Sa blog post na ito, susuriin natin kung ano ang ibig sabihin ng wave collapse, na nakatuon sa interpretasyon ng Copenhagen at sa interpretasyon ng maraming mundo sa iba't ibang interpretasyon ng quantum mechanics, at isasaalang-alang ang mga katangian at limitasyon ng bawat interpretasyon.
Mula sa huling bahagi ng ika-19 na siglo hanggang sa unang bahagi ng ika-20 siglo, nagsimulang lumitaw ang mga penomenong hindi maipaliwanag ng klasikal na pisika lamang. Natuklasan nina Maxwell at Einstein na ang liwanag ay nagtataglay ng parehong mala-alon at mala-particle na katangian. Hinulaan ni Max Born na ang mga partikulo ay nagtataglay din ng mga katangiang parang alon. Sinasabing ipinakita sa eksperimentong Davisson-Germer double-slit na ang mga electron ay nagtataglay ng mala-alon na pag-uugali. Ang masusing pagsusuri sa eksperimentong double-slit ay nagpapakita ng mga sumusunod: Ang isang aparato na naglalabas ng mga electron, isang plato na may dalawang slit, at isang screen ay nakaayos nang magkakasunod. Ang mga electron na inilalabas mula sa pinagmumulan ng electron ay dumadaan sa dalawang hiwa at umaabot sa screen; kapag naobserbahan ang pagdating ng mga electron sa screen, lumilitaw ang isang interference pattern. Hindi lumilitaw ang ganitong disenyo kapag iisa lamang ang hiwa. Samakatuwid, ang posisyon ng isang elektron ay dapat ipaliwanag bilang isang alon na dumadaan sa parehong hiwa nang sabay-sabay. Lumitaw ang quantum mechanics upang ipaliwanag ang mga penomenong ito. Sa mekanika ng kwantum, ang mga alon ng probabilidad ay inilalarawan bilang mga pangunahing bloke ng pagbuo ng kalikasan. Ang mga alon ng probabilidad ay ginagamit upang ilarawan ang estado ng materya. Kasama sa estado ng materya ang mga katangian tulad ng posisyon at ikot. Ang isang probability wave ay nagpapahiwatig na ang isang halaga ay hindi nakapirmi sa anumang punto ngunit sa halip ay ang probabilidad ng paglitaw ay nag-iiba sa bawat punto. Ang mekanikang quantum ay itinatag noong unang bahagi ng ika-20 siglo, at maraming resulta ng eksperimento mula sa panahong iyon at pagkatapos nito ay sumusuporta sa bisa ng teoryang ito. Sa kaibuturan ng teoryang ito nakasalalay ang ekwasyon ng alon ni Schrödinger. Bilang pundamental na ekwasyon ng mekanikang quantum, inilalarawan ng ekwasyon ng alon ni Schrödinger kung paano nagbabago ang isang alon ng probabilidad sa paglipas ng panahon. Gayunpaman, nananatiling hindi malinaw kung paano eksaktong nauugnay ang mga naturang alon ng probabilidad sa pang-araw-araw na buhay. Sa pang-araw-araw na buhay, ang mga resultang naoobserbahan natin ay hindi maraming estado kundi iisa at tiyak na estado—paano ito maipapaliwanag? Ano ang probability wave, at mayroon bang paraan upang maunawaan ito? Upang masagot ang mga tanong na ito, lumitaw ang iba't ibang interpretasyon ng quantum mechanics. Sa isang nakaraang survey na isinagawa sa isang kumperensya ng quantum physics, tinanong ang mga kalahok tungkol sa kanilang mga kagustuhan tungkol sa bawat interpretasyon. Ang kagustuhan para sa interpretasyon ng Copenhagen ay nasa 42%, ang perspektibong quantum-informational ay nasa 24%, at ang interpretasyon ng maraming mundo ay nasa 18%. Gaya ng nakita sa survey, ang interpretasyon ng Copenhagen ang pangunahing interpretasyon sa loob ng komunidad ng pisika. Ang interpretasyon ng Copenhagen ay ang interpretasyong binuo mula pa noong mga unang araw ng quantum mechanics ng mga iskolar na pinangunahan ni Bohr. Ipinakilala ni Brian Greene ang pangunahing prinsipyo ng interpretasyon ng Copenhagen gaya ng sumusunod: “Sa tuwing susubukan nating direktang obserbahan ang isang probability wave, ang mismong obserbasyon ang pumipigil dito.” Ipinaliwanag ng interpretasyon ng Copenhagen na sa sandali ng obserbasyon, ang probability wave ay hindi na maaaring manatili sa estadong iyon at gumuho sa iisang punto. Ipinaliwanag na ang resulta ng pagbagsak na ito sa iisang punto ay ang realidad na pamilyar na sa atin. Ang prosesong ito ay tinatawag na pagguho ng alon. Ipinapaliwanag ng perspektibo ng impormasyong quantum na ang sansinukob mismo ay binubuo ng impormasyong quantum, na siyang bumubuo sa mismong esensya ng sansinukob. Ipinapalagay nito na ang lahat ng bagay ay resulta ng mga kalkulasyon ng kwantum na kinasasangkutan ng impormasyong kwantum na ito. Mula sa pananaw na ito, ang buong uniberso ay minsang tinitingnan bilang isang makinang nagsasagawa ng mga kalkulasyon ng kwantum. Si Seth Lloyd ay sumulat ng isang aklat na mapanghikayat na sumusuporta sa pananaw na ito. Sa aklat na iyon, ipinaliwanag niya ang papel ng impormasyon at kung paano ito nauugnay sa aktwal na mga batas pisikal. Halimbawa, ipinaliwanag niya kung paano ang quantum computation ay may posibilidad na kumalat ng hindi kilalang impormasyon at ipinaliwanag ang mga pisikal na batas na may kaugnayan sa entropy. Ang Interpretasyon ng Maraming-Mundo ay iminungkahi ni Hugh Everett. Hindi tinatanggap ng interpretasyong ito ang pagbagsak ng wave function, na siyang pundasyon ng interpretasyon ng Copenhagen. Sa halip, ipinapalagay nito na ang sansinukob ay nahahati sa maraming mundo, at lahat ng posibilidad ay natutupad. Kaya, ipinaliliwanag nito na sa bawat mundo, nauunawaan ng isang tagamasid ang realidad na pamilyar sa atin. Hindi nakakakumbinsi para sa akin ang konsepto ng wave function collapse—na maaaring ituring na pinakaubod ng interpretasyon ng Copenhagen. Gaya ng itinuro ni Brian Greene, hindi malinaw ang hangganan na tumutukoy sa kung ano ang bumubuo sa isang "obserbasyon". Ganito ang paliwanag: ang pagguho ng wave function ay hindi nangyayari kapag ang mga mikroskopikong bagay ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa, ngunit nangyayari ito kapag ang isang tagamasid ay gumagawa ng isang pagsukat; gayunpaman, ang paliwanag na ito ay mahirap tanggapin.
Natural lamang na ipagpalagay na ang mga batas ng pisika ay pangkalahatang at magkaparehong naaangkop sa buong sansinukob. Dahil ang tagamasid ay bahagi rin ng sansinukob, naniniwala akong natural lamang na ang mga batas ng quantum mechanics ay pantay na naaangkop sa lahat ng mga aksyon, kabilang ang obserbasyon. Gayunpaman, ipinapaliwanag ng interpretasyon ng Copenhagen na ang pagguho ng alon ay nangyayari bilang resulta ng pagmamasid ng tagamasid. Sa matematika, ang pagguho ng alon ay isa ring operasyon na naiiba sa mga ordinaryong operasyong quantum mechanical. Bagama't hindi ko maipaliwanag nang detalyado ang proseso kung saan nagbabago ang isang probability wave function dito, maaari itong ilarawan bilang isang operasyon na kinasasangkutan ng multiplikasyon ng isang reversible matrix na may ilang mga espesyal na katangian. Ang ibig sabihin ng "nababaligtad" ay mayroong isa-sa-isang pagtutugma sa pagitan ng resulta at ng estado na nagdulot nito. Gayunpaman, kapag nangyari ang pagbagsak ng wave function, nasira ang kaugnayang ito. Ang sistema ay nagiging nakapirmi sa iisang estado, kaya imposibleng ibalik ang orihinal na estado. Sa mga pagkakataon kung saan ang katangian ng obserbasyon ay mahalaga—tulad ng sa interpretasyon ng Copenhagen—ang konsepto ng hiwa ni Heisenberg ay minsan ipinakikilala. Ipinapalagay ng konseptong ito na ang mga batas ng quantum mechanics ay nalalapat hanggang sa isang tiyak na hangganan, at lampas sa hangganang iyon, gumuguho ang wave function. Gayunpaman, ang hangganan na ito ay hindi malinaw na tinukoy. Maaari itong itakda sa antas ng mga bagay tulad ng mga electron o proton, o maaari rin itong itakda sa mga makroskopikong bagay tulad ng mga tao. Hindi ito kasiya-siya dahil hindi nito tinukoy kung saan eksaktong dapat iguhit ang hangganang ito. Ang isang kilalang halimbawa na naglalarawan sa sitwasyong ito ay ang eksperimento sa pag-iisip ng pusa ni Schrödinger. Sa eksperimentong ito ng pag-iisip, isang partikulo na mas maliit kaysa sa isang atomo at isang pusa ang lumitaw. Ang maliit na partikulo ay maaaring mabulok na may isang tiyak na probabilidad, isang prosesong maaaring ipaliwanag ng quantum mechanics. May nakalagay na detection device sa tabi nito. Sinasabing sa sandaling matuklasan ang gayong pagkabulok, isang mekanismo ang nagagalaw na pumapatay sa pusa. Nagtataas ito ng tanong kung ang pusa ay patay o buhay sa sandaling iyon. Ipinapaliwanag ng interpretasyon ng Copenhagen na ang kalagayan ng pusa—buhay man o patay—ay natutukoy sa sandaling ito ay naobserbahan. Ang paliwanag na ito ay batay sa premisa na kahit ang mga makroskopikong bagay ay hindi nakakaranas ng pagguho ng alon. Ipinahihiwatig nito na kahit ang malalaking bagay ay dapat isaalang-alang sa loob ng balangkas ng quantum mechanics. Dahil dito, may mga eksperimento sa pag-iisip na mas lalong nagpalala sa sitwasyong ito. Sa eksperimentong ito ng pag-iisip, ipinapalagay natin na isang kaibigan ang nagsagawa ng eksperimento sa pag-iisip ng pusa ni Schrödinger at inobserbahan ang kalagayan ng pusa. Sa ganitong kaso, hindi ito nagbibigay ng tiyak na paliwanag kung saang hangganan dapat ituring na gumuho ang wave function. Hinggil sa hangganang ito, itinuturing ng ilan ang lawak ng kaalaman ng tagamasid bilang mahalaga, at sinasabing ito ay may kaugnayan sa probabilidad. Gayunpaman, ang interpretasyon ng Copenhagen ay may bentahe ng madali at malinaw na pagpapaliwanag ng mga resultang naobserbahan ng tagamasid. Sa katunayan, ipinaliliwanag nito nang maayos ang mga resulta ng iba't ibang eksperimento. Sapat nang gamitin ang wave collapse sa sandaling maobserbahan ang mga resulta ng eksperimento o kapag nakikipag-ugnayan sa mga makroskopikong bagay. Ito ay isang maginhawang interpretasyon na hindi nangangailangan ng pagsasaalang-alang sa quantum state ng kagamitan sa obserbasyon. Ang isang dahilan ng malaking tagumpay nito, sa kabila ng intuwisyonal na mahirap tanggaping resulta ng pagguho ng alon, ay malamang na ang kakayahan nitong ipaliwanag nang maayos ang mga resulta ng eksperimento. Dahil mismo sa ang pagguho ng alon ay isang hindi likas na paliwanag, naniniwala ako na ang Interpretasyon ng Maraming Mundo ay maaaring maging isang mabisang alternatibo sa interpretasyon ng Copenhagen. Hindi kinikilala ng Interpretasyon ng Maraming-Mundo ang pagguho ng alon. Sinasabing ito ay isang interpretasyon na hinango sa pamamagitan ng pagtuon lamang sa ekwasyon ng alon ni Schrödinger. Dahil hindi nito tinitingnan ang kilos ng pagmamasid bilang napapailalim sa anumang mga espesyal na batas, binibigyang-kahulugan nito ang proseso bilang isang pagbabago lamang sa estado ng alon gaya ng nakikita mula sa ekwasyon ng alon. Sa madaling salita, nauunawaan na kapag ang isang obserbasyon ay ginawa, ang alon ay hindi gumuho; sa halip, ang tagamasid at ang bagay ay pumapasok sa isang estadong quantum-mechanically entangled. Upang maunawaan ang gusot na kalagayang ito, suriin natin ang isang halimbawa mula sa pananaw ng Interpretasyon ng Maraming-Mundo, na hindi kinikilala ang pagguho ng alon. Ang ikot ng isang elektron ay maaaring pataas (↑) o pababa (↓). Ang kagamitan sa pagmamasid ay isang aparato na sumusukat sa ikot ng elektron. Ipagpalagay natin na ang state display window ng kagamitan sa obserbasyon ay may tatlong posibleng estado: pataas (⟰), pababa (⟱), at blangko (). Tingnan natin ang sitwasyon bago ang pagsukat. Ang ikot ng elektron at ang state display window ng kagamitan sa obserbasyon ay maaaring ilarawan bilang mga mutually independent probability wave. Ang elektron ay hindi nakapirmi bilang pataas (↑) o pababa (↓) ngunit kinakatawan ng isang probability wave. Ang aparatong panukat ay nakatakda sana sa empty state () para sa eksperimento, at magkakaroon ng probability wavefunction na kumakatawan sa sitwasyong ito. Tingnan natin ang sitwasyon pagkatapos ng pagsukat. Sa puntong ito, hindi na ito mailalarawan bilang mga independent probability wavefunction. Ang pangkalahatang estado ay inilalarawan sa pamamagitan ng isang probability wavefunction na sumasaklaw sa parehong elektron at aparatong panukat.
Sa partikular, ito ay kinakatawan ng isang probability wave function na naglalarawan lamang ng dalawang posibleng sitwasyon: isa kung saan ang spin ng electron ay pataas at ang state window ng observation apparatus ay nagpapahiwatig ng "pataas" (↑⟰), at isa pa kung saan ang spin ng electron ay pababa at ang state window ng observation apparatus ay nagpapahiwatig ng "pababa" (↓⟱). Ang penomenong ito, kung saan maraming estado ang hindi na nagsasarili, ay inilalarawan bilang "pagkakagulo." Mas pinalalalim pa ito ng Interpretasyon ng Maraming-Mundo. Kung titingnan ang halimbawa sa itaas, mayroong dalawang posibleng sitwasyon (↑⟰, ↓⟱). Ang Interpretasyon ng Maraming-Mundo ay tinitingnan ang mundo bilang nahahati sa dalawang estadong ito. Ibig sabihin, sa isang mundo, nangyayari ang sitwasyong ↑⟰, at sa ibang mundo, nangyayari ang sitwasyong ↓⟱. Sinasabing, sa pagsusuri sa ekwasyon ni Schrödinger, walang malaking problema sa matematika sa pagtingin dito sa ganitong paraan. Kung paghihiwalayin natin ang mga posibleng estado batay sa mga resulta ng mga obserbasyon at bibigyang-kahulugan ang bawat resulta bilang isang natatanging mundo, iyan mismo ang Interpretasyon ng Maraming-Mundo. Kaya naman, ang bawat pangyayaring maituturing na isang obserbasyon ay tinitingnan bilang isang pangyayari kung saan nahahati ang mga mundo. Dahil dito, bawat posibilidad na magagawa sa mekanikal na kwantum ay natutupad sa bawat mundo. Ang aspeto ng Interpretasyon ng Maraming-Mundo na pinakakaakit-akit para sa akin ay hindi nito itinuturing ang obserbasyon bilang isang bagay na espesyal. Dahil kahit ang tagamasid ay tinitingnan bilang bahagi ng isang mundong napapailalim sa parehong mga batas ng quantum mechanics, itinuturing kong mas pangkalahatang naaangkop ang interpretasyong ito. Gayunpaman, ang Interpretasyon ng Maraming-Mundo ay nahaharap sa maraming kritisismo. Walang nakakakumbinsing paliwanag kung ano ang ibig sabihin ng pagkahati ng mundo sa maraming mundo. Bukod pa rito, ang pahayag na mayroong maraming mundo ay kakaiba sa ganang sarili nito. Kung ang mga mundo ay patuloy na nalilikha nang walang hanggan, walang paraan upang ipaliwanag kung paano natin masusubaybayan ang napakaraming mga ito. Bukod pa rito, kung ang magkakaibang mundo ay ganap na magkakahiwalay at hindi maaaring makaimpluwensya sa isa't isa, maaaring ipagtalo ng isa na, mula sa pananaw ng tagamasid, ang pagkakaroon ng ibang mga mundo ay ganap na walang kahulugan. Mula sa pananaw na iyan, ang interpretasyon mismo ay nagiging walang kahulugan. Bukod pa rito, marami pa ring mga hamon na kailangang tugunan sa Interpretasyon ng Maraming-Mundo. Una, ang pagbibigay ng sapat na paliwanag kung aling mundo ang mapapansin ng isang aktwal na tagamasid ay isa sa mga gawaing dapat tugunan. Dapat ding magkaroon ng paraan upang ilarawan ang mga penomena mula sa pananaw ng tagamasid—sa halip na mula sa pananaw ng kabuuan—upang maipaliwanag ang mga penomenang naoobserbahan natin sa pang-araw-araw na buhay. Ito ay dahil hindi natin direktang naoobserbahan ang mga probability wave, kundi ang mga resulta lamang nito. Malinaw na ipinaliwanag ng interpretasyon ng Copenhagen ang aspektong ito. Ayon sa interpretasyon ng Copenhagen, ang mundong ating naoobserbahan ay natutupad sa pamamagitan ng pagbagsak ng wave function, at nagbubunga ito ng mga resultang naaayon sa realidad. Bukod pa rito, dapat maipaliwanag ng Interpretasyon ng Maraming-Mundo ang interpretasyon ng Copenhagen. Kung ang Interpretasyon ng Maraming-Mundo ang tama, dapat nitong maipaliwanag—mula sa sarili nitong pananaw—kung paano tumugma ang lahat ng resulta ng eksperimento hanggang sa kasalukuyan sa mga hula ng interpretasyon ng Copenhagen. Bukod pa rito, dapat nating tukuyin sa ilalim ng anong mga pangyayari maaaring lumitaw ang mga pagkakaiba sa pagitan ng dalawang interpretasyon. Samakatuwid, ang pagtatatag ng koneksyon sa interpretasyon ng Copenhagen ay isa ring malaking hamon. Hindi ko sinusuportahan ang konsepto ng interpretasyon ng Copenhagen tungkol sa pagguho ng alon dahil hindi malinaw kung kailan ito eksaktong dapat ilapat, at tinitingnan ko ang pagsasagawa ng paghihiwalay ng pagsukat bilang isang hiwalay na proseso bilang problematiko sa mga tuntunin ng unibersalidad. Sa halip, naniniwala ako na dapat nating panatilihin ang pananaw na ang buong uniberso ay maaaring ilarawan bilang isang probabilistikong alon sa quantum mechanics, at ang tagamasid ay bahagi rin nito. Samakatuwid, sa palagay ko ang Interpretasyon ng Maraming-Mundo at mga katulad na teorya ay maaaring magsilbing alternatibo. Gayunpaman, gaya ng nabanggit kanina, mayroon ding ilang problema sa mga interpretasyong ito. Gaya ng pinatutunayan ng mga resulta ng survey na kinasasangkutan ng mga pisiko, wala pang tiyak na konklusyon ang nararating tungkol sa interpretasyon ng quantum mechanics. Ang ilan sa mga umiiral na interpretasyon ay may kasaysayan ng pagpapabulaan ng mga eksperimento. Gayunpaman, wala pang ganitong mga eksperimento ang isinagawa para sa interpretasyon ng Copenhagen o sa interpretasyon ng Many-Worlds. Posible na ang mga disenyong eksperimental na may kakayahang aktwal na magpakita ng mga pagkakaiba sa pagitan ng mga interpretasyong ito ay maaaring mabuo balang araw. Bilang kahalili, maaari nating tapusin sa kalaunan na ang lahat ng mga interpretasyong ito ay pantay na balido. Samakatuwid, naniniwala ako na habang lumalalim ang ating pag-unawa sa mga batas ng pisika, magbubukas ang mga bagong paraan para sa pagbibigay-kahulugan sa quantum mechanics. Magiging kawili-wiling masaksihan ang prosesong iyon.
