Kvantverklighet

Quantum Reality: Beyond the New Physics
Författare	Nick Herbert
Cover artist	Mort Weiss, Tita Nasol
Ämne	Kvantfysik
Publicerad	1985 (Anchor Books/ Doubleday )
Sidor	268
ISBN	978-0-385-18704-6
Dewey decimal	530.1'2 82-46033
LC klass	QC174.12.H47 1985

Quantum Reality är en populärvetenskaplig bok från 1985 av fysikern Nick Herbert , en medlem av Fundamental Fysiks Group som bildades för att utforska de filosofiska implikationerna av kvantteorin. Boken försöker ta upp ontologin av kvantobjekt , deras attribut och deras interaktioner, utan att förlita sig på avancerade matematiska begrepp. Herbert diskuterar de vanligaste tolkningarna av kvantmekaniken och deras konsekvenser i sin tur, och lyfter fram de konceptuella fördelarna och nackdelarna med var och en.

Synopsis

Bakgrund

Efter en kort sammanfattning av de experimentella kriserna (som den ultravioletta katastrofen ) som motiverade kvantteorin, identifierar Herbert fyra huvudformuleringar av kvantteorin: Werner Heisenbergs matrismekanik , Erwin Schrödingers vågmekanik , Paul Diracs transformationsteori , och Richard Feynmans formulering av summa-över-historier .

Genom att introducera kvantobjekt (som han dubbar "quons"), beskriver Herbert hur kvantegenskaper finns i en vågfunktion , som fungerar som en proxy för mätningen av dessa egenskaper. Han liknar kvantmätningsprocessen vid att matematiskt behandla vågfunktionen som en summering av vågformer för en viss familj, med olika familjer som motsvarar särskilda egenskaper. Bandbredden för spektrumet för dessa vågformer representerar osäkerheten i kvantmätningen . Herbert visar att för par av konjugerade variabler , såsom position och momentum, är dessa bandbredder länkade så att deras produkt har en ändlig nedre gräns, vilket illustrerar grunden för Heisenbergs osäkerhetsprincip : vilken enskild egenskap som helst kan mätas med godtycklig precision, men konjugera egenskaper kan inte samtidigt vara kända med godtycklig precision.

Herbert identifierar två filosofiska problem som presenteras av kvantteorin - tolkningsfrågan , angående den fysiska karaktären av den verklighet som ligger bakom observationen; och mätproblemet , angående mätaktens uppenbarligen speciella roll i kvantteorin, och olika tillvägagångssätt för att formellt definiera mäthandlingen.

Åtta tolkningar

Herbert identifierar åtta tolkningar av kvantmekaniken , alla förenliga med observation och med de tidigare nämnda matematiska formalismerna. Han liknar dessa olika tolkningar med berättelsen om de blinda männen och en elefant – olika förhållningssätt till samma underliggande verklighet, som ger anmärkningsvärt olika (men ofta överlappande) bilder. De tolkningar som identifierats av Herbert är:

Köpenhamnstolkningen , del I ("Det finns ingen djup verklighet.") Mest anmärkningsvärt förknippad med Niels Bohr och Werner Heisenberg , identifierar Herbert detta som den mest allmänt accepterade tolkningen bland fysiker. I denna tolkning beskriver dynamiska attribut inte själva kvantobjektens verklighet, utan ligger istället i förhållandet mellan det observerade objektet och mätanordningen.
Köpenhamnstolkningen , del II ("Verkligheten skapas genom observation.") I denna variant av Köpenhamnstolkningen, associerad med John Archibald Wheeler , skapas verkligheten av kvantattribut i observationsakten, vilket illustreras av Wheelers exempel. experiment med fördröjt val .
"Verkligheten är en odelad helhet." Denna tolkning, associerad med David Bohm och Walter Heitler , antyder att tillståndet i hela universum kan vara inblandat i vilken kvantmätning som helst. Herbert lyfter fram den uppenbara interaktionen av vitt åtskilda intrasslade partiklar, som kan representeras av en enda kombinerad vågfunktion, eller "delad verklighet", i ett högdimensionellt konfigurationsutrymme .
Många världars tolkning . Utarbetad av Hugh Everett gör denna tolkning bort det konceptuella problemet med vågfunktionskollaps genom att anta att alla möjliga utfall inträffar lika, i ett ständigt förgrenande träd av parallella universum.
Kvantlogik ("Världen lyder ett icke-mänskligt slags resonemang.") Förknippad med John von Neumann , Garrett Birkhoff och David Finkelstein , hävdar denna tolkning att kvantobjekt har medfödda attribut, men att relationerna mellan dessa attribut styrs. genom ett icke- distributivt gitter , eller "våglogik", till skillnad från det booleska gittret som styr klassiska objekt. I exemplet med "trepolarisatorparadoxen " kommer två staplade, ortogonalt orienterade polarisatorer inte att tillåta något ljus att passera igenom (mötet av de uppsättningar fotoner som kommer att passera genom varje filter är noll ), men införandet av en diagonalt orienterad polarisator mellan dem låter lite ljus passera genom stapeln. Paradoxen kan förstås genom att betrakta en polariserad stråle som en superposition , med diagonala komponenter som stör destruktivt.
Neorealism ("Världen är gjord av vanliga objekt.") Konstruerad av David Bohm och även associerad med Louis de Broglie , hävdar denna tolkning att kvantobjekt har bestämda attribut, men att dessa attribut kan ändra värde omedelbart som svar på händelser var som helst i universum, med denna information kodad i en fysisk pilotvåg som måste kunna färdas snabbare än ljus . Andra fysiker försökte konstruera objektbaserade modeller som gjorde bort denna superluminala kommunikation, men Bells teorem visade senare att detta var omöjligt. Av denna anledning, enligt Herbert, förkastas neorealism av det mesta av fysiketablissemanget.
" Medvetande skapar verklighet ." Först föreslog av John von Neumann , ger denna tolkning speciell status till medvetna sinnen när platsen för vågfunktion kollaps , där de otaliga möjligheterna för ett kvantsystem begränsas till ett observerat tillstånd. Till skillnad från Köpenhamnstolkningen, där observatören väljer vilket attribut som kommer att ses ha ett bestämt värde men inte bestämmer själva värdet, hävdade von Neumann att det faktiska attributvärdet bestäms i en kollaps som inträffar i gränssnittet mellan hjärnan och sinnet.
Werner Heisenbergs duplexvärld ." Heisenberg erkände en uppdelning som var inneboende i Köpenhamnstolkningen, mellan den konkreta verkligheten ( fenomen ) av observationer och potentialiteten ( noumenon ) som beskrivs av vågfunktionen. I sitt försök att ta itu med den oobserverade världens ontologiska natur ansåg han att kvantteorin inte bara var en framgångsrik matematisk analogi, utan en bokstavlig beskrivning av den underliggande verkligheten. I Herberts beskrivning av Heisenbergs åskådning är den oobserverade världen en värld sammansatt av möjligheter, kvalitativt mindre verklig än världen av observerade fakta.

Bells teorem och dess konsekvenser

Genom att lägga till ytterligare en rynka till kvantverklighetens natur presenterar Herbert EPR-paradoxen och dess upplösning i form av Bells teorem . EPR-paradoxen, som vilar på det långvariga antagandet om lokalitet , antyder existensen av "verklighetens element" - omättade kvantattribut som ändå är verkliga - som inte förutsägs av kvantteorin. Bells teorem löser denna paradox genom att bevisa att lokalitet utesluts av observation - att varje modell av verklighet som överensstämmer med observation måste tillåta icke-lokal interaktion. Men Herbert är noga med att notera att Bells teorem inte innebär någon förutsägelse av experimentellt observerbara icke-lokala fenomen , inte heller tillåter den superluminal kommunikation.

Herbert omvärderar sedan de tidigare nämnda tolkningarna av kvantverkligheten i ljuset av Bells teorem:

När det gäller Köpenhamnstolkningen måste det "experimentella arrangemanget" av observerade enheter och mätanordningar där kvantattribut finns – som Bohr anser vara begränsade till den lokala interaktionen – utökas till att omfatta potentiellt avlägsna objekt med vilka dessa system kan vara intrasslad.
Enligt Herbert stödjer Bells teorem den böhmiska föreställningen om den underliggande verkligheten som en odelad helhet.
Även om Herbert hävdar att tolkningen av många världar saknar den kontrafaktiska bestämdhet som krävs för att bevisa Bells teorem, hävdar han att synen på många världar är i sig icke-lokal, med någon rimlig uppfattning om lokalitet.
Enligt Herberts uppfattning slår Bells resultat ett stort slag mot neorealistiska modeller, genom att visa att den skenbart verkliga pilotvågen måste bryta mot Einsteins universella hastighetsgräns .

Herbert drar slutsatsen att även om Bells teorem inte utesluter någon av de tidigare nämnda tolkningarna av kvantmekaniken, insisterar den på att varje giltig tolkning måste tillåta icke-lokal interaktion.

Reception

I sin recension av Quantum Reality berömde New York Times Herberts ansträngningar att göra ämnet begripligt för en lekmannapublik . Fysikern Heinz Pagels kallade Quantum Reality "ett bra ställe för den allmänna läsaren att börja lära sig om kvantfysik". Kirkus Recensioner drog dock slutsatsen att Quantum Reality , även om den engagerar sig, kan göra lekmannaläsare förvirrade.

Den postanarkistiska författaren Hakim Bey använde Quantum Reality som grund för en analys av kvantfysikens fält i termer av de sociala paradigm som den kan påverka och från vilka den kan hämta sina metaforer.

Fysikern David Kaiser , som har skrivit om Fundamental Fysiks Group som Herbert tillhörde, hävdar att boken används i fysikkurser på grundnivå.

Quantum Reality har översatts till tyska, japanska och portugisiska.

Se även

Tolkning av kvantmekanik
Fundamental Fysiks Group , som Herbert är knuten till
- The Dancing Wu Li Masters , av Fundamental Fysiks-medlemmen Gary Zukav
- Fysikens Tao , av Fundamental Fysiks-medlemmen Fritjof Capra