Što je tumačenje iz Kopenhagena?

Tumačenje Kopenhagena je objašnjenjekvantne mehanike, koju su formulirali Niels Bohr i Werner Heisenberg 1927. godine kada su znanstvenici radili zajedno u Kopenhagenu. Bohr i Heisenberg uspjeli su poboljšati vjerojatnosnu interpretaciju funkcije, koju je formulirao M. Born, i pokušali odgovoriti na brojna pitanja, čija je pojava posljedica dualizma čestica-val. Ovaj će se članak ispitati glavne ideje kopenhaške interpretacije kvantne mehanike i njihov utjecaj na suvremenu fiziku.

problemi

Pozvane su interpretacije kvantne mehanikefilozofski pogledi na prirodu kvantne mehanike kao teorije koja opisuje materijalni svijet. Uz njihovu pomoć bilo je moguće odgovoriti na pitanja o biti fizičke stvarnosti, načinu njezina proučavanja, prirodi uzročnosti i determinizma, kao i suštini statistike i njenom mjestu u kvantnoj mehanici. Kvantna mehanika smatra se najzvučnijom teorijom u povijesti znanosti, ali još uvijek nema konsenzusa u njenom najdubljem razumijevanju. Postoji niz interpretacija kvantne mehanike, a danas ćemo pogledati najpopularnije od njih.

Glavne ideje

Kao što znate, fizički svijet sastoji se od kvantapredmeti i klasični mjerni instrumenti. Promjena stanja mjernih uređaja opisuje nepovratan statistički postupak promjene karakteristika mikroobjekata. Kada mikro-objekt stupi u interakciju s atomima mjernog uređaja, superpozicija se smanjuje u jedno stanje, odnosno smanjuje se valna funkcija mjernog objekta. Schrödingerova jednadžba ne opisuje ovaj rezultat.

U smislu tumačenja iz Kopenhagena,kvantna mehanika ne opisuje same mikro-objekte, već njihova svojstva koja se očituju u makro-uvjetima stvorenim tipičnim mjernim instrumentima tijekom promatranja. Ponašanje atomskih objekata ne može se razlikovati od njihove interakcije s mjernim instrumentima koji bilježe uvjete za podrijetlo pojava.

Pogled na kvantnu mehaniku

Kvantna mehanika je statička teorija.To je zbog činjenice da mjerenje mikroobjekta dovodi do promjene njegovog stanja. Tako nastaje vjerojatnosni opis početnog položaja predmeta opisan valnom funkcijom. Kompleksna valna funkcija središnji je pojam u kvantnoj mehanici. Valna funkcija mijenja se u novu dimenziju. Rezultat ovog mjerenja vjerojatnosno ovisi o valnoj funkciji. Samo kvadrat modula valne funkcije ima fizičko značenje, što potvrđuje vjerojatnost da se mikro-objekt koji se proučava nalazi na određenom mjestu u svemiru.

U kvantnoj mehanici zakon uzročnostiispunjen je s obzirom na valnu funkciju koja se mijenja u vremenu ovisno o početnim uvjetima, a ne s obzirom na koordinate brzine čestica, kao u klasičnoj interpretaciji mehanike. S obzirom na to da je samo kvadrat modula valne funkcije obdaren fizičkom vrijednošću, njegove se početne vrijednosti u načelu ne mogu odrediti, što dovodi do određene nemogućnosti dobivanja točnih saznanja o početnom stanju sustava kvanta.

Filozofska pozadina

S filozofskog gledišta, osnova kopenhagenske interpretacije su epistemološka načela:

1. Promatranost. Njegova je bit u isključenju iz fizikalne teorije onih izjava koje se ne mogu provjeriti izravnim promatranjem.
2. Komplementarnosti. Pretpostavlja da se valni i korpuskularni opis predmeta mikrosvijeta nadopunjuju.
3. Neizvjesnosti. Kaže da se koordinata mikro-objekata i njihov zamah ne mogu odrediti odvojeno i s apsolutnom točnošću.
4. Statički determinizam.Pretpostavlja se da je trenutačno stanje fizičkog sustava određeno prethodnim stanjima ne jednoznačno, već samo s djelićem vjerojatnosti provedbe trendova promjena svojstvenih prošlosti.
5. Usklađenost. Prema ovom principu, zakoni kvantne mehanike pretvaraju se u zakone klasične mehanike kada je moguće zanemariti veličinu kvanta djelovanja.

prednosti

U kvantnoj fizici informacije o atomskim objektima,dobiveni pomoću eksperimentalnih instalacija, međusobno su u osobitom odnosu. U odnosima nesigurnosti Wernera Heisenberga uočava se obrnuta proporcionalnost između netočnosti u utvrđivanju kinetičkih i dinamičkih varijabli koje određuju stanje fizičkog sustava u klasičnoj mehanici.

Značajna prednost Kopenhagenainterpretacija kvantne mehanike je činjenica da ona ne djeluje s detaljnim izjavama izravno o fizički neprimjetnim veličinama. Uz to, uz minimum preduvjeta, gradi konceptualni sustav koji cjelovito opisuje eksperimentalne činjenice dostupne u ovom trenutku.

Značenje valne funkcije

Prema interpretaciji iz Kopenhagena, valna funkcija može biti podložna dvama procesima:

1. Jedinstvena evolucija, koja je opisana Schrödingerovom jednadžbom.
2. Mjerenje.

Tangencijalni prvi proces u akademskoj zajednicinitko nije sumnjao, a drugi je postupak izazvao rasprave i iznjedrio niz interpretacija, čak i u okviru same kopenhaške interpretacije svijesti. S jedne strane, postoje svi razlozi da se vjeruje da valna funkcija nije ništa drugo doli stvarni fizički objekt i da se podvrgava kolapsu tijekom drugog procesa. S druge strane, valna funkcija može djelovati ne kao stvarni entitet, već kao pomoćni matematički alat čija je jedina svrha pružiti priliku za izračunavanje vjerojatnosti. Bohr je naglasio da je jedino što se može predvidjeti rezultat fizikalnih pokusa, stoga bi se sva sekundarna pitanja trebala odnositi ne na egzaktnu znanost, već na filozofiju. U svojim je radovima ispovijedao filozofski koncept pozitivizma, koji zahtijeva da znanost raspravlja samo o stvarno mjerljivim stvarima.

Iskustvo s dvostrukim prorezom

U eksperimentu s dvostrukim prorezom, svjetlost prolazi kroz dvaprorez pada na zaslon, na kojem se pojavljuju dva ometajuća ruba: tamni i svijetli. Ovaj se proces objašnjava činjenicom da se svjetlosni valovi mogu na nekim mjestima međusobno pojačati, a na drugima ugasiti. S druge strane, eksperiment ilustrira da svjetlost ima svojstva protoka dijela, a elektroni mogu pokazivati ​​valna svojstva, dajući tako interferencijski uzorak.

Može se pretpostaviti da se pokus provodi s mlazomfotoni (ili elektroni) tako niskog intenziteta da kroz proreze svaki put prolazi samo jedna čestica. Ipak, pri zbrajanju točaka fotona koji udaraju u zaslon, dobiva se isti uzorak smetnji iz superponiranih valova, unatoč činjenici da se eksperiment odnosi na navodno odvojene čestice. To se objašnjava činjenicom da živimo u "vjerojatnom" svemiru u kojem svaki budući događaj ima preraspodijeljeni stupanj mogućnosti, a vjerojatnost da će se u sljedećem trenutku dogoditi nešto apsolutno nepredviđeno prilično je mala.

Vaša pitanja

Eksperiment s prorezima postavlja sljedeća pitanja:

1. Kakva će biti pravila ponašanja za pojedine čestice?Zakoni kvantne mehanike pokazuju gdje će se čestice statistički nalaziti na ekranu. Omogućuju vam izračunavanje mjesta svjetlosnih pruga, koje će vjerojatno imati puno čestica, i tamnih pruga, gdje će vjerojatno pasti manje čestica. Međutim, zakoni koji upravljaju kvantnom mehanikom ne mogu predvidjeti gdje će pojedina čestica zapravo završiti.
2. Što se događa sa česticom u trenutku izmeđuemisijom i registracijom? Na temelju rezultata promatranja može se stvoriti dojam da je čestica u interakciji s obje proreze. Čini se da je to u suprotnosti sa zakonima ponašanja točkaste čestice. Štoviše, kada registrira česticu, ona postaje točkasta.
3. Pod čijim utjecajem čestica mijenja svoje ponašanjeod statičnog do nestatičnog, i obrnuto? Kad čestica prolazi kroz proreze, njezino se ponašanje određuje nelokaliziranom valnom funkcijom koja istovremeno prolazi kroz obje proreze. U trenutku registracije čestice, ona se uvijek bilježi kao bodovna, a namazani valni paket nikad se ne dobije.

Odgovori

Kopenhagenova teorija kvantne interpretacije odgovara na sljedeća pitanja:

1. U osnovi je nemoguće eliminirati vjerojatnostpriroda predviđanja kvantne mehanike. Odnosno, ne može točno ukazati na ograničenje ljudskog znanja o bilo kojim skrivenim varijablama. Klasična fizika odnosi se na vjerojatnost kada je potrebno opisati postupak poput bacanja kockica. Odnosno, vjerojatnost zamjenjuje nepotpuno znanje. Kopenhagenska interpretacija kvantne mehanike od Heisenberga i Bohra, naprotiv, tvrdi da je rezultat mjerenja u kvantnoj mehanici u osnovi nedeterministički.
2. Fizika je znanost koja proučava rezultatemjerni procesi. Neprimjereno je razmišljati o tome što se događa kao rezultat njih. Prema tumačenju iz Kopenhagena, pitanja o tome gdje je čestica bila prije trenutka njezine registracije i druge takve izmišljotine besmislena su, pa ih stoga treba isključiti iz razmišljanja.
3. Čin mjerenja dovodi do trenutnog kolapsavalna funkcija. Slijedom toga, postupak mjerenja nasumično odabire samo jednu od mogućnosti koje valna funkcija određenog stanja dopušta. Da bi odražavao taj izbor, valna funkcija mora se trenutno promijeniti.

Formulacija

Izraz tumačenja iz Kopenhagena uizvorni oblik iznjedrio je nekoliko varijacija. Najčešći od njih temelji se na pristupu dosljednih događaja i konceptu kvantne dekoherencije. Dekoherencija vam omogućuje izračunavanje nejasne granice između makro i mikrosvijeta. Ostale se varijacije razlikuju u stupnju "realizma svijeta valova".

kritika

Cjelovitost kvantne mehanike (odgovorHeisenberg i Bohr o prvom pitanju) ispitivan je u misaonom eksperimentu koji su proveli Einstein, Podolsky i Rosen (paradoks EPR). Dakle, znanstvenici su željeli dokazati da je postojanje skrivenih parametara neophodno kako teorija ne bi dovela do trenutnog i ne-lokalnog "dugotrajnog djelovanja". Međutim, tijekom provjere paradoksa EPR, što su omogućile Bellove nejednakosti, dokazano je da je kvantna mehanika točna, a razne teorije skrivenih parametara nemaju eksperimentalnu potvrdu.

No, najproblematičniji bio je odgovor Heisenberga i Bohra na treće pitanje, koje je mjerne procese stavilo u poseban položaj, ali nije utvrdilo prisutnost distinktivnih obilježja u njima.

Mnogi znanstvenici, i fizičari i filozofi,glatko odbio prihvatiti kopenhagensku interpretaciju kvantne fizike. Prvi razlog bio je taj što interpretacija Heisenberga i Bohra nije bila deterministička. A drugo je to što je uveo neodređeni pojam mjerenja koji je funkcije vjerojatnosti pretvorio u pouzdane rezultate.

Einstein je bio siguran da opis fizičkogstvarnost, dana kvantnom mehanikom kako su je tumačili Heisenberg i Bohr, je nepotpuna. Prema Einsteinu, pronašao je zrno logike u interpretaciji u Kopenhagenu, ali njegovi su ga znanstveni instinkti odbili prihvatiti. Stoga Einstein nije mogao napustiti potragu za cjelovitijim konceptom.

U svom pismu Bornu, Einstein je rekao:"Siguran sam da Bog ne baca kockice!" Niels Bohr, komentirajući ovu frazu, rekao je Einsteinu da ne govori Bogu što treba učiniti. A u razgovoru s Abrahamom Piceom, Einstein je uzviknuo: "Zar stvarno mislite da mjesec postoji samo kad ga pogledate?"

Erwin Schrödinger izumio je misaoni eksperiment skojim je želio pokazati inferiornost kvantne mehanike tijekom prijelaza iz subatomskih sustava u mikroskopske. Istodobno, nužno urušavanje valne funkcije u svemiru smatralo se problematičnim. Prema Einsteinovoj teoriji relativnosti, trenutnost i istovremenost imaju smisla samo za promatrača koji je u istom referentnom okviru. Dakle, ne postoji vrijeme koje bi moglo postati jednako za sve, što znači da se trenutni kolaps ne može odrediti.

širenje

Neformalno istraživanje provedeno u akademskoj zajednici1997. godine pokazao je da prethodno dominantno tumačenje Kopenhagena, o kojem smo kratko ukratko govorili, podržava manje od polovice ispitanika. Međutim, ona ima više sljedbenika nego pojedinačna tumačenja.

alternativa

Mnogi su fizičari bliži drugoj interpretaciji.kvantne mehanike, koja se naziva "nijedna". Suština ovog tumačenja iscrpno je izražena u izreci Davida Mermina: "Šuti i izračunaj!", Što se često pripisuje Richardu Feynmanu ili Paulu Diracu.