Na konieczność włączenia świadomego obserwatora do schematu pojęciowego teorii kwantów pierwszy wskazał John von Neumann [27], proponując tzw. ortodoksyjną interpretację teorii kwantów. Podjął on wszystkie idee szkoły kopenhaskiej, ale w odróżnieniu od Bohra [28] przypisał aparaturze pomiarowej taki sam status jak mikroskopowemu obiektowi mierzonemu - obydwa układy opisywane są liniowymi równaniami teorii kwantów. Jednak pomiaru kwantowego nie można zakończyć w ramach liniowej mechaniki kwantowej [19]. Pomiar przeprowadzany nad układem mikroskopowym przebiega w sposób, który ilustruje następujący przykład. Załóżmy, że dysponujemy przyrządem pomiarowym, który za pomocą odpowiedniego wskaźnika może pokazać czy pewna cząstka uległa rozpadowi. Przyrząd ten można dostatecznie dokładnie opisać za pomocą pojęć fizyki klasycznej. Możliwe są dwa wykluczające się wyniki pomiaru i teoria kwantów umożliwia obliczenie tylko ich prawdopodobieństw. Chcąc sprawdzić co pokazuje przyrząd musimy go oświetlić. W dalszym ciągu teoria kwantów pozwala obliczyć tylko prawdopodobieństwo tego, że światło od wskaźnika zostanie odbite w tym lub innym kierunku. Ten proces trwa tak długo, aż odrzucimy jedną z możliwości i pozostawimy drugą, ponieważ w naszym umyśle uświadomimy sobie, że doświadczenie dało taki a nie inny wynik.
W teorii kwantów zawsze posługujemy się pojęciem wektora stanu, który jest obiektem matematycznym wyrażającym naszą wiedzę o rozpatrywanym układzie. Jeśli wykonamy pomiar, musimy zastąpić dany wektor stanu nowym wektorem stanu, który uwzględnia zdobytą w pomiarze wiedzę. Wiedza wymaga podmiotu, który posiada wiedzę. Z tego powodu von Neumann przyjął, że redukcja superpozycji stanów w momencie pomiaru spowodowana jest przez umysł świadomego obserwatora, który konstatuje rezultat zarejestrowany przez przyrząd pomiarowy. Dlatego nie można zastąpić obserwatora jakimś urządzeniem nieożywionym czy istotą żywą, ale nie dysponującą świadomym umysłem. Nie bacząc na to, że mózg człowieka jest układem fizycznym interpretacja ortodoksyjna odrzuca założenie, że za pomocą teorii kwantów można opisać umysł ludzki (lub jakiejś innej istoty świadomej swego istnienia) wraz z jego wiedzą i samoświadomością.
Założenie, że redukcja superpozycji stanów dokonuje się w świadomości badacza, wprowadza bez wątpienia określoną tezę filozoficzną natury epistemologicznej [29]. Prowadzi ona do uznania wpływu ludzkiej świadomości na świat zewnętrzny. Wszystkie spekulacje wyrastające z pomysłu von Neumanna wydają się nieistotne w porównaniu z połączeniem układu obiekt obserwowany - przyrząd z obserwatorem. Klasyczny wzorzec fizyki działa tak, ze obserwator stoi w cieniu. Wskutek powtarzalności wyników pomiaru, określonej ich weryfikowalności oraz przewidywania przez teorie fizyczne nowych faktów, fizyka uzyskiwała w swojej procedurze poznawczej swoistą obiektywność i niezależność od umysłu obserwatora. Istniał on, lecz był głęboko ukryty. W związku z tym wszystkie wielkie spory epistemologiczne znalazły się poza fizyką, była ona jakby ponad nimi. To, co od tysięcy lat trapiło filozofów - jak człowiek poznaje świat, jaki jest stosunek umysłu, świadomosci do rzeczy - dla fizyków, dzięki specyficznej metodzie poznawczej, w zasadzie nie istniało. Dopiero w propozycji von Neumanna trzeba było uprzytomnić sobie nieredukowalność istnienia obserwatora obdarzonego świadomością w samym akcie pomiaru. Świadomość redukująca superpozycję stanów to odnalezienie w zupełnie nowym języku mechaniki kwantowej starego, lecz ciągle żywego w ludzkim myśleniu pytania o poznawczy akt człowieka [29]. Pytanie to zostaje podjęte przez udzielenie konkretnej odpowiedzi przez von Neumanna. Ważne jest to, że fizyk po raz pierwszy musi w sposób bardzo drastyczny uświadomić sobie, że jego metoda poznawania świata jest poznawczym wysiłkiem człowieka i nie ucieknie od problemów, które stawia przed nim filozoficzna teoria poznania. Podzielać trzeba wszelkie jej niepowodzenia i wątpliwości.
Przeciw interpretacji ortodoksyjnej wysuwa się siedem głównych zarzutów:
1. Przyjmując, że umysł podlega innym prawom niż cała reszta świata fizycznego, wyrzuca się go tym samym poza nawias fizycznej rzeczywistości i wikła się w kłopotliwy problem psychofizyczny. Wymaga pojęcia świadomości, teorii percepcji i teorii wyjaśniającej działanie umysłu, ale nie ma na jej temat nic do powiedzenia. Ponadto nie wyjaśnia, gdzie przebiega granica pomiędzy przyrządem pomiarowym a obserwatorem i dlaczego umysł nigdy nie postrzega superpozycji stanów.
2. Świadomość umysłu nie jest precyzyjnie określonym pojęciem, dlatego interpretacja ortodoksyjna jest tylko programem na poprawną interpretację.
3. Proponuje trudny do zaakceptowania status istnienia wszechświata w okresie, gdy nie było jeszcze ludzi ani żadnych innych świadomych obserwatorów. Problem ten w groteskowej formie został przedstawiony w 1935 roku przez Schrödingera w postaci tzw. paradoksu kota Schrödingera [30-34]. Z tego powodu z trudem nadaje się do interpretacji kosmologii kwantowej [35,36].
4. Nie wyjaśnia również względności (zależności od sytuacji obserwatora) procesu redukcji superpozycji stanów, co często przedstawia się w formie tzw. paradoksu przyjaciela Wignera [13].
5. Przyjmuje, że to umysł człowieka odpowiedzialny jest za kreowanie rzeczywistości fizycznej [32]. Innymi słowy, w interpretacji tej umysł człowieka gra rolę Stworzyciela [37].
6. Nie proponuje obrazu rzeczywistości, który pogodziłby istnienie natychmiastowych korelacji w kwantowych układach rozciągłych przestrzennie z relatywistycznym pojęciem równoczesności zdarzeń (patrz część 1.2).
7. Ma trudności z odpowiedzią na pytanie: czyją wiedzę reprezentuje wektor stanu (albo raczej zredukowany operator gęstości) opisujący mózg świadomego obserwatora?
W świetle ortodoksyjnej interpretacji teorii kwantów pojawia się pytanie o ontologiczny status wprowadzonego przez nas UT, w którym rozgrywają się procesy kwantowe.
Założenie, przyjmowane przez interpretację ortodoksyjną, że świadomość obserwatora znajduje się poza zakresem teroii kwantów prowadzi do dualistycznej koncepcji natury. Według tej koncepcji rzeczywistość składa się z dwóch różnych elementów: pierwszego - opisywanego przez teorię kwantów i drugiego - samoświadomej i aktywnej substancji umysłowej (duchowej), która nie jest opisywana przez teorię kwantów.
Ponadto, interpretacja ta wyjaśnia, bez popadania w konflikt z teorią względności, rezultaty eksperymentów korelacyjnych, z których wynika, że cząstka elementarna nie obserwowana nie istnieje obiektywnie (poza naszą świadomością), albo że układ kwantowy stanowi niepodzielną całość scementowaną przez nieczasoprzestrzenne oddziaływania. Zgodnie z tą interpretacją obie możliwości zachodzą łącznie. Pierwsza jest oczywista, natomiast druga wynika z tego, że przekazywanie decyzji umysłom ludzkim przez UT jest procesem nieczasoprzestrzennym. Dzieje się tak, ponieważ czasoprzestrzeń jest rzeczywistością wtórną w stosunku do przestrzeni Hilberta zbioru możliwości. Czasoprzestrzeń jest tylko rzeczywistością "rozpiętą" w naszych umysłach przez UT na skutek odpowiedniego przekazu idei.
Wiedza umysłów ludzkich podlega zmianie z powodu własnego myślenia i przez przekazywanie nowych informacji przez UT, które odbierane są przez ludzki umysł jako wrażenia zmysłowe. Ponieważ we wrażeniach tych zawarte są pewne regularności, człowiek odczuwa to jako upływ czasu. Nazywa się to psychologiczną strzałką czasu. Istnienie tej strzałki czasu ma dla nas zasadnicze znaczenie. Czujemy, że posuwamy się w czasie zawsze do przodu, od ustalonej przeszłości do niepewnej przyszłości. Wiemy, że przeszłość już minęła i nie można jej zmienić. Nasza wiedza na temat przeszłości pochodzi ze śladów pozostawionych w naszej pamięci oraz ze śladów w świecie wrażeń zmysłowych. Przyszłość natomiast wydaje się nam nieokreślona i istnieje tylko jako zbiór możliwości. Równania fizyki opisujące ewolucję możliwości są symetryczne ze względu na zmianę kierunku upływu czasu. Z tego punktu widzenia przeszłość i przyszłość mają podobny status. Ale do fizyki należy również proces pomiaru kwantowego, w którym następuje skokowa i nieodwracalna redukcja możliwości [13,31,32], będąca wynikiem nieodwracalnej decyzji podjętej przez UT i przekazana umysłom ludzkim. Następujące po sobie decyzje UT odczuwamy jako nieodwracalny upływ czasu.
Są fizycy, którzy uważają, że kwantowa teoria grawitacji jest już sformułowana i przyjęła postać jednego z wariantów teorii superstrun [25]. Istnieją dowody świadczące bowiem o tym, że teoria superstrun jest spójną teorią kwantową wszystkich oddziaływań z grawitacją włącznie. Kłopot polega na tym, że o ile w dziesięciowymiarowej przestrzeni mamy tylko kilka spójnych teorii superstrun, to po zwinięciu (uzwarceniu) sześciu wymiarów przestrzennych takich teorii możemy wygenerować dziesiątki tysięcy. Każdy z różnych sposobów silnego zwijania (uzwarcenia) dodatkowych wymiarów przestrzennych prowadzi do wyraźnie spójnego zbioru praw rządzących naszym światem. Właśnie z tego powodu, mimo całej elegancji i obiecujących wyników, teorie superstrun nie doprowadziły jak dotąd do żadnych nowych przewidywań dotyczących właściwości cząstek elementarnych. Być może istnieje bardziej fundamentalny poziom teorii strun, na przykład w postaci tzw. teorii M [25], unifikujący te spójne zbiory praw.
http://www.staff.amu.edu.pl/~zbigonys/interpre.htmlM-teoria
M-teoria - jedna z fizycznych "teorii wszystkiego", czyli teorii próbującej w uniwersalny, spójny sposób opisać prawa przyrody. Została zaproponowana w 1995 przez Edwarda Wittena. Jest ona rozszerzeniem tzw. teorii strun. Jej powstanie wywołało spory w środowisku fizyków, z powodu braku możliwości jej eksperymentalnej weryfikacji. Zakłada ona m.in. istnienie 11 wymiarów, strun, superstrun, membran, supermembran, supercząstek i innych obiektów elementarnych.
Nie ma zgody, co do pochodzenia nazwy, literę M można tłumaczyć jako mother (matka), mystery (tajemnica), matrix (macierz), membrane (membrana), niektórzy podejrzewają, że Witten miał na myśli "my theory".
Wedle jednego z rodzajów M-teorii, teorii Horavy-Wittena, 11 wymiarów wymaga tylko grawitacja (teoria ta wywodzi się z modelu supergrawitacji), natomiast tzw. oddziaływania cechowania (silne, słabe i elektromagnetyczne) zachodzą w hiperprzestrzeni 10-wymiarowej. W jej świetle wszechświat ma kształt dwóch dziesięciowymiarowych membran, które łączy odcinek z osobliwymi końcami o nazwie orbifold. Można to interpretować jako dwa 10-wymiarowe wszechświaty oddziaływające między sobą za pomocą grawitacji, z których jeden to nasz wszechświat, a drugi składa się z ciemnej materii.
Wiąże się z nią teoria Randalla-Sundruma, która opisuje tzw. wszechświaty membranowe. W tym modelu kształt wszechświata jest podobny jak w teorii Horavy-Wittena (jeśli dodatkowy wymiar jest nieskończony, to zamiast dwóch występuje tu tylko jedna membrana). Ta teoria przewiduje, że newtonowskie prawa grawitacji zmieniają się przy oddziaływaniach na odległość poniżej milimetra, oraz że efekty unifikacji dla grawitacji można zaobserwować już przy energii dostępnej akceleratorom. To obiecująca właściwość, która daje wreszcie perspektywę sprawdzenia efektów M-teorii przez fizykę doświadczalną.
wiki
Kiedyś myślałem, że jest tylko jedna teoria superstrun, okazało się niedawno, że jest tych teorii superstrun aż pięć. Wszystkich 5 teorii superstrun jest bardzo podobnych do siebie i właściwie jeszcze jedna teoria zwana M-teorią spaja pozostałe 5 w jedną całość. Wszystkie 5 teorii zakłada istnienie 10 wymiarów: 3 zewnętrznych – przestrzennych i 6 wewnętrznych – zwiniętych do środka, czyli w drugą stronę + czas. M-teoria wymaga dodatkowego wymiaru przestrzennego w stosunku do pozostałych 5 teorii.
Szczególną cechą teorii superstrun jest to, że mikroskopijne struny (około 100 miliardów miliardów razy mniejsze od protonu) mogą drgać tylko w dziesięciowymiarowej czasoprzestrzeni.
http://matryks.blogspot.com/2009/03/teoria-superstrun.htmlFilm niestety w wersji angielsko-hiszpańskiej
<![CDATA[<a href="http://www.youtube.com/v/kxraG_20yjE&hl=pl_PL&fs=1&"></param><param name="allowFullScreen" value="true"></param><param name="allowscriptaccess" value="always"></param><embed src="http://www.youtube.com/v/kxraG_20yjE&hl=pl_PL&fs=1&" type="application/x-shockwave-flash" allowscriptaccess="always" allowfullscreen="true" width="640" height="385"></embed></object>" target="_blank">http://www.youtube.com/v/kxraG_20yjE&hl=pl_PL&fs=1&"></param><param name="allowFullScreen" value="true"></param><param name="allowscriptaccess" value="always"></param><embed src="http://www.youtube.com/v/kxraG_20yjE&hl=pl_PL&fs=1&" type="application/x-shockwave-flash" allowscriptaccess="always" allowfullscreen="true" width="640" height="385"></embed></object></a>]]>