Sa blog post na ito, susuriin natin ang pinagmulan ng quantum mechanics, ang mga pangunahing punto ng interpretasyon ng Copenhagen at ng interpretasyon ng maraming mundo, at kung paano tinitingnan ng dalawang interpretasyong ito ang "obserbasyon," at pagkatapos ay pagninilayan ang layunin ng quantum mechanics.
Matagal nang panahon sa kasaysayan ng pisika, naglathala si Max Planck ng isang papel at mga resulta ng eksperimento batay sa kanyang mga eksperimento sa blackbody radiation, na nagsasaad na "lahat ng enerhiya ay binubuo ng napakaliit na mga pakete na may magkakahiwalay na mga halaga." Niyanig nito ang pundasyon ng umiiral na pananaw sa mga pisiko noong panahong iyon, na naniniwala na ang lahat ng mga penomena sa mundo ng makroskopiko ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng Newtonian mechanics. Mula sa puntong ito, habang umuunlad ang kagamitan sa pagsukat at nagkakaroon ng kakayahang sumilip ang mga pisiko sa mikroskopikong mundo, naglathala sila ng iba't ibang mga resulta ng eksperimento na nagsiwalat ng mga limitasyon ng Newtonian mechanics. Ang mga resultang ito, na hindi maipaliwanag ng mga umiiral na teorya, ay agad na humantong sa pagkilala sa pangangailangan para sa isang bagong balangkas ng mekanika—at sa gayon, isinilang ang "quantum mechanics". Hindi nagtagal ay pinatibay ng quantum mechanics ang posisyon nito sa pamamagitan ng matagumpay na pagbibigay ng mga sagot sa mga natural na penomena na hindi malulutas ng umiiral na pisika, tulad ng paliwanag ni Einstein sa photoelectric effect at modelo ni Bohr ng hydrogen atom spectrum. Bukod pa rito, sa pamamagitan ng mga pagsisikap ng hindi mabilang na mga pisiko at mga pag-unlad tulad ng teorya ng pagbabago na iminungkahi nina Paul Dirac at Pascual Jordan, itinatag nito ang sarili bilang isang natatanging larangan ng pag-aaral.
Gayunpaman, ito ay nangangahulugan lamang ng pagkumpleto ng matematikal na "anyo"—ang kasangkapang ginamit upang ilarawan ang nilalaman ng quantum mechanics—at hindi nagpapahiwatig na ito ay naitatag na mula sa pananaw ng pisikal na interpretasyon. Kahit ngayon, ilang dekada na ang lumipas, ang mga tunggalian ng opinyon ay nagpapatuloy sa mga kilalang pisiko tungkol sa "interpretasyon" ng mga penomenong quantum mechanical. Mula sa "interpretasyon ng Copenhagen"—na kadalasang tinutukoy bilang mainstream na interpretasyon—hanggang sa "interpretasyon ng maraming mundo," na lumitaw bilang tugon sa mga limitasyon ng nauna, at iba't ibang interpretasyon, ang iba't ibang pamamaraang ito ay patuloy na nagpupuno sa isa't isa sa pamamagitan ng pagtugon sa mga puwang na walang iisang interpretasyon ang maaaring ganap na ipaliwanag. Sa isang kumperensya ng quantum mechanics na ginanap sa Austria noon, isang botohan ang isinagawa sa 33 kilalang pisiko sa mundo na nagtatanong kung aling interpretasyon ang kanilang sinusuportahan; ang interpretasyon ng Copenhagen ay nakatanggap ng 42%, ang interpretasyon ng information-theoretic 24%, at ang Interpretasyon ng Maraming Mundo 18%. Dahil walang iisang interpretasyon ang lumampas sa 50% sa botohan na ito, tila malinaw na ang bawat interpretasyon ay may sariling mga limitasyon. Sa artikulong ito, maikling ipakikilala ko ang "interpretasyon ng Copenhagen" at ang "interpretasyon ng maraming mundo"—na bumubuo sa isang malaking bahagi ng larangan at may magkasalungat na pananaw sa kilos ng "obserbasyon"—at tatalakayin ang kanilang mga limitasyon. Ang "interpretasyon ng teorya ng impormasyon" ay hindi kasama sa talakayang ito dahil tinitingnan nito ang quantum mechanics mula sa isang pananaw na medyo naiiba sa dalawa.
Ang pangunahing balangkas ng interpretasyon ng Copenhagen, na iminungkahi nina Bohr at Heisenberg, ay ang mga sumusunod: "Hangga't hindi gumagamit ang tagamasid ng kagamitan sa pagsukat, ang elektron sa loob ng isang atomo ay gumagalaw ayon sa mga batas ng sanhi. Gayunpaman, kapag sinusubukang ilarawan ang elektron sa isang nakapirming posisyon at oras sa loob ng espasyo-oras, ang mga hiwalay na interaksyon ay namamagitan, na nagiging sanhi ng paglihis nito mula sa sanhi, at ang tagamasid ay walang pagpipilian kundi umasa sa mga probabilidad ng quantum." Sinasabi ng Newtonian mechanics na ang mga particle na naobserbahan sa mundo ng macroscopic ay nagtataglay ng mga tiyak at mahusay na natukoy na mga halaga para sa posisyon at momentum kapag sila ay gumagalaw. Nangangahulugan ito na sa mundo ng macroscopic, kung saan umiiral ang mga tagamasid—ibig sabihin, ang mga tao—ay umiiral, ang posisyon at momentum ay nakapirmi. Gayunpaman, sa mundo ng mikroskopiko, ang isang elektron na gumagalaw ay umiiral sa isang estado kung saan ang mga pisikal na dami na ito ay hindi maaaring tiyak na matukoy bilang isang halaga. Sa halip, iba't ibang iba't ibang estado ang magkakasamang nabubuhay. Halimbawa, kung mayroong tatlong posibleng estado—1, 2, at 3—na maaaring sakupin ng isang elektron, ang elektron ay umiiral sa lahat ng tatlong estado nang sabay-sabay bago ito maobserbahan. Sa matematika, maaari itong ipahayag bilang kabuuan ng mga wave function na katumbas ng 1, 2, at 3. Kapag ang isang tagamasid sa mundo ng makroskopikong pag-obserba sa elektron, ang elektron ay nababawasan sa isang estado lamang sa maraming posibleng estado, na tinutukoy ng probabilidad na nauugnay sa estadong iyon. Sa madaling salita, ang kilos ng "obserbasyon" ay nagbabago sa estado ng elektron. Halimbawa, sa sandaling matukoy na ang elektron ay nasa estado 1, ang posibilidad na ito ay umiral sa mga estado 2 at 3 nang sabay-sabay ay nawawala. Ito ang tinutukoy ng interpretasyon ng Copenhagen bilang "pagbagsak ng wave function." Dahil dito, ang kilos ng "obserbasyon" ay may napakalaking kahalagahan sa interpretasyon ng Copenhagen.
Pinabulaanan ng mga kilalang pisiko tulad ni Einstein ang interpretasyon ng Copenhagen, binanggit ang iba't ibang eksperimento sa pag-iisip bilang ebidensya. Kabilang sa mga ito, ang pinakakilala ay ang "Pusa ni Schrödinger." Sa loob ng isang selyadong kahon ay isang pusa at isang aparato na may kakayahang maglabas ng lason depende sa estado ng isang particle na tinutukoy ng quantum-mechanical. Kung ang pusa sa loob ng kahon ay buhay o patay pagkatapos ng isang tiyak na tagal ng panahon—na siyang estado mismo—ay natutukoy lamang sa sandaling mabuksan ang takip at maobserbahan ang pusa. Inilalarawan ng eksperimento sa pag-iisip na ito na ang paglalapat ng kilos ng "obserbasyon," na may malaking kahalagahan sa mikroskopikong mundo, sa makroskopikong mundo ay humahantong sa mga kakaibang konklusyon; bilang resulta, nag-udyok ito ng malalim na pagninilay sa kahulugan ng obserbasyon sa quantum mechanics. Dito nagsisimula ang "interpretasyon ng maraming mundo".
Pinabulaanan ni Everett III, dating taga-Princess University, ang mga pahayag ng interpretasyon ng Copenhagen, na nangangatwiran na ang distribusyon ng probabilidad ng isang partikulo ay hindi nawawala sa pamamagitan ng obserbasyon, kundi sa halip ay maraming posibleng mundo ang umiral mula pa sa simula. Sa madaling salita, ang posisyon ng isang partikulo ay hindi natutukoy sa isang halaga sa pamamagitan ng obserbasyon; sa halip, maraming parallel na mundo ang umiiral na, at naoobserbahan lamang natin ang isa sa mga ito. Ang mga estado na hindi natin direktang naoobserbahan ay nagaganap sa iba pang posibleng mundo. Halimbawa, kung ang ating obserbasyon ay nagbubunga ng estado 2, ang iba pang mga estado ay hindi nawawala sa sandaling iyon—ang mga ito ay nagaganap sa ibang mga mundo, at hindi natin sila maoobserbahan.
Gayunpaman, ang Interpretasyon ng Maraming-Mundo ay malinaw na may mga problema. Kung ang isang pangyayaring maaaring mangyari ay nangyayari sa lahat ng posibleng mundo, ano ang kahulugan ng probabilidad na nauugnay sa bawat estado? Sinubukan ni Everett na lutasin ito sa pamamagitan lamang ng pagpaparami ng bawat estado sa isang timbang. Gayunpaman, ang kahulugan ng pagiging mas mahalaga ng isang mundo kaysa sa iba ay nananatiling paksa ng debate.
Kung isasaalang-alang ang dalawang interpretasyong ito—bawat isa ay may kanya-kanyang kahalagahan at limitasyon—mas pabor ako sa interpretasyon ng Copenhagen. Kung babalikan natin ang pinagmulan ng quantum mechanics, makikita natin na ito ay ipinanganak upang ipaliwanag ang mga penomena sa mikroskopikong mundo. Sa madaling salita, dahil nilikha ito upang lutasin ang mga penomena sa pamamagitan ng obserbasyon at mga nagresultang katotohanan, ang obserbasyon ng tagamasid ay may napakahalagang kahulugan. Sa aktwal na obserbasyon ng mga particle, upang maobserbahan ang estado ng isang particle, kailangan nating magdulot ng isang tiyak na antas ng impluwensya dito. Sa pisika, ito ay tinatawag na "perturbation." Sa madaling salita, ang pag-obserba sa estado ng isang particle ay kinabibilangan ng pag-udyok ng bahagyang pagbabago sa particle at pagkatapos ay pag-obserba sa tugon nito. Bagama't medyo malabo ang koneksyon sa pagitan ng pag-udyok ng pagbabago sa particle at ang pagbagsak ng wave function sa mga terminong matematikal, nagkakasundo sila na pareho nilang binabago ang orihinal na estado. Nangangahulugan ito na ang mismong obserbasyon ay pisikal na makabuluhan.
Ang quantum mechanics ay lumayo na sa deterministikong kaisipan ng klasikal na Newtonian mechanics at gumamit ng probabilistikong pamamaraan. Ilang tao ang madaling tumanggap sa ideya na ang posisyon ng isang mansanas sa harap nila ay nagbabago nang may iba't ibang probabilidad tuwing titingnan nila ito? Totoo na ang parehong interpretasyon ng Copenhagen at ang interpretasyon ng Many-Worlds ay may kani-kanilang kahalagahan at limitasyon pagdating sa pagtulong sa mga tao—na sanay sa mga tiyak na estado ng mga bagay—na maunawaan ang mga phenomena na nagaganap sa mikroskopikong mundo. Ako ay isang estudyante ng inhinyero na nag-aaral kung paano lumikha ng mga bagong teknolohiya sa pamamagitan ng paggamit ng mga siyentipikong phenomena at mga resultang nakuha mula sa pagmamasid sa mga ito. Ang pag-unlad ng quantum mechanics ay nagbigay sa atin ng mga kagamitan upang bigyang-kahulugan ang mga phenomena sa mikroskopikong mundo, at ito ay direktang humantong sa mga teknolohiyang kapaki-pakinabang sa mga tao. Ang kagamitan ng MRI (Magnetic Resonance Imaging), na nakapagbigay ng malaking kontribusyon sa modernong medisina, ay binuo sa pamamagitan ng paglalapat ng phenomenon ng NMR (Nuclear Magnetic Resonance) mula sa quantum mechanics; ang teknolohiyang ito ay ginagamit hindi lamang sa spectroscopy—na tumutukoy sa mga istrukturang molekular—kundi maging sa eksplorasyon ng langis. Batay dito, naniniwala ako na ang interpretasyong mas angkop sa pagpapaliwanag ng mga penomena—na itinuturing kong layunin ng agham—ay magkakaroon ng mas malaking kahalagahan.
