уровне. Также пси-функция, описывающая процессы в квантовой механике, имеет не совсем ясный характер. Она задаёт только вероятностное местоположение частниц. При этом, согласно принципу Гейзенберга, узнав положение частницы, мы уже не можем узнать её скорость. Именно такое чувство неточности и незавершённости толкает учёных на то, чтобы придумать более лаконичное и последовательное объяснение тому, как «работает Вселенная».

Начнём наше рассмотрение с копенгагенской интерпретации, с которой главным образом связаны Гейзенберг и Бором. Данная интерпретация решает парадокс о том, что квантовая механика указывает пределы применимости классической физики. Но классическая физика необходима для обоснования квантовой механики. Это противоречие разрешается, если эти пределы применимости считать дополнительными. Другими словами, результаты экспериментов формулируются на языке классической механики, как бы далеко они не выходили за рамки классического представления. Наблюдения рассматриваются в качестве дополнительных друг к другу, согласно принципу дополнительности. К сожалению, с позиций теории когерентности сочетания классической и квантовой физики нет.

Состояние частицы задаётся пси-функцией. Сама пси-функция физического смысла не имеет. Физики рассматривают квадрат модуля пси-функции, который задаёт плотность вероятности. То есть квадрат модуля задаёт вероятность нахождения частицы в интересующем нас объёме. Стоит отметить, что пси-функция - есть волновая функция. Из курса механики нам известно, что волна показывает, как распространяется возмущение в пространстве частиц. В квантовой же механике это абстрактное понятие, которое задаёт «волны вероятности».

Также хотелось бы упомянуть о знаменитом Шрёдингеровском коте. Кот Шрёдингера — мысленный эксперимент, показывающий несовершенство квантовой механики. Чтобы узнать, что же на самом деле случилось или не случилось с гипотетическим котом, надо его «измерить», но тем самым мы изменим его состояние, результат будет связан с наблюдателем.

Вообще говоря, все интерпретации можно разделить на детерминированные и стохастические. Вышеупомянутая является стохастической.

Следующей в нашем рассмотрении будет ансамблевая интерпретация. Основой здесь является статистическая интерпретация волновой функции Макса Борна. Также принимается, что волновая функция описывает ансамбль частиц, а не состояние отдельной частицы.

Недостатком этой интерпретации является отсутствие перспектив рассмотрения микропроцессов. То есть теория может должным образом описывать только коллективы частиц, но не отдельные частицы. Эта интерпретация также является стохастической.

Одной из самых интересных интерпретаций является многомировая интерпретация или интерпретация о параллельных Вселенных. Здесь Хью Эверетт об универсальной волновой функции, которая является самостоятельной величиной. Но в силу принципа суперпозиции она представлена комбинацией частных волновых функций, каждая из которых относится к отдельному миру. Эверетт увидел, что при таких допущениях волновая функция наблюдателя разветвляется при каждом его взаимодействии с объектом. Универсальная волновая функция будет иметь по одной ветви для каждой возможной реализации эксперимента, а у каждой из них будет своя копия наблюдателя, воспринимающего только один единственный результат измерений. Согласно фундаментальным математическим свойствам уравнения Шредингера, однажды сформировавшиеся ветви больше не влияют друг на друга. Таким образом, каждая из них приходит к своему будущему, отличному от будущего других ветвей. Эта интерпретация уже детерминированная.

Существует эксперимент, иллюстрирующий эту интерпретацию как нельзя наглядно. Квантовое бессмертие – это состояние, получающиеся из мысленного эксперимента с квантовым самоубйиством. Всегда существует вероятность, что револьвер даст осечку и таким образом экспериментатор всегда будет жив.

Преимуществом этой интерпретации является тот факт, что в отличии от многомировой интерпретации копенгагенская не справляется с концепцией декогерентности и запутанных состояний. Однако многомировая интерпретация не учитывает значение гравитационных явлений, которые описываются нелинейно. Такая ограниченность обосновывается тем, что мир описывается линейными уравнениями, поэтому следует исходить из того, что есть.

В теории Бома разработанной в 1950-х, поведение частицы определяется квантовым потенциалом, которые представляется некоторыми скрытыми переменными. Эти переменные включаются дополнительно в уже знакомое нам уравнение Шрёдингера. Однако существование таких скрытых переменных нельзя опровергнуть или доказать, поэтому большинство физиков не признают это теорию.

Наиболее новой интерпретацией в настоящее время является байесовская. Она основывается на определении байесовской вероятности. То есть мы рассматриваем уже знакомую нам волновую функцию, которая задаёт волны вероятности, но вычисление вероятности немного отличается. Вероятность определяется как степень суждения при получении новой информации. Результаты квантового измерения – это личный опыт экспериментатора. Измерительный прибор считается за дополнительный «орган» чувств, то есть ещё одной частью экспериментатора. Согласно теореме Байеса вероятность можно пересчитать, взяв в расчет как ранее известную информацию, так и данные новых наблюдений. В этой интерпретации квантовое состояние не является элементом реальности – вместо этого оно представляет собой степень убеждения, которую наблюдатель имеет о возможных результатах измерений.

В настоящее время существует множество интерпретаций: Интерпретация Блохинцева, Транзакционная интерпретация, Интерпретация Фока - которые развиваются современными учёными. Мы рассмотрели только несколько. Однако, исходя из уже рассмотренных представлений квантовой механики, можно понять, что интерпретации могут быть разнообразны и хорошо описывать определённые результаты и противоречия, но в то же время не иметь представления о механизме каких-то других явлений. Всё это говорит о том, что эти интерпретации стоит развивать и дальше, чтобы описание было наиболее полным и содержало в себе меньше явлений, не поддающихся объяснению.

• 1.    Канке В.А. Философия математики, физики, химии, биологии: учебное пособие. 2011

• 2.    Нахмансов Р.С. Физическая интерпретация квантовой механики. 2000

• 3.    Baeyer C.V. Qbism: The Future of Quantum Physics. 2016

• 4.    Менский М.Б. Квантовая механика: новые эксперименты, новые приложения и новые формулировки старых вопросов. 2000

• 5.    Hart M. Pilot wave theory video will make you totally rethink quantum mechanics. 2016