Filosofische Kwesties In De Kwantumtheorie

Inhoudsopgave:

Filosofische Kwesties In De Kwantumtheorie
Filosofische Kwesties In De Kwantumtheorie

Video: Filosofische Kwesties In De Kwantumtheorie

Video: Filosofische Kwesties In De Kwantumtheorie
Video: Geschiedenis van de Griekse filosofie 2024, Maart
Anonim

Toegang navigatie

  • Inhoud van het item
  • Bibliografie
  • Academische hulpmiddelen
  • Vrienden PDF-voorbeeld
  • Info over auteur en citaat
  • Terug naar boven

Filosofische kwesties in de kwantumtheorie

Voor het eerst gepubliceerd op 25 juli 2016

Dit artikel is een overzicht van de filosofische kwesties die door de kwantumtheorie worden opgeworpen, bedoeld als een aanwijzing voor de meer diepgaande behandelingen van andere vermeldingen in de Stanford Encyclopedia of Philosophy.

  • 1. Inleiding
  • 2. Quantumtheorie

    • 2.1 Quantumstaten en klassieke staten
    • 2.2 Kwantummechanica en kwantumveldentheorie
    • 2.3 Kwantumstaatevolutie
  • 3. Verstrikking, non-lokaliteit en niet-scheidbaarheid
  • 4. Het meetprobleem

    • 4.1 Het meetprobleem geformuleerd
    • 4.2 Benaderingen van het meetprobleem
    • 4.3 De rol van decoherentie
    • 4.4 Vergelijking van benaderingen van het meetprobleem
  • 5. Ontologische problemen

    • 5.1 De kwestie van het kwantumstaatrealisme.
    • 5.2 Ontologische categorie van kwantumtoestanden
  • 6. Quantum computing en kwantuminformatietheorie
  • 7. Reconstructies van de kwantummechanica en daarbuiten
  • Bibliografie
  • Academische hulpmiddelen
  • Andere internetbronnen
  • Gerelateerde vermeldingen

1. Inleiding

Ondanks zijn status als een kernonderdeel van de hedendaagse fysica, bestaat er onder natuurkundigen of natuurkundig filosofen geen consensus over de vraag wat het empirische succes van de kwantumtheorie ons in feite over de fysieke wereld vertelt. Hierdoor ontstaat de verzameling van filosofische vraagstukken die bekend staat als "de interpretatie van de kwantummechanica". Men mag zich door deze terminologie niet laten misleiden door te denken dat we een niet-geïnterpreteerd wiskundig formalisme hebben dat geen verband houdt met de fysieke wereld. Integendeel, er is een gemeenschappelijke interpretatiekern die bestaat uit recepten voor het berekenen van de waarschijnlijkheid van resultaten van experimenten die zijn uitgevoerd op systemen die zijn onderworpen aan bepaalde voorbereidingsprocedures van de staat. Wat vaak verschillende 'interpretaties' van de kwantummechanica worden genoemd, verschilt wat er in de gemeenschappelijke kern wordt toegevoegd. Twee van de belangrijkste benaderingen, theorieën met verborgen variabelen en ineenstortingstheorieën, hebben ongetwijfeld betrekking op het formuleren van fysische theorieën die verschillen van de standaardkwantummechanica; dit maakt de terminologie van "interpretatie" nog ongepaster.

Veel van de filosofische literatuur die verband houdt met de kwantumtheorie, draait om het probleem of we de theorie moeten interpreteren, of een geschikte uitbreiding of herziening ervan, in realistische termen, en zo ja, hoe dit moet worden gedaan. Verschillende benaderingen van het 'meetprobleem' bieden verschillende antwoorden op deze vragen. Er zijn echter nog andere vragen van filosofisch belang. Deze omvatten de invloed van kwantum nonlocaliteit op ons begrip van ruimtetijdstructuur en causaliteit, de kwestie van het ontologische karakter van kwantumtoestanden, de implicaties van kwantummechanica voor informatietheorie en de taak van het situeren van kwantumtheorie met betrekking tot andere theorieën, beide feitelijk en hypothetisch. In wat volgt zullen we op elk van deze onderwerpen ingaan, met als hoofddoel een vermelding te geven in de relevante literatuur,inclusief de Stanford Encyclopedia-artikelen over deze onderwerpen.

2. Quantumtheorie

In deze sectie presenteren we een korte inleiding tot de kwantumtheorie; zie de vermelding over kwantummechanica voor een meer gedetailleerde introductie.

2.1 Quantumstaten en klassieke staten

In de klassieke fysica wordt met elk fysisch systeem een toestandsruimte geassocieerd, die het geheel van mogelijke manieren vertegenwoordigt om waarden toe te wijzen aan de dynamische variabelen die de toestand van het systeem kenmerken. Voor een systeem dat bestaat uit (n) puntdeeltjes, wordt de toestand van het systeem gegeven door de posities en momenta van alle deeltjes te specificeren met betrekking tot een referentiekader. Voor systemen met een grote mate van vrijheid is een volledige specificatie van de toestand van het systeem mogelijk niet beschikbaar of onpraktisch; de klassieke statistische mechanica behandelt een dergelijke situatie door een kansverdeling over de toestandsruimte van het systeem op te roepen. Een kansverdeling die een andere kans dan één of nul aan bepaalde fysieke grootheden toewijst, wordt beschouwd als een onvolledige specificatie van de toestand van het systeem.

In de kwantummechanica zijn de dingen anders. Er zijn geen kwantumtoestanden die aan alle fysische grootheden bepaalde waarden toekennen, en waarschijnlijkheden zijn ingebouwd in de standaardformulering van de theorie. Constructie van een kwantumtheorie van een of ander fysisch systeem vindt plaats door eerst de dynamische vrijheidsgraden te associëren met operators op een op de juiste manier geconstrueerde Hilbertruimte (zie de vermelding over kwantummechanica voor details). Een toestand kan worden gekenmerkt door een toewijzing van verwachtingswaarden aan fysieke grootheden ("observables"). Deze opdrachten moeten lineair zijn. Dat wil zeggen, als één fysieke grootheid een lineaire combinatie is van andere, staan de overeenkomstige verwachtingswaarden in dezelfde relatie. Een complete set van dergelijke verwachtingswaarden komt overeen met een specificatie van waarschijnlijkheden voor uitkomsten van alle experimenten die op het systeem kunnen worden uitgevoerd. Twee fysieke grootheden zijn compatibel als er één experiment is dat voor beide waarden oplevert; deze worden geassocieerd met operators die pendelen, dat wil zeggen operators (A), (B) zodat (AB = BA). Onverenigbare waarnemingen veroorzaken onzekerheidsrelaties; zie de vermelding over het onzekerheidsbeginsel.

Een zuivere toestand, dat wil zeggen een maximaal specifieke toewijzing van verwachtingswaarden, kan op een aantal fysiek equivalente manieren worden weergegeven, bijvoorbeeld door een vector in de Hilbertruimte of een projectie-operator op een eendimensionale subruimte. Naast zuivere staten kan men ook denken aan niet-zuivere staten, die men gemengd noemt; deze worden vertegenwoordigd door operatoren die dichtheidsoperatoren worden genoemd. Als een zuivere toestand een bepaalde waarde aan een fysieke grootheid toewijst, zal een vector die de toestand vertegenwoordigt een eigenvector zijn van de corresponderende operator. Dit geeft aanleiding tot wat de "eigenstate-eigenvalue link" wordt genoemd, dat wil zeggen het interpretatieve principe dat, als een systeem een toestandsvector krijgt toegewezen die een eigenvector is van een operator die een fysieke grootheid vertegenwoordigt, dan is de corresponderende dynamische grootheid de bijbehorende waarde,en dit kan worden beschouwd als een eigenschap van het fysieke systeem.

De niet-controversiële kern van de kwantumtheorie bestaat uit regels voor het identificeren, voor elk gegeven systeem, van de juiste operatoren die de dynamische grootheden vertegenwoordigen, en een geschikte Hilbertruimte waar deze operators op kunnen reageren. Daarnaast zijn er voorschriften voor het evolueren van de toestand van het systeem wanneer er op wordt ingespeeld door gespecificeerde externe velden of het wordt onderworpen aan verschillende manipulaties (zie paragraaf 1.3).

Of we kunnen of kunnen verwachten om verder te gaan dan deze niet-controversiële kern, en de theorie te beschouwen als meer dan een middel om de waarschijnlijkheid van uitkomsten van experimenten te berekenen, is een onderwerp dat een onderwerp blijft van hedendaagse filosofische discussie.

2.2 Kwantummechanica en kwantumveldentheorie

Met kwantummechanica wordt meestal verwezen naar de gekwantificeerde versie van een theorie van klassieke mechanica, waarbij systemen met een vast, eindig aantal vrijheidsgraden betrokken zijn. Klassiek is een veld, zoals bijvoorbeeld een elektromagnetisch veld, een systeem met oneindig veel vrijheidsgraden. Kwantisering van een veldentheorie geeft aanleiding tot een kwantumveldentheorie. De belangrijkste filosofische kwesties die door de kwantummechanica worden opgeworpen, blijven bestaan wanneer de overgang wordt gemaakt naar een kwantumveldentheorie; daarnaast ontstaan er nieuwe interpretatiekwesties. Er zijn interessante verschillen, zowel technisch als interpretatief, tussen kwantummechanische theorieën en kwantumveldentheorieën; zie voor een overzicht de vermeldingen over de kwantumveldentheorie en de kwantumtheorie: von Neumann vs. Dirac.

Het standaardmodel van de kwantumveldentheorie, hoe succesvol het ook is, bevat nog geen gravitatie. De poging om een theorie te ontwikkelen die zowel de kwantumfenomenen als gravitatieverschijnselen recht doet, leidt tot ernstige conceptuele problemen (zie de vermelding over kwantumzwaartekracht).

2.3 Kwantumstaatevolutie

2.3.1. De Schrödinger-vergelijking

De bewegingsvergelijking die wordt uitgevoerd door een kwantumtoestandvector is de Schrödinger-vergelijking. Het wordt geconstrueerd door eerst de operator (H) te vormen die overeenkomt met de Hamiltoniaan van het systeem, die de totale energie van het systeem vertegenwoordigt. De wijzigingssnelheid van een toestandsvector is evenredig met het resultaat van het werken op de vector met de Hamiltoniaanse operator (H).

[i / hbar {, / D} / { D t}, / ket { psi (t)} = H / ket { psi (t)}.)

Er is een operator die een toestand op tijdstip 0 in een toestand op tijd (t) brengt; het wordt gegeven door

[U (t) = / exp / left (frac {{-} i H t} { hbar} right).)

Deze operator is een lineaire operator die een een-een mapping van de Hilbert-ruimte naar zichzelf implementeert, die het innerlijke product van twee willekeurige vectoren behoudt; operators met deze eigenschappen worden unitaire operators genoemd en om deze reden wordt evolutie volgens de Schrödinger-vergelijking unitaire evolutie genoemd.

Voor onze doeleinden zijn de belangrijkste kenmerken van deze vergelijking dat deze deterministisch en lineair is. De toestandsvector bepaalt op elk moment samen met de vergelijking op unieke wijze de toestandsvector op een ander moment. Lineariteit betekent dat, als twee vectoren (ket { psi_1 (0)}) en (ket { psi_2 (0)}) evolueren tot vectoren (ket { psi_1 (t)}) en (ket { psi_2 (t)}), respectievelijk, als de toestand op tijdstip 0 een lineaire combinatie van deze twee is, zal de toestand op elk moment (t) de corresponderende lineaire combinatie zijn van (ket { psi_1 (t)}) en (ket { psi_2 (t)}).

[a / ket { psi_ {1} (0)} + b / ket { psi_ {2} (0)} rechterpijl a / ket { psi_ {1} (t)} + b / ket { psi_ {2} (t)}.)

2.3.2. De ineenstorting postulaat

Leerboekformuleringen van kwantummechanica bevatten meestal een extra postulaat over hoe een toestandsvector na een experiment moet worden toegewezen. Dit vindt zijn oorsprong in het onderscheid van von Neumann tussen twee soorten processen: proces 1, dat plaatsvindt na uitvoering van een experiment, en proces 2, de unitaire evolutie die plaatsvindt zolang er geen experiment wordt gedaan (zie von Neumann 1932, 1955: §V.1). In de formulering van Dirac is het postulaat

Wanneer we een echte dynamische variabele (xi) meten, veroorzaakt de verstoring die betrokken is bij het meten een sprong in de toestand van het dynamische systeem. Als we uit fysieke continuïteit een tweede meting doen van dezelfde dynamische variabele (xi) onmiddellijk na de eerste, moet het resultaat van de tweede meting hetzelfde zijn als dat van de eerste. Dus nadat de eerste meting is gedaan, is er geen onbepaaldheid in het resultaat van de tweede. Dus, nadat de eerste meting is gedaan, bevindt het systeem zich in een eigentoestand van de dynamische variabele (xi), de eigenwaarde waartoe het behoort is gelijk aan het resultaat van de eerste meting. Deze conclusie moet nog steeds gelden als de tweede meting niet daadwerkelijk wordt uitgevoerd. Op deze manier zien we dat een meting er altijd voor zorgt dat het systeem in een eigentoestand springt van de dynamische variabele die gemeten wordt, de eigenwaarde waartoe deze eigentoestand behoort is gelijk aan het resultaat van de meting (Dirac 1935: 36).

Diracs 'sprong' is bekend geworden als ineenstorting van de staatsvector of instorting van de golffunctie, en de postulatie van een dergelijke sprong wordt het ineenstortingspostulaat of projectiepostulaat genoemd.

Als wordt aangenomen dat de kwantumtoestandvector alleen een staat van overtuiging of kennis over een fysiek systeem vertegenwoordigt, en niet de fysieke toestand van het systeem, dan zou men een abrupte verschuiving in de toestandsvector na meting kunnen beschouwen als een verschuiving die overeenkomt met het opnemen van de resultaat van de meting in iemands geloofsstaat. Noch von Neumann, noch Dirac lijken er echter zo over te denken; het wordt door beide behandeld als een fysiek proces. Merk ook op dat Dirac het postulaat uitdrukt in termen van "meting" in plaats van "observatie"; er wordt niet gesuggereerd dat een bewuste waarnemer zich bewust moet worden van het resultaat van de meting om instorting mogelijk te maken. Hoewel von Neumann (1932, 1955, Ch. VI) in zijn uitgebreide bespreking van het meetproces de observatiehandeling bespreekt,hij benadrukt dat het instortingspostulaat kan worden toegepast op interacties met kwantumsystemen met meetapparatuur, voordat een waarnemer zich bewust is van het resultaat. Een formulering van een versie van het ineenstortingspostulaat volgens welke een meting niet is voltooid totdat het resultaat wordt waargenomen, wordt gevonden in Londen en Bauer (1939). Ze ontkennen echter dat het een mysterieus soort interactie vertegenwoordigt tussen de waarnemer en het kwantumsysteem; voor hen is de vervanging van de pre-observatiestatusvector door een nieuwe een kwestie van de waarnemer die nieuwe informatie verwerft. Deze twee interpretaties van het ineenstorting postulaat, als ofwel een echte verandering van de fysieke toestand van het systeem, of als een loutere actualisering van informatie van de kant van een waarnemer, zijn in de literatuur blijven bestaan.

Als de ineenstorting van de toestandsvector als een fysiek proces moet worden beschouwd, rijst de vraag wat fysiek de interventies onderscheidt die moeten worden beschouwd als 'metingen', die een abrupte sprong in de toestand van het systeem kunnen veroorzaken, van andere interventies die induceren alleen continue, unitaire evolutie. Zoals John S. Bell (1990) heeft betoogd, is "meten" geen geschikt concept om te verschijnen in de formulering van enige fysische theorie die als fundamenteel kan worden beschouwd. Als men echter afziet van het postulaat, ontstaat er het zogenaamde 'meetprobleem', dat we zullen bespreken nadat we het begrip verstrengeling hebben geïntroduceerd (zie paragraaf 3).

3. Verstrikking, non-lokaliteit en niet-scheidbaarheid

Gegeven twee onsamenhangende fysieke systemen, (A) en (B), waarmee we Hilbertruimten (H_ {A}) en (H_ {B}) associëren, is de Hilbertruimte geassocieerd met het samengestelde systeem is de ruimte van het tensorproduct, aangegeven met (H_ {A} otimes H_ {B}).

Wanneer de twee systemen onafhankelijk zijn voorbereid in pure staten (ket { psi}) en (ket { phi}), is de toestand van het samengestelde systeem de productstatus (ket { psi} otimes / ket { phi}) (soms geschreven met het kruis, (otimes), weggelaten).

Naast de producttoestanden bevat de tensorproductruimte lineaire combinaties van producttoestanden, dat wil zeggen toestandsvectoren van de vorm

[a / ket { psi_ {1}} otimes / ket { phi_ {1}} + b / ket { psi_ {2}} otimes / ket { phi_ {2}})

De tensorproductruimte kan worden gedefinieerd als de kleinste Hilbertruimte die alle productstatussen bevat. Elke zuivere toestand die wordt vertegenwoordigd door een toestandsvector die geen productvector is, is een verstrengelde toestand.

De toestand van het samengestelde systeem kent waarschijnlijkheden toe aan de resultaten van alle experimenten die op het samengestelde systeem kunnen worden uitgevoerd. We kunnen ook een beperking overwegen voor experimenten die zijn uitgevoerd op systeem (A), of een beperking voor experimenten die zijn uitgevoerd tot (B). Dergelijke beperkingen leveren staten op van respectievelijk (A) en (B), de verminderde staten van de systemen. Als de toestand van het samengestelde systeem (AB) een verstrengelde toestand is, dan zijn de gereduceerde toestanden van (A) en (B) gemengde toestanden. Om dit te zien, veronderstel dat in de bovenstaande toestand de vectoren (ket { phi_ {1}}) en (ket { phi_ {2}}) verschillende toestanden vertegenwoordigen. Als men zijn aandacht beperkt tot experimenten uitgevoerd op (A), maakt het niet uit of een experiment ook wordt uitgevoerd op (B). Een experiment uitgevoerd op (B) dat (ket { phi_ {1}}) en (ket { phi_ {2}}) onderscheidt, projecteert de status van (A) in een van beide (ket { psi_ {1}}) of (ket { psi_ {2}}), met kansen (abs {a} ^ {2}) en (abs {b} ^ {2}) en kansen voor resultaten van experimenten uitgevoerd op (A) zijn de overeenkomstige gemiddelden van kansen voor staten (ket { psi_ {1}}) en (ket { psi_ {2}}). Deze kansen zijn, zoals vermeld, dezelfde als die voor de situatie waarin geen experiment wordt uitgevoerd op (B). Dus zelfs als er geen experiment wordt uitgevoerd op (B), zijn de kansen op uitkomsten van experimenten op (A) precies alsof systeem (A) zich in de staat bevindt die wordt weergegeven door (ket { psi_ {1}}) of de staat vertegenwoordigd door (ket { psi_ {2}}), met kansen (abs {a} ^ {2}) en (abs {b} ^ {2}).

In het algemeen wordt elke toestand, puur of gemengd, die noch een productstaat, noch een mengsel van producttoestanden is, een verstrengelde toestand genoemd.

Het bestaan van zuivere verstrengelde toestanden betekent dat als we een samengesteld systeem beschouwen dat bestaat uit ruimtelijk gescheiden delen, zelfs als de toestand van het systeem een zuivere toestand is, de toestand niet wordt bepaald door de gereduceerde toestanden van de samenstellende delen. Kwantumtoestanden vertonen dus een vorm van niet-scheidbaarheid. Zie het artikel over holisme en niet-scheidbaarheid in de natuurkunde voor meer informatie.

Quantumverstrengeling resulteert in een vorm van non-lokaliteit die vreemd is aan de klassieke fysica. Zelfs als we aannemen dat de gereduceerde toestanden van (A) en (B) hun fysieke toestanden niet volledig karakteriseren, maar moeten worden aangevuld met enkele andere variabelen, zijn er kwantumcorrelaties die niet kunnen worden herleid tot correlaties tussen toestanden van (A) en (B); zie de aantekeningen over Bell's Theorem en actie op afstand in de kwantummechanica.

4. Het meetprobleem

4.1 Het meetprobleem geformuleerd

Als de kwantumtheorie (in principe) een universele theorie moet zijn, zou deze in principe van toepassing moeten zijn op alle fysieke systemen, inclusief systemen die zo groot en gecompliceerd zijn als ons experimentele apparaat. Overweeg nu een schematisch experiment. Stel dat we een kwantumsysteem hebben dat kan worden voorbereid in ten minste twee verschillende staten, (ket {0} _ {S}) en (ket {1} _ {S}). Laat (ket {R} _ {A}) een gereed-toestand van het apparaat zijn, dat wil zeggen een toestand waarin het apparaat klaar is om een meting uit te voeren.

Als het apparaat naar behoren werkt en de meting minimaal storend is, zou de koppeling van het systeem (S) met het apparaat (A) moeten resulteren in een evolutie die voorspelbaar resultaten van de vorm oplevert

(ket {0} _ {S} ket {R} _ {A} Rightarrow / ket {0} _ {S} ket {"0"} _ {A}) (ket {1 } _ {S} ket {R} _ {A} Rightarrow / ket {1} _ {S} ket {"1"} _ {A})

waarbij (ket {"0"} _ {A}) en (ket {"1"} _ {A}) apparaatstatussen zijn die respectievelijk de resultaten 0 en 1 aangeven.

Stel nu dat het systeem (S) is voorbereid in een superpositie van de staten (ket {0} _ {S}) en (ket {1} _ {S}).

(ket { psi (0)} _ {S} = a / ket {0} _ {S} + b / ket {1} _ {S},)

waarbij (a) en (b) beide niet nul zijn. Als de evolutie die leidt van de pre-experimentele staat naar de post-experimentele staat lineaire Schrödinger-evolutie is, dan zullen we

(ket { psi (0)} _ {S} ket {R} _ {A} rightarrow a / ket {0} _ {S} ket {"0"} _ {A} + b / ket {1} _ {S} ket {"1"} _ {A}.)

Dit is geen eigentoestand van de leesvariabele van het instrument, maar is eerder een toestand waarin de leesvariabele en de systeemvariabele met elkaar verweven zijn. De koppeling eigenstate-eigenvalue, toegepast op een toestand als deze, levert geen definitief resultaat op voor het lezen van het instrument. Het probleem wat we hiervan moeten maken, wordt het "meetprobleem" genoemd, dat hieronder in meer detail wordt besproken.

4.2 Benaderingen van het meetprobleem

Als de evolutie van de kwantumtoestand verloopt via de Schrödinger-vergelijking of een andere lineaire vergelijking, dan zullen, zoals we in de vorige paragraaf hebben gezien, typische experimenten leiden tot kwantumtoestanden die superposities zijn van termen die overeenkomen met verschillende experimentele resultaten. Er wordt wel eens gezegd dat dit in strijd is met onze ervaring, volgens welke experimentele uitkomstvariabelen, zoals aanwijzermetingen, altijd bepaalde waarden hebben. Dit is een misleidende manier om het probleem te stellen, omdat het niet meteen duidelijk is hoe dit soort toestanden moeten worden geïnterpreteerd als fysieke toestanden van een systeem dat experimentele apparaten bevat, en, als we niet kunnen zeggen hoe het zou zijn om de apparaat in zo'n staat verkeert, heeft het geen zin om te zeggen dat we het nooit waarnemen in een dergelijke toestand.

Desalniettemin worden we geconfronteerd met een interpretatieprobleem. Als we de kwantumtoestand beschouwen als een volledige beschrijving van het systeem, dan is de toestand, in tegenstelling tot wat vroeger werd verwacht, geen toestand die overeenkomt met een unieke, definitieve uitkomst. Dit was wat JS Bell ertoe bracht op te merken: "Of de golffunctie, zoals gegeven door de Schrödinger-vergelijking, is niet alles, of het is niet juist" (Bell 1987: 41, 2004: 201). Dit geeft ons een (op het eerste gezicht) nette manier om benaderingen van het meetprobleem te classificeren:

  1. Er zijn benaderingen waarbij wordt ontkend dat een kwantumgolffunctie (of een andere manier om een kwantumtoestand weer te geven) een volledige beschrijving van een fysiek systeem oplevert.
  2. Er zijn benaderingen waarbij de dynamiek wordt gewijzigd om onder geschikte omstandigheden een ineenstorting van de golffunctie te veroorzaken.
  3. Er zijn benaderingen die beide hoorns van het dilemma van Bell afwijzen, en stellen dat kwantumtoestanden te allen tijde eenheidsevolutie ondergaan en dat een beschrijving van de kwantumtoestand in principe volledig is.

We nemen in de eerste categorie benaderingen op die ontkennen dat een kwantumtoestand moet worden beschouwd als iets dat in werkelijkheid überhaupt representeert. Deze omvatten varianten van de Kopenhagen-interpretatie, evenals pragmatische en andere antirealistische benaderingen. Ook in de eerste categorie zijn benaderingen die streven naar een voltooiing van de kwantumtoestandbeschrijving. Deze omvatten verborgen variabelenbenaderingen en modale interpretaties. De tweede interpretatiecategorie motiveert een onderzoeksprogramma om geschikte indeterministische modificaties van de kwantumdynamica te vinden. Benaderingen die beide hoorns van het dilemma van Bell afwijzen, worden getypeerd door Everettiaanse of 'vele werelden'-interpretaties.

4.2.1 Niet-realistische benaderingen van de kwantummechanica

Vanaf de begindagen van de kwantummechanica is er een denkwijze geweest die stelt dat de juiste houding ten opzichte van de kwantummechanica een instrumentalist of een pragmatische houding is. In die zin is de kwantummechanica een hulpmiddel om onze ervaring te coördineren en om verwachtingen te vormen over de resultaten van experimenten. Varianten van deze opvatting zijn onder meer de zogenaamde Kopenhagen-interpretatie (of Kopenhagen-interpretaties, aangezien de recente wetenschap de verschillen tussen figuren die met deze visie verband houden, heeft benadrukt); zie het artikel over Kopenhagen-interpretatie van kwantummechanica. Meer recentelijk zijn dergelijke opvattingen bepleit door natuurkundigen, waaronder QBists, die van mening zijn dat kwantumtoestanden subjectieve of epistemische waarschijnlijkheden vertegenwoordigen (zie Fuchs et al.2014). De filosoof Richard Healey verdedigt een verwante visie op welke kwantumtoestanden, hoewel objectief, niet de fysieke realiteit vertegenwoordigen (zie Healey 2012; Healey komt eraan).

4.2.2 Verborgen variabelen en modale interpretaties

Theorieën waarvan de structuur de kwantumtoestand omvat maar een aanvullende structuur bevatten, met als doel het meetprobleem te omzeilen, worden traditioneel "verborgen variabelen theorieën" genoemd. Dat een beschrijving van een kwantumtoestand niet kan worden beschouwd als een volledige beschrijving van de fysieke werkelijkheid, werd in een beroemd artikel door Einstein, Podolsky en Rosen (EPR) en door Einstein in latere publicaties beargumenteerd (Einstein 1936, 1948, 1949). Zie de vermelding op het argument van Einstein-Podolsky-Rosen in de kwantumtheorie.

Er zijn een aantal stellingen die de reikwijdte van mogelijke theorieën met verborgen variabelen beschrijven. De meest natuurlijke gedachte zou zijn om naar een theorie te zoeken die aan alle waarneembare kwantumwaarden bepaalde waarden toekent die alleen bij meting worden onthuld, op een zodanige manier dat elke experimentele procedure die, in conventionele kwantummechanica, zou tellen als een "meting" van een waarneembare geeft de definitieve waarde die is toegewezen aan het waarneembare. Dergelijke theorieën worden de niet-contextuele theorie van verborgen variabelen genoemd. Bell (1966) en Kochen en Specker (1967) toonden aan dat er geen theorieën bestaan voor een systeem waarvan de Hilbert-ruimtedimensie groter is dan drie (zie de vermelding over de stelling van Kochen-Specker).

De stelling van Bell-Kochen-Specker sluit theorieën over verborgen variabelen niet uit voor de rechtbank. De eenvoudigste manier om het te omzeilen is om als altijd-definitief een waarneembare of compatibele set waarnemingen te kiezen die voldoende is om bepaalde resultaten van experimenten te garanderen; andere waarnemingen krijgen geen definitieve waarden toegewezen en experimenten die worden beschouwd als "metingen" van deze waarnemingen, geven geen reeds bestaande waarden aan.

De meest grondig uitgewerkte theorie van dit type is de pilootgolftheorie, ontwikkeld door De Broglie en door hem gepresenteerd op de Vijfde Solvay-conferentie in Brussel in 1927, nieuw leven ingeblazen door David Bohm in 1952, en momenteel een actief onderzoeksgebied door een kleine groep natuurkundigen en filosofen. Volgens deze theorie zijn er deeltjes met welomlijnde trajecten, die worden gestuurd door de kwantumgolffunctie. Voor de geschiedenis van de de Broglie-theorie, zie de inleidende hoofdstukken van Bacciagaluppi en Valentini 2009. Voor een overzicht van de de Broglie-Bohm-theorie en de daarmee samenhangende filosofische kwesties, zie de vermelding over Bohmian mechanica.

Er zijn andere voorstellen geweest om de kwantumtoestand aan te vullen met aanvullende structuur; deze zijn modale interpretaties gaan heten; zie het artikel over modale interpretaties van kwantummechanica

4.2.3 Dynamische Collapse-theorieën

Zoals eerder vermeld, schreven von Neumann en Dirac alsof de ineenstorting van de kwantumtoestandsvector die door een experimentele interventie op het systeem wordt veroorzaakt, een echte fysieke verandering is, los van de gebruikelijke unitaire evolutie. Als instorting moet worden opgevat als een echt fysiek proces, dan moet er meer worden gezegd over de omstandigheden waaronder het gebeurt dan alleen dat het gebeurt wanneer een experiment wordt uitgevoerd. Dit leidt tot een onderzoeksprogramma voor het formuleren van een nauwkeurig gedefinieerde dynamiek voor de kwantumtoestand die de lineaire, unitaire Schrödinger-evolutie benadert in situaties waarvoor dit goed wordt bevestigd, en instorting veroorzaakt tot een eigenstaat van de uitkomstvariabele in een typische experimentele set- ups, of, als dat niet lukt, een goede benadering van een eigentoestand. De enige veelbelovende ineenstortingstheorieën zijn stochastisch van aard; inderdaad kan worden aangetoond dat een deterministische instortingstheorie superluminale signalering mogelijk zou maken. (zie het item over ineenstortingstheorieën voor een overzicht).

Op het eerste gezicht kan een dynamische ineenstortingstheorie van dit type een kwantumstaatmonistische theorie zijn, een theorie waarop, in Bell's woorden, "de golffunctie is alles". Dit is de afgelopen jaren betwist; er wordt beweerd dat ineenstortingstheorieën naast de kwantumtoestand ook 'primitieve ontologie' vereisen. Zie Allori et al. 2008; ook de vermelding over ineenstortingstheorieën en verwijzingen daarin.

4.2.4 Everettiaanse of 'vele werelden'-theorieën

In zijn proefschrift van 1957 (herdrukt in Everett 2012) stelde Hugh Everett III voor om de kwantummechanica te nemen zoals ze is, zonder ineenstorting van het postulaat en zonder enige "verborgen variabelen". De resulterende interpretatie noemde hij de relatieve staatsinterpretatie.

Het basisidee is dit. Na een experiment is de kwantumtoestand van het systeem plus apparaat typisch een superpositie van termen die overeenkomen met verschillende uitkomsten. Aangezien het apparaat in wisselwerking staat met zijn omgeving, waaronder waarnemers kunnen vallen, raken deze systemen verstrikt in het apparaat en het kwantumsysteem, met als netto resultaat een kwantumtoestand die voor elk van de mogelijke experimentele resultaten een term omvat waarin het apparaat leest komt overeen met die uitkomst, er zijn verslagen van die uitkomst in de omgeving, waarnemers observeren die uitkomst, enz. Everett stelde voor dat elk van deze termen even reëel zou zijn. Vanuit Gods oogpunt is er geen uniek experimenteel resultaat, maar men kan zich ook concentreren op een bepaalde bepaalde toestand van één subsysteem, bijvoorbeeld het experimentele apparaat,en toeschrijven aan de andere systemen die deelnemen aan de verstrengelde toestand een relatieve toestand, relatief aan die toestand van het apparaat. Dat wil zeggen, ten opzichte van het apparaat dat '+' leest, is een toestand van de omgeving die dat resultaat registreert en de toestand van waarnemers die dat resultaat observeren (zie de vermelding over Everett's formulering van de kwantummechanica in de relatieve toestand, voor meer details over Everett's opvattingen).

Het werk van Everett heeft een reeks opvattingen geïnspireerd die de naam 'Many Worlds' interpretaties dragen; het idee is dat elk van de termen van de superpositie overeenkomt met een coherente wereld, en al deze werelden zijn even echt. Naarmate de tijd vordert, is er een proliferatie van deze werelden, naarmate situaties zich voordoen die leiden tot een verdere veelheid aan resultaten (zie de inzending van vele wereldeninterpretatie van de kwantummechanica en Saunders 2007, voor overzichten van recente discussies; Wallace 2012 is een uitgebreide verdediging van een Everettiaanse interpretatie van de kwantummechanica).

Er is een familie van verschillende, maar verwante opvattingen, die de naam “Relational Quantum Mechanics” dragen. Deze opvattingen zijn het eens met Everett bij het toekennen aan een systeem van definitieve waarden van dynamische variabelen alleen ten opzichte van de toestanden van andere systemen; ze verschillen doordat ze, in tegenstelling tot Everett, de kwantumtoestand niet als hun basisontologie nemen (zie de vermelding over relationele kwantummechanica voor meer details).

4.3 De rol van decoherentie

Een kwantumtoestand die een superpositie is van twee verschillende termen, zoals

(ket { psi} = a / ket { psi_ {1}} + b / ket { psi_ {2}},)

waar (ket { psi_ {1}}) en (ket { psi_ {2}}) onderscheiden staten zijn, is niet dezelfde staat als een mengsel van (ket { psi_ {1 }}) en (ket { psi_ {2}}), wat geschikt zou zijn voor een situatie waarin de voorbereide staat (ket { psi_ {1}}) of (ket { psi_ {2}}), maar we weten niet welke. Het verschil tussen een coherente superpositie van twee termen en een mengsel heeft empirische gevolgen. Om dit te zien, overweeg dan het experiment met dubbele spleet, waarbij een straal van deeltjes (zoals elektronen, neutronen of fotonen) door twee smalle spleten gaat en vervolgens op een scherm valt, waar de deeltjes worden gedetecteerd. Neem (ket { psi_ {1}}) om een toestand te zijn waarin een deeltje door de bovenste spleet gaat, en (ket { psi_ {2}}), een toestand waarin het doorgaat de onderste spleet. Het feit dat de toestand een superpositie van deze twee alternatieven is, komt tot uiting in interferentieranden aan het scherm, afwisselend banden met hoge en lage absorptiesnelheden.

Dit wordt vaak uitgedrukt in termen van een verschil tussen klassieke en kwantumkansen. Als de deeltjes klassieke deeltjes waren, zou de detectiekans op een bepaald punt (p) van het scherm eenvoudig een gewogen gemiddelde zijn van twee voorwaardelijke waarschijnlijkheden: de detectiekans op (p), aangezien het deeltje erdoorheen ging de bovenste spleet en de waarschijnlijkheid van detectie bij (p), aangezien het deeltje door de onderste spleet ging. Het optreden van interferentie is een index van niet-klassiekheid.

Stel nu dat de elektronen op weg naar het scherm interactie hebben met iets anders (noem het de omgeving), dat zou kunnen dienen als een "welke-weg" -detector; dat wil zeggen, de toestand van dit hulpsysteem raakt zo verward met de toestand van het elektron dat de toestand ervan gecorreleerd is met (ket { psi_ {1}}) en (ket { psi_ {2 }}). Dan is de toestand van het kwantumsysteem, (s), en zijn omgeving, (e)

(ket { psi} _ {se} = a / ket { psi_ {1}} _ {s} ket { phi_ {1}} _ {e} + b / ket { psi_ {2} } _ {s} ket { phi_ {2}} _ {e})

Als de omgevingsstatussen (ket { phi_ {1}} _ {e}) (ket { phi_ {2}} _ {e}) te onderscheiden statussen zijn, dan vernietigt dit de interferentieranden volledig: de deeltjes interageren met het scherm alsof ze vastberaden door de ene spleet of de andere zijn gegaan, en het patroon dat naar voren komt is het resultaat van het overlappen van de twee patronen met een enkele spleet. Dat wil zeggen, we kunnen de deeltjes behandelen alsof ze (ongeveer) bepaalde trajecten hebben gehoorzaamd en waarschijnlijkheden op een klassieke manier toepassen.

Nu zijn macroscopische objecten typisch in interactie met een grote en complexe omgeving - ze worden constant bestookt met luchtmoleculen, fotonen en dergelijke. Als gevolg hiervan wordt de verminderde toestand van een dergelijk systeem al snel een mengsel van quasi-klassieke toestanden, een fenomeen dat bekend staat als decoherentie.

Een veralgemening van decoherentie vormt de kern van een benadering van de interpretatie van de kwantummechanica die de naam decoherente geschiedenissenbenadering draagt (zie de vermelding over de consistente geschiedenissenbenadering van de kwantummechanica voor een overzicht).

Decoherence speelt een belangrijke rol in de andere benaderingen van de kwantummechanica, hoewel de rol die het speelt per benadering verschilt; zie de vermelding over de rol van decoherentie in de kwantummechanica voor informatie hierover.

4.4 Vergelijking van benaderingen van het meetprobleem

Alle bovenstaande benaderingen gaan ervan uit dat het doel is om een verslag te geven van gebeurtenissen in de wereld die, althans bij benadering, iets herstelt zoals onze vertrouwde wereld van gewone objecten die zich klassiek gedragen. Geen van de gangbare benaderingen kent bewuste waarnemers een speciale fysieke rol toe. Er zijn echter voorstellen in die richting geweest (zie de vermelding over kwantumbenaderingen van bewustzijn voor discussie).

Alle bovengenoemde benaderingen zijn consistent met observatie. Alleen consistentie is echter niet voldoende; de regels voor het verbinden van de kwantumtheorie met experimentele resultaten omvatten typisch niet-triviale (dat wil zeggen niet gelijk aan nul of één) kansen die zijn toegewezen aan experimentele resultaten. Deze berekende kansen worden geconfronteerd met empirisch bewijs in de vorm van statistische gegevens van herhaalde experimenten. Bestaande variabelen met verborgen variabelen reproduceren de kwantumwaarschijnlijkheden, en ineenstortingstheorieën hebben het intrigerende kenmerk dat zij zeer nauwe benaderingen van kwantumwaarschijnlijkheden reproduceren voor alle experimenten die tot nu toe zijn uitgevoerd, maar die afwijken van de kwantumwaarschijnlijkheden voor andere denkbare experimenten. Dit maakt in principe een empirisch onderscheid mogelijk tussen dergelijke theorieën en theorieën zonder instorting.

Een kritiek die is geuit tegen de Everettiaanse theorieën is dat het niet duidelijk is of ze zelfs maar zin kunnen hebben in dit soort statistische tests, aangezien het op geen enkele manier zinvol is om te spreken over de kans om bijvoorbeeld een '+' uitkomst van een bepaald experiment wanneer zeker is dat alle mogelijke uitkomsten zullen voorkomen op een tak van de golffunctie. Dit wordt het "Everettiaanse bewijsprobleem" genoemd. Het is het onderwerp geweest van veel recent werk over Everettiaanse theorieën; zie Saunders (2007) voor een introductie en overzicht.

Als men accepteert dat Everettianen een oplossing hebben voor het bewijsprobleem, dan wordt geen van de belangrijkste invalshoeken op een ongecompliceerde manier begunstigd door het empirische bewijs. Als iemand een beslissing moet nemen over de vraag of hij die moet accepteren, dan moet dat op andere gronden gebeuren. Er zal hier geen ruimte zijn om een diepgaand overzicht te geven van deze lopende discussies, maar er kunnen enkele overwegingen worden genoemd om de lezer een idee te geven van de discussies; zie posten over bepaalde benaderingen voor meer details.

Bohmians beweren ten gunste van de Bohmian-benadering dat een theorie over deze lijnen het meest rechtlijnige beeld geeft van gebeurtenissen; ontologische kwesties zijn minder duidelijk als het gaat om Everettiaanse theorieën of ineenstortingstheorieën.

Een andere overweging is compatibiliteit met relativistische causale structuur. De de Broglie-Bohm-theorie vereist een onderscheidende relatie van verre gelijktijdigheid voor de formulering ervan, en men kan stellen dat dit een onuitwisbaar kenmerk is van elke theorie met verborgen variabelen van dit type, die een aantal waarneembaar selecteert om altijd definitieve waarden te hebben (zie Berndl et al. 1996; Myrvold 2002). Aan de andere kant zijn er instortingsmodellen die volledig relativistisch zijn. Op dergelijke modellen zijn instortingen gelokaliseerde gebeurtenissen. Hoewel de waarschijnlijkheid van ineenstorten bij afstandsafscheiding van elkaar niet onafhankelijk is, vereist deze probabilistische afhankelijkheid niet dat we de ene uitwijzen zoals eerder en de andere later. Dergelijke theorieën vereisen dus geen onderscheiden relatie van veraf gelegen gelijktijdigheid. Er blijft echterenige discussie over hoe dergelijke theorieën kunnen worden uitgerust met bijbels (of "elementen van de werkelijkheid"). Zie het artikel over ineenstortingstheorieën en verwijzingen daarin; zie ook, voor enkele recente bijdragen aan de discussie, Fleming 2016, Maudlin 2016 en Myrvold 2016.

In het geval van Everettiaanse theorieën moet men eerst nadenken over hoe de kwestie van de relativistische plaats moet worden geformuleerd. Verschillende auteurs hebben dit probleem op enigszins verschillende manieren benaderd, met een algemene conclusie dat de Everettiaanse kwantummechanica inderdaad lokaal is. (Zie Vaidman 1994; Baccialuppi 2002; Hoofdstuk 8 van Wallace 2012; Tipler 2014; Vaidman 2016; en Brown en Timpson 2016.)

5. Ontologische problemen

Zoals gezegd gaat het bij de interpretatie van de kwantummechanica om een centrale vraag of kwantumtoestanden moeten worden beschouwd als iets in de fysieke werkelijkheid. Als dit bevestigend wordt beantwoord, roept dit nieuwe vragen op, namelijk wat voor soort fysieke realiteit wordt vertegenwoordigd door de kwantumtoestand en of een kwantumtoestand in principe een uitputtend overzicht kan geven van de fysieke realiteit.

5.1 De kwestie van het kwantumstaatrealisme

Harrigan en Spekkens (2010) hebben een raamwerk geïntroduceerd om deze kwesties te bespreken. In hun terminologie wordt een volledige specificatie van de fysische eigenschappen gegeven door de ontische toestand van een systeem. Een ontologisch model stelt een ruimte van ontische toestanden en geassocieerde deelstaten, met elke voorbereidingsprocedure, een kansverdeling over ontische toestanden. Een model zou (psi) - ontisch zijn als de ontische toestand op unieke wijze de kwantumtoestand bepaalt; dat wil zeggen, als er een functie is van ontische toestanden tot kwantumtoestanden (dit omvat zowel gevallen waarin de kwantumtoestand ook volledig de fysieke toestand bepaalt, en gevallen, zoals theorieën met verborgen variabelen, waarin de kwantumtoestand niet volledig bepaalt de fysieke toestand). In hun terminologie worden modellen die niet (psi) - ontic zijn, (psi) -epistemic genoemd. Als een model niet (psi) - ontic is,dit betekent dat sommige ontische toestanden het resultaat kunnen zijn van twee of meer voorbereidingen die leiden tot verschillende toewijzingen van pure kwantumtoestanden; dat wil zeggen dat dezelfde ontische toestand compatibel kan zijn met verschillende kwantumtoestanden.

Dit geeft een mooie manier om de kwestie van het realisme van de kwantumtoestand te stellen: zijn er voorbereidingen die overeenkomen met verschillende zuivere kwantumtoestanden die dezelfde ontische toestand kunnen veroorzaken, of, omgekeerd, zijn er ontische toestanden die compatibel zijn met verschillende kwantumtoestanden? Pusey, Barrett en Rudolph (2012) toonden aan dat, als men een natuurlijke aanname van onafhankelijkheid over staatsvoorbereidingen aanneemt, namelijk de aanname dat het mogelijk is om een paar systemen zo voor te bereiden dat de kansen op ontische toestanden van de twee systemen zijn effectief onafhankelijk - dan is het antwoord negatief; elk ontologisch model dat kwantumvoorspellingen reproduceert en aan deze veronderstelling van voorbereiding op onafhankelijkheid voldoet, moet een (psi) - ontisch model zijn.

De stelling Pusey, Barrett en Rudolph (PBR) sluit niet alle opties voor antirealisme over kwantumtoestanden af; een antirealist over kwantumtoestanden zou de veronderstelling van Preparation Independence kunnen verwerpen, of het kader waarin de stelling is vastgesteld, zou kunnen verwerpen; zie discussie in Spekkens 2015: 92–93. Zie ook Leifer (2014) voor een zorgvuldig en grondig overzicht van stellingen die relevant zijn voor kwantumtoestandrealisme.

5.2 Ontologische categorie van kwantumtoestanden

De belangrijkste realistische benaderingen van het meetprobleem zijn in zekere zin allemaal realistisch over kwantumtoestanden. Alleen dit zeggen is onvoldoende om de ontologie van een gegeven interpretatie te verklaren. Onder de te beantwoorden vragen zijn: als kwantumtoestanden iets fysiek reëel vertegenwoordigen, wat is dat dan? Dit is de kwestie van de ontologische construatie van kwantumtoestanden. Een andere vraag is de EPR-vraag, of een beschrijving in termen van kwantumtoestanden in principe als volledig kan worden beschouwd, of dat deze moet worden aangevuld met verschillende ontologie.

De Broglie's oorspronkelijke opvatting van de 'pilootgolf' was dat het een veld zou zijn, analoog aan een elektromagnetisch veld. De oorspronkelijke opvatting was dat elk deeltje zijn eigen geleidingsgolf zou hebben. Echter, in de kwantummechanica zoals ontwikkeld door Schrödinger, hebben we voor een systeem van twee of meer deeltjes geen individuele golffuncties voor elk deeltje, maar eerder een enkele golffunctie die is gedefinieerd op (n) - tuples punten in de ruimte, waarbij (n) het aantal deeltjes is. Dit werd genomen door de Broglie, Schrödinger en anderen, om te pleiten tegen de opvatting van kwantumgolffuncties als velden. Als kwantumtoestanden iets vertegenwoordigen in de fysieke realiteit, zijn ze anders dan alles wat bekend is in de klassieke natuurkunde.

Een reactie die is genomen, is erop te staan dat kwantumgolffuncties desalniettemin velden zijn, zij het velden op een ruimte met een enorm hoge dimensie, namelijk (3n), waar (n) het aantal elementaire deeltjes in het universum is. In dit opzicht wordt deze hoogdimensionale ruimte als fundamenteler beschouwd dan de bekende driedimensionale ruimte (of vierdimensionale ruimtetijd) die gewoonlijk wordt beschouwd als de arena van fysieke gebeurtenissen. Zie Albert (1996, 2013) voor de klassieke verklaring van het standpunt; andere voorstanders zijn Loewer (1996), Lewis (2004), Ney (2012, 2013a, b, 2015) en North (2013). De meeste bespreking van dit voorstel heeft plaatsgevonden binnen de context van niet-relativistische kwantummechanica, wat geen fundamentele theorie is. Er wordt beweerd dat overwegingen over hoe de golffuncties van niet-relativistische kwantummechanica voortkomen uit een kwantumveldentheorie het idee ondergraven dat golffuncties relevant zijn als velden op configuratieruimte, en ook het idee dat configuratieruimten als fundamenteler kunnen worden beschouwd dan gewone ruimtetijd (Myrvold 2015).

Een weergave die een golffunctie als een veld op een hoogdimensionale ruimte aanneemt, moet worden onderscheiden van een weergave die veronderstelt dat het is wat Belot (2012) een multiveld heeft genoemd, dat eigenschappen toewijst aan (n) - tuples van punten van gewone driedimensionale ruimte. Dit zijn verschillende opvattingen; voorstanders van de (3n) - dimensionale conceptie maken veel deel uit van het feit dat het de scheidbaarheid herstelt: volgens deze opvatting wordt een volledige specificatie van de manier waarop de wereld op enig moment wordt gegeven, gegeven door specificatie van lokale stand van zaken bij elk adres in de fundamentele ((3n) - dimensionale) ruimte. Om een golffunctie als een multiveld te beschouwen, moet je niet-scheidbaarheid accepteren. Een ander verschil tussen het nemen van golffuncties als multivelden in de gewone ruimte en het beschouwen als velden in een hoogdimensionale ruimte is dat, in de multiveldweergave,er bestaat geen twijfel over de relatie tussen de gewone driedimensionale ruimte en een meer fundamentele ruimte.

Er is betoogd dat, op de de Broglie-Bohm pilootgolftheorie en gerelateerde pilootgolftheorieën, de kwantumtoestand een rol speelt die meer lijkt op die van een wet in de klassieke mechanica; zijn rol is om de Bohmian bloedlichaampjes, die volgens de theorie gewone voorwerpen samenstellen, dynamiek te geven. Zie Dürr, Goldstein en Zanghì 1997 en Allori et al. 2008.

Dürr, Goldstein en Zanghì (1992) introduceerden de term 'primitieve ontologie' voor wat volgens een fysische theorie gewone fysieke objecten vormt; volgens de de Broglie-Bohm-theorie zijn dit de Boheemse bloedlichaampjes. De opvatting wordt uitgebreid tot interpretaties van ineenstortingstheorieën door Allori et al. (2008). Primitieve ontologie onderscheidt zich van andere ontologie, zoals de kwantumtoestand, die in de theorie wordt geïntroduceerd om rekening te houden met het gedrag van de primitieve ontologie. Het onderscheid is bedoeld als leidraad voor het bedenken van de niet-primitieve ontologie van de theorie.

6. Quantum computing en kwantuminformatietheorie

De kwantummechanica heeft niet alleen tot interpretatieproblemen geleid; het heeft geleid tot nieuwe concepten in de informatica en in de informatietheorie. Quantuminformatietheorie is de studie van de mogelijkheden voor informatieverwerking en -overdracht die door de kwantumtheorie wordt geopend. Dit heeft geleid tot een ander perspectief op de kwantumtheorie, eentje waarop, zoals Bub (2000, 597) het uitdrukte, "de raadselachtige kenmerken van de kwantummechanica worden gezien als een hulpmiddel dat moet worden ontwikkeld en niet als een probleem dat moet worden opgelost" (zie de vermeldingen over quantum computing en quantumverstrengeling en informatie).

7. Reconstructies van de kwantummechanica en daarbuiten

Een ander gebied van actief onderzoek in de grondslagen van de kwantummechanica is de poging om dieper inzicht te krijgen in de structuur van de theorie en de manieren waarop deze verschilt van zowel de klassieke natuurkunde als andere theorieën die men zou kunnen construeren, door de structuur van de theorie te karakteriseren. theorie in termen van zeer algemene principes, vaak met een informatietheoretische smaak.

Dit project heeft zijn wortels in het vroege werk van Mackey (1957, 1963), Ludwig (1964) en Piron (1964) met als doel de kwantummechanica in operationele termen te karakteriseren. Dit heeft geleid tot de ontwikkeling van een raamwerk van gegeneraliseerd probabilistisch model. Het houdt ook verband met de onderzoeken naar de kwantumlogica die door Birkhoff en von Neumann (1936) zijn geïnitieerd (zie de ingangsquantumlogica en waarschijnlijkheidstheorie voor een overzicht).

De interesse in het project om de kwantumtheorie af te leiden uit axioma's met duidelijke operationele inhoud werd nieuw leven ingeblazen door het werk van Hardy (2001 [2008], Other Internet Resources). Significante resultaten langs deze lijnen zijn de axiomatisaties van Masanes en Müller (2011) en Chiribella, D'Ariano en Perinotti (2011). Zie Chiribella en Spekkens 2015 voor een momentopname van de stand van zaken van dit streven.

Bibliografie

  • Albert, David Z., 1996, "Elementary quantum metaphysics", in JT Cushing, A. Fine, & S. Goldstein (red.), Bohmian Mechanics and Quantum Mechanics: An appraisal, Dordrecht: Kluwer, 277–284.
  • –––, 2013, “Realisme van de golffunctie”, in Ney en Albert (red.) 2013: 52–57.
  • Allori, Valia, Sheldon Goldstein, Roderich Tumulka en Nino Zanghì, 2008, "On the Common Structure of Bohmian Mechanics and the Ghirardi – Rimini – Weber Theory", The British Journal for the Philosophy of Science, 59 (3): 353– 389. doi: 10.1093 / bjps / axn012
  • Bacciagaluppi, Guido, 2002, 'Remarks on Space-time and Locality in Everett's Interpretation', in T. Placzek en J. Butterfield (red.), Non-locality and Modality, Berlin: Springer, 105–124.
  • Bacciagaluppi, Guido en Antony Valentini, 2009, Quantum Theory at the Crossroads: Reconsidering the 1927 Solvay Conference, Cambridge: Cambridge University Press.
  • Bell, JS, 1966, "On the Problem of Hidden Variables in Quantum Mechanics", Reviews of Modern Physics, 38: 447–52. Herdrukt in Bell 2004: 1-13.
  • –––, 1987: "Zijn er kwantumsprongen?" in CW Kilmister (ed), Schrödinger: Centenary celebration of a polymath, Cambridge: Cambridge University Press, 41-52. Herdrukt in Bell 2004: 201–212.
  • –––, 1990, “Against 'Measurement'”, Physics World, 3: 33–40. Herdrukt in Bell 2004: 213–231.
  • –––, 2004, Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics, 2e editie, Cambridge: Cambridge University Press.
  • Bell, Mary en Shan Gao (red.), 2016, Quantum Nonlocality and Reality: 50 Years of Bell's Theorem, Cambridge: Cambridge University Press.
  • Belot, Gordon, 2012, "Quantum States for primitive ontologists: a case study", European Journal for the Philosophy of Science 2: 67–83.
  • Berndl, Karin, Detlef Dürr, Sheldon Goldstein en Nino Zanghì, 1996, "Nonlocality, Lorentz invariance, and Bohmian quantum theory", Physical Review A, 53: 2062-2073.
  • Birkhoff, Garrett en John von Neumann, 1936, "The Logic of Quantum Mechanics", Annals of Mathematics (Second series), 37: 823–43.
  • Brown, Harvey R. en Christopher G. Timpson, 2016, 'Bell on Bell's Theorem: The Changing Face of Nonlocality', in Bell and Gao (eds.) 2016: 91–123.
  • Bub, Jeffrey, 2000, "Onbepaaldheid en verstrengeling: de uitdaging van de kwantummechanica", The British Journal for the Philosophy of Science, 51: 597–615.
  • Chiribella, Giulio, Giacomo Mauro D'Ariano en Paolo Perinotti, 2011, "Informational derivation of quantum theory", Physical Review A, 84: 012311. doi: 10.1103 / PhysRevA.84.012311
  • Chiribella, Giulio en Robert W. Spekkens (red.), 2015, Quantum Theory: Informational Foundations and Foils, Berlijn: Springer.
  • Deutsch, David en Patrick Hayden, 2000, "Informatiestroom in verstrengelde kwantumsystemen", Proceedings of the Royal Society of London A, 456: 1759–74.
  • Dirac, PAM, 1935, Principles of Quantum Mechanics, 2e editie, Oxford: Oxford University Press.
  • Dürr, Detlef, Sheldon Goldstein en Nino Zanghì, "Quantum Equilibrium and the Origin of Absolute Uncertainty", Journal of Statistical Physics 67: 843–907.
  • –––, 1997, "Bohmian Mechanics and the Meaning of the Wave Function", in RS Cohen, M. Horne en J. Stachel (red.), Experimental Metaphysics: Quantum Mechanical Studies for Abner Shimony, Volume One, Boston: Kluwer Academische uitgevers.
  • Einstein, Albert, Boris Podolsky en Nathan Rosen, 1935, 'Kan de kwantummechanische beschrijving van de werkelijkheid als compleet worden beschouwd?' Physical Review, 47: 777–780.
  • Einstein, Albert, 1936, "Physik und Realität", Journal of the Franklin Institute, 221: 349–382. Engelse vertaling in Einstein 1954.
  • –––, 1948, “Quanten-Mechanik und Wirklichkeit”, Dialectica, 2: 320–324.
  • –––, 1949, "Autobiografische notities", in PA Schilpp (red.), Albert Einstein: filosoof-wetenschapper, Chicago: Open Court.
  • –––, 1954, “Physics and reality”, in Ideas and Opinions, New York: Crown Publishers, Inc., 290–323. Vertaling van Einstein 1936.
  • Everett, Hugh, III, 2012, The Everett Interpretation of Quantum Mechanics: Collected Works 1955–1980 With Commentary, Jeffrey A. Barrett en Peter Byrne (red.), Princeton: Princeton University Press.
  • Fleming, Gordon N., 2016, 'Bell Nonlocality, Hardy's Paradox and Hyperplane Dependence', in Bell and Gao (red.) 2016: 261–281.
  • Fuchs, Christopher A., N. David Mermin en Rüdiger Schack, 2014, "Een inleiding tot QBism met een toepassing op de plaats van de kwantummechanica", American Journal of Physics, 82: 749–752.
  • Harrigan, Nicholas en Robert W. Spekkens, 2010, 'Einstein, Incompleteness, and the Epistemic View of Quantum States', Foundations of Physics, 40: 125–157.
  • Healey, Richard, 2012, "Quantum Theory: A Pragmatist Approach", The British Journal for the Philosophy of Science, 63: 729–771.
  • –––, komende, “Quantum States as Objective Informational Bridges”, Foundations of Physics. doi: 10.1007 / s10701-015-9949-7
  • Kochen, Simon en Ernst Specker, 1967, 'The Problem of Hidden Variables in Quantum Mechanics', Journal of Mathematics and Mechanics, 17: 59–87.
  • Leifer, Matthew Saul, 2014: “Is de kwantumstaat echt? Een uitgebreid overzicht van (psi) - ontologiestellingen”, Quanta, 3: 67–155.
  • Lewis, Peter J., 2004, "Life in configuration space", The British Journal for the Philosophy of Science, 55: 713–729. doi: 10.1093 / bjps / 55.4.713
  • Loewer, B., 1996, "Humean supervenience", Philosophical Topics, 24: 101–127.
  • Londen, Fritz en Edmond Bauer, 1939, La théorie de l'observation en mécanique quantique, Paris: Hermann. Engelse vertaling, 'The theory of observation in quantum mechanics', in Quantum Theory and Measurement, JA Wheeler en WH Zurek (red.), Princeton: Princeton University Press, 1983, 217–259.
  • Ludwig, G., 1964, "Versuch einer axiomatischen Grundlegung der Quantenmechanik und allgemeinerer physikalischer Theorien", Zeitschrift für Physik, 181: 233–260.
  • Mackey, George W. 1957, "Quantum Mechanics and Hilbert Space", American Mathematical Monthly, 64: 45–57.
  • –––, 1963, The Mathematical Foundations of Quantum Mechanics: A lecture-note volume, New York: WA Benjamin.
  • Masanes, Lluís en Markus P. Müller, 2011, "A derivation of quantum theory from physical Requirements", New Journal of Physics, 13: 063001.
  • Maudlin, Tim, 2016, 'Local Beables and the Foundations of Physics', in Bell and Gao (red.) 2016: 317–330.
  • Myrvold, Wayne C., 2002, "Modal Interpretations and Relativity", Foundations of Physics, 32: 1773–1784.
  • –––, 2015: "Wat is een golffunctie?" Synthese, 192: 3247-3274.
  • –––, 2016, “Lessen uit de stelling van Bell”: non-lokaliteit, ja; Actie op afstand, niet noodzakelijk”, in Bell and Gao (red.) 2016: 237–260.
  • Ney, Alyssa, 2012, 'De status van onze gewone drie dimensies in een kwantumuniversum', Noûs, 46: 525–560.
  • –––, 2013a, “Introductie”, in Ney en Albert (red.) 2013: 1–51.
  • –––, 2013 b, “Ontologische reductie en de golffunctie-ontologie”, in Ney and Albert (red.) 2013: 168– 183.
  • –––, 2015, “Fundamentele fysieke ontologieën en de beperking van empirische coherentie: een verdediging van het realisme van golffuncties”, Synthese, 192: 3105–3124.
  • Ney, Alyssa en David Z. Albert (red.), 2013, The Wave Function: Essays on the Metaphysics of Quantum Mechanics, Oxford: Oxford University Press.
  • North, Jill, 2013, 'The structure of a quantum world', in Ney and Albert (eds.) 2013: 184-202.
  • Piron, Constantin, 1964, "Axiomatique quantique", Helvetica Physica Acta, 37: 439–468.
  • Pusey, Matthew F., Jonathan Barrett en Terry Rudolph, 2012, "On the Reality of the Quantum State", Nature Physics, 8: 475–478.
  • Saunders, Simon, 2007. 'Veel werelden? An Introduction”, in S. Saunders, J. Barrett, A. Kent en D. Wallace (red.), Many Worlds? Everett, Quantum Theory en Reality, Oxford: Oxford University Press, 1-50.
  • Spekkens, Robert W., 2007, "Evidence for the Epistemic view of Quantum States: A Toy Theory", Physical Review A, 75: 032110.
  • –––, 2015, "Quasi-kwantisatie: klassieke statistische theorieën met een epistemische beperking", in Chiribella en Spekkens 2015: 83–135.
  • Tipler, Frank J., 2014, "Quantum-non-lokaliteit bestaat niet", Proceedings of the National Academy of Sciences, 111: 11281–6.
  • Vaidman, Lev, 1994, "Over de paradoxale aspecten van nieuwe kwantumexperimenten", in D. Hull, M. Forbes en RM Burian (red.), PSA 1994 Vol. 1 (Philosophy of Science Association), 211–17.
  • –––, 2016, “The Bell Inequality and the Many-Worlds Interpretation”, in Bell and Gao (eds.) 2016: 195–203.
  • von Neumann, John, 1932, Mathematische Grundlagen der Quantenmechanik, Berlijn, Springer Verlag.
  • –––, 1955, Mathematical Foundations of Quantum Mechanics, Robert T. Beyer (trans.), Princeton: Princeton University Press.
  • Wallace, David, 2012, The Emergent Multiverse: Quantum Theory volgens de Everett-interpretatie, Oxford: Oxford University Press.

Academische hulpmiddelen

sep man pictogram
sep man pictogram
Hoe deze vermelding te citeren.
sep man pictogram
sep man pictogram
Bekijk een voorbeeld van de PDF-versie van dit item bij de Vrienden van de SEP Society.
inpho icoon
inpho icoon
Zoek dit itemonderwerp op bij het Internet Philosophy Ontology Project (InPhO).
phil papieren pictogram
phil papieren pictogram
Verbeterde bibliografie voor dit item op PhilPapers, met links naar de database.

Andere internetbronnen

  • Feynman, R., Lezingen over natuurkunde. Dit zijn inleidende lezingen gericht op natuurkunde-studenten.
  • Hardy, Lucien, 2001 [2008], "Quantum Theory from Five Reasonable Axioms", manuscript op arxiv.org, oorspronkelijk ingediend in 2001, maar wordt nu aangeduid als versie 4 (2008).
  • Lewis, Peter J., "Interpretations of Quantum Mechanics", Internet Encyclopedia of Philosophy.
  • Norton, John, "Origins of Quantum Theory", een goede inleiding tot de geschiedenis van de kwantumtheorie, waarover in dit artikel weinig wordt gezegd.
  • PhET Interactive Simulation-project, Universiteit van Colorado, Boulder; deze pagina's bevatten nuttige simulaties van klassieke kwantumexperimenten.

Aanbevolen: