確かにあなたのほとんどは、大衆科学の文学においてさえ、量子力学（MMI）の「多世界解釈」への言及がありました。 彼らは、Habréのコメントで彼女を覚えているのが好きですが、しばしば間違った方法で、または重大な不正確さで。







MMIで何が起こっているのかを把握してみましょう。

パート1：なぜ量子物理学を「解釈」する必要があるのですか？

量子物理学は私たちの生活にしっかりと入り込みました。フラッシュドライブはトンネル効果を使用し、レーザーは情報を記録および送信し、LEDランプは家を照らします。 量子物理学の数学的装置を使用してこれらすべての現象を完全に記述することができ、最も正確な実験では、理論によって予測された効果からの逸脱は見つかりません。 一方、これらすべての方程式の物理的な意味は、時には私たちを惑わします。 量子力学の解釈は、方程式を物理的（および哲学的）な内容で満たそうとします。



重要 ：すべての解釈は標準QMの同じ方程式に還元され、新しい物理を予測しません！



解釈が解決しようとしている主な問題は、測定の問題です。 古典物理学では、すべてが単純です。空間と時間があり、この空間に物質があり、システムパラメーター（運動量や位置など）があり、これらのパラメーターの変化を記述する物理法則があります。 システムの初期状態を正確に把握していれば、絶対的な精度で将来の動作を予測できます。 量子物理学では、これはそうではありません...システムは波動関数によって記述されます。 特定の状態（たとえば、特定の座標または運動量）でシステムを測定する確率を決定します。 測定プロセスを測定する前に、システムに特定の瞬間があるとは言えず、波動関数しかありません。



確率は、波動関数自体ではなく、波動関数の二乗係数によって与えられることが重要です。 この場合、WF自体は正の値と負の値の両方を取ることができます。 さらに、2つのWF（またはWFの一部）が互いに干渉する可能性があります。

確率計算ルール（ボーンルール）。 波動関数の係数の二乗は、測定における特定の結果の確率を決定します。 たとえば、シュレーディンガー猫はWFによって記述されています：

$$

あなたが箱を開けたときに彼が生きている確率は $$ 、つまり 50％ 彼が死んでいる確率についても同じです： $$ 再び50％。

小さなイラスト

あなたの友人-Vasya Pupkin-は、コンピューターでプログラミングをしたり、ソファでプレイステーションをプレイしたりします。 あなたは彼のアパートの密室の前に立っています。 古典的な観点から、Vasyaはコンピューターまたはソファのどちらにいても、正確にどこにいるか分からないだけです。 しかし、量子Vasyaは、ドアを開けて見る（その状態を測定する）まで、同時に2つの場所にあります。 測定前の彼の状態：

$$

そして、50％の確率で測定した後、彼はゲームまたは職場にいます。



図を続けます。 仕事をする前に、Vasyaが冷蔵庫でビールを飲んだり、バルコニーでタバコを吸ったりできるとします。 同時に、これらの活動中に彼を捕まえた場合（冷蔵庫またはバルコニーで見ている）、彼は等しい確率でソファまたは仕事で遊びに行きます。 しかし、あなたが見ていないとき、彼は彼の手にジョイスティックを持つ100％のケースであるかもしれません。 この理由は干渉です。 Vasyaの状態は波動関数によって記述されます。波動関数は負の場合もありますが、同時に正のWFと同じ確率に対応します。



よく見てみましょう。 最初のステップ：見ていない場合、Vasyaは冷蔵庫/バルコニーの重ね合わせです：

$$

2番目のステップ：Vasyaが冷蔵庫から来た場合、彼のWF

$$

バルコニーから来る場合：

$$

元の状態で観測すると、その状態を| fridge>または| balcony>のいずれかに減らし、出力で50/50の確率を与えます。彼は遊びや仕事に行きます。 しかし、彼の動きを観察しなければ、彼のWFは：

$$

つまり、彼は常にソファに座ってしまいます！ そしてすべては干渉のためです。



したがって、Vasyaを観察した結果、最終的な状態が変わることがわかります。 なぜ測定がそんなに重要な役割を果たすのですか？ CMの解釈は、この質問に答えようとしています。



古典的（コペンハーゲン）解釈では、観測プロセスは波動関数が状態の1つに崩壊するプロセスであると仮定しています。 崩壊は、WFが元のWFの一部としてのみ進化し続けるという事実につながり、オブジェクトはもはや重ね合わせ状態ではなく、干渉できません。 その結果、量子エンタングルメントなどのあらゆる種類の効果が消えます。 彼女は、崩壊がどのように発生するか、またいくつかの相互作用が崩壊を引き起こす一方、他の相互作用はしない理由を説明しません。 そのような仮説の存在は誰もが好むわけではなく、科学者は別の解釈を見つけようとしています。 最も単純で最も開発されたものの1つは、マルチワールドです。

パート2：世界的な解釈

まず、量子もつれとは何かを思い出してください。 定義上、2つの状態を2つの独立した部分に分けることができない場合、2つの状態は混同されます。 最初の部分の図に戻って、Vasyaにガールフレンドのアーニャがいると想像してみましょう。 アーニャは、肘掛け椅子で本を読むか、公園を散歩します。 彼らが会い始めるまで、彼らの選択はランダムでした。

$$

そして、測定の結果は、特定の各セットに25％の確率を与えました（そして、ソファでVasyaを見つける確率は合計で50％でした）。



今、彼らは混乱した状態にあります：

$$

Vasyaを見ると、ソファで彼を見つける確率は再び50％です。 ただし、彼がソファに座っている場合、アーニャは本の真後ろにいるので、チェックする必要さえありません。



これは、システムがもつれた状態にあるときに測定値間の絶対相関がどのように現れるかです。



次のステップ：Vasyaは、仕事や遊びに座る前にバルコニーまたは冷蔵庫に行くことができますが、私たちは彼を見ていません。 アーニャとヴァシャが混乱状態に陥ったとしましょう：

$$

次に、VasyaのVFの2つの部分が互いに干渉することはなくなりました。最初の部分のように、Vasyaがソファで常に観察されるとは限りません。

$$

エンタングルメントは、WFの干渉を防ぎます。 原則として、AniおよびVasyaシステムでいくつかの操作を実行し、それらを解くと、干渉が再び可能になります。 ただし、このためには、両方のシステムにアクセスする必要があります。 現実には、もつれ状態のすべての部分に常にアクセスできるとは限りません。 たとえば、VasyaがAnyaだけでなく、インターネット上の2000の匿名名、および彼のすべての隣人（つまり、システムが彼女の周囲と混同される）と混同される場合、干渉する能力を返す方法はありません。



この効果はデコヒーレンスと呼ばれます。 環境は、システムが接触する自由度と呼ばれ、通常は多くの自由度があります。 システムが私たちの周りの世界全体に絡まると、「崩壊」は発生していませんが、波動関数のさまざまな部分は互いに完全に隔離されています。 彼らは異なる世界にいるかのように。



これは、マルチワールド解釈の主要なアイデアです。 その唯一の仮定は、宇宙全体が単一の波動関数によって記述されることです。 「古典的な」世界、観察者、崩壊はありません。これはすべて、シュレーディンガー方程式の影響下にある1つのWFの単一進化です。 崩壊として観察されるのは、デコヒーレンスのプロセス、オブジェクトとそれが絡み合う環境を「解く」ことができないことだけです。



「崩壊」が発生するたびに、異なる「世界」が同時に発生します。これは、システムと環境との相互作用です。 この場合、1つの世界はWFのブランチに従って複数に分割され、これらの世界は相互作用しなくなります。



シュレーディンガー猫の例：有名な思考実験では、猫は毒の入った箱の中にあり、ランダムな瞬間に猫を毒します。 この場合、KMによれば、箱が閉じている間、猫は重ね合わせています $$ 。 コペンハーゲンの解釈によると、シュレーディンガーは箱を開けると、猫を「生きている」または「死んでいる」状態につぶします。 MMIによると、シュレーディンガーは混乱しています。 $$ 。 これに環境を追加する必要があります： $$ デコヒーレンスプロセスの結果として、これらの両方と混同されます。

$$ 。 このバージョンでは、シュレーディンガーは測定を「キャンセル」したり、2つの状態を「解明」したりする機会を失いました。 2つの世界は分かれていました。1つではシュレーディンガーが死んだ猫を見つけ、もう1つでは生きている猫を見つけました。 この場合、崩壊は発生しませんでした。これはすべて、大きな波動関数の単一の進化にすぎません。

パート3：詳細

1. 古典世界の存在の問題。 MMIの観点から見ると、世界のすべては量子です。 さらに、数学の観点から、WFをさまざまな「世界」（直交状態）に分割する（基底を選択する）方法を無数に選択できます。 質問：なぜ世界の古典を観察しているのですか？ 宇宙は私たちが観察する一つの分解方法をどのように「選択」しますか？ これは、いわゆる優先基底問題です。 回答：物理的相互作用の特性はすべてローカルであるためです。 基本定数と宇宙のハミルトニアンの値は、局所化されたオブジェクトが安定しているようなものです。 巨視的状態は長い間そうであり続けることができます;宇宙の波動関数は連続的に分岐しません。 その結果、その場所で巨視的なオブジェクトを観察することができます。 基底への分解の別のバージョンでは、分岐が非常に高速で発生するため、それを認識する時間がありませんでした。 これは、デコヒーレンスプロセスの反対側です。デコヒーレンスレートは、オブジェクトが大きいほど速くなります。
   
   
   
   詳細は、 [ 1] 、 [2] 、 [3] 、 [4]で確認できます。
   
   
2. ディメンションとは正確には何ですか？ 測定と単純な相互作用を区別する方法は？ MMIでの測定は、相互作用の結果としての観察者とオブジェクトの絡み合いのプロセスです。 時々、2つのシステムを解くことで相互作用を「巻き戻す」ことができますが、これは測定ではありません。 通常、測定プロセスには特定の増幅プロセスが含まれます。 たとえば、光電子増倍管で光子を検出すると、電子が1つノックアウトされ、電子は雪崩プロセスの結果として、検出器からの出力で電流に変換されます。 MMIでは、全体のプロセスは、1つの光子を電子（および検出器の他の部分）に絡めるプロセスです。 しかし、そのような測定は巻き戻すことができません-もつれの自由度のほとんどはアクセスできません。 もちろん、測定プロセスでは、オブザーバーが合理的である必要はありません;プロセスは十分に不可逆的です。
   
   
3. 世界の分割はいつ発生しますか？ 相互作用のプロセスに多くの自由度が含まれる場合、分離が発生し、測定は不可逆的になります。 つまり 光子と検出器の相互作用の後、ただし出力に電流が現れる前。 例として、シュレーディンガー猫は再び：そこの環境は放射性崩壊のプロセスと考えることができます。 コアが崩壊して毒が放出されると、猫は2つのバージョンに分かれます。 そして、猫の観点から、彼はもはや彼のコピーと対話することができません。 シュレーディンガーの観点からすると、猫はまだ生きていて死んでいます。 彼が箱を開けたときだけ、彼は猫と放射線源と混同します。 なぜなら 放射性崩壊は不可逆的であり、シュレーディンガーは不可逆的にそれ自体の2つのバージョンに分割されます。
   
   
4. MMIは局所理論ですか？ なぜなら MMIでは、WFはシュレーディンガー方程式に従います。シュレディンガー方程式は、特殊相対性理論に従い、その中のすべての相互作用は局所的であり、理論全体は同様に局所的です。 世界の分裂は、光の速度より速くない測定点から広がります
   
   
5. いくつの世界？ 私たちは知りません、それは有限量でも無限量でもありえます。 宇宙のエントロピーの有限性に基づいて、世界の数は有限であると仮定できます。
   
   
6. 多世界理論は、宇宙のWFのレベルで完全に決定論的です。 WFは、シュレーディンガー方程式に従って進化します。 測定とデコヒーレンスのプロセスにより、世界をランダムに観察するだけです。
   
   
7. 省エネをどうするか？ 世界を分割する過程でエネルギーが節約されます。各世界は、この世界に関連付けられた確率に従って「重み」を受け取ります。 宇宙全体のエネルギーは変わりません。
   
   
8. MMIが正しい場合、何かが起こりますか？ いいえ、最初に、物理法則はまったく同じように機能し、「通常の」物理学で許可されていないことはMMIでも発生しません。 第二に、世界の数が有限である場合、いくつかのイベントは起こりそうにないかもしれません。
   
   
9. MMIの確率を決定する方法は？ Bourneルールは MMIでは仮定されていませんが、一般的な規定から派生しています。 例参照 ここかここ 。
   
   
10. MMIをテストすることは可能ですか？ MMIは量子力学の「純粋な」バージョンなので、QMをテストするたびにMMIをテストします。 MMIが正しい理論であることを証明することは困難であり、他のアイデアではなく、異なるアイデアが提案されていますが、 ここで見つけることができます 。
    
    

結論： MMIはQMの最小限の解釈であり、量子力学自体の数学的装置のみを必要とします。 オッカムのカミソリの最高の解釈。



参照：



1. https://plato.stanford.edu/entries/qm-manyworlds/

2. https://www.hedweb.com/everett/everett.htm

3. Mad-Dog Everettianism：最小の量子力学

4. http://www.preposterousuniverse.com/blog/2014/06/30/why-the-many-worlds-formulation-of-quantum-mechanics-is-probably-correct/

5. 多世界の解釈を理解する