1Τα θεμέλια της κβαντικής μηχανικής: γιατί γεννήθηκε το πρόβλημα της ερμηνείας

Η κβαντική μηχανική λειτουργεί εκπληκτικά καλά ως θεωρητικό και πειραματικό σύστημα. Ωστόσο, ο φορμαλισμός της δεν είναι αυτονόητα κατανοητός από την καθημερινή λογική. Η κυματοσυνάρτηση περιγράφει την κατάσταση του συστήματος, αλλά αυτή η κατάσταση δεν είναι απλή «παρουσία αντικειμένου σε ένα σημείο». Συχνά περιλαμβάνει συνδυασμό πολλών δυνατοτήτων. Το σωματίδιο μπορεί να μην έχει μια ακριβή κατάσταση όπως θα περιμέναμε στη κλασική φυσική.

Η υπέρθεση σημαίνει ότι πριν τη μέτρηση το σύστημα μπορεί να βρίσκεται σε συνδυασμό πολλών πιθανών αποτελεσμάτων. Στην παραδοσιακή γλώσσα λέγεται ότι κατά τη μέτρηση αυτή η υπέρθεση «καταρρέει» σε ένα παρατηρούμενο αποτέλεσμα. Εδώ ακριβώς προκύπτει το ερμηνευτικό πρόβλημα. Τι σημαίνει αυτή η κατάρρευση; Είναι φυσική διαδικασία; Είναι απλώς ενημέρωση γνώσης; Την προκαλεί ο συνειδητός παρατηρητής, η συσκευή μέτρησης, το περιβάλλον ή κάτι άλλο;

Με άλλα λόγια, η κβαντική μηχανική εξηγεί πολύ καλά πώς να υπολογίζουμε τα αποτελέσματα, αλλά δεν λέει πάντα με σαφήνεια τι συμβαίνει στην ίδια την πραγματικότητα εκείνη τη στιγμή. Γι’ αυτό οι ερμηνείες γίνονται αναπόφευκτες. Η DPI είναι μια προσπάθεια να επιλυθεί αυτή η ένταση.

2Η προέλευση της πρότασης του Everett: γιατί έπρεπε να απορριφθεί η κατάρρευση

Το 1957, ο Hugh Everett III πρότεινε τον λεγόμενο τύπο σχετικής κατάστασης, που αργότερα έγινε γνωστός ως η Ερμηνεία Πολλών Κόσμων. Η βασική του δυσαρέσκεια στρεφόταν στο γεγονός ότι στην τυπική κβαντική μηχανική υπάρχουν δύο διαφορετικά καθεστώτα εξέλιξης: το ένα ομαλό, ντετερμινιστικό και περιγράφεται από την εξίσωση Schrödinger, και το άλλο — ξαφνικό, ασαφές «κατάρρευση» της κυματοσυνάρτησης κατά τη μέτρηση.

Ο Everett πρότεινε να απορρίψουμε αυτό το διπλό καθεστώς. Αν δεχτούμε σοβαρά την κβαντική μηχανική ως μια καθολική θεωρία, τότε πρέπει να ισχύει όχι μόνο σε επίπεδο ηλεκτρονίου ή φωτονίου, αλλά και για τη συσκευή μέτρησης, το εργαστήριο, τον παρατηρητή και τελικά ολόκληρο το σύμπαν. Σε αυτή την περίπτωση, δεν υπάρχει λόγος να υποστηρίξουμε ότι σε κάποιο σημείο η κβαντική εξέλιξη ξαφνικά «σταματά» και μεταβαίνει σε μια διαφορετική διαδικασία.

Αυτή η σκέψη είναι πολύ απλή, αλλά οι συνέπειές της τεράστιες. Αν δεν υπάρχει κατάρρευση και όλες οι δυνατές καταστάσεις παραμένουν στην κβαντική εξέλιξη, τότε ένα αποτέλεσμα μέτρησης δεν αναιρεί τα άλλα, αλλά απλώς διαχωρίζει τον παρατηρητή με αυτό το αποτέλεσμα από τον παρατηρητή με άλλο αποτέλεσμα. Έτσι προκύπτει η ιδέα των κλαδιών ή «κόσμων».

3Βασικές αρχές της DPI

Αν και η DPI συχνά παρουσιάζεται με απλό τρόπο, ο πυρήνας της αποτελείται από μερικές πολύ συγκεκριμένες αρχές.

Αυτές οι αρχές οδηγούν σε μια πολύ ασυνήθιστη εικόνα του κόσμου. Οι πιθανότητες εδώ δεν σημαίνουν ότι ένα αποτέλεσμα γίνεται πραγματικό και τα άλλα δεν πραγματοποιούνται. Οι πιθανότητες συνδέονται με το σε ποιο κλαδί μετά τη μέτρηση βρίσκεται η συγκεκριμένη συνέχεια του παρατηρητή. Ακριβώς αυτό το σημείο γίνεται αργότερα ένα από τα πιο δύσκολα ζητήματα ολόκληρης της ερμηνείας.

4Η γάτα του Schrödinger: πώς φαίνεται το πείραμα σκέψης μέσα από τα μάτια της DPI

Ένα από τα πιο διάσημα παραδείγματα της κβαντικής μηχανικής είναι το πείραμα σκέψης της γάτας του Schrödinger. Στην παραδοσιακή εκδοχή, η γάτα μέσα στο κουτί συνδέεται με έναν κβαντικό μηχανισμό που έχει 50% πιθανότητα να απελευθερώσει θανατηφόρο δηλητήριο. Όσο το σύστημα δεν «ανοίγεται», η γλώσσα της κβαντικής μηχανικής επιτρέπει να λέμε ότι ολόκληρο το σύστημα βρίσκεται σε υπέρθεση, όπου η γάτα είναι και ζωντανή και νεκρή.

Στην ερμηνεία της Κοπεγχάγης αυτή η ένταση επιλύεται με το να υποστηρίζεται ότι όταν ανοίγουμε το κουτί, η κυματοσυνάρτηση καταρρέει και βρίσκουμε ένα αποτέλεσμα. Η DPI λέει κάτι διαφορετικό: δεν υπάρχει στιγμή που μια δυνατότητα καταστρέφει μια άλλη. Όταν ανοίγουμε το κουτί, σχηματίζεται μια κοινή υπέρθεση παρατηρητή και συστήματος, η οποία στη συνέχεια διακλαδίζεται σε ξεχωριστά αποσυνοχούμενα κλαδιά. Σε ένα κλαδί ο παρατηρητής βλέπει τη ζωντανή γάτα, στο άλλο — τη νεκρή. Και τα δύο κλαδιά είναι πραγματικά, αλλά μετά τον διαχωρισμό τους οι παρατηρητές τους δεν έχουν πλέον πρόσβαση στα αποτελέσματα του άλλου.

Αυτό το παράδειγμα είναι σημαντικό όχι επειδή «πραγματικά υπάρχουν άπειρες γάτες», αλλά επειδή δείχνει πώς η DPI μεταφέρει το πρόβλημα από το ζήτημα της κατάρρευσης στο ζήτημα της διακλαδισμένης πραγματικότητας. Είναι εννοιολογικά δραματικό, αλλά μαθηματικά πολύ συνεπές.

5Αποσυνοχή: γιατί τα κλαδιά φαίνονται ξεχωριστά και δεν αναμειγνύονται πια

Ένα από τα πιο σημαντικά θεμέλια της σύγχρονης ερμηνείας πολλαπλών κόσμων είναι η έννοια της αποσυνοχής. Εξηγεί γιατί τα διαφορετικά συστατικά της υπέρθεσης στην πράξη παύουν να παρεμβαίνουν το ένα στο άλλο και αρχίζουν να φαίνονται ως ξεχωριστές, κλασικές ιστορίες.

Και το κβαντικό σύστημα αλληλεπιδρά με το περιβάλλον, οι φασικές συσχετίσεις μεταξύ των καταστάσεών του διασπείρονται πολύ γρήγορα. Γι' αυτό τα μέλη της υπέρθεσης δεν συμπεριφέρονται πλέον ως μία ενιαία παρεμβαίνουσα κβαντική ολότητα, αλλά γίνονται αποτελεσματικά διαχωρισμένα. Ακριβώς γι' αυτό στον μακροσκοπικό κόσμο δεν βλέπουμε καθημερινά τα φαινόμενα «η γάτα είναι ζωντανή και νεκρή ταυτόχρονα».

Η αποσυμφωνία από μόνη της δεν αποδεικνύει το DPI και δεν το καθιστά φιλοσοφική αναγκαιότητα. Ωστόσο, είναι πολύ σημαντική γιατί δείχνει πώς από τον κβαντικό φορμαλισμό μπορεί φυσικά να προκύψουν διακλαδιζόμενες, πρακτικά μη προσβάσιμες μεταξύ τους ιστορίες. Αυτό καθιστά το DPI πολύ πιο σοβαρό και λιγότερο παρόμοιο με αφελή επιστημονική φαντασία.