Tempus Fugit

David Bohm hade en lång och produktiv karriär. Jag tänker här i första hand fokusera mej på den hidden variables-teori som han utvecklade under 1950-talet, och skriva mindre om hans senare utveckling.

David Bohm, som som var vän med Einstein, var inte nöjd med den kvantfysiska ortodoxin i början av 50-talet. Hans alternativ gick ut på att både partikeln och dess vågfunktion existerade hela tiden, samtidigt. Varje partikel existerar kontinuerligt och har en sorts våg som följer med den kontinuerligt. Partikeln har i verkligheten ett exakt läge, en exakt hastighet och en exakt riktning i varje ögonblick. Bohm var i sin ungdom vänsterradikal och hans avsikter inom kvantmekaniken var först att återupprätta en mer common sense-artad materialism. Han använde sej av två ekvationer; en för partikeln och en för "kvantpotentialen".

Bohm skapade tydligen denna teori sjävständigt, först omedveten om att de Broglie hade varit inne på liknande tankegångar redan på 20-talet, vilket Einstein och Wolfgang Pauli upplyste honom om. de Broglie hade skapat Pilot wave teorin som gick ut på att vågen som följde med varje partikel påverkade partikelns bana och styrde den, därav namnet "pilotvåg". De Broglies teori var dock ofullständig och hade bara en ekvation för vågen. de Broglie som hade övergett sin teori för länge sen skulle komma att bli en anhängare av Bohm teori.

För Köpenhamnstolkningen så råder våg/partikel-dualitet. Det elementära kan uppvisa antingen våg- eller partikelegenskaper, men aldrig exakt samtidigt. Vågfunktionen tolkas som sannolikheten att hitta en partikel.

Tänk dej t.ex en hundvalp som springer bort. Ju längre tiden går desto längre bort kan den vara från hemmet. Dess vågfunktion sprids som ringar på vattnet. Dock hävdar Köpenhamnstolkningen att valpen inte finns förrän vi hittar den och att vågfunktionen inte finns heller. Det är bara lite matematik i skallarna på oss.

Jag har vagt kallat Köpenhamnstolkningen för instrumentalistisk och positivistisk, men den säger snarare att det som inte syns inte finns och bör kanske snarare kallas fenomenalistisk. Trädet som faller i skogen när ingen hör låter inte, för det finns inte när ingen observatör observerar det. Ingen verkar lyfta fram Biskop Berkeley som en föregångare till köpenhamnstolkningen, men jag tycker att det verkar vara en minst lika rimlig tolkning som alla andra. Bohm sade sej gilla Spinoza (m.fl.)

Det är lite lustigt att det som anses vara en "dold variabel" alltså är partikeln. Den kallas så eftersom Köpenhamnstolkningen inte räknar med den som en variabel, där används enbart vågfunktionen. Ändå så är det ju partiklarna som bygger upp de objekt som vi ser omkring oss till vardags, det gör inte vågfunktionerna som enbart syns som teoretiska konstruktioner.

Denna bohm-mekanik förklarar alla experimentella observationer lika bra som köpenhamnstolkningen, men är tydligt mindre populär bland fysiker. Alla de olika "tolkningarna" av kvantfysiken som jag går igenom här är lika bra på att förklara experiment. åtminstone så råder det ingen bred enighet bland forskare om att någon särskild tolkning skulle vara bättre, snarare så anser folk att just deras favorittolkning är lite bättre på att förklara observationer än de andra. Något som skiljer bohmmekaniken från köpenhamnstolkningen är att bohmmekaniken är mer realistisk och känns lättare att begripa. Man kan tycka att ett ämne som kvantfysik inte bör krånglas till i onödan.

Så en hidden variables teori är alltså möjlig, för en sådan har existerat åtminstone sedan 1952, och den har inslag som inte är lokal realistiska, såsom det är bevisat att en hidden variables teori måste ha. Däremot så tycks det finnas vanliga föreställningar bland kvantfysiker att sådana teorier egentligen är omöjliga  och att det är ett eller annat allvarligt fel på Bohmmekaniken.  Men det tycks det inte vara.

Från 1990-talet och frammåt så har de Broglie-Bohm-teori varit den tredje största strömningen inom kvantmekanisk teori, efter köpenhamnstolkningen och mångavärldarteori. Dock dröjde det länge innan den uppmärksammades och uppskattades. Att Bohm tvingades i exil som misstänkt kommunist bidrog säkert, liksom den allmänt spridda övertygelsen bland fysiker att hidden-variables-teorier var omöjliga och att köpenhamnstolkningen hade besegrat alla alternativ.

Han var tvungen att lämna USA under McCarthyeran och bodde först tre år i Brasilien och två år i Israel innan han bosatte sej mer permanent i Storbritannien. I sin ungdom så hade han varit med i en kommunistisk förening och även andra verksamheter som FBI under J. Edgar Hoover räknade som kommunistiska.

I samband med att han skapade bohmmekaniken så skapade Bohm även quantum decoherence som är ett (då) nytt sätt att tolka vågfunktionens kollaps. Vågfunktionen kollapsar ju egentligen inte enl. Bohm som den gör för Köpenhamnstolkningen, men skenbart så tycks den göra det. Quantum decoherence är en metod som har blivit allt populärare med tiden, även för fysiker som inte är anhängare av bohmmekanik. Mångavärldarteorin bygger på quantum decoherence liksom även coherent histories-tolkningen gör. Även en del anhängare av köpenhamnstolkningen har börjat använda sej av quantum decoherence som en rent teknisk metod.

Efter Bohm kom det med tiden allt fler tolkningar av kvantmekaniken. Bohm har även sammarbetat med Aharonov, som skapade den tidssymmertiska kvanttolkningen, och med Vigier, som förespråkade den stokastiska tolkningen av kvantmekaniken. Den stokastiska tolkningen bygger på idéer som går tillbaks till 20-talet. Vigier hade liksom Bohm ett marxistiskt förflutet och sammarbetade dessutom med de Broglie.

"In a letter to Markus Fierz, [Wolfgang] Pauli used his bitter irony, writing that he was not surprised with the alliance between de Broglie and Vigier aiming to restore determinism to physics. He argued that both Catholics and Communists depended on determinism for reassuring their eschatological faiths, the former in the heaven after earthy life, the latter in the heaven still on earth."

(s.30)

“I was much amused by the onslaught on David Bohm, with whom I had a long discussion on this subject in New York, in Sept. 51. Half a dozen of the most eminent scientists have got their knife into him. Great honour for somebody so young;”

-Dennis Gabor

Påpekas kan att Einstein var kritisk till Bohms kausala tolkning och att von Neumann närmast tycktes vara neutral. Själva uttrycket "köpenhamnstolkningen" skapades först i opposition till Bohms kausala tolkning.

1961 publicerade Aharonov och Bohm Aharonov-Bohm-effekten som lätt kunde tolkas ickelokalt, vilket inte var en populär tolkning.

Bohm utforskade de nonlokala implikationerna av sin teori. John S Bell gav ut Bells teorem 1964 som enligt honom själv visade att alla kvantteorier måste vara ickelokala. Andra hävdar att han bara har visat att lokalrealistiska hidden variables-teorier är omöjliga. Bell själv var imponerad av Bohms kausala kvantmekanik, som inte var lokalrealistisk. Han hade i början av 50-talet funderat på att specialisera sej på bohms kausala tolkning. Vad han senare gjorde var att visa att von Neumanns argument mot hidden variables-teorier var felaktigt.

Psykologen Pribram började under 60-talet att undersöka om minnet var holografiskt kodat i hjärnan, dvs inte hade något centra utan fanns lite överallt. Han kontaktade Bohm som hade en teori om en implicit ordning i kosmos, som till skillnad från den explicita ordningen var holografisk till sin natur.

Efter ca 1970 så ändrade Bohms skrivande karaktär och han ängnade sej åt begrepp som implicate order, holomovement, thought as a system och Bohm dialouges. Medan determinism och kausalitet var viktiga för Bohmmekaniken så var sådana begrepp inte lika centrala för Bohms senare teoretiserande. I sin senare utveckling så var han antagligen påverkad av sin guru Krishnamurti. Bland Bohms filosofiska influenser nämns Hegel, Schopenhauer och Whitehead.

Tillsammans med Basil Hiley så utvecklade Bohm sin teori vidare. De gav ut artiklar från 1970 och frammåt och första gemensamma boken 1975.

"We bring out the fact that the essential new quality implied by the quantum theory is nonlocality; i.e., that a system cannot be analyzed into parts whose basic properties do not depend on the state of the whole system. This is done in terms of the causal interpretation of the quantum theory, proposed by one of us (D.B.) in 2952, involving the introduction of the quantum potential. We show that this approach implies a new universal type of description, in which the standard or canonical form is always supersystem-system-subsystem; and this leads to the radically new notion of unbroken wholeness of the entire universe. Finally, we discuss some of the implications of extending these notions to the relativity domain, and in so doing, we indicate a novel concept of time, in terms of which relativity and quantum theory may eventually be brought together."

Bohm dog 1992 och deras sista gemensamma bok gavs ut 1993. Hiley har efter det arbetat vidare utan Bohm och har bl.a sammarbetat med Paavo Pylkkänen.

andra bloggar om

vetenskapshistoria,kvantmekanik,kvantfysik,fysik,

Han föddes i Österrike 1887i en överklassfamilj. Schrödingers far var fabrikör och hans morfar var professor. Fadern var lutheran och modern katolik. Han lärde sej både engelska och tyska flytande i hemmet.

Han visade begåvning inom matematik och fysik. Vid universitetet studerade han teoretisk fysik.

Vid ww1s utbrott 1914 så blev han sänd till italienska gränsen men fortsatte sitt teoretiska arbete i fält och skickade hem papper från fronten i Italien och Ungern. Han fick även ett omnämnande för utmärkt ledarskap under ett fältslag. Efter kriget flyttade han mellan olika platser och positioner och gifte sej 1920.

“Love a girl with all your heart and kiss her on her mouth : then time will stand still and space will cease to exist”.

-Schrödinger, 1919

Hans karriär byggde på fysikforskning men han forskade även i färgseende, inspirerad av Schopenhauer, som han tidigt hade uppskattat. Han bodde i Zürich en längre tid, från 1921 till -27. 1924 började han fördjupa sej i kvantfysik. I november 1925 höll han ett seminarium om de Broglie och en student anmärkte att det borde finnas en vågfunktion. Några veckor senare hade Schrödinger funnit den. Han publicerade sina resultat 1926 och fick stående ovationer av fysiksamfundet (bildligt talat.) Han fick så ett erbjudande om att efterträda Planck på stolen för teoretisk fysik i Berlin, och han flyttade dit 1927. Heisenberg och Schrödinger hade även filosofiska skäl att föredra sina egna ekvationer framför varandras.

"God knows I am no friend of probability theory, I have hated it from the first moment when our dear friend Max Born gave it birth. For it could be seen how easy and simple it made everything, in principle, everything ironed and the true problems concealed. Everybody must jump on the bandwagon [Ausweg]. And actually not a year passed before it became an official credo, and it still is."

-Schrödinger, 1946

(Presstop: Detta fick jag reda på idag när jag nästan var färdig med den här posten. Tala om lustigt sammanträffande.)

Han fick Nobelpriset 1933 tillsammans med Paul Dirac som hade lyckats göra en relativistisk variant av vågfunktionen. Schrödinger fick reda på att han hade tilldelats priset strax efter att han hade anlänt till Oxford dit han nu flyttade, delvis för att han ogillade den politiska utvecklingen nere på kontinenten. Officiellt räknades Schrödinger som katolik och var inte i någon direkt personlig fara. Han förhandlade om en permanent anställning vid Princeton men det blev inget av med det. På det hela taget så hade engelsmännen svårt att svälja att han inte bara hade sin fru med sej utan även sin gravida älskarinna som var gift med en av hans bästa vänner. Schrödingers första dotter föddes i maj 1934. Hon uppfostrades av en pappa och två mammor.

"His [Erwin Schrödinger's] private life seemed strange to bourgeois people like ourselves. But all this does not matter. He was a most lovable person, independent, amusing, temperamental, kind and generous, and he had a most perfect and efficient brain."

— Max Born

Strax efter att Einstein hade publicerat EPR-paradoxen 1935 så publicerade Schrödinger en vidareutveckling av resonemangen i EPR-texten där Schrödinger för första gången myntade begreppet "entanglement". Han använde även uttrycket "steering".

Han brevväxlade flitigt med Einstein under denna tid och influerad av ett tankeexperiment av Einstein (involverandes en krutdurk) så skapade han sitt kattexperiment, urspungligen tänkt som en kritik av idén med superpositioner, men det har senare använts och tolkats på flera sätt.

1936 försökte han flytta tillbaka till Österrike och fick en position vid Graz. 1938 annekterade Nazityskland Österrike och universitetet där han jobbade döptes om till Adolf Hitlers Universitet. Schrödinger försökte först att vara regimen till lags men han avskedades och råddes att ta ett industrijobb. Så Schrödinger flydde åter landet och hamnade så småningom i Dublin 1939. Han skulle stanna där i 17 år.

I What is life 1944 så analyserar han bl.a ärftlighet och kommer fram till att en trolig teori är att det finns en stor molekyl som bär information mellan generationerna. Francis Crick, upptäckare av DNA-molekylen har nämnt denna bok som en viktig inspirationskälla för sitt arbete. Schrödinger skriver även om entropi och negentropi. Mot slutet av boken så kommer han in på hinduisk mystik.

1947 trodde han att han hade gjort ett stort genombrott inom förenad fältteori, men Einstein svarade snart att det inte var mycket bevänt med det.

"… I believe I am right, I shall look an awful fool if I am wrong."

-Schrödinger

Han hann även skaffa sej två döttrar till, med två olika irländska kvinnor, medan han bodde i Dublin. Han publicerade även en bok om antik grekisk vetenskap och filosofi 1954. Schrödinger pensionerades 1956 och återvände då till Vien där han gav ut sin sista bok, Meine Weltansicht, 1961. Han dog 1961 i tuberkulos, 74 år gammal.

Schrödinger flyttade mellan olika ställen och jobb mest hela sitt liv. Han gjorde även insatser inom skilda vetenskapliga områden och började inte med kvantfysik förrän två år innan han publicerade sina epokgörande uppsatser. Han hade även ett flertal kvinnliga bekanta under hela sitt liv, som hans fru dock var helt medveten om. Polyamouri innebär alltså att alla inblandade är medvetna om och accepterar arrangemanget, till skillnad från otrohet, som var mer normalt.

Även om vetenskapen var hans partner så hade han även en älskarinna och det var hinduismen och mystiken. Han var även inspirerad av hinduismens mystiska världsbild i sitt vetenskapliga arbete. I sin ungdom hade han varit fascinerad av Schopenhauer och fortsatte därefter att fördjupa sej i vedantaskrifterna och annan österländsk mystik. Vedantaskrifterna var relativt nyöversatta och det var hippt bland flera västerländska intellektuella att vara intresserade av dem. (Alla rökte även pipa och när två fysiker träffades informellt så satte de sej ner och spelade något klassiskt stycke tillsammans.) Schrödinger verkar dock ha varit en av de mer pålästa och övertygade. Det fanns även uttalade ateister som Dirac.

"Let me say at the outset, that in this discourse, I am opposing not a few special statements of quantum mechanics held today (1950s), I am opposing as it were the whole of it, I am opposing its basic views that have been shaped 25 years ago, when Max Born put forward his probability interpretation, which was accepted by almost everybody."

-Schrödinger

Sina sista år så förnekade han våg/partikel-dualismen och tolkade istället allt som vågor vilket orsakade en del kontrovers.

"I insist upon the view that 'all is waves'."

9th of November, 1959, in a letter to John Lighton Synge

"What we observe as material bodies and forces are nothing but shapes and variations in the structure of space."

Erwin Schrodinger

"But maybe that is our mistake: maybe there are no particle positions and velocities, but only waves. It is just that we try to fit the waves to our preconceived ideas of positions and velocities. The resulting mismatch is the cause of the apparent unpredictability."

(Stephen Hawking, 1988)

"Fas och frekvens för en våg i tidsplanet är analoga med position och rörelsemängd för en våg i rummet."

sv.wikipedia.

Även om kvantmystiker oftast brukar betona medvetandets betydelse för fysiken så var Schrödinger vetenskaplig realist i stil med Einstein och de Broglie. Han var dock anhängare av nån form av monism, inspirerad av Vedanta, där det egentligen inte var någon skillnad mellan subjekt och objekt, och där även världens mångfald och komplexitet huvudskligen var illusorisk. Som Schopenhauer så döpte han sin hund till Atman.

He rejected traditional religious beliefs (Jewish, Christian, and Islamic) not on the basis of any reasoned argument, nor even with an expression of emotional antipathy, for he loved to use religious expressions and metaphors, but simply by saying that they are naive.

Walter J. Moore