Understanding quantum phenomena

Le Bihan S (2008)
Bielefeld (Germany): Bielefeld University.

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OA
Bielefeld Dissertation | English
Author
Supervisor
Carrier, Martin (Prof. Dr.)
Alternative Title
Zum Verständnis von Quantenphänomenen
Abstract
In meiner Dissertation beschäftige ich mich mit der Frage: Inwieweit kann die Philosophie der Physik uns erklären, wie die Welt aufgrund unserer besten Theorien der Physik aussieht? Meine Analyse schlägt eine bescheidene Sicht der möglichen Leistungen seitens der Philosophie der Physik vor. Ich argumentiere, dass die Philosophie der Physik uns helfen kann zu bestimmen, welche Art von Welten mit unseren besten Theorien verträglich ist, dass man jedoch nicht von ihr erwarten kann, dass sie bestimmte Schlussfolgerungen über die grundlegende Struktur der Welt liefert. Meine Analyse konzentriert sich auf die Quantenmechanik und weiterhin auf Bell-artige Phänomene, für die die obige Frage besondere Relevanz hat. Erstens, obwohl die Quantenmechanik eine unserer experimentell am besten bewährten Theorien darstellt, ist die Frage, welche Art von Welt die Theorie beschreibt, immer noch eine strittige Angelegenheit. Verschiedene Möglichkeiten konkurrieren immer noch miteinander. Ich beschäftige mich mit diesem Problem im ersten Teil der Dissertation und argumentiere, dass es nicht die Rolle der Philosophie der Physik ist, Wahlkriterien zu erstellen, sondern die metaphysischen Entscheidungen, die sich mit den verschiedenen Wahlen verbinden, und auch die Probleme, die sich ergeben, darzulegen. Zweitens hat man behauptet, dass gewisse Quantenphänomene, nämlich die Phänomene, die man in den Experimenten, die mit Bells Theorem verbunden sind, beobachtet, das Tor zu einer "experimentellen Metaphysik" öffnen. Experimentelle Metaphysik besteht in der Ansicht, dass wir metaphysische Schlüsse aus experimentellen Resultaten ziehen können. John Bell hat gezeigt, dass jede Theorie, die die Phänomene als Resultate von lokalen Wechselwirkungen physikalischer Systeme mit bestimmten Eigenschaften beschreibt, notwendigerweise mit Beschränkungen der statistischen Verteilung der Messungsergebnisse übereinstimmt. Experimente zeigen, dass Quantenphänomene diese Beschränkungen verletzen. Aufgrund des modus tollens allein schließt das ein, dass jede Theorie, die sich mit allen Quantenphänomenen verträgt, die Welt entweder als nichtlokal oder als bestehend aus Systemen, die keine bestimmten Eigenschaften besitzen, beschreiben muss. Dies wiederum scheint uns zu zwingen, entweder eine Art von Nichtlokalität oder eine Art von Unterdeterminierung in der Welt zu akzeptieren. Vertreter der experimentellen Metaphysik behaupten, dass Bell-artige Phänomene uns dazu zwingen, eine Art von Nichtlokalität in der Welt zu akzeptieren, allerdings eine Art, die sie als harmlos betrachten, weil sie von nichtkausaler Art ist. Das Problem, das ich in dieser Behauptung sehe, besteht darin, dass sie nicht auf einer strengen Charakterisierung von Lokalität und Kausalität gründet. Im zweiten Teil meiner Dissertation liefere ich solche strenge Charakterisierungen. Ich zeige, dass solche Charakterisierungen diese gewichtigen metaphysischen Behauptungen nicht unterbauen, und so unterhöhle ich die allgemeine Idee, dass wir metaphysische Fragen allein auf der Grundlage unserer besten physischen Theorien entscheiden könnten. Mehr positiv gesehen zeige ich weiterhin, dass diese Behauptungen gestützt werden können, wenn man ihre Reichweite auf die empirische Ebene beschränkt und so einen neuen Weg zum Verständnis Bell-artiger Phänomene ebnet.

In my dissertation, I address the question: To what extent can philosophy of physics tell us what the world is like on the basis of our best theories of physics? My analysis suggests a modest view of the possible achievements of philosophy of physics. I argue that philosophy of physics can help us determine what kinds of worlds are consistent with our best theories, but cannot be expected to yield definite conclusions about the fundamental fabric of the world. My analysis focuses on quantum mechanics and then on Bell-type phenomena, for which the question above has a particular resonance. First, whereas quantum mechanics is one of our most experimentally well-confirmed theories, the question of what kind of world the theory is describing is still a matter of controversy. Various options are still competing. I address this problem in the first part of the dissertation, and I argue that it is not the role of philosophy of physics to impose criteria of choice but rather to lay out the metaphysical commitments associated with these options, as well as the problems that they face. Second, it has been claimed that some quantum phenomena, that is the phenomena observed in the experiments associated with Bell's theorem, open the door to "experimental metaphysics". Experimental metaphysics is the view that we can derive metaphysical conclusions from experimental results. John Bell has demonstrated that any theory that describes the phenomena as resulting from local interactions between physical systems with determinate properties necessarily satisfies some constraints on the statistical distributions over measurement outcomes. Experiments show that quantum phenomena violate these constraints. By a simple modus tollens, this implies that any theory that is consistent with all quantum phenomena must describe the world either as non-local, or as made of systems that do not have determinate properties. This in turn seems to force us to accept either a form of non-locality, or a form of undeterminateness in the world. Advocates of the experimental metaphysics program claim that Bell-type phenomena force us to accept a form of non-locality in the world, but a form that they deem benign because it is of a non-causal type. The problem I see with this claim is that it does not rely on any rigorous characterization of locality and causality. In the second part of my dissertation, I provide such rigorous characterizations. I show that such characterizations do not support these strong metaphysical claims, thus undermining the general idea that we could settle metaphysical questions solely on the basis of our best physical theories. On a more positive note, I also show that these claims can be supported if one restricts their scope to the empirical level, thus providing a new way to understand Bell-type phenomena.
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Le Bihan S. Understanding quantum phenomena. Bielefeld (Germany): Bielefeld University; 2008.
Le Bihan, S. (2008). Understanding quantum phenomena. Bielefeld (Germany): Bielefeld University.
Le Bihan, S. (2008). Understanding quantum phenomena. Bielefeld (Germany): Bielefeld University.
Le Bihan, S., 2008. Understanding quantum phenomena, Bielefeld (Germany): Bielefeld University.
S. Le Bihan, Understanding quantum phenomena, Bielefeld (Germany): Bielefeld University, 2008.
Le Bihan, S.: Understanding quantum phenomena. Bielefeld University, Bielefeld (Germany) (2008).
Le Bihan, Soazig. Understanding quantum phenomena. Bielefeld (Germany): Bielefeld University, 2008.
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