Волновая механика де Бройля-Бома: Интерпретация квантовой механики

Введение

В теоретической физике теория пилотных волн, также известная как механика Бома, была первым известным примером теории скрытых переменных, предложенной Луи де Броли в 1927 году. Ее более современная версия, теория де Бройля — Бома, интерпретирует квантовую механику как детерминированную теорию и позволяет избежать таких проблем, как волново-частичный дуализм, мгновенный коллапс волновой функции и парадокс кота Шрёдингера, благодаря своей принципиальной нелокальности. Теория пилотных волн де Бройля — Бома является одной из нескольких интерпретаций (нерелятивистской) квантовой механики.

История

Ранние результаты Луи де Бройля по теории пилотных волн были представлены в его диссертации (1924) в контексте атомных орбиталей, где волны являются стационарными. Первые попытки разработать общую формулировку динамики этих направляющих волн на основе релятивистского волнового уравнения оказались безуспешными, пока в 1926 году Шрёдингер не разработал своё нерелятивистское волновое уравнение. Он также предположил, что поскольку уравнение описывает волны в конфигурационном пространстве, от модели частицы следует отказаться. Вскоре после этого Макс Борн предположил, что волновая функция уравнения Шрёдингера представляет собой плотность вероятности обнаружения частицы. После этих результатов де Бройль разработал динамические уравнения для своей теории пилотных волн. Изначально де Бройль предложил подход с двойным решением, в котором квантовый объект состоит из физической волны (u-волны) в реальном пространстве, обладающей сферической сингулярной областью, порождающей поведение, подобное поведению частицы; в этой первоначальной форме его теории ему не требовалось постулировать существование квантовой частицы. Позже он сформулировал её как теорию, в которой частица сопровождается пилотной волной. Де Бройль представил теорию пилотных волн на Сольвеевской конференции 1927 года. Однако Вольфганг Паули высказал возражение против неё на конференции, заявив, что она неадекватно рассматривает случай неупругого рассеяния. Де Бройль не смог найти ответа на это возражение и отказался от подхода с пилотной волной. В отличие от Дэвида Бома, де Бройль не завершил разработку своей теории для охвата случая многих частиц. Этот результат был признан ошибочным Грете Германн три года спустя, хотя это осталось незамеченным физическим сообществом более пятидесяти лет. В 1952 году Дэвид Бом, недовольный господствующей ортодоксией, заново открыл теорию пилотных волн де Бройля. Бом развил теорию пилотных волн в то, что сейчас называется теорией де Бройля — Бома. Сама теория де Бройля — Бома могла бы остаться незамеченной большинством физиков, если бы её не поддерживал Джон Белл, который также опровергал возражения против неё. В 1987 году Джон Белл заново открыл работу Грете Германн и таким образом показал физическому сообществу, что возражения Паули и фон Неймана лишь указывали на отсутствие локальности в теории пилотных волн.

Louis de Broglie's early results on the pilot wave theory were presented in his thesis (1924) in the context of atomic orbitals where the waves are stationary. Early attempts to develop a general formulation for the dynamics of these guiding waves in terms of a relativistic wave equation were unsuccessful until in 1926 Schrödinger developed his non relativistic wave equation. He further suggested that since the equation described waves in configuration space, the particle model should be abandoned. Shortly thereafter, Max Born suggested that the wave function of Schrödinger's wave equation represents the probability density of finding a particle. Following these results, de Broglie developed the dynamical equations for his pilot wave theory. Initially, de Broglie proposed a double solution approach, in which the quantum object consists of a physical wave (u wave) in real space which has a spherical singular region that gives rise to particle like behaviour; in this initial form of his theory he did not have to postulate the existence of a quantum particle. He later formulated it as a theory in which a particle is accompanied by a pilot wave. De Broglie presented the pilot wave theory at the 1927 Solvay Conference. However, Wolfgang Pauli raised an objection to it at the conference, saying that it did not deal properly with the case of inelastic scattering. De Broglie was not able to find a response to this objection, and he abandoned the pilot wave approach. Unlike David Bohm years later, de Broglie did not complete his theory to encompass the many particle case. This result was found to be flawed by Grete Hermann three years later, though this went unnoticed by the physics community for over fifty years. In 1952, David Bohm, dissatisfied with the prevailing orthodoxy, rediscovered de Broglie's pilot wave theory. Bohm developed pilot wave theory into what is now called the de Broglie–Bohm theory. The de Broglie–Bohm theory itself might have gone unnoticed by most physicists, if it had not been championed by John Bell, who also countered the objections to it. In 1987, John Bell rediscovered Grete Hermann's work, and thus showed the physics community that Pauli's and von Neumann's objections only showed that the pilot wave theory did not have locality.

Макроскопический аналог

Кудер, Форт и другие утверждали, что макроскопические капли масла на вибрирующей жидкости могут служить аналоговой моделью пилотных волн: локализованная капля создает вокруг себя периодическое волновое поле. Они предположили, что резонансное взаимодействие между каплей и ее собственным волновым полем демонстрирует поведение, аналогичное квантовым частицам: интерференция в эксперименте с двумя щелями, непредсказуемое туннелирование (зависящее сложным образом от практически скрытого состояния поля), квантование орбит (когда частица должна "войти в резонанс" с возмущениями поля, которые она создает – после одного оборота ее внутренняя фаза должна вернуться в исходное состояние) и эффект Зеемана. Попытки воспроизвести эти эксперименты показали, что взаимодействие капель со стенками, а не дифракция или интерференция пилотной волны, может быть причиной наблюдаемых гидродинамических узоров, которые отличаются от интерференционных картин, индуцированных щелями и наблюдаемых у квантовых частиц.

Функция пустой волны

Люсьен Харди и Джон Стюарт Белл не связаны с частицей. Альберт Эйнштейн называл эту же концепцию "волнами-призраками" (или "Gespensterfelder", полями-призраками). В отличие от этого, многомировая интерпретация квантовой механики не постулирует существование пустых волновых функций.