Postoji li fizička realnost?

U De Broglie–Bohm teoriji kvantna mehanika je u potpunosti deterministička jer se kvantni potencijal može koristiti kako bi se objasnile stvari poput stvarnog položaja čestica. Međutim, većina fizičara nije nikad uzela u obzir Bohmovu ideju jer su predviđanja po toj teoriji jednaka predviđanjima konvencionalnoj verziji teorije pa ne postoji eksperimentalni način da ih se razdvoji. Međutim, prisiljava fizičare da prihvate vjerojatnije objašnjenje prirode stvarnosti.

Bohmove ideje

Determinizam

Determinizam ili predodredba jest teza da je u svakom trenutku samo jedna budućnost fizikalno moguća.

Postoji li fizička realnost?

Fizička realnost

Prema standardnoj (Copenhagenskoj i njenim modernijim verzijama) interpretaciji kvantne mehanike o vrijednostima fizikalnih veličina ima smisla govoriti samo kad su iste izmjerene. U tvrđoj varijanti se tvrdi da neopazene fizikalne veličine naprosto i ne postoje, pa ako ćemo dosljedno provoditi tu tezu, tada ni Mjesec ne postoji dok ga nitko ne gleda. U mekšoj varijanti možda nešto i postoji i prije nego se opazi, ali budući da o neopaženom ne možemo ništa znati, nema smisla o tome ni govoriti ni razmišljati.

S druge strane, mnogima je takva čisto pozitivistička interpretacija fizike neprihvatljiva. Oni među njima koji se pokušavaju ozbiljnije uhvatiti u koštac s tim problemom, pretpostavljaju da nekakva objektivna fizička realnost mora postojati neovisno o tome da li ju netko mjeri/opaža ili ne. Takva hipotetska neizmjerena realnost naziva se - skrivene varijable. Najpoznatija i najuspjesnija teorija skrivenih varijabli poznata je pod nazivom - Bohmova interpretacija

Reality
Philosophical realism

Tri postulata antirealističke škole

1 Fizikalne teorije se trebaju ograničiti na ono što možemo promatrati ili na neki način mjeriti.
2 Besmisleno je govoriti o postojanju objekta, osim kada vršimo mjerenje.
3 S obzirom da jedino svjesna ljudska bića mogu izvršiti mjerenja, a objekti ne postoje osim kada ih mjerimo (promatramo), objekti ne mogu postojati neovisno o ljudskoj svijesti.

Uloga promatrača

Interpretacija u kojoj se negira realnost i naglašava uloga promatrača je u najmanju ruku upitna a u nagorem slučaju apsurdna i smiješna.


De Broglie–Bohm - Copenhagen interpretation

Razlike Bohmove interpretacije u odnosu na Copenhagensku:

1. Deterministička (kvantne vjerojatnosti nisu fundamentalne, nego predstavljaju puki opis nepoznavanja početnih uvjeta)
2. Realistička (fizikalni sistem ima dobro definirana svojstva neovisno o tome da li ih se mjeri ili ne)

U Bohmovoj interpretaciji stvarni fizikalni objekt nije valna funkcija, nego točkasta čestica koja se giba po determinističkoj trajektoriji. Valna funkcija ima samo pomoćnu ulogu, tj. ona usmjerava gibanje čestice, na način da čestica ne može ispasti izvan područja valne funkcije. Drugim rječima, valna funkcija služi samo kao pilot za česticu.

Unutar Bohmove interpretacije naprosto si prinuđen jasno razlikovati pojam čestice od pojma polja, baš kao u klasičnoj fizici.

Bohmova mehanika nije zamjena za standardnu kvantnu mehaniku. Ona je samo nadopuna SKM-e. Sve jednadžbe SKM-e vrijede i u Bohmovoj, jedino što nema postulata o kolapsu valne funkcije. Umjesto tog postulata, uvodi se drugi postulat, prema kojem je čestica točkasta i giba se tako da joj je brzina (puta masa) jednaka divergenciji faze valne funkcije (pomnožene sa hbar). Dakle, u Bohmovoj mehanici umjesto jednog objekta (valne funkcije) postoje dva objekta - valna funkcija i točkasta čestica. Točkasta čestica je ono što direktno opažamo, dok je uloga valne funkcije da djeluje na gibanje čestice slično kao klasični vanjski potencijal.

De Broglie–Bohm theory
Pilot wave
Hidden variable theory
Local hidden variable theory

Kvantna mehanika

"Oni koji se nisu šokirali kada su se prvi put susreli sa kvantnom mehanikom, vjerovatno je nisu razumjeli.” - Nils Bor

"Mislim da se slobodno može reći kako niko ne razumije kvantnu mehaniku. Ako ikako možete, nemojte stalno sebi govoriti: "Ali kako to može biti tako?", jer će vas to odvesti ravno u slijepu ulicu iz koje još niko nije uspio izaći. Niko ne zna kako to može biti tako!" - Richard Feynman

Einstein, Schrödinger, de Broglie, Bohm smatrali su da ako se stvar ne razumije onda nešto ne štima sa interpretacijom. Zauzeli su realistički stav, tražeći razumnu interpretaciju kvantnomehaničkih pojava, duboko vjerujući u sposobnosti ljudskog mozga da shvati neshvatljivo.

"Fizičke teorije predviđaju rezultate eksperimenta i predstavljaju ljudsku tvorevinu koja postoji na papiru a ne mora postojati i u prirodi." - Bohr/Heisenberg

Što je misteriozno u kopenhaškoj kvantnoj mehanici?

1. Kolaps valne funkcije.
2. Odsustvo realnosti osim kad ju se izmjeri.


Postoji li Mjesec dok ga nitko ne gleda? DA ili NE

Većina fizičara stručnjaka za to područje odgovara sa - NE! Zašto oni takav odgovor smatraju uvjerljivijim? Jesu li oni manje racionalni od "običnog puka"? Ili pak oni razumiju nešto što "običan puk" ne razumije?

Postoje dvije vrste fizičara: Oni koji to pitanje smatraju relevantnim i oni koji ga ne smatraju relevantnim. Možda će se mnogi iznenaditi kad čuju da zapravo većina fizičara to pitanje ne smatra relevantnim. Oni to smatraju filozofskim a ne znanstvenim pitanjem, pa će, kad ih se stjera uz zid, izabrati posljednji odgovor iz gornje ankete.

No nas ovdje zanimaju samo oni fizičari koji to pitanje smatraju relevantnim. Oni se mogu dalje podijeliti na one koji će na anketno pitanje odgovoriti sa DA, te one koji će na isto pitanje odgovoriti sa NE. Ove koji će odgovoriti sa DA možemo lako razumjeti, pa nam nisu interesantni. Pozabavimo se stoga samo ovima koji će odgovoriti sa NE, a to su večina od ovih koji to pitanje uopće smatraju relevantnim.

Zašto taj veliki broj fizičara odgovara sa NE?

1. Konformistička nekritičnost - tako su rekli velikani poput Bohra i Heisenberga, tako piše i u većini knjiga koje se time uopće bave, pa onda mora da je tako.

2. Bellov teorem - postoji dokaz da se postojanje skrivenih varijabli kosi sa principom lokalnosti. (Princip lokalnosti kaže da objekt koji se nalazi na jednom mjestu ne moze utjecati na objekt koji se nalazi na nekom drugom mjestu, osim tako da oba objekta dodju na isto mjesto. Npr. Newtonov zakon gravitacije se kosi s tim principom.) Ako već moramo (a moramo zbog Bellovog teorema) žrtvovati bilo princip lokalnosti bilo postojanje objektivne realnosti, onda ćemo radije žrtvovati objektivnu realnost. Naime, za lokalnost imamo barem neke direktne eksperimentalne potvrde, dok je objektivna realnost metafizički pojam, pa je samim time manje vrijedan.

3. Formalna jednostavnost - pretpostavka skrivenih varijabli nužno unosi nekakve dodatne jednadžbe u opis kvantnih sistema, što teoriju čini kompliciranijom u formalnom (matematičkom) smislu. Stoga, po Occamovoj britvi, treba prihvatiti jednostavniju teoriju kao ispravnu. To što je ta matematički jednostavnija teorija konceptualno teza za shvatiti i prihvatiti nije toliko bitno, jer fizika je formalna (a ne konceptualna) intelektualna disciplina. Konceptualnim problemima nek se zamaraju filozofi, ta konceptualni problemi su ionako pseudoproblemi sa stajalista znanosti.

Postoji li Mjesec

Mjesec šalje informaciju o svom postojanju. Tu informaciju ne prima samo čovjek i ne prima samo okom, svaki atom na zemlji prima tu informaciju, dakle Mjesec postoji za svaki atom na Zemlji.

Što bi se dogodilo ako isključimo sve atome opažača. Tek onda informaciju nebi imao tko primiti i tek onda je postojanje izvora informacije upitno. Ako informaciju nema tko primiti onda je ona postojeća samo za izvor. Drugim riječima izvor bi morao i poslati i primiti informaciju. Što znači da bi izvor tada postojao jedino sam za sebe.

Mjesec postoji bez obzira promatra li ga tko ili ne

Postojanje ili nepostojanje Mjeseca nije problem mjeseca nego kvantne fizike. Drugim rječima i Mjesec i elektron i foton postoje neovisno o promatraču.

EPR paradoks
Brzina Einsteinovog "sablasng djelovanja na daljinu"


Problem mjerenja

Problem sa kvantnim veličinama i mjerenjima je u tome što ne postoji toliko suptilan sustav i ne postoji način da ga mi mjerimo a da znatno ne narušimo njegovo stanje.
Kada mjerimo jureći automobil radarom, to možemo učiniti jer je energija radara zanemariva naspram energije automobila. Mi mu time nećemo značajno doprinijeti u brzini.
No kod kvantnih skala, naprosto su promatrani objekt i naša mjerna aparatura na istim energijama. Čim smo izvršili mjerenje, pomaknuli smo ono što smo mjerili. To i jest temeljni princip.
Kada sustav preda informaciju, ili kada ga mi isprovociramo da ju preda, pomaknuli smo ga. Nije bitno je li to učinio čovjek ili životinja ili bilo što. Naprosto, kada sustav postane otvoren prema van, i kada razmjeni informacije sa okolinom ma kakva ona bila, mijenja mu se stanje i time valna funkcija.

Heisenbergovo načelo neodređenosti

Heisenbergovo načelo neodređenosti govori kako je načelno nemoguće odrediti točan položaj i brzinu neke čestice.

Heisenbergovo načelo neodređenosti


Schrödingerova mačka

U kutiji se nalazi mačka koja je, zbog kvantne nesigurnosti, možda živa a možda mrtva. Kad otvorimo kutiju vidimo ili da je živa ili da je mrtva. No u kakvom je stanju mačka prije nego otvorimo kutiju? Tehničkim rječnikom, fizičari kažu da se mačka nalazi u superpoziciji žive i mrtve mačke. No što to znaći? Ponekad se može čuti da to znaći nešto kao da je 50% živa a 50% mrtva. No fizičari koji znaju o čemu govore to neće reći. Umjesto toga, postoje 2 načina gledanja:

1. Standardni: Mačka u zatvorenoj kutiji nije ni živa ni mrtva. Zapravo ni ne postoji. Tek kad otvorimo kutiju mačka postane ili živa ili mrtva.
2. Skrivene varijable: Mačka je cijelo vrijeme ili živa ili mrtva, ali to njeno svojstvo nije u potpunosti opisano samo valnom funkcijom.

Standardni, postoje dvije mogučnosti:

1. Vrijednost se pojavila u trenutku mjerenja (nelokalnost).
2. Vrijednost se stvara ne u trenutku mjerenja nego u trenutku opažanja od strane jednog opažača. Opažanja su lokalna (ja ne mogu vidjeti što se događa tamo negdje drugdje) pa se na taj način zaobilazi nelokalnost. Takva interpretacija negira realnost, tj. postojanje vrijednosti neovisno o opažaču.

Schrödingerova mačka

Kolaps valne funkcije

Kao primjer uzmimo mačku. Ako ne znamo je li mačka živa ili mrtva, tada ćemo znanje o mački zapisati kao valnu funkciju

F=F_ziva+F_mrtva

Ako pak pogledamo i vidimo da je živa, tada će naše znanje biti opisano novom valnom funkcijom

F'=F_ziva

To znaći da je gledanje uzrokovalo prijelaz iz F u F'. Takav prijelaz nazivamo kolaps, no on nije ništa drugo nego promjena našeg znanja. Tako se čini da nema ništa sporno oko tog kolapsa.

Međutim, problem je u tome što istovremeno znamo da je vremenska evolucija valne funkcije opisana Schrodingerovom jednadžbom. Ta jednadžba ne dozvoljava takve skokovite prijelaze. Štoviše, ta jednadžba ne opisuje nikakve procese opažanja, nego naprosto utjecaj fizikalnih sila kao takvih, neovisno o opažanju. Kao da u trenutku opažanja moramo zaboraviti na normalne zakone fizike i interpretirati valnu funkciju na posve drugačiji način. A to čitavu teoriju čini nekonzistentnom.

Način da se izbjegne fizikalna nekonzistentnost je da se kaže da valna funkcija ionako ne predstavlja samu fizičku realnost kao takvu, nego samo naše znanje o njoj. No tada imamo dvojbu. Ili postoji još nešto osim valne funkcije što opisuje tu fizičku realnost (skrivene varijable), ili fizička realnost niti ne postoji.

Objektivna stvarnost i nelokalnost postoje

Objektivna stvarnost i nelokalnost postoje. No objektivna stvarnost neovisna o opažaču se ne može mjeriti, pa stoga to nije predmet bavljenja fizikom. Stoga u fizici nema objektivne stvarnosti i nelokalnosti. To ne znači da o tome ne treba govoriti i razmišljati. Treba! Samo ne u okviru fizike.


Wave-particle duality

Ogib ili difrakcija elektrona je pokazala da se elektroni ponašaju i kao čestice i kao valovi (dualizam).

Wave–particle duality


Interferencija valova

Interferencija valova

   

The Double Slit Interferometer in the Causal Interpretation of Quantum Theory

Probably one of the most fundamental problems in modern physics, is the problem of wave-particle duality. In this video the two-slit interferometer experiment is simulated numerically according to the causal interpretation of David Bohm and L. de Broglie. The slits generate two Gaussian profiles in (x,t) space, positioned at +/-X. Identical " particles emitted by a source S impinges on a double - slit interferometer. Thus each particle goes through a different slit. The edges of the slits are assumed smooth enough to avoid diffraction effects on higher order. According to the orthodox interpretation of quantum theory, it cannot be decided which slit the particle goes through because of the self-interference effect. It has to be assumed that the particle goes through both slits and the wavefunction collapses when a measurement is made at the detector screen. The causal interpretation is completely different. The quantum particle passes through slit one or slit two and never crosses the axis of symmetry. The paths of the quantum particles are not detectable directly because of the perturbation effects of the measuring process. Which slit the particles pass through depends on the initial position only. The quantum particles possess well-defined positions and velocities at all times. In the causal interpretation of quantum theory there is a quantum force proportional which is called the quantum potential. The quantum potential leads to highly nonclassical motion of particles. The trajectories run to the local maxima of the squared wavefunction and therefore correspond to the bright fringes of the diffraction pattern.

3. How does Bohmian Mechanics account for the double slit experiment؟
Bohmian Trajectories in the Double-Slit Experiment


AWT and Bohmian mechanics

AWT considers pilot wave as an analogy of Kelvin waves formed during object motion through particle environment. Original AWT explanation of double slit experiment is, every fast moving particle creates an undulations of vacuum foam around it by the same way, like fish flowing beneath water surface in analogy to de Broglie wave.

These undulations are oriented perpendicular to the particle motion direction and they can interfere with both slits, whenever particle passes through one of them. Aether foam gets more dense under shaking temporarily, thus mimicking mass/energy equivalence of relativity and probability density function of quantum mechanics at the same moment. The constructive interference makes a flabelliform paths of more dense vacuum foam, which the particle wave follows preferably, being focused by more dense environment, thus creating a interference patterns at the target.

By AWT the de Broglie wave or even quantum wave itself are real physical artifacts. The fact, they cannot be observed directly by the using of light wave follows from Bose statistics: the surface waves are penetrating mutually, so they cannot be observed mutually. But by Hardy's theorem weak (gravitational or photon coupling) measurement of object location without violating of uncertainty principle is possible. What we can observe is just a gravitational lensing effect of density gradients (as described by probability function), induced by these waves in vacuum foam by thickening effect during shaking.


<< Matter Index