Interpretacja wielu umysłów - Many-minds interpretation
Wiele umysłów interpretacja z mechaniki kwantowej rozszerza interpretacji wielu światów , proponując, że rozróżnienie między światami powinien być wykonany 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.) wyraźnie nazwane interpretacją wielu lub wieloświadomości. Nazwa wieloumysłowa interpretacja została po raz pierwszy użyta przez Davida Alberta i Barry'ego Loewera w 1988 roku.
Historia
Interpretacje mechaniki kwantowej
Różne interpretacje mechaniki kwantowej zazwyczaj obejmują wyjaśnienie formalizmu matematycznego 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. Te interpretacje mają na celu zajęcie się różnymi pojęciami, takimi jak:
- Ewolucja stanu układu kwantowego (danego przez funkcję falową ), zazwyczaj za pomocą równania Schrödingera . Ta koncepcja jest niemal powszechnie akceptowana i rzadko jest przedmiotem debaty.
- Błąd pomiaru , który odnosi się do tego, co nazywamy falowa załamanie - załamanie stanu kwantowego do określonego pomiaru (tj specyficzny eigenstate z funkcji falowej). Debata na temat tego, czy to załamanie rzeczywiście występuje, jest głównym problemem w interpretacji mechaniki kwantowej.
Standardowym rozwiązaniem problemu pomiarowego jest interpretacja „ortodoksyjna” lub „kopenhaska”, która twierdzi, że funkcja falowa załamuje się w wyniku pomiaru dokonanego przez obserwatora lub aparaturę zewnętrzną względem układu kwantowego. Alternatywna interpretacja, Interpretacja wielu światów, została po raz pierwszy opisana przez Hugh Everetta w 1957 roku (gdzie została nazwana interpretacją stanu względnego, nazwa Wiele-światów została ukuta przez Bryce'a Seligmana DeWitta od lat 60. XX wieku i sfinalizowana w latach 70.). Jego formalizm mechaniki kwantowej zaprzeczył, jakoby pomiar wymagał załamania się fali, zamiast tego sugerując, że wszystko, co jest naprawdę potrzebne do pomiaru, to utworzenie połączenia kwantowego między cząstką, urządzeniem pomiarowym i obserwatorem.
Interpretacja wielu światów
W pierwotnym sformułowaniu stanu względnego Everett zaproponował, że istnieje jedna uniwersalna funkcja falowa, która opisuje obiektywną rzeczywistość całego wszechświata. Stwierdził, że kiedy podsystemy wchodzą w interakcję, 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 podsystemów, które wchodziły w interakcję, zostają „splątane” w taki sposób, że każda definicja jednego musi koniecznie obejmować drugi. Tak więc stan każdego podsystemu można opisać tylko w odniesieniu do każdego podsystemu, z którym współdziała (stąd nazwa stan względny).
Ma to kilka interesujących implikacji. Na początek Everett zasugerował, że wszechświat jako całość jest tak naprawdę nieokreślony. Aby to zobaczyć, rozważmy obserwatora mierzącego jakąś cząstkę, która zaczyna się w nieokreślonym stanie, na przykład jako zarówno spin w górę, jak i w dół – superpozycja obu możliwości. Jednak gdy obserwator mierzy spin tej cząstki, zawsze rejestruje ją jako w górę lub w dół. Problem zrozumienia tego nagłego przejścia od „zarówno w górę, jak iw dół” do „w górę lub w dół” nazywa się problemem pomiarowym . Zgodnie z interpretacją wielu światów, akt pomiaru wymusił „podział” wszechświata na dwa stany, jeden spin-up, a drugi spin-down, oraz dwie gałęzie, które rozciągają się od tych dwóch później niezależnych stanów. Jedna gałąź mierzy. Pozostałe środki w dół. Spojrzenie na instrument informuje obserwatora, na której gałęzi się znajduje, ale sam system jest na tym poziomie nieokreślony i, logicznie rzecz biorąc, przypuszczalnie na każdym wyższym poziomie.
„Światy” w teorii wielu światów to wtedy po prostu kompletna historia pomiarów aż do i podczas danego pomiaru, gdzie następuje rozszczepienie. Każdy z tych „światów” opisuje inny stan uniwersalnej funkcji falowej i nie może się komunikować. Nie ma załamania funkcji falowej w taki czy inny stan, ale raczej po prostu znajdujesz się w świecie prowadzącym do tego, jakiego pomiaru dokonałeś i nie jesteś świadomy innych możliwości, które są równie realne.
Interpretacja wielu umysłów
Interpretacja wielu umysłów teorii kwantów to wiele światów z rozróżnieniem między światami skonstruowanymi na poziomie indywidualnego obserwatora. Zamiast światów, które się rozgałęziają, jest to umysł obserwatora.
Celem tej interpretacji jest przezwyciężenie fundamentalnie dziwnej koncepcji obserwatorów będących w superpozycji ze sobą. W swoim artykule z 1988 roku Albert i Loewer argumentują, że po prostu nie ma sensu myśleć o umyśle obserwatora będącym w nieokreślonym stanie. Raczej, gdy 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 to przezwyciężyć, sugerują, że tylko „ciała” umysłów znajdują się w superpozycji i że umysły muszą mieć określone stany, które nigdy nie znajdują się 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 prowadzi do rozgałęzienia pozostałych i stają się niedostępne, choć prawdziwe. W ten sposób każdej czującej istocie przypisuje się nieskończoność umysłów, których występowanie odpowiada amplitudzie funkcji falowej. Gdy obserwator sprawdza pomiar, prawdopodobieństwo wykonania określonego pomiaru jest bezpośrednio skorelowane z liczbą umysłów, które ma, gdy widzi ten pomiar. W ten sposób probabilistyczny charakter pomiarów kwantowych uzyskuje się dzięki interpretacji wielu umysłów.
Kwantowa nielokalność w interpretacji wielu umysłów
Rozważmy eksperyment, w którym mierzymy polaryzację dwóch fotonów . Powstający foton ma nieokreśloną polaryzację . Jeśli strumień tych fotonów przechodzi przez filtr polaryzacyjny, przepuszcza się 50% światła. Odpowiada to każdemu fotonowi, który ma 50% szans na idealne wyrównanie z filtrem, a tym samym przejście lub przesunięcie (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 pochłaniany. Rozważmy teraz włączenie kolejnego detektora fotonów i polaryzacji. Teraz fotony powstają w taki sposób, że są splątane . Oznacza to, że gdy jeden foton przyjmie stan polaryzacji, drugi foton zawsze będzie się zachowywał tak, jakby miał taką samą polaryzację. Dla uproszczenia, weź drugi filtr albo idealnie wyrównany z pierwszym, albo idealnie przesunięty (różnica kąta 90 stopni, tak aby był pochłaniany). Jeśli detektory są wyrównane, oba fotony przechodzą (tzn. mówimy, że się zgadzają ). Jeśli są niewspółosiowe, tylko pierwszy przechodzi, a drugi jest absorbowany (teraz się nie zgadzają ). Splątanie powoduje więc doskonałe korelacje między dwoma pomiarami - niezależnie od odległości separacji, czyniąc interakcję nielokalną . Ten rodzaj eksperymentu jest wyjaśnione w Tim ckliwy „s Quantum nielokalności i Względności i może być związany z eksperymentów badawczych Bell . 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 siebie umysłu, który mógłby obserwować eksperyment. W takim przypadku czujka będzie w stanie nieokreślonym. Foton jest zarówno przepuszczany, jak i pochłaniany i pozostanie w tym stanie. Korelacje są powstrzymywane w tym sensie, że żaden z możliwych „umysłów” lub stanów funkcji falowej nie odpowiada nieskorelowanym wynikom.
Jeden świadomy obserwator
Teraz rozszerz sytuację tak, aby jeden świadomy obserwował urządzenie. Teraz oni również wchodzą w stan nieokreślony. Ich oczy, ciało i mózg widzą 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 rezultaty. Jednak umysł obserwatora widząc jeden wynik nie wpływa bezpośrednio na stan odległy - po prostu nie ma funkcji falowej, w której nie istnieją oczekiwane korelacje. Prawdziwa korelacja ma miejsce tylko wtedy, gdy faktycznie przechodzą do drugiego detektora.
Dwóch świadomych obserwatorów
Kiedy dwie osoby spoglądają na dwa różne detektory, które skanują splątane cząstki, obaj obserwatorzy wejdą w stan nieokreślony, tak jak w przypadku jednego obserwatora. Te wyniki nie muszą się zgadzać – umysł drugiego obserwatora nie musi mieć wyników, które korelują z tym pierwszego. Kiedy jeden obserwator przekazuje wyniki drugiemu obserwatorowi, ich dwa umysły nie mogą się komunikować, a zatem będą oddziaływać tylko z ciałem drugiego, które wciąż jest nieokreślone. Kiedy drugi obserwator zareaguje, jego ciało zareaguje z takim rezultatem, który zgadza się z umysłem pierwszego obserwatora. Oznacza to, że umysły obu obserwatorów będą w stanie funkcji falowej, która zawsze uzyskuje oczekiwane wyniki, ale indywidualnie ich wyniki mogą być różne.
Nielokalność interpretacji wielu umysłów
Jak widzieliśmy, wszelkie korelacje widoczne w funkcji falowej umysłów każdego obserwatora są konkretne dopiero po interakcji między różnymi polaryzatorami. Korelacje na poziomie indywidualnych umysłów odpowiadają pojawieniu się kwantowej nielokalności (lub równoważnie złamaniu nierówności Bella ). Tak więc wiele światów jest nielokalnych lub nie może wyjaśnić korelacji EPR-GHZ.
Wsparcie
Obecnie nie ma dowodów empirycznych na interpretację wieloumysłową. Istnieją jednak teorie, które nie dyskredytują interpretacji wieloumysłowej. W świetle analizy Bella dotyczącej konsekwencji nielokalności kwantowej potrzebne są dowody empiryczne, aby uniknąć wymyślania nowych podstawowych pojęć (zmiennych ukrytych). Można sobie wyobrazić dwa różne rozwiązania problemu pomiaru: upadek von Neumanna lub względna interpretacja stanu Everetta . W obu przypadkach można przywrócić (odpowiednio zmodyfikowany) paralelizm psychofizyczny.
Jeśli można opisać i przeanalizować procesy neuronowe, można by potencjalnie stworzyć pewne eksperymenty, aby sprawdzić, czy wpływ na procesy neuronowe może mieć wpływ na system kwantowy. Mogłyby wystąpić spekulacje na temat szczegółów tego sprzężenia świadomości z lokalnym systemem fizycznym na czysto teoretycznej podstawie, jednak idealne byłoby eksperymentalne poszukiwanie ich poprzez badania neurologiczne i psychologiczne.
Zastrzeżenia
Na powierzchni Wiele-umysły prawdopodobnie narusza Brzytwę Ockhama ; Zwolennicy sprzeciwiają się, że w rzeczywistości rozwiązania te minimalizują byty poprzez uproszczenie reguł, które byłyby wymagane do opisu wszechświata.
Nic w samej teorii kwantowej nie wymaga, aby każda możliwość w 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 to, czego doświadczamy w fizycznej rzeczywistości. Albert i Loewer twierdzą, że umysł musi być z natury inny niż fizyczna rzeczywistość opisana przez teorię kwantową. Tym samym odrzucają fizykalizm tożsamości typu na rzecz postawy nieredukcyjnej. Jednak Lockwood ratuje materializm poprzez pojęcie superweniencji tego, co mentalne nad fizycznym.
Niemniej jednak Interpretacja wielu umysłów nie rozwiązuje problemu bezmyślnych huków jako problemu superweniencji. Stany psychiczne nie wpływają 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 definitywnym istnieniu określonych urządzeń pomiarowych. Założyli na przykład, że przestrzeń Hilberta wszechświata dzieli się naturalnie na strukturę produktu tensorowego zgodną z rozważanym pomiarem. Założyli również, nawet opisując zachowanie obiektów makroskopowych, że właściwe jest stosowanie modeli, w których tylko kilka wymiarów przestrzeni Hilberta jest używanych do opisu wszystkich istotnych zachowań.
Co więcej, ponieważ Interpretacja wielu umysłów potwierdza nasze doświadczenie rzeczywistości fizycznej, trudno jest pogodzić pojęcie wielu niewidzialnych światów i jego zgodność z innymi teoriami fizycznymi (tj. zasadą zachowania masy). Zgodnie z równaniem Schrödingera, energia masy połączonego obserwowanego systemu i aparatury pomiarowej jest taka sama przed i po. Jednak z każdym procesem pomiarowym (tj. rozszczepieniem) całkowita masa-energia pozornie by wzrastała
Peter J. Lewis twierdzi, że Interpretacja wielu umysłów mechaniki kwantowej ma absurdalne implikacje dla agentów stojących przed decyzjami życia lub śmierci.
Ogólnie rzecz biorąc, teoria wielu umysłów utrzymuje, że świadoma istota, która obserwuje wynik losowego eksperymentu o sumie zerowej , ewoluuje w dwóch następców w różnych stanach obserwatora, z których każdy obserwuje jeden z możliwych wyników. Co więcej, teoria radzi, abyś w takich sytuacjach faworyzował wybory proporcjonalnie do prawdopodobieństwa, że przyniosą one dobre rezultaty różnym twoim następcom. Ale w przypadku życia lub śmierci, 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 pudełka z kotem, ponieważ jest pewne, że twój jedyny następca wyjdzie bez szwanku. Zobacz także samobójstwo kwantowe i nieśmiertelność .
Wreszcie zakłada, że istnieje pewne fizyczne rozróżnienie między świadomym obserwatorem a nieświadomym urządzeniem pomiarowym, więc wydaje się, że wymaga wyeliminowania silnej hipotezy Churcha-Turinga lub postulowania fizycznego modelu świadomości.