Zpracováno podle dokumentu "Measurement in quantum mechanics FAQ" Paula Budnika [M1], který obsahuje několik článků týkajících se fyzikálních a metafyzických názorů na problém měření v kvantové mechanice.

Text "sci.physics FAQ" se zabývá různými otázkami z většiny oblastí moderní fyziky. Nezabývá se však interpretacemi kvantové mechaniky, které jsou dnes velmi často diskutovaným tématem v sci.physics. Tímto tématem se podrobněji zabývá pouze dokument "Many-Worlds FAQ", jehož autorem je Michael Clive Price [M2], který bohužel obsahuje závažné chyby, omyly a zavádějící nepřesnosti. Dokument je navíc jednostranný, neboť pouze popisuje interpretaci "mnoha světů" (Many World Theory), místo aby se snažil o objektivní přehled možných interpretací. Proto Paul Budnik usoudil, že je třeba vytvořit dokument, který by se zaměřil na objektivní popis interpretací v kvantové mechanice a jinými tématy kolem problému měření.

Originální dokument "Measurement in quantum mechanics FAQ" Paula Budnika lze získat prostřednictvím anonymního FTP na URL [X1] . Pomocí FTP hledejte soubor

/pub/usenet/news.answers/physics-faq/measurement-in-qm

V originálním dokumentu je následující poznámka o ochraně autorských práv:

This document, as a collection, is Copyright 1995 by Paul P. Budnik (paul@mtnmath.com). The individual articles are Copyright 1995 by the individual authors listed. All rights are reserved. Permission to use, copy and distribute this unmodified document by any means and for any purpose EXCEPT PROFIT PURPOSES is hereby granted, provided that both the above Copyright notice and this permission notice appear in all copies of the FAQ itself. Reproducing this FAQ by any means, included, but not limited to, printing, copying existing prints, publishing by electronic or other means, implies full agreement to the above non-profit-use clause, unless upon explicit prior written permission of the authors.

Následující text _není překladem_ dokumentu Paula Budnika a jeho zpracovatel neposkytuje žádnou záruku, stejně jako autor původního dokumentu. Autor Paul P. Budnik je držitelem autorských práv původního dokumentu, autoři článků jsou držiteli autorských práv svých článků. Autor dokumentu poskytuje právo volně šířit nebo publikovat původní dokument, pokud neslouží k zisku.

Kvantová mechanika popisuje fyzikální jevy pomocí vývoje vlnové funkce a deterministickou unitární evoluci vlnových funkcí. Vlnovou funkci nelze získat měřením. Umožňuje vypočítat pravděpodobnost určitých makroskopických událostí, které můžeme pozorovat. Neexistuje však žádný mechanismus, jak v matematickém modelu vytvářet a modelovat takové události. To je podstatou dichotomie mezi vlnovou funkcí a pozorovanými makroskopickými událostmi, která je zdrojem interpretací v kvantové mechanice. V klasické fyzice matematický model vypovídá o věcech, které pozorujeme. V kvantové mechanice matematický model sám o sobě nevypovídá o pozorováních. Musíme vlnovou funkci _interpretovat_ a dávat ji do souvislosti s experimentem.

Tento nesoulad mezi vlnovou funkcí a pozorovanou skutečností zdaleka není jednoduchým filozofickým problémem. V kvantové mechanice se často musí modelovat systémy, které jsou superpozicí dvou nebo více možných výsledků. Superpozice mohou vést k interferencím mezi efekty, které jsou pak mezi smíšenými stavy experimentálně obtížně rozlišitelné. Jak může superpozice různých možností sama o sobě vypovídat na základě jednotlivých pozorování? Tato otázka, která se často označuje jako "problém měření", se dotýká problému, jak analyzovat některé experimenty, jako je test Bellovy nerovnosti a vede k problému interpretace. Vlnová funkce se vyvíjí takovým způsobem, že makroskopické superpozice nedávají žádné pozorovatelné výsledky. Pouze superpozice různých možností na mikroskopické úrovni vedou k experimentálně pozorovatelným efektům interference.

Proto se může zdát, že neexistují žádná kritéria pro posouzení objektivní události a že snad ani nikdo taková kritéria nepotřebuje. Při analýze testu Bellovy nerovnosti se musí určit, zda nějaké pozorování bylo kompletní, tj. zda nemůže být obráceno v čase. Takové experimenty závisejí na časování makroskopických událostí. Přirozeně lze použít klasickou termodynamiku pro výpočet pravděpodobnosti, s jakou může být makroskopická událost obrácena v čase. To však znamená, že máme nějaký _objektivní_ proces, jehož výsledky jsou _určitá_ pozorování. Ale v běžných modelech kvantové mechaniky žádné takové objektivní procesy neexistují a z tohoto hlediska je kvantová mechanika nekompletní teorií. Tuto nekompletnost lze chápat ve smyslu Einsteinovy interpretace kvantové mechaniky, kdy reálné fyzikální procesy vedou k našim pozorováním, ale my dosud tyto procesy nejsme schopni pochopit.

Odkazy:

[1] Ed. J. Wheeler, W. Zurek, Quantum theory and measurement. Princeton University Press, 1983.

[2] J. S. Bell, Speakable and unspeakable in quantum mechanics. Cambridge University Press, 1987.

[3] R.I.G. Hughes, The Structure and Interpretation of Quantum Mechanics. Harvard University Press, 1989.

Literatura:

[1] Subject: Measurement in quantum mechanics FAQ Item 1.: The measurement problem. Original by Paul Budnik (paul@mtnmath.com) From: paul@mtnmath.com Date: 31 Aug 1995 22:08:02 -0700

V roce 1935 rakouský fyzik Erwin Schrodinger publikoval článek popisující koncepční problémy kvantové mechaniky. Jedním z těchto problémů je chápání principu neurčitosti, který autor demonstroval myšlenkovým pokusem zvaným Schrodingerova kočka.

Do zapečetěné schránky je umístěna kočka a puška, která na kočku míří a vystřelí, když se rozpadne radioaktivní jádro. Pravděpodobnost, že se tak stane je 0,5 (podle kvantové teorie nelze tento jev předpovědět jiným způsobem, než pomocí teorie pravděpodobnosti). Jak připomíná Stephen Hawking, dnes by si nikdo nedovolil navrhnout tento pokus ani jako myšlenkový, ale ve Schrodingerových časech nebyla ještě ochrana zvířat na dnešní úrovni. Dnes se již nedá zjistit, zda Schrodinger měl nějakou averzi ke kočkám. Co se týče kočky samotné, za kandidáta lze považovat kocoura Mr. Mistoffeleese, "Původní čarovné kočky" T. S. Elliota, který v Institutu pokročilých studií v Princetonu pracoval během roku 1948, v době, kdy tam byl Einstein. [3]

Když se schránka otevře, najdeme kočku buď živou nebo mrtvou. Před otevřením schránky je však kvantový stav kočky směsí stavu mrtvé kočky a stavu živé kočky. Tento názor mnozí filozofové považují za zcela nepřijatelný, protože kočka nemůže být napůl zastřelená a napůl nezastřelená. Jejich námitky pramení z toho, že používají klasickou představu reality, podle které má objekt jednoznačnou historii (světočáru). Podle kvantové mechaniky je třeba se na realitu musíme dívat tak, že objekt nemá jedinou historii, ale všechny možné historie. Ve většině případů se pravděpodobnosti určité skupiny historií vzájemně zruší, ale v některých případech se naopak pravděpodobnosti některých sousedních historií zesilují.

V případě Schrodingerovy kočky jsou dvě historie, které jsou zesíleny. V jedné historii je kočka mrtvá, ve druhé živá. Podle kvantové teorie mohou obě historie existovat paralelně vedle sebe. Na tomto případě je typické, že neurčitost původně omezená na atomovou úroveň je přenesena na makroskopickou úroveň, kde ji lze _řešit_ přímým pozorováním.

Víme, že superpozice možných výsledků musí na mikroskopické úrovni existovat simultánně, protože pozorujeme jevy jejich interferencí. Také víme (alespoň většina z nás), že kočka ve schránce může být mrtvá nebo živá, ale nemůže být v nějakém přechodném stavu mezi těmito možnostmi. Jak se model mnoha stavů v mikroskopické úrovni projevuje na makroskopické úrovni? Jeví se reálný svět jako "rozmazaný" obraz? Schrodingerova kočka je jednoduchým a elegantním příkladem problému měření v kvantové mechanice. Předpokládá se, že stav systému se mění právě samotným pozorováním.

Albert Einstein se k tomu myšlenkovému experimentu vyjádřil takto: "Nedovedu si představit, že jedna malá myš by výrazným způsobem mohla změnit chování vesmíru a to pouze tím, že by se na něj dívala."

Dnes se obvykle používají dva způsoby, jak lze čelit Einsteinovým námitkám. První je založen na tvrzení, že měření kvantových systémů neprovádějí kočky nebo myši, ale bytosti obdařené vědomím. Zastánci této myšlenkové linie byli např. John von Neumann a Eugene Wigner, kteří tvrdili, že je třeba zásahu vědomého pozorovatele, který svým pozorováním následně vyvolá kolaps vlnové funkce.

Touto úvahou se ovšem dostáváme k "Wignerovu příteli". Jde opět o myšlenkový experiment, kdy ve schránce společně s kočkou je uzavřen člověk, který kdykoliv otevře oči, způsobí kolaps vlnové funkce. Podle Eugena Wignera při účasti lidského vědomí v experimentu nelze použít obvyklý způsob kvantového popisu. Zastánci takové interpretace tvrdí, že plynutí času je pouze subjektivním dojmem, který koresponduje s opakovanou změnou vlnové funkce.

Objevují se tedy názory, že fyzika, která se dnes považuje za jednu z nejobjektivnějších vědeckých disciplín, znovu objevuje potřebu lidského vědomí a staví ho do popředí našeho chápání vesmíru. Je ovšem těžké chápat kvantovou mechaniku na základě vědomí, když moderní věda za dobu své existence získala množství důkazů o nezávislosti "vnějšího světa".

Odkazy:

[1] Erwin Schrodinger, "Die gegenwartige Situation in der Quantenmechanik," _Naturwissenschaftern_. 23 : pp. 807-812; 823-823, 8440849. (1935). English translation: John D. Trimmer, _Proceedings of the American Philosophical Society_, 124, 323-38 (1980), Reprinted in _Quantum Theory and Measurement_, p 152 (1983).

Literatura:

[1] Subject: Measurement in quantum mechanics FAQ. Item 2.: Schrodinger's cat. Original by Paul Budnik (paul@mtnmath.com) From: paul@mtnmath.com. Date: 31 Aug 1995 22:08:02 -0700

[2] Hawking, Stephen: Černé díry a budoucnost vesmíru. edice Kolumbus, Mladá fronta, Praha 1995 angl.originál: Black Holes and Baby Universies and Other Essays, Bantam Books, New York 1993

[3] Coveney, Peter; Highfield, Roger: Šíp času. nakl. Oldag, Ostrava 1995, ISBN: 80-85954-08-7, orig.: The Arrow of Time, WH Allen (Virgin Publishing Ltd.), Great Britain, 1990

Kodaňská interpretace kvantové mechaniky je nejstarší interpretací. Je založena na Bohrově úvaze o "komplementaritě". Niels Bohr cítil, že klasické a kvantově mechanické modely jsou dvěma cestami studia fyziky a _obě_ jsou nezbytné. Bohr zjistil, že určitá experimentální pozorování musí nutně zkolabovat (prolomit, podle Nielse Bohra) vlnovou funkci, aby její budoucí vývoj byl konzistentní s tím, co experimentálně pozorujeme. Chápal, že neexistuje žádná přesná cesta, jak určit bod, ve kterém ke kolapsu vlnové funkce dojde. Každý takový pokus by vedl k jiné teorii, než je interpretace existující teorie. Podle jeho názoru nelze určit jednoznačná kritéria, za nichž se určité pozorování vyskytlo.

Základní myšlenkou kodaňské interpretace je skutečnost, že náš popis mikrosvěta je postižen nedostatečností našich smyslů a výrazových prostředků pro popis reality. Svět má "klasickou" část, která se skládá z vlastního procesu měření a "kvantovou" část, která obsahuje měřený objekt. Svět, který pozorujeme, se nám zdá reálný a nezávislý na našem pozorování, ale ve skutečnosti je vždy spojen s "nereálným" mikrosvětem. Tomuto spojení se nelze vyhnout a proto ani nelze doufat, že se podaří popsat kvantové jevy tak, jaké ve skutečnosti jsou.

Podle kodaňské interpretace je nutné každé pozorování uvádět do souladu s jeho makroskopickým kontextem. Proces měření tak nabývá na důležitosti, kterou klasická fyzika vůbec neznala.

Odkazy:

[1] N. Bohr, The quantum postulate and recent the recent development of atomic theory. _Nature_, 121, 580-89 (1928), Reprinted in _Quantum Theory and Measurement_, p 87, (1983).

Literatura:

[1] Subject: Measurement in quantum mechanics FAQ. Item 3.: Copenhagen interpretation. original by Paul Budnik (paul@mtnmath.com) From: paul@mtnmath.com. Date: 31 Aug 1995 22:08:02 -0700

[2] Coveney, Peter; Highfield, Roger: Šíp času. nakl. Oldag, Ostrava 1995, ISBN: 80-85954-08-7, orig.: The Arrow of Time, WH Allen (Virgin Publishing Ltd.), Great Britain, 1990

Myšlenka kolapsu vlnové funkce některým fyzikům vždy působila potíže. Hugh Everett III. v roce 1957 vyslovil předpoklad, že k žádnému kolapsu nedochází a zpracoval matematické důsledky této předpokladu. Everettova interpretace nevysvětluje makroskopická pozorování a neřeší problém měření. Předpokládá, že tyto problémy existují a navíc předpokládá, že vlnová funkce se nehroutí. Tyto předpoklady vedou k tzv. modelu relativních stavů. Tento model se někdy nazývá "model paralelních vesmírů" nebo "mnoha světů" (Many Worlds Theory).

Uvažujme následující pokus. Zdroj vysílá svazek elektronů, který dopadá na clonu se dvěma blízkými štěrbinami, za níž je umístěno fluorescenční stínítko. Při dopadu elektronu na stínítko se objeví záblesk. Pokud by elektron byl pouze částicí, dopadl by buď na clonu a odrazil se zpět, nebo by prošel jednou ze štěrbin. Po dopadu by se objevil záblesk na stínítku za jednou ze štěrbin. Pokud by elektron byl pouze vlnou, šířil by se celým prostorem. Vlna by prošla oběma štěrbinami současně. Podle vlnové teorie se štěrbiny stanou sekundárními zdroji vlnění a výsledkem skládání vln na stínítku je interferenční obrazec.

Podle Everettovy interpretace kvantové mechaniky si elektron nevolí mezi štěrbinami při své interferenci na dvojštěrbině, ale mezi vesmíry. Tím, že dojde k preferenci jedné štěrbiny před druhou, dojde k rozštěpení jednoho vesmíru na dva. To, kterou štěrbinu si elektron zvolí, bude záviset na tom, ve kterém vesmíru se právě nacházíme. Po této volbě se oba vesmíry zcela oddělí a dále se dělí při každém procesu měření. Problémem této koncepce je, že vesmír sám o sobě je popsán vlnovou funkcí, která obsahuje příspěvky od všech možných výsledků. Závěry Everettovy interpretace jsou bizarní, protože vzniká nespočetné množství "paralelních" vesmírů. Tato koncepce nemá daleko k jedné větvi islámu zvané Kalam, podle níž se svět znovu zrodí, kdykoliv dojde v něm k nějaké události.

Na rozdíl od jednoduché a jedinečné skupiny makroskopických pozorování v Everettových modelech vystupuje nepřesně definovaná multiplicita relativních stavů. Neexistuje žádná relativistická verze Everettovy interpretace a není jasné, jak by měla taková verze vypadat na rozdíl od relativistické verze kvantové mechaniky, kterou je kvantová teorie pole.

Odkazy:

[1] H. Everett. "Relative State" Formulation of Quantum Mechanics. _Reviews of Modern Physics_, 29 454-462, (1957) Reprinted in Quantum Theory and Measurement, p. 315, (1987).

Literatura:

[1] Subject: Measurement in quantum mechanics FAQ. Item 4.: The relative state (many worlds) interpretation. original by Paul Budnik (paul@mtnmath.com) From: paul@mtnmath.com Date: 31 Aug 1995 22:08:02 -0700

[2] Coveney, Peter; Highfield, Roger: Šíp času. nakl. Oldag, Ostrava 1995, ISBN: 80-85954-08-7, orig.: The Arrow of Time, WH Allen (Virgin Publishing Ltd.), Great Britain, 1990

Albert Einstein nevěřil, že by Bůh hrál v kostky a domníval se, že dosavadní výsledky experimentů vysvětlí kompletnější teorie. Tvrdil [1], že veličiny, které se absolutně zachovávají (jako je moment hybnosti nebo energie) musí odpovídat nějakým objektivním prvkům fyzikální reality. Proto kvantová mechanika není model, který lze považovat za kompletní.

Je možné, že události jsou důsledkem objektivních fyzikálních procesů, kterým ještě nerozumíme. Tyto procesy by měly určovat výsledky experimentů a nikoliv jen jejich pravděpodobnosti. Určitě jde o přirozený předpoklad. Lidé, kteří neznají kvantovou mechaniku nebo mají o ní pouze obecnou představu, si myslí, že pozorování musí pocházet z objektivních fyzikálních procesů ikdyž vědí, že lze pouze předpovídat pravděpodobnosti.

Proto vzniklo několik různých alternativ této interpretace kvantové mechaniky. Často se tyto teorie nazývají jako "teorie skrytých proměnných". John S. Bell dokázal, že takové teorie nemohou popisovat kvantové jevy bez zavedení explicitních nelokálních mechanismů [2]. Kvantová mechanika může zdůvodnit, proč pozorování dvou částic po jejich interakci jsou vzájemně korelovaná. Zákony zachování jsou v kvantové mechanice přesné, ale samotná pozorování jsou většinou náhodné veličiny. Nelokální operace v teoriích se skrytými proměnnými zřejmě neposkytnou vysvětlení korelací, protože kvantová mechanika musí sama použít nelokální mechanismy. V kvantové mechanice se nelokálnost projevuje ve vlnové funkci, která se obvykle nevztahuje k žádné fyzikální entitě. Díky tomu lze tuto nelokálnost přijatelněji vysvětlit.

Velmi silný argument proti kvantové mechanice byl použit v EPR paradoxu, v němž autoři dokazují, že kvantová mechanika je nekompletní teorií a vyžaduje skryté proměnné, se kterými se provádí nelokální operace (viz článek "EPR paradox a Bellův princip nerovnosti").

Rozhodnout však musí experimenty a nikoliv teoretické argumenty. Ačkoliv všechny dosud provedené experimenty dávají konzistentní výsledky s předpověďmi kvantové mechaniky, odborníci se všeobecně shodují na tom, že existující experimenty nejsou nezvratné [3]. Neexistuje žádné nezvratné potvrzení nelokálních predikcí kvantové mechaniky. Pokud tyto experimenty případně potvrzují lokalizaci a nikoliv kvantovou mechaniku, Einstein by měl velkou zásluhu na objasnění přesných důvodů, které uvedl v EPR paradoxu. Konečné zásluhy ale budou záviset na dalším vývoji kompletnější teorie.

Většina fyziků věří, že kvantová mechanika správně předpovídá neplatnost lokalizace. Proč však spoléhají mnohem více na svoji víru ve správnost formalismu kvantové mechaniky než na základní principy jako je lokalizace nebo na myšlenku, že pozorování jsou vytvářena objektivními procesy? Autor článku se domnívá, že příčinou těchto problémů je nesprávný koncepční rámec. Termín "skryté proměnné" připomíná spíše teorii klasických částic než částic s dodatečnými skrytými proměnnými. Kvantová mechanika však popisuje chování systémů s více částicemi kvantovými efekty tak, že nelze použít představu nějakých klasických částic. Pokud tomu tak skutečně je, pak všechny pokusy o vytvoření nějaké kompletnější teorie povedou k marnému tápání a k neúspěchům. Tyto neúspěchy pak nemusí spočívat v klasických principech, jako je lokalizace nebo determinismus, ale v představě, že je možná nějaká kompletnější teorie.

Jednou z alternativ ke klasickým částicím je představa pozorování jako určitých bodů ve stavovém prostoru nelineárních transformací vlnové funkce. Atraktory v teorii chaosu jsou modelem takových procesů. Snad existují fyzikální vlnové funkce a kvantová mechanika pouze modeluje průměrné nebo statistické chování těchto funkcí. Snad struktura těchto fyzikálních vlnových funkcí určuje pravděpodobnost, s jakou se vlnová funkce bude nelineárně transformovat v určité oblasti. Pokud je tomu tak, pak pravděpodobnost v kvantové mechanice slučuje dva velmi odlišné druhy pravděpodobností. Prvním druhem je pravděpodobnost související s naší neschopností popsat detailnější chování fyzikální vlnové funkce. Druhým druhem je pravděpodobnost, s jakou se fyzikální funkce bude transformovat v určitém bodě pozorování.

Model tohoto typu by mohl být schopen vysvětlit existující experimentální výsledky a navíc nikde neporušuje lokalizaci. Z matematického hlediska nelze přehlédnout, že modely tohoto typu používají pro modelování vlnových funkcí diskretizované konečné diferenční rovnice místo spojitých diferenciálních rovnic [4]. Nelinearita, která se musí zavést pro diskretizaci diferenční rovnice, je zdrojem chování, které se podobá chaotickému chování v teorii chaosu. Působení zákonů zachování v těchto modelech spočívá v konvergenci procesů ke stabilním stavům. Informace o působení těchto zákonů je podobně jako v hologramu rozprostřena přes celou oblast.

Jistě lze souhlasit s tím, že nejlepším řešením problému měření by bylo nalezení kompletnější teorie. Stále existují lidé, kteří v existenci této možnosti věří. Všechny pokusy dokázat, že je to nemožné (počínaje von Neumannem [5]), selhávají [6]. Analýza těchto důkazů vedla Bella k důkazu lokalizace v kvantové mechanice. Jestliže příroda porušuje lokalizaci, pak kvantová mechanika předpovídá, že lokální deterministická teorie, kterou hledal Einstein, nemůže existovat. Pokud se kvantová mechanika mýlí ve svých předpovědích, pak přesnější a kompletnější teorie je nezbytná. Taková teorie by pak měla vysvětlovat události pomocí objektivních fyzikálních procesů.

Odkazy:

[1] A. Einstein, B. Podolsky and N. Rosen, Can quantum-mechanical descriptions of physical reality be considered complete? _Physical Review_, 47, 777 (1935). Reprinted in _Quantum Theory and Measurement_, p. 139, (1987).

[2] J. S. Bell, On the Einstein Podolosky Rosen Paradox, _Physics_, 1, 195-200 (1964). Reprinted in _Quantum Theory and Measurement_, p. 403, (1987).

[3] P. G. Kwiat, P. H. Eberhard, A. M. Steinberg, and R. Y. Chiao, Proposal for a loophole-free Bell inequality experiment. _Physical Reviews A_, 49, 3209 (1994).

[4] P. Budnik, Developing a local deterministic theory to account for quantum mechanical effects, hep-th/9410153, (1995).

[5] J. von Neumann, The Mathematical Foundations of Quantum Mechanics. Princeton University Press, N. J., (1955).

[6] J. S. Bell, On the the problem of hidden variables in quantum mechanics. _Reviews of Modern Physics_, 38, 447-452, (1966). Reprinted in _Quantum Theory and Measurement_, p. 397, (1987)

Literatura:

[1] Subject: Measurement in quantum mechanics FAQ. Item 5.: Is QM a complete theory? original by Paul Budnik (paul@mtnmath.com) From: paul@mtnmath.com. Date: 31 Aug 1995 22:08:02 -0700

Existuje názor, že obsahem kvantové mechaniky jsou pouze matematické modely a schopnost použít tyto modely v reálných experimentech. Pokud rozumíme těmto modelům a jejich aplikacím, nepotřebujeme nějakou další interpretaci.

Zastánci tohoto názoru tvrdí, že existující rámec kvantové mechaniky nám umožňuje řešit všechny reálné problémy, což je to nejpodstatnější. Fransonova analýza Aspectova experimentu [1] však ukazuje, že to není zcela pravda. Kvůli tomu, že nemáme v kvantové mechanice objektivní kritéria k rozhodnutí, zda je měření kompletní, nemáme žádná objektivní kritéria pro měření prodlev v testu Bellovy nerovnosti. Pokud stav Schrodingerovy kočky nemůžeme posoudit, dokud neotevřeme schránku, jak můžeme vědět, že testy Bellovy nerovnosti nejsou nevratné?

Odkazy:

[1] J. D. Franson, Bell's Theorem and delayed determinism. _Physical Review D_, 31, 2529-2532, (1985).

Literatura:

[1] Subject: Measurement in quantum mechanics FAQ. Item 6.: The shut up and calculate interpretation. original by Paul Budnik (paul@mtnmath.com) From: paul@mtnmath.com Date: 31 Aug 1995 22:08:02 -0700

Kodaňská interpretace kvantové mechaniky má své oponenty. Jedním z hlavních oponentů je David Bohm z Královské univerzity v Londýně, který v časopise Foundations of Physics napsal:

"Člověk je veden k novému chápání nerozčlenitelného celku, který popírá klasickou představu o analyzovatelnosti světa na oddělené a nezávisle existující části... Převrátili jsme obvyklou klasickou představu, že základní realitou světa jsou nezávislé elementární části a že různé systémy jsou pouze neurčitými náhodnými formami a uspořádáním těchto částí. Spíše říkáme, že základní realitou je nerozdělitelná kvantová vzájemná spjatost celého vesmíru a že relativně svobodně se chovající části jsou jen určitými a náhodnými formami v rámci tohoto celku."

Bohmova interpretace kvantové mechaniky je explicitně nelineárním mechanistickým modelem. Podobně jako Niels Bohr zformuloval filozofické principy komplementarity, které mají význam i mimo rámec kvantové mechaniky, David Bohm odhalil hluboký vztah mezi porušením lokalizace a úplností (jednotou) všeho, co existuje. Jako první správně pochopil nelokální podstatu kvantové mechaniky. John S. Bell vyzdvihl důležitost Bohmovy práce, která významně pomohla rozvinout Bellovy myšlenky o lokalizaci v kvantové mechanice.

David Bohm studuje ve vědeckém kontextu vztahy mezi vědomím a hmotou a dosud se v tomto studiu dostal nejdále. Jeho přístup je mnohem obecnější než je současná S-maticová teorie a lze jej chápat jako pokus o aplikaci bootstrapové hypotézy při odvození konzistentní kvantově relativistické teorii hmoty.

Bohm vycházel z nepřerušené spojitosti hmoty a za hlavní aspekt této celistvosti považuje nelokální spojení, které vyjadřuje EPR experiment. Zatím se nelokální spojení jeví jako zdroj statistické formulace zákonů kvantové teorie. Bohm chce jít za hranice teorie pravděpodobnosti a zkoumá uspořádanost, která je podle jeho přesvědčení vlastností kosmické sítě jevů na hlubší, "neprojevené" rovině. Tuto vlastnost označuje jako "implicitní" uspořádanost, ve které vzájemné sepjetí celku nemá nic společného s umístěním v prostoru a v čase.

Bohm používá jako analogii této implicitní uspořádanosti hologram, neboť každá jeho část v určitém smyslu obsahuje celek. Pokud je některá část hologramu osvětlena, zobrazí se celý obraz, který je jen méně podrobný, než obraz získaný z kompletního hologramu. Podle Bohma je skutečný svět sestaven podle stejných principů, kdy celek je zahrnut do každé jeho části.

Přirozeně si uvědomuje, že analogie hologramu je příliš omezená k tomu, aby ji bylo možno použít jako vědecký model implicitní uspořádanosti na subatomové úrovni. Pro vyjádření dynamické podstaty skutečnosti zavedl termín "holopohyb", který je základem všech projevených entit. Z holopohybu vyplývají všechny formy materiálního vesmíru. Cílem jeho přístupu je zkoumat uspořádanost zahrnutou v tomto holopohybu tak, že ze zabývá strukturou pohybu a nikoliv strukturou objektů.

Podle Bohma jsou prostor a čas jako formy plynoucí z holopohybu zahrnuty v jeho uspořádanosti. Bohm je přesvědčen, že pochopení této uspořádanosti nepovede jen k hlubšímu pochopení pravděpodobnostních jevů v kvantové teorii, ale umožní odvodit základní vlastnosti relativistického prostoročasu.

Bohm zjistil, že na pochopení implicitní uspořádanosti je nutné považovat vědomí za základní rys holopohybu a proto ho bere ve své teorii do úvahy. Vědomí a hmotu považuje za vzájemně závislé, ale nikoliv kauzálně spojené. Jsou jen projekcemi vyšší skutečnosti, která není ani hmotou, ani vědomím.

V současnosti je Bohmova teorie stále jen ve vývoji. Bohm vytváří matematický formalismus obsahující matice a typologii. Ukazuje se však, že i v tomto stádiu má jeho teorie souvislost s Chewovou bootstrapovou hypotézou. Oba přístupy jsou založeny na stejném pohledu na svět jako na dynamickou síť vztahů a oba připisují ústřední úlohu představě uspořádanosti, oba používají pro vyjádření změny a přechodů matice a na klasifikaci kategorií uspořádanosti typologii. Konečně oba přístupy berou v úvahu, že vědomí je podstatným aspektem vesmíru a že ho budou muset nové fyzikální teorie obsahovat. Jde tedy o dva v současné době filozoficky nejhlubší přístupy k fyzikální skutečnosti.

Aby Bohm své myšlenky přiblížil ostatním, vymyslel následující přirovnání. Představme si akvárium s rybičkami. Představme si dále, že nejsme schopni se dívat na akvárium přímo, ale naše znalosti o něm jsou zprostředkovány dvěma televizními kamerami, jedné umístěné vpředu a druhé umístěné na jeho boku.

Pokud sledujeme dva televizní monitory, můžeme předpokládat, že rybičky na každém monitoru jsou samostatné objekty. Protože kamery jsou postaveny v různých úhlech, každý obraz akvária je jiný. Pokud však budeme dostatečně dlouho sledovat na každém monitoru jednu rybu, můžeme za čas zjistit, že mezi nimi je určitý vztah.

Když se jedna z nich pohne, druhá udělá poněkud jiný ale odpovídající pohyb. Když jednu vidíme zepředu, druhou uvidíme z boku. Pokud nemáme možnost celkového obrazu situace, můžeme si dokonce představovat, že obě ryby spolu musí trvale a nepřetržitě komunikovat, ale nebudeme vědět jak.

A právě to, říká Bohm, je přesně stejná situace u subatomár- ních částic v Aspectově experimentu.

Podle Bohma, domnělé nadsvětelné spojení mezi částicemi nám ve skutečnosti jen říká, že existuje hlubší úroveň reality, která je před námi utajena, komplexnější rozměr za naším, jako je v naší analogii akvárium. Vnímáme objekty, jako jsou subatomární částice, vzájemně oddělené, protože vidíme jen část jejich reality.

Takové částice však nejsou oddělenými částmi, ale jen obrazy hlubší a níže ležící reality, která je vlastně hologramem a je nedělitelná. A proto všechno, co existuje ve fyzikální realitě je uloženo na nižším "základě" a vesmír sám je obrazem, hologramem tohoto základu.

Pokud tuto hypotézu dále rozvineme, pak vesmír má mnohem více překvapivých vlastností. Jestliže jsou jednotlivé subatomární částice jen iluzí, pak to znamená, že na hlubší úrovni reality jsou všechny věci ve vesmíru nekonečně propojeny.

Elektrony atomu uhlíku v lidském mozku jsou spojeny se subatomárními částmi kterékoliv hmotné částice ve vesmíru.

Všechno souvisí se vším, a ačkoliv lidská povaha se snaží svět dělit do kategorií a skupin, různé vlastnosti vesmíru jsou jen nezbytnými projevy jedné společné podstaty vesmíru.

V holografickém vesmíru se dokonce nelze dívat na čas a prostor jako na jeho základ. Žádné místo není odděleno od žádného jiného, proto čas a prostor jsou jen projekcí nižší úrovně.

Na takové hlubší úrovni reality existuje posloupnost superhologramů, ve kterých je minulost, přítomnost a budoucnost současně. To vede k myšlence, že pokud vytvoříme vhodné nástroje, tak jednou budeme schopni proniknout na tuto úroveň a budeme se pohybovat v čase všemi směry.

Odkazy:

[1] D. Bohm, A suggested interpretation of quantum theory in terms of "hidden" variables I and II. _Physical Review_,85, 155-93 (1952). Reprinted in _Quantum Theory and Measurement_, p. 369, (1987).

[2] D. Bohm & B.J. Hiley, The Undivided Universe: an ontological interpretation of quantum theory. (Routledge: London & New York, 1993).

Literatura:

[1] Subject: Measurement in quantum mechanics FAQ. Item 7.: Bohm's theory. original by Paul Budnik (paul@mtnmath.com) From: paul@mtnmath.com Date: 31 Aug 1995 22:08:02 -0700

[2] Coveney, Peter; Highfield, Roger: Šíp času. nakl. Oldag, Ostrava 1995, ISBN: 80-85954-08-7, orig.: The Arrow of Time, WH Allen (Virgin Publishing Ltd.), Great Britain, 1990

[3] Capra, Fritjof: Tao fyziky. Gardenia, Bratislava 1992 (podle originálu: The Tao of Physics, Bantam Books 1984)

                                                                                        - pokračování -

časopis o přírodě, vědě a civilizaci