În această postare pe blog, vom examina contextul mecanicii cuantice, punctele principale ale interpretării de la Copenhaga și ale interpretării lumilor multiple și modul în care aceste două interpretări privesc „observația”, apoi vom reflecta asupra scopului mecanicii cuantice.
Cu mult timp în urmă în istoria fizicii, Max Planck a publicat o lucrare și rezultate experimentale bazate pe experimentele sale privind radiația corpului negru, afirmând că „toată energia constă din pachete foarte mici cu valori discrete”. Aceasta a zguduit fundamentele opiniei predominante printre fizicienii vremii, care credeau că toate fenomenele din lumea macroscopică pot fi explicate prin mecanica newtoniană. Din acest moment, pe măsură ce echipamentele de măsurare au avansat și fizicienii au dobândit capacitatea de a privi în lumea microscopică, aceștia au publicat diverse rezultate experimentale care au dezvăluit limitele mecanicii newtoniene. Aceste rezultate, care nu puteau fi explicate prin teoriile existente, au condus curând la recunoașterea necesității unui nou cadru al mecanicii - și astfel s-a născut „mecanica cuantică”. Mecanica cuantică și-a consolidat curând poziția oferind cu succes răspunsuri la fenomenele naturale care nu puteau fi rezolvate de fizica existentă, cum ar fi explicația lui Einstein asupra efectului fotoelectric și modelul lui Bohr al spectrului atomului de hidrogen. Mai mult, prin eforturile nenumăraților fizicieni și prin dezvoltări precum teoria transformării propusă de Paul Dirac și Pascual Jordan, aceasta s-a impus ca un domeniu distinct de studiu.
Totuși, aceasta a însemnat doar finalizarea „formei” matematice - instrumentul folosit pentru a descrie conținutul mecanicii cuantice - și nu a implicat că aceasta ar fi fost stabilită din perspectiva interpretării fizice. Chiar și acum, după decenii, conflictele de opinie continuă printre fizicienii proeminenți cu privire la „interpretarea” fenomenelor mecanicii cuantice. De la „interpretarea de la Copenhaga” - adesea denumită interpretarea principală - până la „interpretarea lumilor multiple”, care a apărut ca răspuns la limitările primei și la diverse alte interpretări, aceste abordări diferite continuă să se completeze reciproc prin abordarea lacunelor pe care nicio interpretare unică nu le poate explica pe deplin. La o conferință de mecanică cuantică organizată în Austria în trecut, a fost realizat un sondaj în rândul a 33 de fizicieni de renume mondial, întrebându-se ce interpretare susțin; interpretarea de la Copenhaga a primit 42%, interpretarea teoretică a informației 24%, iar Interpretarea Lumilor Multiple 18%. Având în vedere că nicio interpretare unică nu a depășit 50% în acest sondaj, pare clar că fiecare interpretare are propriile limitări. În acest articol, voi prezenta pe scurt „interpretarea de la Copenhaga” și „interpretarea lumilor multiple” – care reprezintă o parte semnificativă a domeniului și au opinii opuse cu privire la actul de „observare” – și voi discuta limitele acestora. „Interpretarea teoretică a informației” este exclusă din această discuție deoarece privește mecanica cuantică dintr-o perspectivă oarecum diferită de celelalte două.
Cadrul de bază al interpretării de la Copenhaga, propus de Bohr și Heisenberg, este următorul: „Atâta timp cât observatorul nu aplică echipamente de măsurare, electronul dintr-un atom se mișcă conform legilor cauzalității. Cu toate acestea, atunci când se încearcă descrierea electronului într-o poziție și timp fixe în spațiu-timp, intervin interacțiuni discrete, determinându-l să devieze de la cauzalitate, iar observatorul nu are de ales decât să se bazeze pe probabilități cuantice.” Mecanica newtoniană afirmă că particulele observate în lumea macroscopică posedă valori specifice, bine definite, pentru poziție și impuls atunci când se mișcă. Aceasta înseamnă că în lumea macroscopică, unde există observatori - adică oameni, poziția și impulsul sunt fixe. Cu toate acestea, în lumea microscopică, un electron în mișcare există într-o stare în care aceste mărimi fizice nu pot fi determinate definitiv ca o singură valoare. Mai degrabă, diverse stări diferite coexistă simultan. De exemplu, dacă există trei stări posibile - 1, 2 și 3 - pe care le poate ocupa un electron, electronul există simultan în toate cele trei stări înainte de a fi observat. Matematic, aceasta poate fi exprimată ca suma funcțiilor de undă corespunzătoare numerelor 1, 2 și 3. Când un observator din lumea macroscopică observă electronul, acesta este redus la o singură stare dintre numeroasele stări posibile, determinată de probabilitatea asociată acelei stări. Cu alte cuvinte, actul de „observare” schimbă starea electronului. De exemplu, în momentul în care electronul este determinat a fi în starea 1, posibilitatea ca acesta să existe simultan în stările 2 și 3 dispare. Aceasta este ceea ce interpretarea de la Copenhaga numește „colapsul funcției de undă”. Prin urmare, actul de „observare” are o semnificație imensă în interpretarea de la Copenhaga.
Fizicieni celebri precum Einstein au respins interpretarea de la Copenhaga, invocând diverse experimente mentale ca dovezi. Printre acestea, cel mai cunoscut este „Pisica lui Schrödinger”. În interiorul unei cutii sigilate se află o pisică și un dispozitiv capabil să elibereze otravă în funcție de starea determinată mecanic cuantic a unei particule. Dacă pisica din interiorul cutiei este vie sau moartă după o anumită perioadă de timp - care este în sine o stare - este determinat doar în momentul în care capacul este deschis și pisica este observată. Acest experiment mental ilustrează faptul că aplicarea actului de „observare”, care are o mare semnificație în lumea microscopică, la lumea macroscopică duce la concluzii ciudate; ca urmare, a determinat o reflecție profundă asupra semnificației observației în mecanica cuantică. Aici începe „interpretarea lumilor multiple”.
Everett III, fost angajat la Universitatea Princeton, a respins afirmațiile interpretării de la Copenhaga, argumentând că distribuția probabilității unei particule nu dispare prin actul de observare, ci mai degrabă că au existat mai multe lumi posibile de la bun început. Cu alte cuvinte, poziția unei particule nu este determinată la o singură valoare prin observare; mai degrabă, există deja mai multe lumi paralele, iar noi pur și simplu observăm una dintre ele. Stările pe care nu le observăm direct se desfășoară în alte lumi posibile. De exemplu, dacă observația noastră produce starea 2, celelalte stări nu dispar în acel moment - ele se desfășoară în alte lumi și pur și simplu nu le putem observa.
Totuși, Interpretarea Multiplelor Lumi are în mod clar problemele sale. Dacă un eveniment care s-ar putea produce se întâmplă în toate lumile posibile, ce semnificație are probabilitatea asociată fiecărei stări? Everett a încercat să rezolve acest lucru prin simpla înmulțire a fiecărei stări cu o pondere. Cu toate acestea, ce înseamnă ca o lume să fie mai importantă decât alta rămâne un subiect de dezbatere.
Având în vedere aceste două interpretări – fiecare cu semnificația și limitările sale – tind să favorizez interpretarea de la Copenhaga. Dacă ne întoarcem la originile mecanicii cuantice, vedem că aceasta s-a născut în cele din urmă pentru a explica fenomenele din lumea microscopică. Cu alte cuvinte, deoarece a fost creată pentru a dezvălui fenomenele prin observare și faptele rezultate, actul de observare al observatorului are o semnificație atât de semnificativă. În observarea propriu-zisă a particulelor, pentru a observa starea unei singure particule, trebuie să exercităm un anumit grad de influență asupra acesteia. În fizică, aceasta se numește „perturbație”. Cu alte cuvinte, observarea stării unei particule implică inducerea unei ușoare schimbări în particule și apoi observarea răspunsului acesteia. Deși legătura dintre inducerea unei schimbări în particule și prăbușirea funcției de undă în termeni matematici este oarecum ambiguă, acestea sunt de acord prin faptul că ambele modifică starea inițială. Aceasta înseamnă că actul de observare în sine este semnificativ din punct de vedere fizic.
Mecanica cuantică s-a îndepărtat de mentalitatea deterministă a mecanicii newtoniene clasice și a adoptat o abordare probabilistă. Câți oameni ar putea accepta cu ușurință ideea că poziția unui măr chiar în fața lor se schimbă cu probabilități variabile de fiecare dată când îl privesc? Este adevărat că atât interpretarea de la Copenhaga, cât și interpretarea lumilor multiple au propriile semnificații și limitări atunci când vine vorba de a-i ajuta pe oameni - care sunt obișnuiți cu stările definite ale obiectelor - să înțeleagă fenomenele care au loc în lumea microscopică. Sunt student la inginerie și studiez cum să creăm noi tehnologii utilizând fenomene științifice și rezultatele obținute din observarea lor. Dezvoltarea mecanicii cuantice ne-a oferit instrumente pentru a interpreta fenomenele din lumea microscopică, iar acest lucru a condus direct la tehnologii utile oamenilor. Echipamentul RMN (imagistica prin rezonanță magnetică), care a adus o contribuție semnificativă la medicina modernă, a fost dezvoltat prin aplicarea fenomenului RMN (rezonanță magnetică nucleară) din mecanica cuantică; această tehnologie este utilizată nu numai în spectroscopie - care determină structurile moleculare - ci chiar și în explorarea petrolului. Pe baza acestui fapt, cred că interpretarea mai potrivită pentru explicarea fenomenelor — pe care o consider a fi scopul științei — va avea o semnificație mai mare.
