Какие физические и философские интерпретации квантовой механики вы знаете?

Интерпретации квантовой механики — различные философские воззрения на сущность квантовой механики как физической теории, описывающей материальный мир. Они решают такие философские проблемы, как вопрос о природе физической реальности и способе её познания, о характере детерминизма и причинности, о сущности и месте статистики в квантовой механике.

Согласно копенгагенской интерпретации, квантовая механика описывает не микрообъекты сами по себе, а их свойства, проявляющиеся в макроусловиях, создающихся классическими измерительными приборами в процессе акта наблюдения.Квантовая механика является статистической теорией, вследствие того, что измерение начальных условий микрообъекта изменяет его состояние и приводит к вероятностному описанию исходного положения микрообъекта, которое описывается волновой функцией. Центральным понятием квантовой механики является комплексная волновая функция. Можно описать изменение волновой функции до нового измерения. Его ожидаемый результат зависит вероятностным образом от волновой функции. Физически значимым является лишь квадрат модуля волновой функции, означающий вероятность нахождения изучаемого микрообъекта в некотором месте пространства. Закон причинности в квантовой механике выполняется по отношению к волновой функции, изменение которой во времени полностью определяется её начальными условиями, а не по отношению к координатам и скоростям частиц, как в классической механике. Вследствие того, что физический смысл имеет лишь квадрат модуля волновой функции, начальные значения волновой функции невозможно полностью найти в принципе, что приводит к неопределённости знаний о начальном состоянии квантовой системы. Философскую основу копенгагенской интерпретации составляют гносеологические принцип дополнительности (волновое и корпускулярное описание микрообъектов являются дополнительными друг к другу) и принцип неопределённости (координата и импульс микрообъектов не могут быть определены независимо друг от друга и с абсолютной точностью).

Многомировая интерпретация — это интерпретация квантовой механики, которая предполагает существование, в некотором смысле, «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. В действительности, термин «многомировая» только вводит в заблуждение; многомировая интерпретация не предполагает реального наличия именно других миров, она предлагает лишь один реально существующий мир, который описывается единой волновой функцией, которую, однако, для завершения процесса измерения какого-либо квантового события, необходимо разделить на наблюдателя (который проводит измерение) и объект, описываемые каждый своей волновой функцией. Однако сделать это можно по-разному, а потому в результате получаются разные значения измеряемой величины и, что характерно, разные наблюдатели. Поэтому считается, что при каждом акте измерения квантового объекта, наблюдатель как бы расщепляется на несколько (предположительно, неограниченно много) версий. Каждая из этих версий видит свой результат измерения и, действуя в соответствии с ним, формирует собственную предшествующую измерению историю и версию Вселенной. С учетом этого данную интерпретацию как правило и называют многомировой, а саму многовариантную Вселенную — Мультиверсом.

Однако нельзя представлять «расщепление» наблюдателя как разделение одной Вселенной на множество отдельных миров. Квантовый мир, согласно многомировой интерпретации — ровно один, но огромное множество частиц в нём заменено сложнейшей мировой функцией, и изнутри описан этот мир может быть бесчисленным множеством различных способов, причём это не приводит к неопределённостям, потому как вселенную никто не может наблюдать (описывать) извне. Многомировая интерпретация отказывается от недетерминированного коллапса волновой функции, который сопутствует измерению в копенгагенской интерпретации. Многомировая интерпретация обходится в своих объяснениях только явлением квантовой сцепленности и совершенно обратимой эволюцией состояний.

Транзакционная интерпретация описывает квантовые взаимодействия в условиях стоячей волны, образованной запаздывающими («вперед-по-времени») и наступающими («назад-по-времени») волнами.

Дж. Крамер полагает, что это позволяет избежать философских проблем копенгагенской интерпретации и роли наблюдателя, а также решает различные квантовые парадоксы.

Не так давно Дж. Крамером утверждалось, что транзакционная интепретация (ТИ) находится в соответствии с экспериментом Афшара, а Копенгагенская и многомировая — нет. Согласно ТИ, источник испускает как запаздывающую (обычную) волну вперед во времени, так и наступающую (дополнительную) волну назад во времени. Приемник также испускает во времени запаздывающую и наступающую волны. Фазы этих волн такие, что запаздывающие волны, испускаемые приемником, погашают запаздывающие волны, испускаемые отправителем, в результате чего сетевой волны после точки поглощения нет. Наступающая волна, испускаемая приемником, также погашает наступающую волну, испускаемую отправителем, так что нет чистой волны перед точкой излучения. В этой интерпретации, коллапс волновой функции является «вневременным», т.е. происходит по всей транзакции, а не в конкретный момент, и процесс излучения / поглощения симметричен во времени. Волны рассматриваются как нечто физически реальное, а не просто математический аппарат для записи знания наблюдателя, как в некоторых других интерпретациях квантовой механики.

Теория де Бройля — Бома (также называется механикой Бома и причинной интерпретацией) — одна из интерпретаций квантовой теории, предложенная Дэвидом Бомом в 1952 году. Это простейший пример теории со скрытыми переменными. В дополнение к волновой функции, которая эволюционирует согласно уравнению Шрёдингера, для полноты описания теория также включает в себя фактическую конфигурацию системы частиц, даже в ситуациях отсутствия наблюдателя. Эволюция во времени конфигурации (то есть, позиции всех частиц или конфигурации всех полей) определяется волновой функцией с помощью «задающего уравнения».

Теория де Бройля — Бома выражает в явном виде фундаментальную нелокальность квантовой физики. Скорость какой-либо одной частицы зависит от величины волновой функции, которая зависит от конфигурации всей вселенной.

Эта теория детерминированная. Большинство (но не все) релятивистских расширений теории требуют существования выделенной системы отсчёта. Также известны варианты теории, которые включают спин и искривлённое пространство. Также на её основе может быть построена квантовая теория поля. Работа Дэвида Бома вдохновила Белла на открытие Теоремы Белла, заинтересовав последнего проблемой устранения нелокальности теории.

Эта теория приводит к теории измерений, аналогичной термодинамике для классической механики, что даёт стандартный квантовый формализм, который ассоциируется с копенгагенской интерпретацией. Проблема измерения разрешима в этой теории, поскольку результат эксперимента регистрируется конфигурацией частиц в экспериментальной установке после его завершения. Известный коллапс волновой функции в стандартной квантовой механике возникает из анализа подсистем и гипотезы квантового равновесия.