Interpretacja wielu umysłów

Wieloumysłowa interpretacja mechaniki kwantowej rozszerza interpretację wielu światów , proponując rozróżnienie między światami na poziomie umysłu indywidualnego obserwatora. Pojęcie to zostało po raz pierwszy wprowadzone w 1970 r. przez H. Dietera Zeha jako wariant interpretacji Hugh Everetta w związku z dekoherencją kwantową , a później (w 1981 r.) wprost nazwane interpretacją wielu lub wieloświadomości. Nazwy interpretacji wielu umysłów użył po raz pierwszy ks David Albert i Barry Loewer w 1988 roku.

Historia

Interpretacje mechaniki kwantowej

Różne interpretacje mechaniki kwantowej zazwyczaj obejmują wyjaśnienie matematycznego formalizmu mechaniki kwantowej lub stworzenie fizycznego obrazu teorii. Chociaż struktura matematyczna ma mocne podstawy, wciąż toczy się wiele dyskusji na temat fizycznej i filozoficznej interpretacji teorii. Interpretacje te mają na celu zajęcie się różnymi koncepcjami, takimi jak:

Ewolucja stanu układu kwantowego (określona przez funkcję falową ), zwykle za pomocą równania Schrödingera . Koncepcja ta jest prawie powszechnie akceptowana i rzadko jest przedmiotem debaty.
Problem pomiaru , który odnosi się do tego, co nazywamy załamaniem się funkcji falowej – zapadnięciem się stanu kwantowego w określony pomiar (tj. określony stan własny funkcji falowej). Debata na temat tego, czy to załamanie faktycznie występuje, jest głównym problemem w interpretacji mechaniki kwantowej.

Standardowym rozwiązaniem problemu pomiaru jest interpretacja „prawosławna” lub „kopenhaska”, która głosi, że funkcja falowa załamuje się w wyniku pomiaru dokonanego przez obserwatora lub urządzenie zewnętrzne w stosunku do układu kwantowego. Alternatywna interpretacja , Interpretacja wielu światów, została po raz pierwszy opisana przez Hugh Everetta w 1957 r . począwszy od lat 60., a zakończono w latach 70.). Jego formalizm mechaniki kwantowej zaprzeczył, że pomiar wymaga załamania się fali, sugerując zamiast tego, że wszystko, co naprawdę jest konieczne do pomiaru, to utworzenie połączenia kwantowego między cząstką, urządzeniem pomiarowym i obserwatorem.

Interpretacja wielu światów

W oryginalnym sformułowaniu stanu względnego Everett zaproponował, że istnieje jedna uniwersalna funkcja falowa, która opisuje obiektywną rzeczywistość całego wszechświata. Stwierdził, że kiedy podsystemy wchodzą w interakcje, cały system staje się superpozycją tych podsystemów. Obejmuje to obserwatorów i systemy pomiarowe, które stają się częścią jednego uniwersalnego stanu (funkcji falowej), który jest zawsze opisywany za pomocą równania Schrödingera (lub jego relatywistycznej alternatywy). Oznacza to, że stany współpracujących ze sobą podsystemów stają się „splątane” w taki sposób, że każda definicja jednego z nich musi koniecznie obejmować drugi. Zatem stan każdego podsystemu można opisać tylko w odniesieniu do każdego podsystemu, z którym oddziałuje (stąd nazwa stan względny).

Ma to kilka interesujących implikacji. Na początek Everett zasugerował, że wszechświat jako całość jest właściwie nieokreślony. Aby to zobaczyć, wyobraźmy sobie obserwatora mierzącego cząstkę, która zaczyna się w nieokreślonym stanie, na zarówno z rozpędzaniem , jak iz opadaniem – superpozycja obu możliwości. Kiedy jednak obserwator mierzy wirowanie tej cząstki, zawsze rejestruje ją jako górną lub dolną . Problem, jak zrozumieć tę nagłą zmianę z „zarówno w górę, jak iw dół” do „albo w górę, albo w dół”, nazywa się problemem pomiaru . Zgodnie z interpretacją wielu światów, akt pomiaru wymusił „rozszczepienie” wszechświata na dwa stany, jeden rozpędzony, drugi rozpędzony, oraz dwie gałęzie wychodzące z tych dwóch później niezależnych stanów. Mierzy się jedna gałąź. Pozostałe środki w dół. Spojrzenie na instrument informuje obserwatora, na której gałęzi się znajduje, ale sam system jest nieokreślony na tym poziomie i, logicznie rzecz biorąc, przypuszczalnie na każdym wyższym poziomie.

„Światy” w teorii wielu światów to po prostu pełna historia pomiarów aż do iw trakcie danego pomiaru, kiedy następuje rozszczepienie. Każdy z tych „światów” opisuje inny stan uniwersalnej funkcji falowej i nie może się ze sobą komunikować. Nie ma załamania funkcji falowej do jednego lub drugiego stanu, ale po prostu znajdujesz się w świecie prowadzącym do dokonanego pomiaru i nie jesteś świadomy innych możliwości, które są równie realne.

Interpretacja wielu umysłów

Wieloumysłowa interpretacja teorii kwantów to wiele światów z rozróżnieniem między światami konstruowanymi na poziomie indywidualnego obserwatora. Zamiast światów, które się rozgałęziają, jest to umysł obserwatora.

Celem tej interpretacji jest przezwyciężenie zasadniczo dziwnej koncepcji obserwatorów będących w superpozycji z samymi sobą. W swoim artykule z 1988 roku Albert i Loewer argumentują, że po prostu nie ma sensu myśleć o umyśle obserwatora jako o nieokreślonym stanie. Raczej, kiedy ktoś odpowiada na pytanie, jaki stan systemu zaobserwował, musi odpowiedzieć z całkowitą pewnością. Jeśli są one w superpozycji stanów, to ta pewność nie jest możliwa i dochodzimy do sprzeczności. Aby temu zaradzić, sugerują następnie, że to tylko „ciała” umysłów znajdują się w superpozycji i że umysły muszą mieć określone stany, które nigdy nie są w superpozycji.

Kiedy obserwator mierzy układ kwantowy i zostaje z nim splątany, tworzy on teraz większy układ kwantowy. W odniesieniu do każdej możliwości w ramach funkcji falowej odpowiada stan psychiczny mózgu. I ostatecznie tylko jeden umysł jest doświadczany, co powoduje, że inne rozgałęziają się i stają się niedostępne, choć rzeczywiste. W ten sposób każdej czującej istocie przypisywana jest nieskończona liczba umysłów, których rozpowszechnienie odpowiada amplitudzie funkcji falowej. Kiedy obserwator sprawdza pomiar, prawdopodobieństwo wykonania określonego pomiaru jest bezpośrednio skorelowane z liczbą umysłów, w których widzi ten pomiar. W ten sposób probabilistyczna natura pomiarów kwantowych jest uzyskiwana przez interpretację wielu umysłów.

Nielokalność kwantowa w interpretacji wielu umysłów

Ciało pozostaje w nieokreślonym stanie, podczas gdy umysł wybiera wynik stochastyczny. ^{[ wymagane wyjaśnienie ]}

Rozważmy eksperyment, w którym mierzymy polaryzację dwóch fotonów . Tworzony foton ma nieokreśloną polaryzację . Jeśli strumień tych fotonów przejdzie przez filtr polaryzacyjny, 50% światła przejdzie. Odpowiada to każdemu fotonowi, który ma 50% szans na idealne wyrównanie z filtrem, a tym samym przejście lub niedopasowanie (o 90 stopni w stosunku do filtra polaryzacyjnego) i zaabsorbowanie. Mechanicznie kwantowo oznacza to, że foton znajduje się w superpozycji stanów, w których jest przepuszczany lub absorbowany. Rozważmy teraz włączenie kolejnego fotonu i detektora polaryzacji. Teraz fotony są tworzone w taki sposób, że są splątane . Oznacza to, że gdy jeden foton przyjmuje stan polaryzacji, drugi foton zawsze będzie zachowywał się tak, jakby miał tę samą polaryzację. Dla uproszczenia przyjmij, że drugi filtr jest albo idealnie wyrównany z pierwszym, albo idealnie niewspółosiowy (różnica kąta 90 stopni, taka, że jest pochłaniana). Jeśli detektory są ustawione w jednej linii, oba fotony przechodzą (tzn. mówimy, że się zgadzają ). Jeśli są źle wyrównane, tylko pierwszy przechodzi, a drugi jest wchłaniany (teraz się nie zgadzają ). W ten sposób splątanie powoduje doskonałe korelacje między dwoma pomiarami – niezależnie od odległości separacji, co powoduje, że interakcja nie jest lokalna . Ten rodzaj eksperymentu jest dalej wyjaśniony w Quantum Non-Locality and Relativity Tima Maudlina i może być powiązany z eksperymentami testowymi Bella . Rozważmy teraz analizę tego eksperymentu z punktu widzenia wielu umysłów:

Brak świadomego obserwatora

Rozważmy przypadek, w którym nie ma świadomego obserwatora, tj. nie ma wokół niego umysłu, który mógłby obserwować eksperyment. W takim przypadku detektor będzie w stanie nieokreślonym. Foton jest zarówno przepuszczany, jak i absorbowany i pozostanie w tym stanie. Korelacje są wstrzymane, ponieważ żaden z możliwych „umysłów” lub stanów funkcji falowej nie odpowiada wynikom nieskorelowanym.

Jeden świadomy obserwator

Teraz rozwiń sytuację tak, aby jedna świadoma istota obserwowała urządzenie. Teraz i oni wchodzą w stan nieokreślony. Ich oczy, ciało i mózg obserwują oba obroty w tym samym czasie. Umysł jednak stochastycznie wybiera jeden z kierunków i to właśnie widzi umysł. Kiedy ten obserwator podejdzie do drugiego detektora, jego ciało zobaczy oba wyniki. Ich umysł wybierze wynik zgodny z pierwszym detektorem, a obserwator zobaczy oczekiwane wyniki. Jednak umysł obserwatora widząc jeden wynik nie wpływa bezpośrednio na stan odległy – po prostu nie ma funkcji falowej, w której nie występują oczekiwane korelacje. Prawdziwa korelacja ma miejsce tylko wtedy, gdy faktycznie przechodzą do drugiego detektora.

Dwóch świadomych obserwatorów

Kiedy dwie osoby patrzą na dwa różne detektory, które skanują splątane cząstki, obaj obserwatorzy wejdą w nieokreślony stan, tak jak w przypadku jednego obserwatora. Wyniki te nie muszą się zgadzać – umysł drugiego obserwatora nie musi mieć wyników korelujących z pierwszym. Kiedy jeden obserwator przekazuje wyniki drugiemu obserwatorowi, ich dwa umysły nie mogą się komunikować, a zatem będą wchodzić w interakcje tylko z ciałem drugiego, które wciąż jest nieokreślone. Kiedy drugi obserwator zareaguje, jego ciało zareaguje z takim skutkiem, jaki zgodzi się z umysłem pierwszego obserwatora. Oznacza to, że umysły obu obserwatorów będą w takim stanie funkcji falowej, że zawsze uzyskają oczekiwane wyniki, ale indywidualnie ich wyniki mogą być różne.

Nielokalność interpretacji wielu umysłów

Jak widzieliśmy w ten sposób, wszelkie korelacje widoczne w funkcji falowej umysłów każdego obserwatora są konkretne dopiero po interakcji między różnymi polaryzatorami. Korelacje na poziomie indywidualnych umysłów korespondują z pojawieniem się kwantowej nielokalności (lub równoznacznie z naruszeniem nierówności Bella ). Tak więc wieloświat jest nielokalny lub nie może wyjaśnić korelacji EPR-GHZ.

Wsparcie

Obecnie nie ma empirycznych dowodów na interpretację wielu umysłów. Istnieją jednak teorie, które nie dyskredytują wielomyślowej interpretacji. W świetle przeprowadzonej przez Bella analizy konsekwencji nielokalności kwantowej potrzebne są dowody empiryczne, aby uniknąć wymyślania nowych fundamentalnych koncepcji (zmiennych ukrytych). Możliwe są zatem dwa różne rozwiązania problemu pomiaru: upadek von Neumanna lub interpretacja stanu względnego Everetta . W obu przypadkach można przywrócić (odpowiednio zmodyfikowaną) paralelizm psychofizyczny.

Jeśli można opisać i przeanalizować procesy neuronowe, można by potencjalnie stworzyć pewne eksperymenty w celu sprawdzenia, czy oddziaływanie na procesy neuronowe może mieć wpływ na układ kwantowy. Spekulacje na temat szczegółów tego sprzężenia świadomości z lokalnym systemem fizycznym mogą się pojawić na podstawie czysto teoretycznej, jednak eksperymentalne poszukiwanie ich poprzez badania neurologiczne i psychologiczne byłoby idealne.

Zastrzeżenia

Na pierwszy rzut oka wiele umysłów prawdopodobnie łamie brzytwę Ockhama ; zwolennicy odpowiadają, że w rzeczywistości te rozwiązania minimalizują byty, upraszczając reguły, które byłyby wymagane do opisania wszechświata.

Nic w samej teorii kwantowej nie wymaga, aby każda możliwość w ramach funkcji falowej uzupełniała stan psychiczny. Ponieważ wszystkie stany fizyczne (tj. stany mózgu) są stanami kwantowymi, związane z nimi stany mentalne również powinny być. Niemniej jednak nie jest to coś, czego doświadczamy w fizycznej rzeczywistości ^{[ potrzebne źródło ]} . Albert i Loewer argumentują, że umysł musi być wewnętrznie różny od fizycznej rzeczywistości opisanej przez teorię kwantową. W ten sposób odrzucają fizykalizm tożsamości typu na rzecz postawy nieredukcyjnej. Jednak Lockwood ratuje materializm poprzez pojęcie superweniencji psychicznego na fizycznym.

Niemniej jednak interpretacja wielu umysłów nie rozwiązuje problemu bezmyślnych kadłubów jako problemu superweniencji. Stany psychiczne nie superweniują na stany mózgu, ponieważ dany stan mózgu jest zgodny z różnymi konfiguracjami stanów psychicznych.

Innym poważnym zarzutem jest to, że pracownicy interpretacji No Collapse stworzyli jedynie elementarne modele oparte na określonym istnieniu określonych urządzeń pomiarowych. Założyli na przykład, że przestrzeń Hilberta wszechświata dzieli się naturalnie na strukturę iloczynu tensorowego zgodną z rozważanym pomiarem. Założyli również, nawet opisując zachowanie obiektów makroskopowych, że właściwe jest stosowanie modeli, w których do opisu wszystkich istotnych zachowań używa się tylko kilku wymiarów przestrzeni Hilberta.

Ponadto, ponieważ interpretacja wielu umysłów jest potwierdzona przez nasze doświadczenie rzeczywistości fizycznej, pojęcie wielu niewidzialnych światów i jego zgodność z innymi teoriami fizycznymi (tj. zasadą zachowania masy) jest trudne do pogodzenia. Zgodnie z równaniem Schrödingera masa-energia połączonego obserwowanego układu i aparatury pomiarowej jest taka sama przed i po. Jednak z każdym procesem pomiarowym (tj. rozdzielaniem) całkowita masa-energia pozornie by rosła.

Peter J. Lewis argumentuje, że wieloumysłowa interpretacja mechaniki kwantowej ma absurdalne implikacje dla agentów stojących przed decyzjami dotyczącymi życia lub śmierci.

Ogólnie rzecz biorąc, teoria wielu umysłów utrzymuje, że świadoma istota obserwuje wynik losowej sumy zerowej eksperyment ewoluuje w dwóch następców w różnych stanach obserwatorów, z których każdy obserwuje jeden z możliwych wyników. Co więcej, teoria radzi faworyzować wybory w takich sytuacjach proporcjonalnie do prawdopodobieństwa, że przyniosą one dobre rezultaty różnym waszym następcom. Ale w przypadku życia lub śmierci, takim jak wejście do pudełka z kotem Schrödingera, będziesz miał tylko jednego następcę, ponieważ jeden z wyników zapewni ci śmierć. Wygląda więc na to, że interpretacja wielu umysłów radzi ci wejść do pudła z kotem, ponieważ jest pewne, że twój jedyny następca wyjdzie z tego bez szwanku. Zobacz także kwantowe samobójstwo i nieśmiertelność .

Wreszcie zakłada, że istnieje fizyczne rozróżnienie między świadomym obserwatorem a nieświadomym urządzeniem pomiarowym, więc wydaje się, że wymaga wyeliminowania silnej hipotezy Churcha-Turinga lub postulowania fizycznego modelu świadomości.

Zobacz też

Linki zewnętrzne