Bu makale, kuantum teorisinin ortaya çıkardığı felsefi meselelere genel bir bakış sunmakta ve Stanford Felsefe Ansiklopedisi'ndeki diğer maddelerde yer alan daha derinlemesine incelemeler için bir rehber niteliği taşımaktadır. Çağdaş fiziğin temel bir parçası olmasına rağmen, kuantum teorisinin ampirik başarısının fiziksel dünya hakkında bize ne söylediği konusunda fizikçiler veya fizik felsefecileri arasında bir fikir birliği yoktur. Bu durum, "kuantum mekaniğinin yorumlanması" olarak bilinen felsefi meseleler bütününü doğurur. Bu terminoloji, elimizde fiziksel dünyayla bağlantısı olmayan, yorumlanmamış bir matematiksel formalizm olduğu düşüncesine yol açmamalıdır. Aksine, belirli durum hazırlama prosedürlerine tabi tutulan sistemler üzerinde gerçekleştirilen deneylerin sonuçlarının olasılıklarını hesaplamaya yönelik reçetelerden oluşan ortak bir operasyonel çekirdek mevcuttur. Kuantum mekaniğinin farklı "yorumları" olarak adlandırılan yaklaşımlar, bu ortak çekirdeğe ne eklendiği konusunda birbirinden ayrılır. İki ana yaklaşım olan gizli değişkenler kuramları ve çökme kuramları, standart kuantum mekaniğinden farklı fiziksel teorilerin formülasyonunu içerir; bu da "yorum" terminolojisini daha da uygunsuz kılmaktadır.
Kuantum Mekaniğinin Yorumlanması ve Gerçeklik Sorunu
Kuantum teorisiyle bağlantılı felsefi literatürün büyük bir kısmı, teoriyi veya onun uygun bir uzantısını ya da revizyonunu realist terimlerle yorumlayıp yorumlamamamız gerektiği ve eğer öyleyse bunun nasıl yapılması gerektiği sorunu etrafında toplanır. "Ölçüm Problemi" olarak adlandırılan konuya yönelik çeşitli yaklaşımlar, bu sorulara farklı cevaplar sunar. Ancak felsefi ilgi uyandıran başka sorular da mevcuttur. Bunlar arasında kuantum yerel olmamasının (nonlocality) uzay-zaman yapısı ve nedensellik anlayışımız üzerindeki etkisi, kuantum durumlarının ontolojik karakteri, kuantum mekaniğinin bilgi teorisi üzerindeki çıkarımları ve kuantum teorisini hem gerçek hem de varsayımsal diğer teorilere göre konumlandırma görevi yer almaktadır. Bu başlıkların her biri, ilgili literatüre ve Stanford Ansiklopedisi'ndeki ilgili maddelere bir giriş sağlama amacıyla ele alınmaktadır.
Klasik Fizikten Kuantum Mekaniğine Geçiş
Klasik fizikte, herhangi bir fiziksel sistemle bir durum uzayı ilişkilendirilir; bu uzay, sistemin durumunu karakterize eden dinamik değişkenlere değer atamanın tüm olası yollarını temsil eder. Çok fazla serbestlik derecesine sahip sistemler için, sistemin durumunun tam bir spesifikasyonu mevcut olmayabilir veya kullanışsız olabilir; klasik istatistiksel mekanik, sistemin durum uzayı üzerinde bir olasılık dağılımı kullanarak bu durumla başa çıkar. Bazı fiziksel niceliklere bir veya sıfır dışında herhangi bir olasılık atayan bir olasılık dağılımı, sistemin durumunun eksik bir spesifikasyonu olarak kabul edilir. Kuantum mekaniğinde ise durum farklıdır. Tüm fiziksel niceliklere kesin değerler atayan hiçbir kuantum durumu yoktur ve olasılıklar teorinin standart formülasyonuna dahil edilmiştir.
Operatörler ve Gözlemlenebilirlerin Doğası
Bir sistemin kuantum teorisini formüle ederken, genellikle o sistemin klasik mekanik teorisinin Hamiltonyen veya Lagranjiyen formülasyonuyla başlanır. Klasik mekaniğin Hamiltonyen formülasyonunda, bir sistemin konfigürasyonu bir dizi koordinatla temsil edilir. Bunlar, örneğin bir dizi nokta parçacığın konumları olabilir, ancak katı bir cismin yönelimini belirleyen açısal koordinatlar gibi daha genel durumlar da düşünülebilir. Her koordinat için ilişkili bir eşlenik momentum vardır. Eğer koordinat bir nesnenin konumunu gösteriyorsa, o koordinata eşlenik olan momentum genellikle "momentum" dediğimiz şey, yani cismin kütlesi ile hızının çarpımı olabilir. Eğer koordinat bir açı ise, ona eşlenik olan momentum bir açısal momentumdur.
Fiziksel bir sistemin kuantum teorisinin inşası, ilk olarak dinamik serbestlik derecelerinin operatörlerle ilişkilendirilmesiyle ilerler. Bunlar, üzerlerinde çarpma ve toplama işlemlerinin yanı sıra reel ve karmaşık sayılarla çarpma işleminin tanımlandığı matematiksel nesnelerdir. Bunu söylemenin bir başka yolu da operatörler kümesinin bir cebir oluşturduğudur. Tipik olarak, bir operatörün bir gözlemlenebiliryi temsil ettiği ve bir sistem üzerindeki bir deneyin sonucunun belirli bir gözlemlenebilir için bir değer verdiği söylenir. Eğer aynı anda değerler veren olası bir deney varsa, iki veya daha fazla gözlemlenebilirin uyumlu olduğu söylenir.