

Vi skitserer en kvantemekanisk struktur for universet
som helhed. Indenfor den struktur foreslår vi
et program til at beskrive den fundamentale oprindelse
i kvantekosmologi af den velkendte dagligdags oplevelse
af det "kvasiklassiske domæne" og
til karakterisering af måleprocessen. Forudsigelser
i kvantemekanik foretages ved sandsynligheder for sæt
af alternative historier. Sandsynligheder (som tilnærmet
adlyder sandsynlighedsteoriens regler) kan kun tildeles
sæt af historier, som er tæt på dekohærens (adskillelse, o.a.).
Adskillelse defineres og adskillelsens mekanisme gennemgås.
Adskillelse kræver en tilstrækkelig grovkornet
beskrivelse af universets alternative historier. Et
kvasiklassisk domæne udgøres af et forgrenene
sæt alternative adskillende historier, beskrevet
med en grovkornethed som, i en passende forstand, er
maksimalt forfinet i overensstemmelse med adskillelse,
med individuelle grene som udviser en høj grad
af klassisk korrelation i tiden. Vi stiller opgaven:
at gøre disse forestillinger præcise og
kvantitative. Et kvasiklassisk domæne fremkommer
i universet som konsekvens af begyndelsestilstanden
og virkningsfunktionen for elementarpartiklerne.
Det er et vigtigt spørgsmål, hvorvidt alle
de kvasiklassiske domæner er omtrent ens eller
om der findes forskellige, som er grundlæggende
uens. En måling er en korrelation med variabler
i et kvasiklassisk domæne.
En "observatør" (eller informationssamlende-
og anvendende system) er et sammensat, tilpassende
system, som har udviklet sig til at udnytte et kvasiklassisk
domænes relative forudsigelighed, eller snarere
et sæt sådanne domæner, som det ikke
kan skelne på grund af sin egen store grovkornethed.
Det foreslås, at løsningen af mange af
tolkningsproblemerne, som kvantemekanikken stiller,
skal gennemføres, ikke ved yderligere granskning
af emnet, som det gøres ved gentagelige laboratoriesituationer,
men snarere gennem en undersøgelse af universets
alternative historier, som stammer fra dets begyndelsestilstand
og et studium af problemet med kvasiklassiske domæner.
Hvis kvantemekanik er den underliggende struktur i
fysikkens love, må der findes en beskrivelse
af universet som helhed, og alt i det, i kvantemekaniske
termer. I en sådan beskrivelse behøves
tre former for information til at lave forudsigelser
om universet. Disse er virkningsfunktionen for elementarpartiklerne,
universets begyndelses-kvantetilstand og, da kvantemekanik
fundamentalt er en sandsynlighedsteori, informationen,
vi har til rådighed om vor specifikke historie.
Disse er tilstrækkelige til enhver forudsigelse
i videnskab og der er ingen forudsigelser, som ikke,
på et fundamentalt niveau, involverer alle tre
former for information.
En forenet teori om de grundlæggende
felters dynamik har længe været et mål for
elementarpartikelfysikken og kan nu være indenfor
rækkevidde. Den ligeså fundamentale, ligeså
nødvendige, søgen efter en teori om universets
begyndelsestilstand, er kvantekosmologiens formål.
Disse mål kan endda have sammenhæng; en
enkelt virkningsfunktion kan måske beskrive både
hamiltonen og begyndelsestilstanden[1].
Der har fornylig været megen lovende fremgang
i eftersøgningen af en kvanteteori om universets
begyndelsestilstand[2]. Så forskellige observationer,
som universets ensartethed og isotropi i stor skala,
dets tilnærmede rumlige fladhed, variationerne
i tæthed fra hvilke galakserne opstod, tidens
termodynamiske pil og eksistensen af klassisk rumtid,
kan finde en forenet, komprimeret forklaring i en særlig
enkel lov om begyndelsestilstanden.
De regelmæssigheder, som udnyttes af miljøvidenskaber
som astronomi, geologi og biologi, skal i sidste ende
kunne spores til enkelheden i begyndelsestilstanden.
Disse regelmæssigheder drejer sig om specifikke
enkeltgenstande og ikke kun gentagelige situationer,
som involverer identiske partikler, atomer o.s.v. Den
kendsgerning, at opdagelsen af en fugl i en skov eller
et fossil i en klippe eller en mønt i en ruin
medfører sandsynlighed for at opdage en lignende
fugl, fossil eller mønt, kan ikke udledes af
elementarpartiklernes fysiske love alene, den må
involvere sammenhænge, som stammer fra begyndelsestilstanden.
Miljøvidenskaberne er ikke kun stærkt påvirket
af begyndelsestilstanden, de er også dybt afhængige
af udfald af kvantesandsynlighedsbegivenheder i løbet
af universets historie. De statistiske resultater,
af f.eks. proton-proton spredningseksperimenter i
laboratoriet, er meget mindre afhængige af sådanne
historiske udfald. Der har imidlertid, gennem de sidste
få år, været stigende overvejelser
om, at selv i en forenet fundamental teori, fri for
dimensionsløse parametre, kan nogle af de observerbare
egenskaber ved det elementære partikelsystem
være kvantesandsynlige med en sandsynlighedsfordeling,
som kan afhænge af begyndelsestilstanden[3].
Det er ikke formålet med denne artikel at gennemgå alle disse udviklinger i kvantekosmologi. I stedet vil vi diskutere kvantekosmologiens betydning for tolkningen af kvantemekanikken.
[1] Som i "ingen rand" og "tunnelering
fra ingenting forslag", hvor universets bølgefunktion
konstrueres af et euklidisk funktionsintegrales virkning
i første tilfælde eller ved grænse
betingelser af den indbyggede Wheeler- DeWitt ligning
i det andet. Se, e.g. Refs. (27) og (53).
[2] For nylige gennemgange se, e.g., J.J. Halliwell(23)
og J.B. Hartle(30,33). For en bibliografi om papirer
vedrørende kvantekosmologi, se J.J. Halliwell(24).
[3] Som, f.eks. i nylige diskussioner om den kosmologiske konstants værdi se, e.g., S.W. Hawking(35), S. Coleman(4), og S. Giddings og A. Strominger(20).
Selv når man ser bort fra kvantemekanik, er intet
sikkert i denne verden; derfor handler fysik om sandsynligheder.
I klassisk fysik er sandsynlighederne et resultat af
uvidenhed; i kvantemekanik er de også fundamentale.
I denne sidste analyse er vi, selv når vi behandler
ensembler statistisk, beskæftiget med bestemte
begivenheders sandsynlighed. Vi angiver så sandsynligheden
for afvigelser fra ensemblets forventede opførsel,
forårsaget af fluktuationer.
Når bestemte begivenheders sandsynligheder
er tilstrækkelig tæt på 0 eller 1,
gør vi en definitiv forudsigelse. Kriteriet
for "tilstrækkelig tæt på 0
eller 1" afhænger af, hvad sandsynlighederne
skal anvendes til. Tænk, for eksempel, på
en forudsigelse, baseret på nylige astronomiske
observationer, af, at Solen vil stå op i morgen
tidlig kl. 05.59 +/- 1 minut. Der er naturligvis ingen
vished for at Solen vil stå op på dette
tidspunkt. Der kan have været en væsentlig
fejl i de astronomiske observationer eller de efterfølgende
beregninger, hvor de blev anvendt; der kan komme en
ikke-klassisk fluktuation i Jordens rotationshastighed
eller der kan komme en kollision med en neutronstjerne,
som nu farer gennem galaksen med næsten lysets
hastighed. Forudsigelsen er det samme som at anslå
sandsynlighederne for disse alternativer som små.
Hvor små skal de være, for at man kan sove
fredeligt i nat, i stedet for ængsteligt at afvente
daggry? Sandsynlighederne, som forudsiges af fysikkens
love og fejlstatistikker, antages alment at
være lave nok!
Alle videnskabens forudsigelser er, helt alment
og helt ærligt, sandsynligheds-forudsigelser
af tidshistorierne for bestemte begivenheder i universet.
I kosmologi beskæftiger vi os nødvendigvis
med sandsynligheder for det ene system, universet som
helhed udgør. Når universet i virkeligheden
præsenterer os for et ensemble af identiske undersystemer,
som i eksperimentelle situationer almindelige i fysik
og kemi, giver sandsynlighederne for ensemblet som helhed,
bestemte forudsigelser for statistikken for identiske
observationer. Således kan der, i passende situationer,
udledes statistiske sandsynligheder fra sandsynligheder
for universet som helhed (13,26,21,11).
Sandsynligheder for historier, tildelt af fysikteori,
behøver kun at være så nøjagtige
som det, de skal bruges til. Det betyder således
det samme for os, til alle praktiske formål,
om fysikken hævder, at sandsynligheden, for at Solen
ikke står op i morgen, er 10-exp10(57) eller 10-exp10(27), bare den er meget lille. Vi kan derfor nøjes med at betragte tilnærmede sandsynligheder, som kun behøver at følge reglerne for sandsynlighedsregning op til en vis standard af nøjagtighed, der er tilstrækkelig til praktiske formål. Som vi skal se, er det tænkeligt, at man kun på denne måde overhovedet kan tildele interessante historier sandsynligheder i kvantemekanik.
I kvantemekanik kan ikke enhver historie tildeles en sandsynlighed. Ingen steder er dette mere tydeligt end i dobbeltspalteeksperimentet (Figur 1, nedenfor). Hvis vi ikke har målt, hvilken spalte elektronen gik igennem på sin vej til at blive detekteret ved skærmen, har vi ikke lov til at tildele disse alternative historier sandsynligheder. Det ville være inkonsistent at gøre det, fordi de korrekte sandsynligheds-sum-regler ikke ville være opfyldt. På grund af interferens er sandsynlighederne for at ankomme til y ikke summen af sandsynlighederne for at ankomme til y ved at gå gennem den øvre og nedre spalte



Det er en almindelig egenskab ved kvantemekanik,
at man har brug for en regel til at bestemme, hvilke
historier der kan tildeles sandsynligheder. Den kendte
regel fra "København" tolkningerne, beskrevet ovenfor, står udenfor bølgefunktionens og Schrödingerligningens struktur. Det er karakteristisk, at disse tolkninger, på en eller anden måde, antog eksistensen af det klassiske domæne, vi ser overalt omkring os, for fundamental. Bohr talte om fænomener, der kunne beskrives ved hjælp af det klassiske sprog.[4]. Landau og Lifshitz formulerede kvantemekanik ved hjælp af en særskilt klassisk fysik.(41) Heisenberg og andre understregede den centrale rolle, en ydre, essentielt klassisk observatør spillede[5]. En måling skete gennem kontakt med dette klassiske domæne. Målinger bestemte, hvad man kunne tale om.
Sådanne tolkninger er utilstrækkelige
for kosmologi. I en teori om alt kan der ikke være
nogen fundamental opdeling i observatør
og det observerede. Målinger og observatører
kan ikke være fundamentale ideer i en teori,
der søger at diskutere det tidlige univers,
hvor ingen af delene fandtes. Der er ingen almen grund til, at et klassisk domæne skulle være fundamentalt eller udvendigt i en grundlæggende formulering af kvantemekanik.
Det var Everett, som i 1957 først foreslog,
hvordan man kunne generalisere København rammerne
således, at man kunne anvende kvantemekanik i
kosmologi[6]. Hans ide var at tage kvantemekanik alvorligt
og anvende den på universet som helhed. Han viste,
hvorledes en observatør kunne betragtes som
en del af dette system og hvordan dens aktiviteter
- måling, notering og sandsynlighedsberegning
- kunne beskrives i kvantemekanik.
Dog var Everett analysen ikke komplet. Den forklarede ikke, på tilfredsstillende måde, det klassiske domænes
oprindelse eller betydningen af den "forgrening",
som erstattede begrebet om måling. Det var en
teori om "mange verdener" (hvad vi hellere
vil kalde "mange historier"), men den forklarede
ikke tilfredsstillende, hvorledes disse skulle defineres,
eller hvorledes de opstod. Everett's diskussion antyder
også, at en sandsynlighedsformel på en
eller anden måde ikke behøves i kvantemekanik,
selv om der indføres et "mål",
som i sidste ende udgør det samme.
Her skal vi kort skitsere et program, som
sigter på en sammenhængende formulering
af kvantemekanik for videnskaben som helhed, inkluderende
såvel kosmologi som miljøvidenskaberne[7].
Det er et forsøg på udvidelse, opklaring
og færdiggørelse af Everett tolkningen. Det bygger
på mange aspekter af udviklingen efter Everett,
specielt arbejde af Zeh(56), Zurek(58,59) og Joos og Zeh(37).
I diskussionen om historie og på andre punkter, er den
konsistent med det indsigtsfulde arbejde (uafhængigt
af vort), af Griffiths(22) og Omnès(46,47,48).
Vor forskning er ikke færdig, men i denne rapport
om dens status, skitserer vi, hvordan den kan blive det.
[4] Se essays "The Unity of Knowledge" og
"Atoms and Human Knowledge" genoptrykt i
N. Bohr(2).
[5] For klare erklæringer om dette synspunkt se
F. London og E. Bauer(44) og R.B. Peierls(49).
[6] Det originale skrift var af Everett (10). Ideen blev udviklet af mange, blandt dem Wheeler(54), De-Witt(7), Geroch(19) og Mukhanov(45).
[7] Af hvilket nogle elementer tidligere er blevet rapporteret. Se M. Gell-Mann(17).
IV. ADSKILLENDE SÆT HISTORIER
(A) En advarsel
Vi skal nu beskrive reglerne for hvilke historier, der
kan tildeles sandsynligheder og hvad disse sandsynligheder
er. For at kunne styre diskussionen gør vi en
enkelt vigtig tilnærmelse. Vi ser bort fra store
kvantevariationer i rumtidens struktur. Denne tilnærmelse,
som passer udmærket på rumtiden 10-43 sec. efter universets begyndelse, sætter
os i stand til at bruge enhver af de kendte formuleringer
af kvantemekanikken med en foretrukken tid. Da det
er historier, det handler om, vil vi ofte bruge Feynmans
sum-over-historier formulering af kvantemekanik med
historier specificeret som funktioner af denne tid.
Da Hamilton-formuleringen af kvantemekanikken på
nogen måder er mere fleksibel, vil vi også
bruge den, med dens hjælpemidler i form af Hilbert
rum, tilstande, Hamilton og andre operatorer. Vi vil
udpege ækvivalensen mellem de to, som altid er
mulig i denne tilnærmelse.
Tilnærmelsen om en fast baggrundsrumtid bryder ned i det tidlige univers. Der kan en endnu mere fundamental sum-over-historier struktur for kvantemekanikken være nødvendig[8]. I en sådan struktur kan ideerne om tilstand, operatorer og Hamilton være tilnærmede egenskaber, som er passende for universet efter Planck æraen, for særlige begyndelsesforhold, som indebærer en tilnærmet fast baggrundsrumtid der. En diskussion af kvanterumtid er essentiel for enhver detaljeret teori om begyndelsestilstanden, men når, som her, denne tilstand ikke udpensles i detaljer og vi behandler hændelser efter Planck æraen, er den kendte formulering af kvantemekanik en passende tilnærmelse.
Den tolkning af kvantemekanik, som vi vil beskrive i
forbindelse med universet, kan selvfølgelig
også bruges på ethvert strengt lukket undersystem
af universet forudsat, at dets begyndelses tæthedsmatrix kendes. Imidlertid er det ikke nemt at realisere
strengt lukkede undersystemer af nogen størrelse
i universet, selv små vekselvirkninger, som en planets med den kosmiske baggrundsstråling,
kan være vigtige for et systems kvantemekanik,
som vi vil se. Endvidere ville det være yderst
vanskeligt at udarbejde en præcis tæthedsmatrix
for et system af nogen størrelse, så man blev fri for afhængigheden af universets
tæthedsmatrix. I virkeligheden har mange af
de store systemer, som i dag er tilnærmet isolerede,
arvet mange betydningsfulde egenskaber ved deres effektive
tæthedsmatrix fra universets begyndelsestilstand.
[8] Se, e.g., J.B. Hartle(28,29,32,31,34). For en koncis diskussion se M. Gell-Mann(18).
De tre former for information, som er nødvendige til forudsigelse i kvantemekanik er i Heisenbergs billede repræsenteret som følger[9] :Universets kvantetilstand beskrives af en tæthedsmatrix
. Observabler, som beskriver bestemt information repræsenteres af operatorer O(t). For enkelhedens skyld, men uden tab af almen gyldighed, vil vi fokusere på ikke-"tågede", "ja-nej" observabler. Disse repræsenteres i Heisenberg billedet af projektionsoperatorer P(t). Hamiltonen, som er den resterende type information, beskriver udviklingen ved at relatere operatorer, som svarer til det samme spørgsmål, til forskellige tidspunkter gennem
Et udtømmende sæt af "ja-nej" alternativer til én tid repræsenteres i Heisenberg billedet af sæt af projektionsoperatorer (P
(t), P
(t), ...). I P
(t), angiver k sættet,
dets alternativ og t dets tid. Et udtømmende sæt af eksklusive alternativer tilfredsstiller
For eksempel ville sådan et udtømmende sæt specificere om et felt i et punkt på en overflade med konstant t er i det ene eller det andet af et sæt af områder, som udtømmer alle mulige værdier. Projektionerne er helt enkelt projektioner på feltets egentilstande i det punkt, med værdier i disse områder. Vi bør understrege, at et udtømmende sæt af projektioner ikke behøver involvere et komplet sæt af variabler for universet (endimensionale projektioner) - faktisk involverer de projektion, vi beskæftiger os med som observatører af universet typisk kun en uendelig lille brøkdel af et komplet sæt.
Sæt af alternative historier består af tidssekvenser af udtømmende sæt af alternativer. En historie er en særlig sekvens af alternativer, forkortet [P
] = (P
1(t1), P
2(t2), ... , P
n(tn)). En fuldstændig finkornet historie specificeres ved at give værdierne for et komplet sæt operatorer til alle tider. En historie er en grovkorning af en anden, hvis sættet [P
] af den første historie består af summerne af [P
] for den anden historie. Den omvendte relation er finkorning. Den komplet grovkornede historie er en, som overhovedet ingen projektioner har, kun enhedsoperatoren!
De reciprokke forhold mellem grov- og finkorning udgør selvfølgelig kun en delvis ordning af sæt af alternative historier. To tilfældige sæt behøver ikke være forbundne med hinanden ved grov-/finkorning. Den delvise ordning er vist skematisk i FIGUR 2, hvor hvert punkt står for et sæt af alternative historier.
FIGUR 2. Den skematiske struktur af rummet af sæt af mulige historier for universet. Hver prik i dette diagram repræsenterer et komplet sæt af alternative historier. Sådanne sæt, som betegnes med [P
] i teksten, svarer i Heisenberg billedet til tidssekvenser:
k ortogonale og komplette sæt af muligheder for universet. På rækken i bunden af diagrammet findes de fuldstændigt finkornede sæt historier, som hver opstår ved at tage projektioner på egentilstande af et komplet sæt observabler for universet til enhver tid. For eksempel er sættet Q det sæt, hvori alle feltvariabler på alle punkter i rummet specificeres til enhver tid. P kan være det komplet finkornede sæt i hvilket alle felt-bevægelsesmængder specificeres til enhver tid. D kunne være et degenereret sæt af den slags, som diskuteres i Sektion VII, i hvilket det samme komplette sæt operatorer hænder til enhver tid. Men der er mange andre komplet finkornede sæt historier svarende til alle mulige kombinationer af komplette sæt observabler, som kan tages til enhver tid.
Prikkerne over den nederste række er grovkornede sæt af alternative historier. Hvis to prikker er forbundet af en sti, er den øverste en grovkorning af den nedenunder. Helt i toppen er det degenererede tilfælde, hvori komplette summer tages til enhver tid, som ikke giver nogen projektioner overhovedet, andre end enhedsoperatoren! Rummet af sæt af alternative historier bliver således ordnet opdelt af grovkorningens virkning.
De store prikker angiver de adskillende sæt af alternative historier. Grovkorninger af adskillende sæt forbliver adskillende. Maksimale sæt, de store pletter omgivet af cirkler, er de adskillende sæt, som ikke har nogen finere-kornede adskillende sæt.
Feynmans sum-over-historier formulering af kvantemekanik begynder med at specificere amplituden af en komplet finkornet historie i en bestemt basis af generaliserede koordinater Qi (t), f.eks. alle fundamentale feltvariabler i alle punkter i rummet. Denne amplitude er proportional med
hvor S er den virkningsfunktion, som danner hamiltonen, H. Når vi anvender denne formulering af kvantemekanikken, vil vi introducere den forenkling at ignorere felter med spin højere end nul sådan, at vi undgår komplikationerne med "gauge-grupper" og fermion felter (for hvilke det er urigtigt at diskutere egentilstande af feltvariablerne). Operatorerne Qi (t) er således forskellige skalære felter i forskellige punkter i rummet.
Lad os nu rette vor diskussion af historier mod de almindeliggjorte koordinat baser i Qi (t) i Feynmans synsmåde. Senere vil vi diskutere den nødvendige almindeliggørelse i tilfældet med en arbitrær basis til hver tid t, ved brug af kvantemekanisk transformationsteori.
Komplet finkornede historier i koordinatbasis kan ikke tildeles sandsynligheder; kun passende grovkornede historier kan. Der findes mindst tre almindelige typer grovkorning: (1) Ved at specificere observabler, ikke til alle tider, men kun nogle; (2) Ved, til et hvilket som helst tidspunkt, ikke at specificere et komplet sæt observabler, men kun nogle af dem; (3) Ved at undlade at specificere præcise værdier, men kun områder af værdier. For at illustrere alle tre, så lad os dele Qi op i variablerne xi og Xi og kun betragte områder {
} af xi til tiderne tk, k = 1, ... n. Et sæt alternativer til et givet tidspunkt består af områder 
, som udtømmer de mulige værdier af xi, da
rækker over alle hele tal. En individuel historie specificeres af bestemte 
'er til tiderne t1, ... , tn. Vi skriver [
] = ( 
1, ... , 
n) for en bestemt historie. Et sæt af alternative historier opnås ved at lade
1 ...
n række over alle værdier.
Lad os bruge den samme notation [
] for den mest generelle historie, som er en grovkorning af den fuldstændigt finkornede historie i koordinatbasis, specificeret ved områder af Qi til hver tid, inkluderende muligheden for komplette områder til visse tidspunkter, hvilket udelukker disse tidspunkter fra betragtning.
[9] Anvendeligheden af denne Heisenberg billede formulering af kvantemekanik er blevet understreget af mange forfattere, deriblandt E. Wigner,55 Y. Aharonov et. al.,1 W. Unruh,52 og M. Gell-Mann.17
Den vigtige teoretiske konstruktion til at angive den regel, som bestemmer hvorvidt sandsynligheder kan tildeles et givet sæt alternative historier og hvad disse sandsynligheder er, er adskillelsesfunktionen D [(historie)', (historie)]. Dette er et komplekst funktionel på ethvert par historier i sættet. Det defineres mest gennemskueligt i sum-over-historier strukturen for helt finkornede historiesegmenter mellem en starttid t0 og en sluttid tf, som følger:
Her er
universets begyndelsestæthedsmatrix i Qi repræsentationen, Q '
og Q
er begyndelsesværdierne for det komplette sæt variabler og Q '
og Q
er slutværdierne. Adskillelsesfunktionen for grovkornede historier fås fra ligning (6) ifølge princippet om superposition, ved at summere over alt det, som ikke specificeres ved grovkorningen. Således,
Mere præcist er integralet følgende (Figur 3): Det er over historierne Q 'i(t), Qi(t), som begynder ved henholdsvis Q '
, Q
, passerer gennem områderne [
'] og [
] henholdsvis og ender i et fælles punkt Q
til enhver tid tf > tn. Det udføres ved at integrere over Q '
, Q
og Q
.
Forbindelsen mellem grovkornede historier og fuldstændig finkornede er gennemskuelig i sum-over-historier formuleringen af kvantemekanik.
![]() | FIGUR 3. Sum-over-historier konstruktionen af adskillelsesfunktionen. |
Projektionerne i lign. (8) er ordnet i tid med de tidligste inderst. Når P 'erne er projektioner på områder 
af værdier af Q'er, stemmer udtrykkene (7) og (8) overens. Det følger af sporets cykliske egenskab, at D altid er diagonal i de afsluttende angivelser
n og
'n. (Vi antager hele tiden, at P 'erne er begrænsede operatorer i Hilbert rummet, som f.eks. drejer sig om projektioner på områder af Q 'erne og ikke på bestemte værdier af Q 'erne). Adskillelse er således kun interessant for rækker af P 'er, som involverer mere end én tid. Adskillelse er automatisk for "historier", der består af alternativer, undtagen ved én tid.
Fremadskridende grovkorning kan i sum-over-historier billedet ses som, at man summerer over de dele af de finkornede historier, som ikke er specificeret i den grovkornede, ifølge princippet om superposition. I Heisenberg-billedet, lign. (8), kan de tre former for grovkorning, der er diskuteret ovenfor, repræsenteres som følger: summation på begge sider af D over alle P 'er til et givet tidspunkt og brug af lign (3) eliminerer disse P 'er komplet. Summation over alle muligheder for visse variabler til et tidspunkt, svarer til at sætte alle P 'er som faktorer og eliminere en af faktorerne ved at opsummere over den. At opsummere over områder af en given variabel, til et givet tidspunkt, svarer til at erstatte P 'erne for delområderne med et for hele området. Hvis derfor [
] er en grovkorning af sættet af historier {[P
]}, skriver vi
I det mest almene tilfælde kan vi forestille os den komplet finkornede grænse som erhvervet fra koordinat repræsentationen ved vilkårlige enhedstransformationer til alle tider. Alle historier kan erhverves ved at grovkorne de forskellige finkornede historier og grovkorning i sin mest almene form indebærer at tage vilkårlige summer af P 'er, som diskuteret tidligere. Vi kan bruge lign. (9) i det mest almene tilfælde, hvor [
] er en grovkorning af [P
].
Et sæt grovkornede alternative historier siges at adskille, når de elementer, der ikke er diagonale, i D er tilstrækkelig små:
Dette er en almindeliggørelse af betingelsen for fravær af interferens i to-spalte eksperimentet (tilnærmet lighed mellem de to sider af lign. (2)). Det er en tilstrækkelig (skønt ikke en nødvendig) betingelse for gyldigheden af den helt diagonale formel
Reglen for, hvornår sandsynligheder kan tildeles universets historier, er så denne: I den udstrækning, at et sæt af alternative historier adskiller, kan sandsynligheder tildeles dets individuelle dele. Sandsynlighederne er de diagonale elementer i D. Således,
når sættet adskiller. Vi vil ofte skrive p(
ntn, ...,
1t1) for disse sandsynligheder, idet vi undertrykker sættenes markering.
De sandsynligheder, som defineres af Lign. (11), adlyder sandsynlighedsteoriens regler som en konsekvens af adskillelse. Hovedkravet er, at sandsynlighederne skal være additive på "uforbundne sæt af prøverummet". For historier giver dette sumreglen
Disse relaterer sandsynlighederne for et sæt historier til sandsynlighederne for alle mere grovkornede sæt, som kan konstrueres fra det. For eksempel, sumreglen, som eliminerer alle projektioner til kun et tidspunkt, er
Disse regler følger trivielt fra Lign. (11) og (12). De andre krav fra sandsynlighedsteorien er, at sandsynligheden for hele prøverummet skal være enhed, en let konsekvens af Lign. (11), når der udføres komplet grovkorning, og at sandsynligheden for et tomt sæt skal være nul, hvilket simpelthen betyder, at sandsynligheden for enhver sekvens, der indeholder en projektion P = 0, skal forsvinde, som den gør.
p([P
]) er tilnærmede sandsynligheder for historier, i Afsnit II's forstand, op til den standard, som sættes af adskillelse. Omvendt, hvis en given standard for sandsynlighederne kræves til deres brug, kan den opnås ved at grovkorne indtil Lign. (10) og (13) er tilfredsstillet på det nødvendige niveau.
Yderligere grovkorning af et adskillende sæt alternative historier frembringer et andet sæt adskillende historier, da sandsynligheds-sumreglerne vedbliver at blive overholdt. Det er illustreret i Figur 2, som gør det klart, at i en fremskriden fra den trivielle komplette grovkorning til en komplet finkorning, er der sæt af historier, hvor yderligere finkorning altid resulterer i tab af adskillelse. Disse er de maksimale sæt af alternative adskillende historier.
Disse regler for sandsynlighed fremviser en anden vigtig egenskab: Operatorerne i Lign. (12) er ordnet i tid. Hvis de ikke var tidsordnede (siksakker) kunne vi have tildelt ikke-nul sandsynligheder til modstridende alternativer til samme tidspunkt. Tidsordningen udtrykker således kausalitet i kvantemekanikken, et forhold, som er rigtigt her på grund af antagelsen om en fast baggrundsrumtid. Tidsordningen er ligeledes relateret til "tidens pil" i kvantemekanik, hvilket vi diskuterer nedenfor.
Givet denne diskussion, kan kvantemekanikkens fundamentale formel med rimelighed antages at være
for alle [P
] i et sæt af alternative historier. Forsvinden af ikke-diagonale elementer i D giver reglen for, hvornår sandsynligheder korrekt kan tildeles. De diagonale elementer giver deres værdi.
Vi kunne have brugt en svagere betingelse end Lign. (10) som definition af adskillelse, nemlig den nødvendige betingelse for gyldigheden af sum reglerne (11) i sandsynlighedsteorien:
for ethvert a'k <> ak, eller ækvivalent
Dette er den betingelse Griffiths (22) brugte som krav til "konsistente historier". Men, som vi skal se, mens det er let at identificere fysiske situationer, i hvilke de ikke-diagonale elementer i D tilnærmet forsvinder som resultat af grovkorning, er det vanskeligt at forestille sig en generel mekanisme, som kun undertrykker deres reale dele. I den sædvanlige analyse af måling forsvinder de ikke-diagonale dele af D tilnærmet. Vi vil derfor udforske den strengere betingelse i Lign. (10) i det følgende. Den forskel bør ikke dække over det faktum, at i denne del af vort arbejde har vi gengivet, hvad der essentielt er Griffiths (22) indfaldsvinkel, udvidet af Omnès. (46, 47, 48)
(D) Forudsigelse og tilbageskuen
Adskillende sæt historier er, hvad vi kan diskutere i kvantemekanik, for de kan tildeles sandsynligheder. Adskillelse generaliserer og erstatter således ideen om "måling", som havde denne rolle i Københavnertolkningen. Adskillelse er en mere præcis, mere objektiv og mere observatør-uafhængig ide. Hvis, for eksempel, deres tilknyttede historier adskiller, kan vi tildele sandsynligheder til forskellige værdier af rimelige størrelser af tæthedssvingninger i det tidlige univers, uanset om noget som en "måling" blev udført på dem og i hvert fald uanset om der var en "observatør" til at gøre det. Vi vil vende tilbage til en specifik diskussion af typiske målesituationer i Afsnit XI.
De samlede sandsynligheder p(
ntn,...,
1t1) for de individuelle historier i et adskillende sæt er råmaterialet til forudsigelse og tilbageskuen i kvantekosmologi. Ud fra dem kan de relevante betingede sandsynligheder udregnes. Den betingede sandsynlighed for et undersæt {
iti}, givet resten
, er

k+1,...,
n, givet at alternativerne
1 ...
k allerede er sket, er

n-1,...,
1 skete i fortiden, givet de nuværende data opsummeret af et alternativ
n i nutiden tn, er

eff defineres af


. Som de alternative historier for elektronen i dobbeltspalteeksperimentet viser, er der mange slags alternativer i fortiden som det er forbudt at tildele sandsynligheder i kvantemekanikken. For de sæt af alternativer, som adskiller, vil adskillelsen og de tildelte sandsynligheder typisk være tilnærmede i Afsnit II's betydning. Det er for eksempel usandsynligt, at universets begyndelsestilstand er sådan, at interferensen er præcis nul mellem to fortidige positioner for Solen på himlen.
tildeles den fjerne fremtid og de CPT transformerede projektioner er ikke-tidsordnede. Begge tidsordninger kan derfor anvendes[10]; det vigtige punkt er, at der findes et Heisenberg
, som vi kan kende, ud fra hvilket, sandsynligheder kan forudsiges. Det er på grund af konvention, at vi tænker på det som en "begyndelsestilstand" med projektionerne i stigende tidsorden indefra og ud i Lign. (8) og (12)
og betydningen af, at kimene til næsten isolerede undersystemer begyndte langt fra ligevægt i "tidlige" tider.
eff ud fra hvilken sandsynligheder for fremtiden kan udregnes. Virkningen af hver projektion, P, på begge sider af
i Lign.(21) sammen med divisionen med den passende normaliseringsfaktor kaldes så sommetider "reduktion af bølgepakken". Men denne opdatering af sandsynligheder er ikke forskellig fra den klassiske genvurdering af sandsynligheder, som sker efter at ny information er opnået. I en række hestevæddeløb konverteres den fælles sandsynlighed for vinderne af otte væddeløb, efter at vinderne af de første tre er kendt, til en revurderet sandsynlighed for de tilbageværende fem væddeløb ved netop denne proces. Hovedsagen er, at på grund af adskillelse er sumreglerne for sandsynligheder overholdt; når det stemmer, er genvurdering af sandsynligheder triviel.[10] Det er blevet foreslået(28,29,31,32) at til anvendelse på meget kvantemekanisk rumtid, som i det meget tidlige univers, burde kvantemekanikken generaliseres for at give en struktur hvor begge tidsordninger behandles samtidig i sum-over-historier anvendelsen. Dette indebærer at inkludere både exp(iS) og exp(-iS) for hver historie og har som konsekvens en udviklingsligning (Wheeler-DeWitt ligningen), som er andenordens i tidsvariablen. Forslaget er, at de to tidsordninger adskiller når universet er stort og rumtiden klassisk, således at den sædvanlige struktur med kun en orden genetableres.
(E) Grene (Illusteret ved en ren begyndelsestilstand )
Adskillende sæt af alternative historier giver Everett's "grene" en bestemt betydning. For et givet sådant sæt historier, svarer det udtømmende sæt af P
k til hver tid tk til en forgrening.
For at illustrere dette endnu mere udtrykkeligt, så tænk på en initial tæthedsmatrix, som er i en ren tilstand, som i typiske forslag til universets bølgefunktion:

Begyndelsestilstanden kan opdeles i henhold til de projektionsoperatorer som definerer sættet af alternative historier

Tilstandene |[P
],
er tilnærmet ortogonale som konsekvens af deres adskillelse

Lign. (25) er kun en genfremsættelse af Lign. (10), forudsat Lign. (23).
Når begyndelsestæthedsmatricen er ren, ses det nemt, at nogen grovkorning i nutiden altid er nødvendig for at opnå adskillelse i fortiden. Hvis P
n (tn) for den sidste tid tn i Lign. (8) alle var projektioner på rene tilstande, ville D faktorere for et rent
og kunne aldrig tilfredsstille Lign. (10), undtagen for visse specielle slags historier, som er beskrevet nær slutningen af Afsnit VII, i hvilke adskillelse er automatisk, uafhængigt af
. På samme måde er det ikke vanskeligt at vise, at nogen grovkorning er krævet til enhver tid for at få adskillelse af tidligere alternativer, med det samme sæt undtagelser.
Efter normalisering repræsenterer tilstandene |[P
],
de individuelle historier eller individuelle grene i det adskillende sæt. Vi kan, som for den effektive tæthedsmatrix i IV(D), summere nuværende information til forudsigelse ved blot at angive en af disse tilstande, med projektioner op til nutiden.
(F) Sæt af historier med samme sandsynligheder
Hvis projektionerne P ikke er begrænset til en bestemt klasse (som projektioner på områder af Qi variabler), således at grovkornede historier består af arbitrære udtømmende familier af projektionsoperatorer, så er problemet med at fremvise de adskillende sæt af kæder af projektioner, som fremkommer fra et givet
rent algebraisk. Antag, for eksempel, at begyndelsestilstanden vides at være en ren tilstand som i Lign. (23). Problemet med at finde ordnede strenge af udtømmende sæt af projektioner [P
] således, at historierne P
n ... P
1
adskiller ifølge Lign. (25), er rent algebraisk og involverer kun underrum af Hilbert rummet. Problemet er det samme for en vektor
som for enhver anden. Faktisk kan man, hvis man bruger underrum, som er eksakt ortogonale, identificere rækkefølger, som eksakt adskiller.
Det er imidlertid klart, at løsningen af det matematiske problem med at opregne et givet hilbertrums sæ af adskillende historier ikke i sig selv har noget fysisk indhold. Der er ikke blevet givet nogen beskrivelse af historierne. Ingen reference er blevet gjort til en teori om de fundamentale vekselvirkninger. Der er ikke blevet skelnet mellem én vektor i Hilbert rummet som en teori om begyndelsestilstanden og enhver anden. De resulterende sandsynligheder, der kan beregnes, er kun abstrakte tal.
Vi opnår en beskrivelse af universets sæt af alternative historier, når operatorerne, som svarer til de fundamentale felter, identificeres. Vi opnår kontakt med teorien om de fundamentale vekselvirkninger, hvis udviklingen af disse felter er givet af en fundamental Hamilton. Forskellige begyndelsesvektorer i Hilbert rummet vil så give anledning til adskillende sæt, som har forskellige beskrivelser i de fundamentale felter. Sandsynlighederne opnår fysisk betydning.
To forskellige enkle operationer gør det muligt for os, ud fra ét sæt historier, at konstruere et andet sæt med en anden beskrivelse men med de samme sandsynligheder. Overvej først enhedstransformationer af P'erne, som er konstante i tid og lad begyndelses
være fast

er ren vil der være mange sådanne transformationer; Hilbert rummet er stort og kun en enkelt vektor er fast. De sæt af historier, der er dannet af {P
} vil have en adskillelsesfunktion, som er identisk med de sæt, der er konstrueret fra det tilsvarende {P
}. Hvis ét sæt adskiller, vil det andet adskille og sandsynlighederne for de individuelle historier vil være de samme.
Hvad er egenskaberne ved grovkornede sæt historier som adskiller, givet universets
og H? Når man søger at besvare dette spørgsmål er det vigtigt at huske på de grundlæggende egenskaber ved den teoretiske struktur som adskillelse afhænger af. Adskillelse af et sæt alternative historier er ikke en egenskab alene ved deres operatorer. Den afhænger af disse operatorers relationer til tæthedsmatricen
. Givet
kunne vi, i princippet, beregne hvilke sæt alternative historier der adskiller.
Det er ikke sandsynligt at vi kommer til at foretage
en udregning af alle adskillende sæt af alternative
historier for universet, beskrevet som fundamentale
felter, i den nærmeste fremtid, om nogensinde.
Hvis vi imidlertid fokuserer vores opmærksomhed
på grovkorninger af bestemte variabler, kan vi
vise bredt forekommende mekanismer ved hvilke de adskiller
ved nærvær af universets virkelige
. I Afsnit IV(C) har vi nævnt, at adskillelse
er automatisk, hvis projektions operatorerne P kun refererer
til én tid; det samme ville være sandt selv ved
forskellige tider, hvis alle P'er kommuterede med hinanden. I tilfælde af interesse
faktorerer hvert P selvfølgelig typisk til kommuterende
projektionsoperatorer og P's faktorer til forskellige
tider kommuterer ofte ikke med hinanden, for eksempel
operatorer, som er projektioner på tilhørende
områder af værdier af den samme Heisenberg
operator til forskellige tider. Imidlertid kan
disse ikke-kommuterende faktorer korreleres, givet
, med andre projektionsfaktorer som kommuterer eller,
i det mindste, effektivt kommuterer indenfor sporet
med tæthedsmatricen
i Lign (8) for adskillelsesfunktionen.
I virkeligheden kan alle disse projektionsfaktorer
kommutere med alle de efterfølgende P'er og
således lade sig flytte udenfor sporformlen.
Når alle de ikke-kommuterende faktorer er korreleret
med effektivt kommuterende på denne måde,
så forsvinder de ikke-diagonale størrelser i adskillelsesfunktionen,
med andre ord sker adskillelsen. Alt dette kan naturligvis
være tilnærmet og resultere i tilnærmet
adskillelse.
Denne type situation er fundamental i tolkningen af kvantemekanik. Ikke-kommuterende mængder, lad os sige til forskellige tider, kan korreleres med kommuterende eller effektivt kommuterende mængder, på grund af
og H's egenskaber og således frembringe adskillelse af strenge af P'er på trods af deres ikke-kommutation. For et rent
, for eksempel, fører de effektivt kommuterende variablers adfærd til ortogonaliteten af grenene i tilstanden
, som defineret i Lign. (24). Vi vil se, at korrelationer af denne slags er centrale for at forstå historiske optegnelser (Afsnit X) og målesituationer (Afsnit XI).
Som et eksempel på adskillelse frembragt
ved denne mekanisme, overvej et grovkornet sæt historier
defineret ved tidsrækkefølger af alternative
tilnærmede lokaliteter af et massivt legeme,
som en planet eller selv et typisk interstellart støvkorn.
Som vist af Joos og Zeh(37), selv hvis de få på
hinanden følgende lokaliteter ligger så
tæt som et nanosekund, adskiller sådanne
historier som en konsekvens af spredning ved den 3 graders
kosmiske baggrundsstråling ( hvis ikke af nogen
anden grund). Forskellige positioner bliver korreleret
med fotonernes næsten ortogonale tilstande.
Mere vigtigt, hver alternative rækkefølge
af positioner bliver korreleret med en forskellig ortogonal
tilstand af fotonerne ved sluttiden. Dette frembringer
adskillelsen og vi kan løst sige at sådanne
historier om positionen af et massivt legeme er "adskilt"
ved samspil med fotonerne fra baggrundsstrålingen.
Andre specifikke modeller for adskillelse er blevet
diskuteret af mange forfattere, blandt dem Joos og
Zeh(37), Caldeira og Leggett(3), og Zurek(60). Typisk har
disse diskussioner fokuseret på en grovkorning,
som kun involverer visse variabler analogt med positionsvariablerne
ovenfor. Således er vægten lagt på
særlige ikke-kommuterende faktorer af projektionsoperatorerne
og ikke på korrelerede operatorer, som kan frembringe
den tilnærmede adskillelse. Sådanne grovkorninger
giver almindeligvis ikke de mest forfinede tilnærmede
adskillende sæt historier, da man kunne inkludere
projektioner på områder af værdier
af de korrelerede operatorer uden at miste adskillelsen.
Den enkleste model består af en enkelt oscillator, som samvirker bilineært med et stort antal andre, og en grovkorning, som kun involverer koordinaterne for den specielle oscillator. Lad x være koordinaten for den specielle oscillator, M dens masse,
R dens frekvens renormeret ved dens vekselvirkning med de andre og Sfri dens fri virkning. Overvej det specielle tilfælde hvor hele systemets tæthedsmatrix, henført til en begyndelsestid, faktorerer ind i produktet af en tæthedsmatrix
(x', x) for den særlige oscillator og en anden for resten. Så kan vi, ved at generalisere lidt over en behandling af Feynman og Vernon, (12) skrive D defineret af Lign (7) som
intervallerne [
] refererer her kun til den særlige oscillators variabler. Summen over resten af oscillatorerne er blevet udført og opsummeret af Feynman-Vernon influensfunktionen exp( i W [x'(t), x(t)]). Den resterende sum over x'(t) og x(t) er som i Lign (7).
Tilfældet, når de andre oscillatorer er i en initial termisk fordeling er blevet udtømmende undersøgt af Caldeira og Leggett.(3) I den enkle begrænsning af et ensartet kontinuum af oscillatorer, cut off ved frekvensen
og i Fokker-Planck grænsen af kT >>
>>
R, finder de
hvor
summerer styrken af den særlige oscillators vekselvirkning med omgivelserne. Den reale del af W bidrager med spredning til bevægelsesligningerne. Den imaginære del presser banerne x(t) og x'(t) sammen og sørger dermed for tilnærmet adskillelse. Meget groft sagt vil "primede" og "uprimede" positionsintervaller, der afviger med afstande d på modsatte sider af sporet i Lign. (28) adskille, når de er adskilt i tid af intervaller
Som understreget af Zurek,(60) kan denne minimum tid for adskillelse af typiske makroskopiske parametre være mange størrelsesordener mindre end en karakteristisk dynamisk tid, lad os sige dæmpningstiden 1 /
. (Forholdet er omkring 10-40 for M ~ gm, T ~ 300oK, d ~ cm!)
Opførslen af et grovkornet sæt af alternative adskillende historier baseret på projektioner, til tider langt nok fra hinanden til adskillelse, på områder af værdier for x alene, er så nogenlunde klassisk på den måde, at de efter hinanden følgende områder af positioner følger nogenlunde klassiske baner, men med mønstret for klassisk korrelation forstyrret af forskellige effekter, specielt (a) effekten af kvantespredning af x-koordinaten, (b) effekten af kvantesvingninger af de andre oscillatorer, og (c) klassiske statistiske svingninger, som er klumpet sammen med (b) når vi bruger den fundamentale formel. Vi ser, at jo større massen M er, jo kortere er adskillelsestiden og jo mere modstår x-koordinaten de forskellige udfordringer til dens klassiske opførsel.
De ovenstående modeller viser overbevisende,
at adskillelse vil være vidt udbredt i universet
for bestemte velkendte "klassiske" variabler.
Svaret på Fermis spørgsmål til
en af os om hvorfor vi ikke ser Mars spredt ud i en
kvantesuperposition af forskellige positioner i sin
bane er, at sådan en superposition hurtigt ville
adskille. Vi fortsætter nu til en mere detaljeret
diskussion af sådan adskillelse.
Som observatører af universet beskæftiger vi os med
grovkorninger, som er passende til vore begrænsede
sanseindtryk, udvidet med instrumenter, kommunikation
og optegnelser, men som i sidste ende er karakteriseret
ved en stor mængde uvidenhed. Alligevel har vi
indtryk af, at universet fremviser et mere finkornet
sæt adskillende historier, uafhængigt af
os, som definerer en slags "klassisk domæne",
styret hovedsagelig af klassiske love, til hvilke vore
sanser er tilpasset selv om vi kun handler med en lille
del af det. Ingen sådan grovkorning er bestemt
alene af kvanteteori. Derimod, ligesom med adskillelse,
må eksistensen af et kvasiklassisk domæne
i universet være en konsekvens af dets begyndelsestilstand
og den Hamilton, som beskriver dets udvikling.
Groft sagt, burde et kvasiklassisk domæne
være et sæt alternative adskillende historier,
maksimalt forfinet passende med adskillelse, hvor de
individuelle historier så meget som muligt fremviser
mønstre af klassisk korrelation i tiden. Sådanne
historier kan ikke være eksakt korrelerede i
tid ifølge klassiske love, fordi deres klassiske
udvikling sommetider forstyrres af kvantebegivenheder.
Der findes ikke klassiske domæner, kun kvasiklassiske.
Vi ønsker at gøre spørgsmålet
om eksistensen af et eller flere kvasiklassiske domæner
til et kalkulerbart spørgsmål i kvantekosmologi
og til dette behøver vi kriterier til at måle
hvor tæt et sæt historier kommer på
at udgøre et "klassisk domæne".
Vi har ikke løst dette spørgsmål
til vor tilfredshed, men i de næste få
afsnit diskuterer vi nogle ideer, som kan bidrage til
at komme dets løsning nærmere.
VII. MAKSIMALE SÆT ADSKILLENDE HISTORIER
Adskillelse stammer fra grovkorning. Som beskrevet i Afsnit IV (B) og Figur 2 kan grovkorninger sættes i delvis orden med hinanden. Et sæt alternative historier er en grovkorning af et finere sæt, hvis alle de udtømmende sæt af projektioner {P
}, som danner det grovere sæt af historier opnås ved delvise summer over de projektioner, der udgør det finere sæt historier.
Maksimale sæt af alternative adskillende
historier er de, for hvilke der ikke er nogen finere-kornede
sæt som er adskillende. Det er ønskeligt
at arbejde med maksimale sæt adskillende
alternative historier, fordi de ikke er begrænsede
af sansekapaciteten af noget sæt observatører - de
kan dække fænomener i alle dele af universet
og i alle epoker som kunne observeres, hvorvidt der
var en observatør til stede eller ej. Maksimale
sæt er de mest forfinede beskrivelser af universet
som kan tildeles sandsynligheder i kvantemekanik.
Den klasse af maksimale sæt, som er
mulig for universet afhænger, naturligvis, af
de komplet finkornede historier, som frembringes af
universets virkelige kvanteteori. Hvis vi til
hvert tidspunkt fuldt udnytter alle de projektioner,
som transformationsteorien tillader, hvilket giver
kvantemekanikken sin smidighed, så findes der
en uendelig variation af komplet finkornede sæt,
som illustreret i Figur 2. Hvis der imidlertid var
en fundamental grund til at begrænse de komplet
finkornede sæt, som det ville være tilfældet,
hvis sum-over-historier kvantemekanik var fundamental,
så ville klassen af maksimale sæt være
mindre, som illustreret i Figur 4. Vi vil fortsætte
som om alle finkorninger er tilladte.
![]() | Figur 4. Hvis de komplet finkornede historier stammer fra et enkelt komplet sæt observabler, sættet Q af feltvariabler Qi på hvert punkt og hver tid i rummet, så vil de mulige grovkornede historier være et undersæt af dem vist i Figur 2. Maksimale sæt kan stadig defineres, men vil almindeligvis afvige fra dem i Figur 2. |
og H i et finere-kornet sæt historiers
sandsynligheder end i et mere grovkornet sæt.
Det ville være ønskeligt at have et kvantitativt
mål for hvor meget mere information der opnås
i en yderligere finkorning af et grovkornet sæt
alternative historier. Sådan en mængde
ville så udmåle, hvor meget nærmere
en adskillende finkorning kommer til maksimalitet i
en fysisk relevant forstand.
defineret ved brug af Jaynes[11] metoder, men generaliseret til at behandle universets tæthedsmatrix og anvendt på historiers sandsynligheder. Tæthedsmatricen
konstrueres ved at maksimere entropifunktionen
over alle tæthedsmatricer
, som tilfredsstiller begrænsningerne, der sikrer, at hver
har samme værdi, som den ville have haft, hvis den var beregnet med universets tæthedsmatrix,
, for et givet sæt grovkornede historier. Tæthedsmatricen
genskaber således adskillelsesfunktionen for dette sæt historier og i særdeleshed deres sandsynligheder, men indeholder udover disse egenskaber så lidt information som muligt.
En finkorning af et sæt alternative historier fører til flere betingelser for
på formen (32) end i det mere grovkornede sæt. I ikke-trivielle tilfælde bliver S(
) derfor sænket og
kommer nærmere
.
Hvis indsættelsen af tilsyneladende ny P'er ind i en kæde er overflødigt, så vil S(
) ikke blive sænket. Et enkelt eksempel vil hjælpe med at illustrere dette: Overvej det sæt historier, som består af projektioner P
m(t m), som projicerer på en ortonormal basis for hilbertrummet til en tid, t m. Trivielle yderligere adskillende finkorninger kan konstrueres som følger: Introducer til enhver anden tid t k et sæt af projektioner P
k(t k) som, gennem bevægelsesligningerne, i Hilbert rummet er identiske operatorer med sættet P
m(t m). Selv om vi gennemgår handlingerne med at introducere et komplet finkornet sæt historier, som dækker alle tider, gentager vi på denne måde i virkeligheden blot projektionerne P
m(t m) om og om igen. Vi har således et komplet finkornet sæt historier som, i virkeligheden, består af blot et finkornet sæt projektioner, som adskiller fordi der kun er et sådant sæt. Faktisk er det i S(
)'s forstand ikke nærmere maksimalitet end sættet, der består af P
m(t m) til en tid. Mængden S(
) tjener således til at identificere sådanne trivielle forfininger, som er overflødige i betingelserne (32).
Vi kan generalisere eksemplet på en interessant måde ved, at konstruere den specielle slags historier, som er nævnt efter Lign. (25). Vi lader t m være sluttiden og sammensætter så, på tidligere og tidligere tidspunkter, en rækkefølge af fremskridende grovkorninger af sættet {P
m(t m)}. Når tiden så bevæger sig fremad, er de eneste projektioner finere og finere korninger, som slutter i den endimensionale P
m(t m). Således har vi igen et sæt historier, hvori adskillelse er automatisk, uafhængigt af
's egenskaber og for hvilket S(
) har den samme værdi som den ville have haft, hvis man kun havde betragtet forholdene ved sluttiden.
I en vis forstand kan S(
) for historier betragtes som faldende med tiden. Hvis vi betragter S(
) for en streng af alternative projektioner op til en bestemt tid t n, som i Lign. (32), og så tilsætter et yderligere sæt projektioner for et senere tidspunkt, forøges antallet af betingelser på
og således sænkes værdien af S(
) (eller i trivielle tilfælde, uændret). Det er naturligt, da S(
) er forbundet med manglen på information indeholdt i et sæt historier og at informationen forøges med ikke-triviel finkorning af historierne, ligegyldigt hvad tiderne er, for de historier for hvilke, de nye P'er introduceres. (I nogle relaterede problemer, kan en mængde som S, der bliver ved med at formindskes som resultat af tilsætning af projektioner på senere tider, konverteres til en stigende mængde, ved at tilføje en algoritmisk kompleksitets størrelse.(61)
Mængden S(
) er tæt forbundet med andre fundamentale mængder i fysik. Man kan til eksempel vise, at når de bruges med
eff repræsenterende nuværende data og med alternativer til et enkelt tidspunkt, giver disse teknikker en forenet og generaliseret behandling af variationerne af grovkorninger almindeligt indført i statistisk mekanik; og, som Jaynes og andre har peget på, er de resulterende S(
)'er den statistiske mekaniks fysiske entropier. Her er disse teknikker imidlertid anvendt på tids historier og begyndelsestilstanden anvendes. Mængden S(
) er også relateret til ideen om termodynamisk dybde, som i øjeblikket undersøges af Lloyd.(43)
[11] Se,e.g.,papirerne, der er genoptrykt i Rosenkrantz(51) eller Hobson.(36)
Nogle maksimale sæt vil være mere næsten
klassiske end andre. De mere næsten klassiske
sæt historier vil indeholde projektioner (på
relaterede områder af værdier) af operatorer,
for forskellige tider, som er forbundet med hinanden
ved enhedstransformationer e-iH(
t) og som for
størstedelen er korrelerede langs klassiske
stier, med sandsynligheder nær 0 og 1 for de
successive projektioner. Dette mønster af klassisk
korrelation kan forstyrres ved inklusionen af andre
variabler, som ikke opfører sig på denne
måde (som i målesituationer der beskrives
senere), i det maksimale sæt projektionsoperatorer.
Mønsteret kan også forstyrres af kvantespredning
og ved kvante- og klassiske fluktuationer, som beskrevet
i forbindelse med oscillatoreksemplet, der blev behandlet
i Afsnit V. Så det bedste vi kan gøre
er, at behandle kvasiklassiske maksimale sæt
alternative adskillende historier, med baner der deler
sig og spreder sig ud, som resultat af de processer,
der muliggør adskillelse. Som vi understregede
tidligere, findes der ikke klassiske domæner,
kun kvasiklassiske.
Indtrykket af at der findes noget som
et klassisk domæne indbyder til, at vi prøver
at definere kvasiklassiske domæner præcist,
ved at søge efter et mål for klassicitet
for hvert af de maksimale sæt af alternative
adskillende historier og koncentrere os om det (eller
dem), der har maksimal klassicitet. En sådan fremgangsmåde
skulle anvendes på elementer af D og den tilhørende
grovkorning. Den skulle befordre forudsigelighed og
involvere mønstre af klassisk korrelation som
beskrevet ovenfor. Den skulle også favorisere
maksimale sæt af alternative adskillende sæt
historier, som er forholdsvis finkornede i modsætning
til de, som skulle bringes til stor grovkorning, før
de ville give adskillelse. Vi søger efter en
sådan metode. Den skulle forsyne os med en præcis
og kvantitativ betydning af ideen om et kvasiklassisk
domæne.
Hvilke projektionsoperatorer er det, der specificerer
grovkorningen af et maksimalt sæt alternative
historier med høj klassicitet, som definerer
et kvasiklassisk domæne? Som nævnt ovenfor
vil de inkludere projektioner ind på sammenlignelige
områder af værdier af visse operatorer
i tidssekvenser, omtrent adlyde klassiske bevægelsesligninger, underlagt
fluktuationer som forårsager, at deres baner deles fra tid til anden. Vi kan referere til
disse operatorer, som vanemæssigt adskiller,
som "kvasiklassiske operatorer". Hvad disse
kvasiklassiske operatorer er, og hvor mange af dem
der er, afhænger ikke kun af H og
, men også af epoken, det rumlige område, og tidligere forgreninger.
Vi kan forstå oprindelsen til i det mindste
nogle kvasiklassiske operatorer i nogenlunde rimelige
generelle vendinger som følger: I de tidligste
øjeblikke af universet fremkommer de operatorer,
der definerer rumtiden i størrelser godt over
Planck størrelsen fra kvantetågen som
kvasiklassiske[12]. Enhver teori om begyndelsestilstanden,
som ikke forudsætter dette, er simpelthen ikke
i overensstemmelse med observationer på en grundlæggende
måde. Baggrundsrumtiden defineret på denne
måde overholder Einstein ligningen. Hvor der
så er passende forhold med lav temperatur, etc.,
kan forskellige slags hydrodynamiske variabler fremkomme
som kvasiklassiske operatorer. Disse er integraler
over passende små rumfang af tætheder af
bevarede eller næsten bevarede mængder.
Eksempler er tætheder af energi, bevægelsesmængde,
baryon tal og i senere perioder, kerner og selv kemiske
arter.
Størrelsen af rumfangene er øverst begrænset
af maksimalitet og nederst begrænset af klassicitet
fordi, de kræver tilstrækkelig "inerti"
til, at de kan modstå afvigelser fra forudsigelighed
forårsaget af deres vekselvirkninger med hinanden,
ved kvantespredning og ved kvante- og statistiske fluktuationer
som resultat af vekselvirkninger med resten af universet.
Passende integraler af tætheder af tilnærmet
bevarede mængder er således kandidater
til vanemæssigt adskillende kvasiklassiske operatorer.
Feltteori er lokal og det er et interessant spørgsmål,
om dén lokalitet på en eller anden måde
udvælger lokale tætheder som kilden til
vanemæssigt adskillende mængder. Det er
næppe nødvendigt at påpege at sådanne
hydrodynamiske variabler hører til blandt hovedvariablerne
i klassisk fysik[13].
I tilfældet med tætheder af bevarede
mængder ville integralerne overhovedet ikke
ændre sig, hvis rumfangene var uendelige. For
mindre områder forventer vi tilnærmet bevaring.
Når, som i hydrodynamik, integralernes ændringshastighed
er del af et tilnærmet lukket system af bevægelsesligninger,
er den resulterende udvikling lige så klassisk
som i tilfældet med bevaring.
[12] Se,e.g.,E.Joos(38),H.Zeh(57),C.Keifer(40),J.Halliwell(25) og
T.Fukuyama og M.Morikawa(15).
[13] For diskussion om, hvordan sådanne hydrodynamiske
variabler udmærker sig i ikke-ligevægt
statistisk mekanik på ikke urelaterede måder
se, e.g., L.Kadanoff og P.Martin(39), D.Forster(14), og
J.Lebovitz(42).
Som diskussionen i Afsnit V og IX viser, vil fysisk
interessante mekanismer for adskillelse virke forskelligt
i forskellige adskillende historier for universet.
For eksempel vil hydrodynamiske variabler, som er defineret
ved et relativt lille sæt rumfang, måske
adskille på visse bestemte steder i rumtiden
i de grene, hvor et tyngdemæssigt kondenseret
legeme (e.g., Jorden) faktisk eksisterer og vil måske
ikke adskille i andre grene, hvor der ikke findes sådan
et kondenseret legeme på det sted. I den sidste
gren er der måske simpelthen ikke nok "inerti"
til, at tætheder, der er defineret med for små
rumfang, kan modstå afvigelser fra forudsigelighed.
På samme måde vil alternative spinretninger
i forbindelse med Stern-Gerlach stråler måske
adskille i de grene hvor en fotografisk plade detekterer
deres stråler og ikke i en gren hvor de rekombinerer
kohærent i stedet. Der findes ingen variabler,
som forventes at adskille universalt. Selv de mekanismer
som er årsag til, at rumtidsgeometrien adskiller
på et bestemt sted, i størrelsesordner
langt over Planck længden, kan ikke nødvendigvis
forventes at virke på samme måde i en gren,
hvor placeringen er i centrum af et sort hul, som i
de grene hvor der ikke er et sort hul i nærheden.
Hvordan beskrives en sådan "gren afhængighed" i den formalisme, vi har udarbejdet? Den beskrives ikke ved at betragte historier, hvor sættet af alternativer på et tidspunkt (k'et i et sæt af P
) afhænger af specifikke alternativer (
'erne) af sæt til tidligere tider. En sådan afhængighed ville ødelægge udledelsen af sandsynligheds sum reglerne fra den fundamentale formel. Der er imidlertid ingen sådan hindring for, at sættet af alternativer på ét tidspunkt afhænger af sættene af alternativer til alle tidligere tidspunkter. Det er ved at udnytte denne mulighed, sammen med muligheden for nuværende vidnesbyrd om tidligere hændelser, at vi korrekt kan beskrive i hvilken forstand der er en gren afhængighed af adskillelse, som vi nu skal diskutere.
Et vidnesbyrd er et nuværende alternativ,
som med stor sandsynlighed er korreleret med et alternativ
i fortiden. Konstruktionen af de relevante sandsynligheder
blev diskuteret i Afsnit IV, inklusive deres afhængighed
af universets begyndelses- tilstand (eller i det mindste
på information som effektivt henviser til den
begyndelsestilstand). Emnet for historie beskrives
mest ærligt som konstruktionen af sandsynligheder
for fortiden, givet sådanne vidnesbyrd. Selv
ikke-kommuterende alternativer som en position og dens
bevægelsesmængde på forskellige,
selv nylige tidspunkter, kan være lagret i nuværende
kommuterende variabler af vidnesbyrd.
Historiernes gren afhængighed bliver fremtrædende,
når man tænker på sæt af alternativer,
som inkluderer vidnesbyrd om bestemte begivenheder
i fortiden. For at illustrere dette, tænk på
eksemplet ovenfor, hvor forskellige slags hydrodynamiske
variabler måske ville adskille, afhængig
af om der var en tyngdemæssig kondensation. Det
sæt af alternativer som adskiller, skal referere
både til vidnesbyrdene om kondensation og til
hydrodynamiske variabler. Hydrodynamiske variabler
med mindre rumfang ville være del af undersættet
med vidnesbyrd om, at kondensationen fandt sted og
vice versa.
Adskillelsens gren afhængighed
fremviser det mest direkte argument mod den opfattelse,
at et klassisk domæne simpelthen burde defineres
i et bestemt sæt variablers størrelser (e.g. værdier
for rumtidsmidlinger af felterne i den klassiske virkning).
Det er usandsynligt, at der findes nogen fysisk interessante
variabler, som adskiller uafhængigt af omstændighederne.
Når der findes en korrelation mellem områder
af værdier af to af et kvasiklassisk domænes
operatorer, er det en målesituation. Ud fra kendskabet til værdien af den ene, kan værdien af
den anden udledes fordi de er korreleret med sandsynlighed
nær 1. Enhver sådan korrelation eksisterer
i nogle grene af universet og ikke i andre; for eksempel
eksisterer målinger i et laboratorium kun i de
grene, hvor laboratoriet faktisk blev bygget!
Vi bruger udtrykket "målesituation" i stedet for "måling" for sådanne
korrelationer for at understrege, at der ikke behøver
være noget så sofistikeret som en "observatør" til stede, for at de kan eksistere. Hvis der er mange betydeligt forskellige kvasiklassiske domæner, kan hvert eneste udvise forskellige målesituationer.
Når korrelationen vi diskuterer er mellem to kvasiklassiske operatorers områder af værdier som vanemæssigt adskiller, som diskuteret i Afsnit
IX, har vi en målesituation, som er en kendt
klassisk. Foruden de kvasiklassiske operatorer kan
et kvasiklassisk domænes meget klassiske maksimale
sæt alternative historier inkludere andre operatorer, som har områder af værdier der er stærkt korreleret med de kvasiklassiske på bestemte tidspunkter. Sådanne operatorer, som normalt ikke adskiller, er i virkeligheden kun inkluderet i det adskillende sæt på grund af deres korrelation med et der vanemæssigt adskiller. I dette tilfælde har vi en målesituation af den slags, der sædvanligvis diskuteres i kvantemekanik. Lad os for eksempel antage, at i det uundgåelige Stern-Gerlach eksperiment er
z af en spin -1/2 partikel korreleret med banen af et atom i et uensartet magnetisk felt. Hvis de to baner adskiller på grund af samspil med noget andet ( atomernes påvirkning
i en fotografisk plade f.eks.), så vil spinretningen
være inkluderet i det maksimale sæt adskillende
historier, fuldt korreleret med de adskillende baneretninger.
Således måles spinretningen.
Bekræftelsen af Københavnerreglen
for, hvornår der kan tildeles sandsynligheder
er øjeblikkelig. Målte mængder er
korreleret med adskillende historier. Adskillende historier
kan tildeles sandsynligheder. Således i to-spalte
eksperimentet (Figur 1), når elektronen samvirker med et apparatur, som bestemmer hvilken spalte den gik igennem, er det adskillelsen af de alternative
konfigurationer af apparaturet, som muliggør
at elektronen kan tildeles sandsynligheder.
Korrelation mellem områderne af værdierne i et kvasiklassisk domæne er den eneste definerende egenskab for en målesituation. Konventionelt er målesituationer blevet karakteriseret på andre måder. Man har set væsentlige egenskaber som værende ikke-reversibilitet, forstærkning udover et vist signal-støj forhold, association med en makroskopisk variabel, muligheden for yderligere association med en lang kæde af sådanne
variabler og dannelsen af varige vidnesbyrd. Der er
blevet gjort forsøg på at tildele nogen
grad af præcision til ord som "ikke-reversibilitet",
"makroskopisk" og "vidnesbyrd"
og at diskutere hvilket niveau af "forstærkning"
, det er nødvendigt at opnå.[14] Medens
sådanne karakteriseringer af måling er
vanskelige at definere præcist,[15] kan nogle
af dem, på en tilnærmet måde, ses
som værende konsekvenser af den definition, som
vi prøver at introducere her som følger:
Korrelation af en variabel med det kvasiklassiske
domæne (i virkeligheden inkludering i dets sæt
af historier) udfører forstærkningen ud
over støj og associationen med en makroskopisk
variabel som kan udstrækkes til en uendelig lang
række af sådanne variabler. Den relative
forudsigelighed af den klassiske verden er en generaliseret
form for vidnesbyrd. Den tilnærmede konstans
af, f.eks. et mærke i en notesbog er bare et
specielt tilfælde; varighed i en klassisk bane
er lige så godt.
Ikke-reversibilitet er mere dunkelt. Et mål
for den er omkostningen (i energi, penge, etc.) ved
at spore faserne der specificerer kohærens og gendanne
dem. Den er intuitivt stor i mange typiske målesituationer.
Et andet, relateret mål er den negative logaritme
af sandsynligheden for at gøre det. Hvis sandsynligheden
for at gendanne faserne i enhver særlig målesituation
var betydelig, så ville vi ikke have den nødvendige
mængde adskillelse. Korrelationen kunne ikke
være indeni sættet af adskillende historier.
Således er denne mængde ikke-reversibilitet
stor. Under mange omstændigheder, hvor faserne
føres til uendelig eller er tabt i fotoner,
som er umulige at genindfange, er sandsynligheden for
gendannelse faktisk nul og situationen er perfekt ikke-reversibel
- uendelig bekostelig at vende om og med nul sandsynlighed
for omvendelse!
At definere en målesituation alene som eksistensen
af korrelationer i et kvasiklassisk domæne, hvis
passende generelle definitioner af maksimalitet og
klassicitet kan findes, ville have fordelene ved klarhed,
økonomi og generalitet. Målesituationer
sker overalt i universet og uden nødvendig indblanding
af noget så sofistikeret som en "observatør". Med denne definition fører produktionen af spaltningsspor i glimmer dybt nede i Jorden, ved henfald af en urankerne, til en målesituation i et kvasiklassisk domæne, hvori sporenes retning adskiller, om så disse spor nogensinde registreres af en "observatør" eller ej.
[14] For en interessant indsats for præcision
se A. Daneri et. al.(6).
[15] Et eksempel på dette hænder i tilfældet "nul målinger" diskuteret af Renninger(50),Dicke(9), og andre. Et atom henfalder i centrum af en sfærisk kavitet. En detektor som dækker alt undtagen en lille åbning i kuglen registrerer ikke. Vi
konkluderer at vi har målt henfaldsprotonens
retning med en akkuratesse som sættes af den
faste vinkel, som dækker åbningen. Der
er bestemt en vekselvirkning mellem det elektromagnetiske
felt og detektoren, men blev den undslupne proton
udsat for en "ikke-reversibel forstærkning"?
Pointen i den nærværende indfaldsvinkel
er, at sættet af alternativer, detekteret og
ikke detekteret, udviser adskillelse på grund
af detektorens placering i universet.
XII. KOMPLEKSE ADAPTIVE SYSTEMER
Vi har et billede af et univers der, som konsekvens
af en bestemt begyndelsestilstand og den grundlæggende
Hamilton, udviser mindst et kvasiklassisk domæne,
som udgøres af passende definerede maksimale
sæt af alternative historier med så meget
klassicitet som muligt. De kvasiklassiske domæner
ville så være en konsekvens af teorien
og dens grænseværdi, ikke en skabt af os.
Hvordan karakteriserer vi så vor placering som
et kollektiv af observatører i universet?
Både enkeltvis og kollektivt er vi eksempler
på den generelle klasse af komplekse adaptive
systemer. Når de indenfor kvantemekanik betragtes
som dele af universet, i færd med at lave observationer,
refererer vi til sådanne komplekse adaptive systemer
som informations -samlende og -anvendende systemer
(IGUS'er: Information Gathering and Utilizing Systems).
Den almindelige karakterisering af komplekse adaptive
systemer er emnet for megen igangværende forskning,
som vi ikke kan diskutere her. Ud fra et kvantemekanisk
synspunkt er den fremmeste egenskab ved et IGUS, at
det, i en slags tilnærmelse, ligegyldigt hvor
groft og klassisk, anvender den fundamentale formel,
med hvad der forstås ved en rudimentær
teori for p, H og kvantemekanik. Sandsynligheder af
interesse for IGUS inkluderer dem der giver sammenhæng
mellem dets hukommelse og den ydre verden. (Typisk
antages denne at være perfekt; ikke altid sådan
en god tilnærmelse!). Den tilnærmede fundamentale
formel bruges til at udregne sandsynligheder på
basis af nugældende data, lave forudsigelser,
kontrollere fremtidige sanseindtryk på basis
af disse forudsigelser (d.v.s. fremvise adfærd),
indsamle yderligere data, lave yderligere forudsigelser
og så videre.
For at udføre dette, bruger et IGUS
sandsynligheder for historier, idet det refererer både
til fremtiden og fortiden. Et IGUS bruger adskillende
sæt af alternative historier og udfører derfor yderligere grovkorning af et kvasiklassisk
domæne. Dets grovkorning er naturligvis meget
grovere end det kvasiklassiske domænes, da det
kun anvender nogle få af universets variabler.
Grunden til at sådanne IGUS'er eksisterer
og fungerer på en sådan måde, skal
søges i deres evolution indeni universet. Det
forekommer sandsynligt, at de udviklede sig til at
lave forudsigelser, fordi det er adaptivt at gøre
det[16]. Derfor er grunden til deres fokus på
adskillende variabler den, at det er de eneste variabler,
der kan laves forudsigelser om. Grunden til deres fokus
på et kvasiklassisk domænes historier er,
at disse udviser tilstrækkelig ensartethed over
tiden (Se Hygge i 4D, Feedback, o.a.) til at tillade frembringelse af modeller (schemata)
med betydelig styrke i forudsigelsen.
Hvis der grundlæggende kun findes et kvasiklassisk
domæne, bruger IGUS'et naturligvis yderligere
grovkorninger af dette. Hvis der er mange grundlæggende
forskellige kvasiklassiske domæner, så
kunne vi antage et subjektivt synspunkt, som i nogle
traditionelle diskussioner om kvantemekanik, og sige,
at IGUS'et "vælger" sit grovkorning
af historier og derfor "vælger" et
bestemt kvasiklassisk domæne, eller et undersæt
af sådanne domæner, til yderligere grovkorning.
Det ville imidlertid være bedre at sige, at IGUS'et
udvikler sig til at udnytte et bestemt kvasiklassisk
domæne eller sæt af sådanne domæner.
Så indtager IGUS'er, inklusive mennesker, ingen
speciel plads og spiller ingen foretrukken rolle i
fysikkens love. De udnytter kun de sandsynligheder
der præsenteres af kvantemekanikken indenfor
et kvasiklassisk domænes rammer.
[16] Måske findes der, som W. Unruh har foreslået, komplekse adaptive systemer, som uden brug af forudsigelser, kan fungere på en yderst kvantemekanisk måde. Hvis det er tilfældet, er de meget anderledes end noget vi kender eller forstår.
Vi har skitseret et program til forståelse af
universets kvantemekanik og laboratoriets kvantemekanik,
hvori ideen om det kvasiklassiske domæne
spiller en central rolle. For at udføre dette
program, er det vigtigt, at færdiggøre
definitionen af det kvasiklassiske domæne ved
at finde den generelle definition på klassicitet.
Når det først er sket, bliver spørgsmålet om hvor mange og hvad slags grundlæggende forskellige kvasiklassiske domæner der findes som følge af p og H, et emne for seriøs teoretisk forskning. Det samme gælder for spørgsmålet om hvad der er de grundlæggende egenskaber ved IGUS'er, der kan eksistere i universet og udnytte forskellige kvasiklassiske domæner, eller det ene, hvis der grundlæggende kun er et.
Det ville være en slående og dybt betydningsfuld kendsgerning om universet, hvis der
blandt dets maksimale sæt af adskillende historier
kun var en nogenlunde ens gruppe med meget højere
klassiciteter end alle de andre. Den ville så
være det kvasiklassiske domæne, fuldstændig uafhængigt af ethvert subjektivt kriterium og virkeliggjort indenfor kvantemekanikken kun ved brug
af universets begyndelsestilstand og elementarpartiklernes
Hamilton.
Om universet udviser et eller mange maksimale sæt forgrenende alternative historier med høje klassiciteter, så er disse kvasiklassiske domæner de mulige arenaer for forudsigelser i kvantemekanik.
Ved første øjekast kunne det i et sådant billede se ud som om kvantemekanikkens
komplementaritet ville gå tabt; i en given situation
ville, f. eks., enten en bevægelsesmængde
eller en koordinat kunne måles, dette ville føre til forskellige historier. Vi tror den opfattelse er
illusorisk. Historierne, hvor en observatør,
som del af universet, måler p og de historier
hvor den observatør måler x, er adskillende
alternativer. Det vigtige punkt er, at et kvasiklassisk
domænes adskillende historier indeholder alle
mulige valg, som kan gøres af alle mulige observatører, som eksisterer nu, i fortiden, og i dette domænes fremtid.
EPR eller EPRB situationen er ikke mere
mystisk. Dér er et valg af målinger på,
f. eksempel en elektron, af
x eller
y , sammenhængende
med opførslen af
x eller
y for en anden
elektron fordi de to tilsammen er i en enkelt spintilstand,
selv om de er adskilt med stor afstand. Igen adskiller
de to målesituationer (for
x og
y ) sig fra hinanden, men her findes der også, i hver, sammenhæng mellem informationen om et spin og informationen, som kan fås om det andet. Denne opførsel, som desværre af nogle forfattere kaldes "ikke lokal", indeholder ikke nogen ikke-lokalitet i
den sædvanlige forstand af kvantefeltteori
og ingen mulighed for signalering udenfor lyskeglen.
Problemet med "den lokale realitet", som
Einstein ville have kunnet lide, er ikke lokaliteten
men realiteten. Kvantemekanik beskriver alternative
adskillende historier og man kan ikke samtidig tildele
forskellige alternativer "realitet", fordi
de er modsætningsfyldte, (komplementære).
Everett(10) og andre(7) har beskrevet denne situation,
ikke ukorrekt, men på en måde som har forvirret
nogle, ved at sige at historierne alle er "lige
virkelige" (hvilket kun betyder at kvantemekanikken
ikke foretrækker nogen frem for andre, bortset
fra ved sandsynligheder), og ved at referere til "mange
verdener" istedet for "mange historier".
Vi konkluderer, at løsningen af tolkningsproblemerne,
som kvantemekanikken frembyder, ikke skal findes ved
yderligere intens undersøgelse af emnet som
det frembyder sig i gentagelige laboratoriesituationer,
men snarere ved en undersøgelse af universets
oprindelse og dets følgende historie. Kvantemekanikken
forstås bedst og mest fundamentalt indenfor kvantekosmologiens
rammer. Grundlæggerne af kvantemekanikken havde
ret, når de pegede på, at noget udenfor
bølgefunktion og Schrödingers ligning er
nødvendigt for at tolke teorien. Men det er
ikke en postuleret klassisk verden, som kvantemekanikken
ikke kan anvendes på. Det er derimod universets
begyndelsestilstand som, sammen med virkningsfunktionen
for de elementære partikler (Hamilton) og kast
af kvante-terninger siden begyndelsen, forklarer de
kvasiklassiske domæners oprindelse indenfor kvantemekanikken selv.
For et emne så stort som dette, ville det være en enorm opgave at gengive litteraturen på en historisk komplet måde. Vi har kun forsøgt at nævne papirer, som vi mener vil være direkte nyttige ved de emner, som nævnes i teksten. De er ikke altid de tidligste eller de seneste. Især har vi ikke forsøgt at gennemse eller citere papirer hvor lignende problemer diskuteres ud fra andre synspunkter.
1. Aharonov, Y., P. Bergmann, and J. Lebovitz. Phys.Rev.
B134(1964):1410.
2. Bohr, N. Atomic Physics and Human Knowledge. New
York: John Wiley, 1958.
3. Caldeira, A.O., and A.J. Leggett. Physica 121A(1983):587.
4. Coleman, S. Nucl. Phys.B310(1988):643.
5. Cooper, L., and D. VanVechten. Am.J.Phys.37(1969):1212.
6. Daneri, A., A. Loinger, and G.M. Prosperi. Nucl.Phys.33(1962):297.
7. DeWitt, B., Physics Today 23(9)(1970)
8. DeWitt, B., and R.N. Graham. The Many Worlds Interpretation
of Quantum Mechanics. Princeton University Press, 1973.
9. Dicke, R.H. Am. J. Phys. 49 (1981):925.
10. Everett, H., Rev.Mod.Phys.29(1957):454.
11. Farhi, E.,J. Goldstone, and S. Gutman. To be published.
12. Feynman, R.P., and J.R. Vernon.Ann.Phys.(N.Y.) 24(1963):118.
13. Finkelstein, D. Trans. N.Y. Acad.Sci. 25(1963):621.
14. Forster, D. Hydrodynamic Fluctuations, Broken Symmetri,
and Correlation Functions. Reading,MA:Benjamin, 1975.
15. Fukuyama, T., and M. Morikawa.Phys.Rev.D39(1989):462.
16. Gell-Mann, M. Unpublished, 1963.
17. Gell-Mann, M. Physica Scripta T15(1987):202.
18. Gell-Mann, M. Physics Today February(1989):50.
19. Geroch, R. Noûs 18(1984):617.
20. Giddings, S., and A. Strominger. Nucl.Phys.B307(1988):854.
21. Graham, R.N. In The Many Worlds Interpretation of
Quantum Mechanics, ed. by B. DeWitt and R.N. Graham.
Princeton University Press, 1973.
22. Griffiths, R. J.Stat.Phys. 36(1984):219.
23. Halliwell, J.J. "Quantum Cosmology: An Introductory
Review." ITP preprint NSF-ITP-88-131,1988.
24. Halliwell, J.J. ITP-preprint NSF-ITP-88-132, 1988.
25. Halliwell, J. Phys.Rev. D39(1989):2912.
26. Hartle, J.B. Am.J.Phys. 36(1968):704.
27. Hartle, J.B., and S.W. Hawking. Phys.Rev. D28(1983):2960.
28. Hartle, J.B. Phys.Rev. D37(1988):2818.
29. Hartle, J.B. Phys.Rev. D38(1988):2985.
30. Hartle, J.B. In Highlights in Gravitation and Cosmology,
ed. by B.R. Lyer, A. Kembhavi, J.V. Narlikar, C.V.
Vishveshwara. Cambridge: Cambridge University Press,
1989.
31. Hartle, J.B. In Procedings of the 5th Marcel Grossmann
Meeting on Recent Developements in General Relativity.
Singapore: World Scientific, 1989.
32. Hartle, J.B. In Procedings of the Osgood Hill Conference
on the Conceptual Problems of Quantum Gravity, edited
by A. Ashtekar and J. Stachel. Boston: Birkhauser,
1990.
33. Hartle, J.B. In Procedings of the 12th International
Conference on General Relativity and Gravitation. Cambridge:
Cambridge University Press, 1990.
34. Hartle, J.B. In Quantum Cosmology and Baby Universes
(Procedings of the 189 Jerusalem Winter School in Theoretical
Physics), edited by S. Coleman, J.B. Hartle, and T.Piran.
Singapore: World Scientific, 1990.
35. Hawking, S.W. Phys. Lett. B195(1983):337.
36. Hobson, A. Concepts in Statistical Mechanics. New
York: Gordon and Breach, 1971.
37. Joos, E., and H.D. Zeh. Zeit. Phys. B59(1985):223.
38. Joos, E. Phys. Lett. A116(1986): 6.
39. Kadanoff, L., and P. Martin. Ann. Phys. (N.Y.) 24
(1963):419.
40. Keifer, C. Class. Quant. Grav. 4(1987):1369.
41. Landau, L., and E. Lifshitz. Quantum Mechanics.
London: Pergamon, 1958.
42. Lebovitz, J. Physica 140A(1986):232.
43. Lloyd, S. Private communication.
44. London, F., and E. Bauer. La théorie de l'observation
en méchanique quantique. Paris: Hermann, 1939.
45. Mukhanov, V.F. In Procedings of the Third Seminar
On Quantum Gravity, ed. by M.A. Markov, V.A. Berezin,
and V.P. Frolov. Singapore: World Scientific, 1985.
46. Omnès, R. J. Stat. Phys. 53(1988):893.
47. Omnès, R. J. Stat. Phys. 53(1988):933.
48. Omnès, R. J. Stat. Phys. 53(1988):957.
49. Peirls, R.B. In Symposium on the Foundations of
Modern Physics, ed. by P. Lahti and P. Mittelstaedt.
Singapore: World Scientific, 1985.
50. Renninger, M. Zeit. Phys. 158(1960):417.
51. Rosenkrantz, R.D., ed. E.T. Jaynes: Papers on Probability,
Statistics, and Statistical Physics. Dordrecht: D.
Reidel, 1983.
52. Unruh, W. In New Techniques and Ideas in Quantum
Measurement Theory, edited by D.M. Greenberger. Vol.
480, Ann. N.Y. Acad. Sci. New York: New York Academy
of Science, 1986.
53. Vilenkin, A. Phys. Rev. D33(1986):3560.
54. Wheeler, J.A. Rev. Mod. Phys. 29(1957):463.
55. Wigner, E. Am. J. Phys. 31(1963):6.
56. Zeh, H. Found. Phys. 1(1971):69.
57. Zeh, H. Phys. Lett. A116(1986):9.
58. Zurek, W.H. Phys. Rev. D24(1981):1516.
59. Zurek, W.H. Phys. Rev. D26(1982):1862.
60. Zurek, W.H. In Non-Equilibrium Quantum Statistical
Physics, edited by G. Moore and M. Scully. New York:
Plenum Press, 1984.
61. Zurek, W.H. Phys. Rev. A40(8)(1989):4731-4751.

o.a.: kohæ'rent (lat.) sammenhængende; kohæ'rens sammenhæng mods. inkohærens; ko'hærer en art detektor, der benyttedes i radiotelegrafiens første tid; kohæ'rere hænge sammen; kohæsion sammenhængskraft; kohæ'siv som frembringer sammenhæng, binder sammen.
inkohæ'rens (lat.) det at være inkohærent; inkohæ'rent usammenhængende.
Yderligere læsning:
Equivalent Sets of Histories and Multiple Quasiclassical Realms, Murray Gell-Mann and James B. Hartle, gr-qc/9404013.
Oversat fra Quantum Mechanics in the Light of Quantum Cosmology i "Complexity, Entropy and the Physics of Information", Edited by Woiciech H. Zurek, Santa Fe Institute and Los Alamos National Laboratory, Volume VIII, ISBN 0-201-51506-7, Addison-Wesley 1991.
