De vele werelden interpretatie van kwantumfysica

Waarom natuurkunde veel werelden voorstelt

Volgens de Many Worlds Theory, wanneer een willekeurige gebeurtenis meerdere uitkomsten heeft, splitst het universum zich om ze allemaal te accommoderen. VICTOR HABBICK VISIES, Getty Images

De vele werelden interpretatie (MWI) is een theorie binnen kwantumfysica bedoeld om het feit te verklaren dat het universum enkele niet-deterministische gebeurtenissen bevat, maar de theorie zelf wil volledig deterministisch zijn. In deze interpretatie splitst het universum zich telkens wanneer er een 'willekeurige' gebeurtenis plaatsvindt tussen de verschillende beschikbare opties. Elke afzonderlijke versie van het universum bevat een andere uitkomst van die gebeurtenis. In plaats van één doorlopende tijdlijn lijkt het universum onder de interpretatie van vele werelden meer op een reeks takken die zich afsplitsen van een boomtak.

De kwantumtheorie geeft bijvoorbeeld de waarschijnlijkheid aan dat een individueel atoom van een radioactief element zal vervallen, maar er is geen manier om precies te zeggen wanneer (binnen die waarschijnlijkheden) dat verval zal plaatsvinden. Als je een stel atomen van radioactieve elementen zou hebben die 50% kans hebben om binnen een uur te vervallen, dan zou binnen een uur 50% van die atomen vervallen zijn. Maar de theorie vertelt niets precies over wanneer een bepaald atoom zal vervallen.

Volgens de traditionele kwantumtheorie (de interpretatie van Kopenhagen), is er geen manier om te zeggen of het zal zijn vervallen of niet, totdat de meting is gedaan voor een bepaald atoom. In feite moet je volgens de kwantumfysica de atomen behandelen als ze zich in een superpositie van toestanden bevinden - zowel vervallen als niet vervallen. Dit culmineert in de beroemde Schroedinger's kat gedachte-experiment, dat de logische tegenstrijdigheden laat zien in een poging om de Schroedinger-golffunctie letterlijk toe te passen.

De interpretatie van vele werelden neemt dit resultaat en past het letterlijk toe, de vorm van het Everett-postulaat:

Everett postulaat
Alle geïsoleerde systemen evolueren volgens de Schroedinger-vergelijking

Als de kwantumtheorie aangeeft dat het atoom zowel vergaan als niet vergaan is, dan concludeert de interpretatie van vele werelden dat er twee universums moeten bestaan: één waarin het deeltje verviel en één waarin dat niet het geval was. Het universum vertakt zich daarom elke keer dat er een kwantumgebeurtenis plaatsvindt, waardoor een oneindig aantal kwantumuniversums ontstaat.

In feite houdt het Everett-postulaat in dat het hele universum (een enkel geïsoleerd systeem) continu bestaat in een superpositie van meerdere toestanden. Er is geen punt waar de golffunctie ooit instort binnen het universum, omdat dat zou impliceren dat een deel van het universum de Schroedinger-golffunctie niet volgt.

Geschiedenis van de interpretatie van vele werelden

De interpretatie van vele werelden werd gemaakt door Hugh Everett III in 1956 in zijn proefschrift, De theorie van de universele golffunctie . Het werd later gepopulariseerd door de inspanningen van natuurkundige Bryce DeWitt. In de afgelopen jaren is een van de meest populaire werken van David Deutsch geweest, die de concepten uit de interpretatie van de vele werelden heeft toegepast als onderdeel van zijn theorie ter ondersteuning van kwantumcomputers .

Hoewel niet alle natuurkundigen het eens zijn met de interpretatie van vele werelden, zijn er informele, onwetenschappelijke peilingen geweest die het idee hebben ondersteund dat het een van de dominante interpretaties is die door natuurkundigen worden geloofd, waarschijnlijk net achter de interpretatie en decoherentie van Kopenhagen. (Zien de introductie van dit Max Tegmark-papier voor een voorbeeld. Michael Nielsen schreef in 2004 een blogpost (op een website die niet meer bestaat) waarin - behoedzaam - wordt aangegeven dat de interpretatie van vele werelden niet alleen door veel natuurkundigen wordt geaccepteerd, maar dat het ook de sterkste niet leuk gevonden kwantumfysica interpretatie. Tegenstanders zijn het er niet alleen mee oneens, ze maken er actief bezwaar tegen uit principe.) Het is een zeer controversiële benadering, en de meeste natuurkundigen die in de kwantumfysica werken, lijken te geloven dat tijd besteden aan het in twijfel trekken van de (in wezen niet-testbare) interpretaties van de kwantumfysica is tijdverspilling.

Andere namen voor de interpretatie van vele werelden

De interpretatie van vele werelden heeft verschillende andere namen, hoewel het werk van Bryce DeWitt in de jaren zestig en zeventig de naam 'vele werelden' populairder heeft gemaakt. Enkele andere namen voor de theorie zijn de formulering van relatieve toestanden of de theorie van de universele golffunctie.

Niet-natuurkundigen zullen soms de bredere termen van multiversum, megaverse of parallelle universums gebruiken wanneer ze spreken over de interpretatie van vele werelden. Deze theorieën omvatten gewoonlijk klassen van fysieke concepten die meer omvatten dan alleen de typen 'parallelle universums' die worden voorspeld door de interpretatie van vele werelden.

Vele werelden interpretatiemythen

In sciencefiction hebben dergelijke parallelle universums de basis gelegd voor een aantal geweldige verhaallijnen, maar het feit is dat geen van deze een sterke wetenschappelijke basis heeft om één zeer goede reden:

De interpretatie van vele werelden staat op geen enkele manier communicatie toe tussen de parallelle universums die het voorstelt.

De universums, eenmaal gesplitst, zijn volledig van elkaar te onderscheiden. Nogmaals, sciencefictionauteurs zijn erg creatief geweest in het bedenken van manieren om dit te omzeilen, maar ik ken geen solide wetenschappelijk werk dat heeft aangetoond hoe parallelle universums met elkaar kunnen communiceren.

Bewerkt doorAnne Marie Helmenstine