Vấn đề: Ý thức gây ra sự xụp đổ hàm sóng (consciousness causes collapse)

Cách giải thích von Neumann – Wigner , còn được mô tả là ” ý thức gây ra sự sụp đổ “, là cách giải thích cơ học lượng tử trong đó ý thức được mặc nhiên là cần thiết để hoàn thành quá trình đo lượng tử .

Bối cảnh: quan sát trong cơ học lượng tử sửa ]

Theo cách giải thích Copenhagen chính thống , cơ học lượng tử chỉ dự đoán xác suất cho các kết quả thực nghiệm được quan sát khác nhau. Điều gì tạo nên một người quan sát hoặc một quan sát không được lý thuyết xác định trực tiếp và hành vi của một hệ thống được đo lường và quan sát hoàn toàn khác với hành vi thông thường của nó: hàm sóng mô tả một hệ thống trải rộng thành một chồng chất ngày càng lớn hơn có thể các tình huống. Tuy nhiên, trong quá trình quan sát, hàm sóng mô tả hệ thống sụp đổ thành một trong một số tùy chọn. Nếu không có quan sát, sự sụp đổ này không xảy ra và không có lựa chọn nào trở nên ít khả năng hơn.

Có thể dự đoán bằng cách sử dụng cơ học lượng tử, không có định đề sụp đổ, rằng một quan sát viên quan sát một chồng chất lượng tử sẽ biến thành một chồng chất của những quan sát viên khác nhau nhìn thấy những thứ khác nhau. Người quan sát sẽ có một hàm sóng mô tả tất cả các kết quả có thể xảy ra. Tuy nhiên, trong kinh nghiệm thực tế, một người quan sát không bao giờ cảm nhận được sự chồng chất, mà luôn cảm nhận được rằng một trong những kết quả đã xảy ra một cách chắc chắn. Xung đột rõ ràng này giữa mô tả hàm sóng và kinh nghiệm cổ điển được gọi là vấn đề quan sát (xem Bài toán đo lường ).

Diễn giải sửa ]

Trong cuốn sách 1932 Cơ sở Toán học của Cơ học Lượng tử , John von Neumann lập luận rằng toán học của cơ học lượng tử cho phép đặt hàm sóng thu gọn tại bất kỳ vị trí nào trong chuỗi nhân quả từ thiết bị đo lường đến “nhận thức chủ quan” của người quan sát con người. Năm 1939, Fritz London và Edmond Bauer tranh luận về ranh giới thứ hai (ý thức). [1] Vào những năm 1960, Eugene Wigner [2] đã định dạng lại thí nghiệm suy nghĩ ” con mèo của Schrödinger ” thành ” bạn của Wigner“Và đề nghị rằng ý thức của một người quan sát là đường ranh giới đó kết tủa sụp đổ của hàm sóng, không phụ thuộc vào bất kỳ giải thích hiện thực. Xem Thức và đo lường . Tâm trí được mặc nhiên công nhận là phi vật chất và thiết bị đo lường chỉ đúng. [3 ]

Do đó, cách giải thích này đã được tóm tắt: [3]

Các quy tắc của cơ học lượng tử là đúng nhưng chỉ có một hệ thống có thể được xử lý bằng cơ học lượng tử, đó là toàn bộ thế giới vật chất. Có những người quan sát bên ngoài không thể được điều trị trong cơ học lượng tử, cụ thể là tâm trí con người (và có lẽ cả động vật) , thực hiện các phép đo trên não gây ra sự sụp đổ chức năng sóng.

Henry Stapp đã lập luận cho khái niệm này như sau: [4]

Theo quan điểm toán học của lý thuyết lượng tử, không có ý nghĩa gì khi coi một thiết bị đo về bản chất là khác với tập hợp các thành phần nguyên tử tạo nên nó. Một thiết bị chỉ là một phần khác của vũ trụ vật chất … Hơn nữa, những suy nghĩ có ý thức của một người quan sát con người phải được kết nối nhân quả trực tiếp và ngay lập tức với những gì đang xảy ra trong não của anh ta, chứ không phải với những gì đang xảy ra ở một thiết bị đo lường nào đó. .. Cơ thể và bộ não của chúng ta do đó trở thành … các bộ phận của vũ trụ vật chất được mô tả một cách máy móc lượng tử. Xử lý toàn bộ vũ trụ vật chất theo cách thống nhất này cung cấp một nền tảng lý thuyết đơn giản về mặt khái niệm và mạch lạc về mặt logic …

Phản đối cách diễn giải sửa ]

Có những giải pháp khả thi khác cho thí nghiệm tư tưởng “bạn của Wigner”, không đòi hỏi ý thức phải khác với các quá trình vật lý khác. Hơn nữa, Wigner thực sự chuyển sang những cách giải thích đó (và tránh xa “ý thức gây ra sự sụp đổ”) trong những năm cuối đời của mình. Điều này một phần là do ông cảm thấy xấu hổ rằng “ý thức gây ra sự sụp đổ” có thể dẫn đến một loại thuyết duy ngã , nhưng cũng bởi vì ông quyết định rằng mình đã sai khi cố gắng áp dụng vật lý lượng tử ở quy mô cuộc sống hàng ngày (cụ thể là ông đã bác bỏ ý kiến ​​ban đầu của mình ý tưởng coi các đối tượng vĩ mô như các hệ thống cô lập). [5] Xem Ý thức và chồng chất .

Cách giải thích này dựa trên một dạng thuyết nhị nguyên tương tác không phù hợp với thuyết duy vật thường được sử dụng để hiểu về não bộ và được hầu hết các nhà khoa học chấp nhận. [3] (Chủ nghĩa duy vật cho rằng ý thức không có vai trò đặc biệt nào trong mối quan hệ với cơ học lượng tử. [3] ) Mặc dù vậy, vấn đề đo lường chỉ ra sự kết thúc nhân quả của vật lý , gợi ý một vấn đề về cách thức và vật chất có thể tương tác, gợi nhớ đến những phản đối. đến thuyết nhị nguyên bản chất của Descartes .

Hình thức duy nhất của thuyết nhị nguyên tương tác dường như thậm chí có thể nghe thấy từ xa trong bức tranh hiện đại là hình thức khai thác một số tính chất của cơ học lượng tử. Có hai cách để điều này xảy ra. Đầu tiên, một số [ví dụ, Eccles 1986] đã kêu gọi sự tồn tại của tính không xác định lượng tử , và đã gợi ý rằng một ý thức phi vật lý có thể chịu trách nhiệm lấp đầy những khoảng trống nhân quả, xác định giá trị nào mà một số cường độ vật lý có thể nhận trong một phân bố rõ ràng là ” xác suất ” … Đây là một gợi ý táo bạo và thú vị, nhưng nó có một số vấn đề… Cách thứ hai mà cơ học lượng tử đề cập đến vấn đề đóng nhân quảdối với thực tế là trong một số cách giải thích của chủ nghĩa hình thức lượng tử , bản thân ý thức đóng một vai trò nhân quả quan trọng, được yêu cầu để tạo ra cái gọi là ” sự sụp đổ của hàm sóng “. Sự sụp đổ này được cho là xảy ra khi có bất kỳ hành động đo lường nào ; và theo một cách hiểu, cách duy nhất để phân biệt một phép đo với một phép đo không là thông qua sự hiện diện của ý thức. Lý thuyết này là chắc chắn không chấp nhận rộng rãi (cho một sự khởi đầu, nó bao hàm ý thức đó không phải là bản thân vật lý, chắc chắn là trái với quan điểm của hầu hết các nhà vật lý), và bản thân tôi cũng không chấp nhận điều đó, nhưng trong mọi trường hợp, có vẻ như loại công việc nhân quả mà ý thức thực hiện ở đây khá khác với loại cần cho ý thức đóng vai trò định hướng hành vi. … Trong mọi trường hợp, tất cả các phiên bản của thuyết nhị nguyên tương tác đều có một vấn đề khái niệm cho thấy rằng chúng kém thành công hơn trong việc tránh thuyết biểu sinh như chúng có thể tưởng tượng ; hoặc ít nhất chúng cũng không khá hơn [ thuyết nhị nguyên tự nhiên ]. Ngay cả trên những quan điểm này, có cảm giác rằng sự vật hiện tượng là không liên quan. Chúng ta luôn có thể loại trừ thành phần hiện tượng khỏi bất kỳ tài khoản giải thích nào, thu được thành phần nhân quả thuần túy . [6]

-  David Chalmers , “Sự bất khả tín nhiệm của ý thức” trong tâm trí có ý thức: Tìm kiếm một lý thuyết cơ bản

Việc giải thích cũng bị chỉ trích vì không giải thích được những thứ nào có đủ ý thức để làm sụp đổ hàm sóng. Ngoài ra, nó đóng một vai trò quan trọng đối với tâm trí có ý thức, và người ta đã đặt câu hỏi làm thế nào điều này có thể xảy ra với vũ trụ trước đó, trước khi ý thức phát triển hoặc xuất hiện. Người ta đã lập luận rằng “[ý thức gây ra sự sụp đổ] không cho phép thảo luận hợp lý về vũ trụ học hoặc sự tiến hóa sinh học của Vụ nổ lớn “. [3] Ví dụ, Roger Penrosenhận xét: “[T] anh ta tiến hóa cuộc sống có ý thức trên hành tinh này là do những đột biến thích hợp đã xảy ra vào những thời điểm khác nhau. Đây có lẽ là những sự kiện lượng tử, vì vậy chúng sẽ chỉ tồn tại ở dạng chồng chất tuyến tính cho đến khi cuối cùng dẫn đến sự tiến hóa của một sinh vật có ý thức — mà sự tồn tại của họ phụ thuộc vào tất cả các đột biến phù hợp đã ‘thực sự’ diễn ra! ” [7] Những người khác giả thuyết thêm về một tâm trí phổ quát (xem thêm chủ nghĩa kinh nghiệm và chủ nghĩa kinh nghiệm ). Các nhà nghiên cứu khác cũng bày tỏ sự phản đối tương tự đối với việc đưa bất kỳ yếu tố chủ quan nào vào sự sụp đổ của hàm sóng. [8] [9] [10]

Khả năng kiểm tra sửa ]

Tất cả các diễn giải của cơ học lượng tử đều không thể phân biệt được theo kinh nghiệm, vì chúng đều dự đoán các kết quả giống nhau đối với các thí nghiệm cơ học lượng tử. Người ta đã lập luận rằng kết quả của các thí nghiệm tẩy lượng tử có sự lựa chọn chậm trễ về mặt thực nghiệm đã làm sai lệch cách giải thích này. [11] Tuy nhiên, lập luận được chứng minh là không hợp lệ vì một mẫu giao thoa sẽ chỉ hiển thị sau khi các phát hiện sau đo được tương quan thông qua việc sử dụng bộ đếm trùng hợp; [12] Nếu điều đó không đúng, thử nghiệm sẽ cho phép đưa tín hiệu vào quá khứ. [13] Các trì hoãn lựa chọn lượng tử tẩy thí nghiệm cũng đã được sử dụng để biện luận cho sự ủng hộ của cách giải thích này, [14] [15] nhưng, cũng như các lập luận khác, không có tài liệu tham khảo nào được trích dẫn chứng minh hoặc làm sai lệch cách giải thích này.

Lễ tân sửa ]

Một cuộc thăm dò đã được tiến hành tại một hội nghị cơ học lượng tử vào năm 2011 với 33 người tham gia (bao gồm các nhà vật lý, toán học và triết học). Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng 6% người tham gia (2 trong số 33 người) chỉ ra rằng họ tin rằng người quan sát “đóng một vai trò vật lý đặc biệt (ví dụ, sự sụp đổ chức năng sóng của ý thức)”. Cuộc thăm dò này cũng nói rằng 55% (18 trong số 33) chỉ ra rằng họ tin rằng người quan sát “đóng một vai trò cơ bản trong việc áp dụng chủ nghĩa hình thức nhưng không có vai trò vật lý phân biệt”. Họ cũng đề cập rằng “Các tài khoản phổ biến đôi khi gợi ý rằng cách giải thích Copenhagen quy kết một vai trò như vậy đối với ý thức. Theo quan điểm của chúng tôi, điều này là hiểu sai cách giải thích Copenhagen.” [16]

Quan điểm của những người tiên phong trong cơ học lượng tử sửa ]

Nhiều người khởi xướng lý thuyết cơ lượng tử cho rằng con người có thể thẩm vấn tự nhiên một cách hiệu quả thông qua tương tác với nó, và về mặt này cơ học lượng tử không khác với cơ học cổ điển . [17] [18] [19] Ngoài ra, Werner Heisenberg duy trì rằng sự sụp đổ của hàm sóng , “Sự thay đổi không liên tục trong hàm xác suất”, diễn ra khi kết quả của phép đo được ghi vào tâm trí của một người quan sát. Tuy nhiên, điều này là do ông hiểu hàm xác suất như một tạo tác của tri thức nhân loại: ông cũng cho rằng thực tế của quá trình chuyển đổi vật chất từ ​​”có thể” sang “thực tế” là không phụ thuộc vào tâm trí. [20] Albert Einstein , người tin vàochủ nghĩa hiện thực , và không chấp nhận tính hoàn chỉnh về mặt lý thuyết của cơ học lượng tử, cũng bị hấp dẫn tương tự đối với quan niệm nhận thức đơn thuần về hàm sóng:

[Tôi ủng hộ] rằng người ta quan niệm về hàm psi [tức là hàm sóng] chỉ là một mô tả không đầy đủ về một trạng thái thực của sự việc, nơi mà sự không đầy đủ của mô tả bị ép buộc bởi thực tế rằng chỉ có thể quan sát trạng thái đó. một phần của tình hình thực tế thực tế. Khi đó, ít nhất người ta có thể thoát khỏi quan niệm cá biệt rằng quan sát (được coi như một hành động của ý thức) ảnh hưởng đến trạng thái vật chất thực của sự vật; sự thay đổi trong hàm psi thông qua quan sát về cơ bản không tương ứng với sự thay đổi của một vấn đề thực tế mà là sự thay đổi trong kiến thức của chúng ta về vấn đề thực tế này. [21]

Heisenberg và Bohr đã mô tả cơ học lượng tử theo các thuật ngữ thực chứng logic . Bohr cũng quan tâm tích cực đến các hàm ý triết học của các lý thuyết lượng tử như tính bổ sung của ông chẳng hạn. [22] Ông tin rằng lý thuyết lượng tử cung cấp một mô tả hoàn chỉnh về tự nhiên, mặc dù lý thuyết đó đơn giản là không phù hợp với trải nghiệm hàng ngày – được mô tả tốt hơn bởi cơ học cổ điển và xác suất. Bohr không bao giờ xác định một đường phân giới mà trên đó các vật thể không còn là lượng tử và trở thành vật cổ điển. Ông tin rằng đây không phải là vấn đề của vật lý, mà là về triết học hay sự tiện lợi. [23]

 

 

 

The von Neumann–Wigner interpretation, also described as “consciousness causes collapse“, is an interpretation of quantum mechanics in which consciousness is postulated to be necessary for the completion of the process of quantum measurement.

Background: observation in quantum mechanics[edit]

In the orthodox Copenhagen interpretation, quantum mechanics predicts only the probabilities for different observed experimental outcomes. What constitutes an observer or an observation is not directly specified by the theory, and the behavior of a system under measurement and observation is completely different from its usual behavior: the wavefunction that describes a system spreads out into an ever-larger superposition of different possible situations. However, during observation, the wavefunction describing the system collapses to one of several options. If there is no observation, this collapse does not occur, and none of the options ever becomes less likely.

It can be predicted using quantum mechanics, absent a collapse postulate, that an observer observing a quantum superposition will turn into a superposition of different observers seeing different things. The observer will have a wavefunction which describes all the possible outcomes. Still, in actual experience, an observer never senses a superposition, but always senses that one of the outcomes has occurred with certainty. This apparent conflict between a wavefunction description and classical experience is called the problem of observation (see Measurement problem).

The interpretation[edit]

In his 1932 book The Mathematical Foundations of Quantum MechanicsJohn von Neumann argued that the mathematics of quantum mechanics allows the collapse of the wave function to be placed at any position in the causal chain from the measurement device to the “subjective perception” of the human observer. In 1939, Fritz London and Edmond Bauer argued for the latter boundary (consciousness).[1] In the 1960s, Eugene Wigner[2] reformulated the “Schrödinger’s cat” thought experiment as “Wigner’s friend” and proposed that the consciousness of an observer is the demarcation line that precipitates collapse of the wave function, independent of any realist interpretation. See Consciousness and measurement. The mind is postulated to be non-physical and the only true measurement apparatus.[3]

This interpretation has been summarized thus:[3]

The rules of quantum mechanics are correct but there is only one system which may be treated with quantum mechanics, namely the entire material world. There exist external observers which cannot be treated within quantum mechanics, namely human (and perhaps animal) minds, which perform measurements on the brain causing wave function collapse.

Henry Stapp has argued for the concept as follows:[4]

From the point of view of the mathematics of quantum theory it makes no sense to treat a measuring device as intrinsically different from the collection of atomic constituents that make it up. A device is just another part of the physical universe… Moreover, the conscious thoughts of a human observer ought to be causally connected most directly and immediately to what is happening in his brain, not to what is happening out at some measuring device… Our bodies and brains thus become … parts of the quantum mechanically described physical universe. Treating the entire physical universe in this unified way provides a conceptually simple and logically coherent theoretical foundation…

Objections to the interpretation[edit]

There are other possible solutions to the “Wigner’s friend” thought experiment, which do not require consciousness to be different from other physical processes. Moreover, Wigner actually shifted to those interpretations (and away from “consciousness causes collapse”) in his later years. This was partly because he was embarrassed that “consciousness causes collapse” can lead to a kind of solipsism, but also because he decided that he had been wrong to try to apply quantum physics at the scale of everyday life (specifically, he rejected his initial idea of treating macroscopic objects as isolated systems).[5] See Consciousness and Superposition.

This interpretation relies upon an interactionist form of dualism that is inconsistent with the materialism that is commonly used to understand the brain, and accepted by most scientists.[3] (Materialism assumes that consciousness has no special role in relation to quantum mechanics.[3]) The measurement problem notwithstanding, they point to a causal closure of physics, suggesting a problem with how consciousness and matter might interact, reminiscent of objections to Descartes’ substance dualism.

The only form of interactionist dualism that has seemed even remotely tenable in the contemporary picture is one that exploits certain properties of quantum mechanics. There are two ways this might go. First, some [e.g., Eccles 1986] have appealed to the existence of quantum indeterminacy, and have suggested that a nonphysical consciousness might be responsible for filling the resultant causal gaps, determining which values some physical magnitudes might take within an apparently “probabilistic” distribution… This is an audacious and interesting suggestion, but it has a number of problems… A second way in which quantum mechanics bears on the issue of causal closure lies with the fact that in some interpretations of the quantum formalism, consciousness itself plays a vital causal role, being required to bring about the so-called “collapse of the wave-function.” This collapse is supposed to occur upon any act of measurement; and in one interpretation, the only way to distinguish a measurement from a nonmeasurement is via the presence of consciousness. This theory is certainly not universally accepted (for a start, it presupposes that consciousness is not itself physical, surely contrary to the views of most physicists), and I do not accept it myself, but in any case it seems that the kind of causal work consciousness performs here is quite different from the kind required for consciousness to play a role in directing behavior… In any case, all versions of interactionist dualism have a conceptual problem that suggests that they are less successful in avoiding epiphenomenalism than they might seem; or at least they are no better off than [naturalistic dualism]. Even on these views, there is a sense in which the phenomenal is irrelevant. We can always subtract the phenomenal component from any explanatory account, yielding a purely causal component.[6]

— David Chalmers, “The Irreducibility of Consciousness” in The Conscious Mind: In Search of a Fundamental Theory

The interpretation has also been criticized for not explaining which things have sufficient consciousness to collapse the wave function. Also, it posits an important role for the conscious mind, and it has been questioned how this could be the case for the earlier universe, before consciousness had evolved or emerged. It has been argued that “[consciousness causes collapse] does not allow sensible discussion of Big Bang cosmology or biological evolution“.[3] For example, Roger Penrose remarked: “[T]he evolution of conscious life on this planet is due to appropriate mutations having taken place at various times. These, presumably, are quantum events, so they would exist only in linearly superposed form until they finally led to the evolution of a conscious being—whose very existence depends on all the right mutations having ‘actually’ taken place!”[7] Others further suppose a universal mind (see also panpsychism and panexperientialism). Other researchers have expressed similar objections to the introduction of any subjective element in the collapse of the wavefunction.[8][9][10]

Testability[edit]

All interpretations of quantum mechanics are empirically indistinguishable, as they all predict the same outcomes to quantum mechanical experiments. It has been argued that the results of delayed-choice quantum eraser experiments empirically falsify this interpretation.[11] However, the argument was shown to be invalid because an interference pattern would only be visible after post-measurement detections were correlated through use of a coincidence counter;[12] if that wasn’t true, the experiment would allow signaling into the past.[13] The delayed-choice quantum eraser experiment has also been used to argue for support of this interpretation,[14][15] but, as with other arguments, none of the cited references proves or falsifies this interpretation.

Reception[edit]

A poll was conducted at a quantum mechanics conference in 2011 using 33 participants (including physicists, mathematicians, and philosophers). Researchers found that 6% of participants (2 of the 33) indicated that they believed the observer “plays a distinguished physical role (e.g., wave-function collapse by consciousness)”. This poll also states that 55% (18 of the 33) indicated that they believed the observer “plays a fundamental role in the application of the formalism but plays no distinguished physical role”. They also mention that “Popular accounts have sometimes suggested that the Copenhagen interpretation attributes such a role to consciousness. In our view, this is to misunderstand the Copenhagen interpretation.”[16]

Views of the pioneers of quantum mechanics[edit]

Many of the originators of quantum mechanical theory held that humans can effectively interrogate nature through interacting with it, and that in this regard quantum mechanics is not different from classical mechanics.[17][18][19] In addition, Werner Heisenberg maintained that wave function collapse, “The discontinuous change in the probability function”, takes place when the result of a measurement is registered in the mind of an observer. However, this is because he understood the probability function as an artifact of human knowledge: he also argued that the reality of the material transition from “possible” to “actual” was mind-independent.[20] Albert Einstein, who believed in realism, and did not accept the theoretical completeness of quantum mechanics, similarly appealed for the merely epistemic conception of the wave function:

[I advocate] that one conceives of the psi-function [i.e., wavefunction] only as an incomplete description of a real state of affairs, where the incompleteness of the description is forced by the fact that observation of the state is only able to grasp part of the real factual situation. Then one can at least escape the singular conception that observation (conceived as an act of consciousness) influences the real physical state of things; the change in the psi-function through observation then does not correspond essentially to the change in a real matter of fact but rather to the alteration in our knowledge of this matter of fact.[21]

Heisenberg and Bohr described quantum mechanics in logical positivist terms. Bohr also took an active interest in the philosophical implications of quantum theories such as his complementarity, for example.[22] He believed quantum theory offers a complete description of nature, albeit one that is simply ill-suited for everyday experiences – which are better described by classical mechanics and probability. Bohr never specified a demarcation line above which objects cease to be quantum and become classical. He believed that it was not a question of physics, but one of philosophy or convenience.[23]

Leave Comments