Thread by @Mitokochan

Vítám fyzikální nadšence u dalšího dílu vláken na téma interpretací kvantový mechaniky! Chci se nejprv omluvit za delší prodlevu — nějak se toho nahromadilo víc a trochu jsem nestíhala, ale už jsem zpátky s dalším dílem. Děkuju všem za strpení, jste vážně super. ❤️

Koho minul úvod, kde jsme uvedli pár základních rozdílů v přístupu klasický a kvantový fyziky ke světu a co vlastně je ten kámen úrazu v kvantový mechanice, ten může mrknout tu:

https://twitter.com/Mitokochan/status/1395818678428577792

Záludnost kvantovýho popisu jsme si ukazovali na příkladu s vlnovou funkcí. Vybrala jsem vlnovou funkci proto, jelikož právě koncept kolapsu vlnový funkce představuje nejslabší místo celý teorie z hlediska její interpretace.

Pár z vás pak psalo, že je to celý matoucí a jak si to mají představit. Říkala jsem si proto, že bude možná dobrý, když věnujeme celý jedno vlákno různým rozdílům v přístupu klasický a kvantový fyziky a trochu si to celý dovysvětlíme.

Čili začnu tím, čim se klasická a kvantová fyzika od sebe liší.

Když se nad tim zamyslíme, tak je vlastně hrozně podivný, že máme dva popisy vesmíru, který jsou oba správně, přestože jsou úplně fundamentálně odlišný. Klasická i kvantová fyzika popisují jeden svět.

Jak je možný, že máme různý matematický objekty a teorie pro jeden vesmír, kterej má být vždycky stejnej?

To je skvělá otázka. Problém je, že na to nikdo nemá úplně jasnou odpověď.

Teorie, který nazýváme "klasickými" teoriemi, splňují určitý vlastnosti. Například platí, že vy jako pozorovatel nemáte jak ovlivnit experiment, který měříte. V teorii je prostě jedno, jestli se na to, co se okolo vás děje, koukáte nebo nekoukáte.

To, jestli výška vašeho stolu je 1 metr, nezávisí na tom, jestli ten stůl právě měříte. To, jestli Měsíc obíhá Zemi, neni závislý na tom, jestli na ten Měsíc někdo kouká.

V klasický fyzice jsou pozorovatel a experiment nezávislý objekty.

Taky platí, že v klasických teoriích můžete cokoliv měřit libovolně přesně. Jakýkoliv nepřesnosti jsou daný tim, že máte k dispozici nedokonalý přístroje, teoreticky ale existuje koncept "dokonalýho měření" bez chyby.

Klasická fyzika je taky těžce deterministická. Pokud máte dvě stejná měření, tj. stejnej objekt, stejnej experiment a stejný podmínky, dostanete vždycky stejnej výsledek. A tenhle výsledek bude předpovězenej teorií.

A teď je na řadě kvantovka.

Pokud měříte systém, automaticky ho ovlivňujete.
V kvantovce existují dvojice vlastností, které nelze společně naměřit libovolně přesně.
Navíc stejnej experiment dává výsledky, který nelze předpovědět.

Srovnejte si to s tou klasickou fyzikou.
Představte si, že byste měřili dýlku stolu a ta se na základě toho, že ji měříte, měnila. Představte si, že byste nemohli zároveň naměřit dýlku stolu a jeho hmotnost.

Čímž se dostáváme zpátky k tý vlnový funkci.

Jak jsem říkala minule, vlnová funkce představuje řešení nějaký rovnice a udává nám směr, kudy se bude námi zkoumanej systém vyvíjet.

https://twitter.com/Mitokochan/status/1395818738969161732

Jenže tenhle vývoj probíhá jen tehdy, pokud systém nic neruší a kdy neprobíhá žádná interakce nebo žádný měření.
V momentě, kdy s našim systémem něco zainteraguje, dojde k něčemu, co nazýváme kolaps vlnové funkce. Volnej vývoj systému je narušen a systém "zkolabuje".

V momentě kolapsu pak na sebe systém vezme některou z podob, který předpovídá kvantová mechanika. Problém je ten, že my nevíme, která podoba to bude. Tohle je přesně ten nedeterminismus kvantový teorie, to, že my nemůžeme z principu vědět, co přesně naměříme.

Jediný, co víme, je to, z jaký množiny výsledků můžeme vybírat. Můžu to ukázat na příkladu spinu.
Spin je vlastnost, která nabývá dvou hodnot: nahoru a dolu. Částice se spinem se vyvíjí podle toho, jak to udává časovej vývoj vlnový funkce.

V momentě, kdy částice s něčím zainteraguje (například s magnetickým polem, který aplikujeme), se její chování fundamentálně změní a vybere si, jakou hodnotu bude její spin mít, jestli nahoru, nebo dolů. Dál už se systém nevyvíjí a zůstává v hodnotě, kterou jsme naměřili.

To je například problém kvantových počítačů. Vy chcete, aby se výpočet, který na těhle počítačích probíhá, řídil zákony kvantový mechaniky, protože pak probíhá to zrychlení, který hledáte. Problém je ten, že kvantový systémy jsou strašně moc citlivý na okolí.

V momentě, kdy něco dostatečně neodizolujete, vám celej výpočet spadne, zkolabuje, a všechny kvantový vlastnosti zmizí. O tom ale jindy.

To, co znamená kolaps vlnový funkce a jakej je jeho vztah k realitě, je problematický určit. Názory vědců se liší na úplně základní úrovni. Vlnová funkce je objekt, kterej má primárně abstraktní matematickou funkci a část fyzikální komunity je přesvědčená, že reálně neexistuje.

Většina interpretací KM by se tak dala rozdělit na dvě skupiny, realistickou a instrumentalistickou. Skupina realistů zastává názor, že matematický objekty v kvantový teorii mají nějakej vztah k realitě.

Zkusím tenhle pohled ukázat na příkladu, kterej s kvantovou fyzikou sice nesouvisí, ale myslím, že to pak bude jasnější. Vemte si třeba teorii relativity. Einstein přišel s nějakým konceptem časoprostoru a považoval ho za reálný, i když to byl původně "jen" matematický koncept.

Dnes nikdo nepochybuje o tom, že časoprostor reálně existuje a že se nejedná jen o berličku pro výpočty. Bereme to proto tak, že matematická představa časoprostoru má v realitě analog "skutečnýho" časoprostoru, i když ho vlastně “nevidíme”.

No a stejně tak se realisté dívají na objekty v kvantový mechanice, že reprezentují objekty, který skutečně existují okolo nás.

Skupina instrumentalistů je však toho názoru, že kvantově mechanickej popis vztah k realitě nemá. Že se jedná jen o nástroj, jak získat o světě nějakou informaci, ale že o reálný existenci matematických objektů v týhle teorii, třeba tý vlnový funkce, je nutný pochybovat.

Kolaps vlnový funkce neni jedinej nepochopitelnej jev, kterej v mikrosvětě vidíme, jak jsme si ukázali. Slouží ale jako výbornej příklad toho, jak zmateně se nám, makrobytostem, kvantovej svět jeví.

Nemáme prostě k dispozici žádnou "kvantovou intuici" (lol to zní hrozně ezo), jako máme v klasický fyzice, a to je právě zdroj všech problémů.

Proto se z jediný fyzikální teorie rojí o mnoho víc interpretací, než v jinejch teoriích. Porovnejte to s jakoukoliv jinou fyzikální teorií, kvantová mechanika je jednoznačně nejmíň user friendly z hlediska toho, jak si celej aparát vyložit a jak ho chápat.

Tak jo, tady to dneska ukončíme. Příště se mrkneme už konečně na nějakou konkrétní interpretaci kvantový mechaniky a myslím si, že začnu od těch nejpřímočařejších a postupně se budu dostávat k těm nejpodivnějším.

Děkuju moc všem, kteří jste to dočetli až sem. Pokud se vám vlákno líbilo, dejte mi prosím RTW nebo mi napište komentář! Budu ráda. Přeju všem krásný víkend a těším se za týden.❤️