Почему никто не может согласиться с тем, что на самом деле означает квантовая физика

Если бы вы спросили тысячу физиков, все они не согласятся. Это утверждение может относиться к любому количеству тем – независимо от того, является ли вселенная бесконечная, из чего сделана темная материя, как заставить провода вести себя совершенно эффективно – но это не просто абстрактное. Несколько недель назад команда в Природа поставил вопрос, который разделил поле точно таким образом. Они опрошены 1100 физиков Чтобы спросить их любимую интерпретацию квантовой механики. Результат? Они «дико не согласны».

Это не удивительно для меня – я сталкиваюсь с физиками, которые все время интерпретируют результаты из квантовых экспериментов по -разному. То есть каждый из них может посмотреть на один и тот же набор уравнений или экспериментальных результатов и уйти с другим представлением о том, что это говорит нам о реальности.

Итак, насколько это имеет значение это разногласия и сама проблема интерпретации? Прежде всего, странно, что это происходит относительно квантовой механики, ветви физики, которая Сейчас мы потратили 100 лет, подвергаясь неумолимой батареи тестовПолем Невозможно отрицать это: теория квантовой механики, набор часто противоречивых законов физики, которые управляют поведением всего очень маленького или очень холодного, является невероятным научным успехом. Мало того, что он прошел все наши тесты с летающими цветами, но и позволил нам создавать технологии, такие как транзисторы, которые питают наши электронные устройства и фиброптику, которые делают интернет возможным. «Квантовая механика рассказывает о своем бизнесе невероятно успешно, как теоретически, так и в прикладном смысле», – говорит Питер Льюис в Дартмутском колледже в Нью -Гемпшире.

Тем не менее, если это грубо сказать, просто потому, что физики знают, как записать уравнения и создавать устройства, они не всегда знают или согласны с тем, что все это значит. Они просто не могут договориться о том, как и даже квантовая механика захватывает объективную физическую реальность нашего мира. А Природа Обследование показывает столько же: интерпретация копенгагена квантовой механики, которая препятствует вопросам вопроса о истинной природе квантовых объектов, таких как электрон, и умоляет их «заткнуться и рассчитывать», потому что слова не могут быть однозначно соответствовать чему -то объективно реальному, – получили наибольшую долю голосов, но все же завоевывают доверие только 36 за столетие ресурса. Другие помещают свои запасы в Интерпретация многих миракоторый требует, чтобы кто -то подпишился на бесконечно большую вселенную, или Супер -интенминированные теориикоторые приближаются к устранению свободной воли и позиционированию, что все предварительно определен, среди нескольких возможных ответов. Поразительно, что процент физиков, которые были уверены в правильной их предпочтительной интерпретации, составлял 24 процента.

Разногласия также возникли, когда физиков спрашивали о некоторых основных основных основных теории: его центральный математический объект, называемый волновой функцией, неразрывную связь между частицами, называемыми квантовыми запутыванием, и даже знаменитым экспериментом с двойным разрезом, который установил это Весь вопрос имеет скрытую волновую природуПолем «Более того, некоторые ученые, которые, казалось, находились в одном лагере, не давали одинаковые ответы на последующие вопросы, предлагая противоречивое или разнородное понимание выбранной ими интерпретации»,-написала Элизабет Гибни в своем анализе обследования, подчеркивая, сколько не только разногласия, но и проницательность в отношении основополагающих механизмов квантовой механики.

Льюис говорит, что эта ситуация – сочетание потрясающего технического успеха и абсолютного философского беспорядка – уникальна в истории науки. Что делать с этой ситуацией также неясно. Один физик предположил, что это смущает эту область, но другой утверждал, что разнообразие взглядов – это позитивная вещь. Пытаясь принять решение о том, к чьи я больше склоняюсь, я понял, что застрял на слове «интерпретация». Что это на самом деле, и что делает интерпретацию правдоподобной или конкурентной? Итак, я вернулся к источнику, в любом случае: я позвонил своему первому профессору квантовой механики.

«Когда я думаю о интерпретациях квантовой механики, для меня это означает что -то, что не столько физика, но является более философией, может быть, психология», – говорит Джеффри Харви в Чикагском университете. Я помню, как его класс был математически сложным, и воспоминания о моем волнении узнавали, что волновые функции «живут» в математически абстрактном «пространстве Гилберта», на мой взгляд, яркие. Но я не мог вспомнить явные дискуссии о том, как интерпретировать не более странные последствия математики, с которыми мы сталкивались. Харви говорит, что он неохотно научит студентов различным интерпретациям, потому что они конкурируют «ментальные модели», а не рамки, которые можно различить экспериментально. Если две интерпретации проистекают из одних и тех же уравнений и предсказывают один и тот же набор экспериментальных наблюдений, зачем предпочитать одно перед другим? «Это своего рода агностическая точка зрения. Я бы предпочел просто непредвзято относиться к чему -то, что меня не заставляют доказательства, чтобы сделать выбор», – говорит Харви.

Джонт Хэнс В университете Ньюкасла в Великобритании, с другой стороны, предостерегает от использования слова интерпретации слишком свободно. Некоторые интерпретации на самом деле являются расширением квантовой механики, поскольку они добавляют или изменяют уравнения в основе теории. «Часть проблемы здесь заключается в том, что люди не согласны с тем, что такое интерпретация и что требуется, каковы проблемы, с которыми сталкивается квантовая механика», – говорит Льюис. А Природа Опрос разбил ответы респондентов по восьми интерпретациям, и Льюис отмечает, что, хотя некоторые добавляют ингредиенты в основные правила квантовой механики, другие отнимают правила, а некоторые, как и интерпретация Копенгагена, отклоняют вопрос о необходимости интерпретировать эти правила вообще.

Чтобы понять это, это помогает думать о Знаменитое уравнение Schrödingerкоторое часто является уравнением, которое физик попытается решить, чтобы определить или предсказать, ну, что -либо о квантовом объекте. Некоторые интерпретации квантовой механики-например, интерпретация многих мира-используют уравнение Шредингера, как изначально написано, не изменяя его. Другая интерпретация, называемая теорией спонтанной коллапса, которая направлена на разрешение того, почему мы не видим квантовых эффектов в повседневной жизни, добавляет дополнительные символы и числа, которые представляют новый физический процесс, в уравнение Schrödinger. Хэнс говорит, что это технически делает последнее расширение, а не интерпретацию. В этом случае может быть возможно сформулировать экспериментальный тест, который будет выяснить, действительно ли наше мир требует внесения поправок в уравнение Шредингера.

Это было бы доказательством, которое может заставить исследователей, таких как Харви, оставить позади агностицизм. Хэнс говорит, что успешное расширение квантовой механики может объяснить множество экспериментов, которые теория уже соответствует исключительно хорошо, но она также должна была бы сделать однозначно разные и конкретно проверенные прогнозы.

В то же время все три исследователя, с которыми я говорил, признали, что многие физики могут счастливо и успешно выполнять свою повседневную работу, не сталкиваясь с проблемами интерпретаций квантовой механики-еще одна функция того, насколько удивительно успешной квантовой механикой является. Частично это почему мой класс с Харви не включал урок по интерпретации квантовой механики: меня просто обучали использовать его. «Что касается большинства видов инноваций и применения квантовой механики, я не вижу этого [interpretation] имеет значение. Это имеет значение только с той философской точки зрения », – говорит Льюис.

Но это не означает, что нет никакой ценности в размышлениях о интерпретациях, даже в самом строгом смысле этого слова, тех мест, где конкурирующие интерпретации не дают конкурирующих экспериментальных прогнозов. «Ментальные модели, которые имеют физики, могут не быть частью физики, но они могут быть важной частью того, как люди разрабатывают новые идеи. В этом смысле я думаю, что разнообразие ментальных моделей, вероятно, является хорошей вещью, так как это помогает физикам исследовать новые идеи, которые выходят из квантовой механики по -разному», – говорит Харви.

Помимо этого, и особенно когда речь идет о расширениях квантовой механики, философская перспектива также не подходит для чихания. Для Льюиса этот исторически беспрецедентный разрыв между полезностью и значением квантовой механики может содержать уроки о пределах науки и о том, как мы думаем о том, что наука может и не может делать. Тот факт, что квантовая механика – это математическая модель мира, которая описывает ее очень хорошо, но мы не можем развиваться и согласиться с тем, что это значит, является чем -то, что стоит распаковать, говорит он.

Ханс также утверждает, что создание значения является неотъемлемой частью физики. Когда мы говорим, они спрашивают меня, видел ли я, что Элон Маск публикует в социальных сетях о том, как нет исследователей, только инженеры. У меня нет, но я поражен тем, насколько редактивным является утверждение. «Для меня… просто что -то вроде уравнений – это просто заставляет инженеров из нас. Некоторые люди предпочитают быть инженерами, но я определенно этого не сделал. Я здесь, потому что я хочу выяснить, что на самом деле происходит», – говорит Хэнс. Это не значит, что инженеры не управляются любопытством, но я тоже чувствую себя определенным нагрузкой экзистенциальных беспорядков, желая знать не только как заставить вещь работать, но и то, что такое фундаментальная вещь, так сказать. Это вопрос, который заставил физиков на протяжении веков на протяжении веков – и почти наверняка будет продолжать это делать.