Thread by @Mitokochan

Ahoj všichni, vítám vás u třetího dílu vláken na téma interpretace kvantové mechaniky! #fyzivlakno
Minule jsme probrali hlavní rozdíly mezi klasickou a kvantovou fyzikou, kdyžtak tu:

https://twitter.com/Mitokochan/status/1411044429956268036

Povídali jsme si doposud o tom, že kvantový systém si žije svým životem do momentu, kdy s ním nějak zainteragujeme, například tím, že ho změříme.
V ten moment dojde k něčemu, co nazýváme kolaps. Systém se zhroutí do jednoho stavu a přestane se vyvíjet.

To, co to ten kolaps vlastně je a jak probíhá, je jeden z hlavních problémů kvantové mechaniky.
Dnes se podíváme na to, jak se na to dívá tzv. interpretace s objektivním kolapsem.

Tato interpretace se opírá o to, že kolaps je reálný fyzikální proces. Tenhle přístup ale není vůbec samozřejmý.
Naopak bych řekla, že většina vědců/filosofů zabývajících se KM jsou na tom tak, že vidí kolaps jako nereálné zjednodušení nějakého složitějšího mechanismu.

To, co je zdrojem kolapsu, ale také není v těchto interpretacích jasně určeno (ano, čtete správně, těch interpretací s objektivním kolapsem je několik). Určitě jsme slyšeli o té nejznámější teorii, že kolaps je způsobený vědomím.

To je ale hrozně problematický přístup, protože kdo určí, co přesně musí tvor s vědomím splňovat? Jsou i jednobuněčné organizmy nebo viry vědomé? Nebo je vědomí záležitost složitějších organismů? Kde je pak ta hranice?

Nehledě na to, že i naše samotné prožívání není vždycky vědomé. Bude ke kolapsu docházet, když se na něj bude dívat spící člověk? A co člověk ve vegetativním stavu? Tenhle přístup přináší víc otázek, než kolik jich zodpovídá.

Existují také teorie, které hledají příčinu kolapsu jinde. Podle stochastických teorií je příčina kolapsu čistě náhodná, způsobená okolním šumem.
Další přístup nabízí teorie, kterou navrhl Penrose, totiž že kolaps je způsobený gravitačními mechanismy.

Pokud je však kolaps reálný proces, pak musí dodržovat stejná pravidla, jako všechny ostatní reálné fyzikální procesy. Největší problém v přístupu ke kolapsu jako k reálnému procesu je fakt, že se navenek jeví proces, ke kterému dochází okamžitě.

To ale není reálně možné, protože rychlost šíření informace je konečná; nejdřív ke kvantovému systému musí dojít informace, že ho měřím, teprve pak může zkolabovat. Ani samotný kolaps nemůže proběhnout nekonečně rychle.

Pojďme se tedy podívat na to, jak by to mohlo vypadat a jaké jsou hlavní problémy tohodle přístupu. Na obrázku vidíte základní schéma procesu.
V 1. části se nachází pozorovatel, který vidí kvantový systém, který se zatím volně a nenarušeně vyvíjí.

Je důležitý si uvědomit, že pouze pozorovatelé v 1. oblasti kuželu mohou zkolabovat žlutý systém. Proč? Protože mimo tuhle oblast nemohla ke žlutému obdelníčku dojít informace o tom, že ho někdo chce změřit. Mimo tuhle oblast nemůžu se žlutým obdelníčkem vůbec interagovat.

Pokud jste z tohodle značení trochu zmatení, doporučím touhle dvouminutové video, kde je to moc hezky vysvětlený:

Zpátky k našemu obrázku. Pozorovatel v 1. oblasti tedy změří kvantový systém a ten zkolabuje. Teď je hrozně problematická otázka, kde jsou hranice kolapsu. Jak rychlý je to proces? Nemůže být rychlejší, než rychlost světla, proto se o kolapsu nemůžu dovědět mimo 2. oblast.

Pokud je ale kolaps reálný proces, pak reálně došlo ke změně toho, jak systém vypadá a jak se chová. Představme si tedy, že jsme v jiné části vesmíru, v oblasti, kterou jsem na následujícím obrázku očíslovala jako 3:

V téhle oblasti ke mně nemohla dojít informace o tom, že ve žlutém kvantovém systému došlo ke kolapsu. So far so good. Co když se rozhodnu, že budu ve 3. oblasti kolabovat nějaký jiný systém? Situace bude tedy vypadat, jako na obrázku:

Uvědomme si, co přesně se fyzikálně děje. V odlehlých místech vesmíru, které spolu mohou komunikovat pouze tak rychle, jak ubíhá světelný kužel, dochází k měření dvou různých kvantových systémů (žlutý a zelený) a k následnému kolapsu. Je tady ale jeden zásadní problém.

Matematicky neexistuje jednoznačný způsob jakým určit, jaké je přesně pořadí událostí. Tomu, jak zvolím k čemu dochází dřív a k čemu později, se říká volba Cauchyho nadplochy a tahle volba není jednoznačná. Mám tedy několik možností, kterým fyzikálně odpovídají jiné situace.

Rozdíl mezi předchozím obrázkem a tímhle obrázkem je takový, že v předchozím obrázku proběhne nejdříve žlutý kolaps a následně zelený kolaps. V obrázku u tohodle tweetu je ale situace opačná a neexistuje "správný" způsob, jak se přesně situace má vyvíjet. Oba jsou správně.

Situace se ale může komplikovat, viz následující obrázek kde v závislosti na tom, v jaké části vesmíru se nacházíte, vidíte nejdříve první kolaps žlutého systému a pak zeleného, nebo opačně. V místech, kde se modrá a červená linie protínají, vidíte dokonce oba kolapsy zároveň!

Jak tedy vidíme, tahle interpretace nabízí sice krásné vysvětlení toho, co to kolaps je, ale otevírá hrozně moc otázek okolo toho, jak pasuje do ostatních fyzikálních teorií.
Tak je to ale vlastně se všemi interpretacemi.

Každá z nich nabízí pěkné vysvětlení jednoho aspektu kvantové teorie a zároveň otevírá plejádu otázek a problémů v jiných aspektech. A je jen na vás, která z nich vás osloví nejvíc.

Tady to teda dneska ukončíme, protože si myslím, že těch informací je hrozně moc. Co na tuhle interpretaci říkáte? Jak se vám líbí/nelíbí? Já osobně si myslím, že kolaps není reálný proces, ale netuším, co teda ve skutečnosti je.

Pokud se vám vlákno líbilo, budu moc ráda, když mě RTW ❤️ ale jako vždy, no pressure. Přeji vám krásný víkend a těším se za týden u dalšího dílu!