Kāda ir Kopenhāgenas interpretācija?

Droši vien nav nevienas zinātnes jomas, kas būtu savādāka un mulsinošāka par mēģinājumiem izprast matērijas un enerģijas izturēšanos vismazākajos mērogos. Divdesmitā gadsimta sākumā fiziķi, piemēram, Makss Planks, Alberts Einšteins, Nīls Bohrs, un daudzi citi lika pamatus šīs dīvainās dabas valstības izpratnei: kvantu fizika.

Pēdējā gadsimta laikā tika pilnveidoti kvantu fizikas vienādojumi un metodes, padarot pārsteidzošu prognozes, kuras ir apstiprinātas precīzāk nekā jebkura cita zinātniskā teorija pasaule. Kvantu mehānika darbojas, veicot kvantu viļņu funkcijas analīzi (ko nosaka vienādojums, ko sauc par Šrodingera vienādojums).

Problēma ir tā, ka noteikums par to, kā darbojas kvantu viļņu funkcija, krasi ir pretrunā ar intuīcijām, kuras mēs esam izstrādājuši, lai izprastu mūsu ikdienas makroskopisko pasauli. Mēģinājums izprast kvantu fizikas pamatnozīmi ir izrādījies daudz grūtāks nekā pašas uzvedības izpratne. Visbiežāk mācītā interpretācija ir pazīstama kā Kopenhāgenas interpretācija kvantu mehānikā... bet kas tas īsti ir?

Kopenhāgenas interpretācijas galvenās idejas izstrādāja galvenā kvantu fizikas pionieru grupa, kas koncentrējās ap Nīla Bora Kopenhāgenu Institūts 1920. gados vadīja kvantu viļņu funkcijas interpretāciju, kas kļuvusi par noklusējuma koncepciju, ko māca kvantu fizikā kursi.

Viens no galvenajiem šīs interpretācijas elementiem ir tāds, ka Šrodingera vienādojums atspoguļo varbūtību novērot konkrētu iznākumu, kad tiek veikts eksperiments. Viņa grāmatā Slēptā realitāte, fiziķis Braiens Greēns to skaidro šādi:

"Standarta pieeja kvantu mehānikai, kuru izstrādāja Bohrs un viņa grupa un kuru sauca par Kopenhāgenas interpretācija viņu godā paredz, ka vienmēr, kad jūs mēģināt redzēt varbūtības vilni, pats novērošanas akts kavē jūsu mēģinājumu. "

Problēma ir tā, ka mēs tikai jebkad novērojam jebkādas fiziskas parādības makroskopiskā līmenī, tāpēc faktiskā kvantu izturēšanās mikroskopiskajā līmenī mums nav tieši pieejama. Kā aprakstīts grāmatā Kvantu mīkla:

"Nav“ oficiālas ”Kopenhāgenas interpretācijas. Bet katra versija saķer vērsi pie ragiem un to apstiprina novērojums rada novēroto īpašumu. Viltīgais vārds šeit ir 'novērošana.' ...

"Kopenhāgenas interpretācijā tiek aplūkotas divas sfēras: ir mūsu mērinstrumentu makroskopiskā, klasiskā sfēra, ko regulē Ņūtona likumi; un tur ir atomu un citu mazu lietu mikroskopiskā, kvantu valstība, kuru pārvalda Šrodingera vienādojums. Tas apgalvo, ka mēs nekad nenodarbojamies tieši ar mikroskopiskās valstības kvantu objektiem. Tāpēc mums nav jāuztraucas par viņu fizisko realitāti vai tās trūkumu. Pietiek ar "esamību", kas ļauj aprēķināt to ietekmi uz mūsu makroskopiskajiem instrumentiem. "

Oficiālās Kopenhāgenas interpretācijas trūkums ir problemātisks, tāpēc precīzas interpretācijas detaļas ir grūti noskaidrot. Kā skaidro Dž. Krāmers rakstā "Kvantu mehānikas transakcionālā interpretācija":

"Neskatoties uz plašo literatūru, kas atsaucas, apspriež un kritizē Kopenhāgenas interpretāciju kvantu mehānika, šķiet, ka nekur nav neviena īsa paziņojuma, kas definētu visu Kopenhāgenu interpretācija. "

Krāmers turpina mēģināt definēt dažas galvenās idejas, kuras tiek konsekventi izmantotas, runājot par Kopenhāgenas interpretāciju, nonākot šādā sarakstā:

• Nenoteiktības princips: 1927. gadā izstrādājis Verners Heizenbergs, tas norāda, ka pastāv konjugētu mainīgo pāri, kurus abus nevar izmērīt līdz patvaļīgam precizitātes līmenim. Citiem vārdiem sakot, kvantu fizika uzliek absolūtu robežu tam, cik precīzi ir noteikti pāri var veikt mērījumus, parasti pozīcijas un impulsa mērījumus vienlaikus laiks.
• Statistiskā interpretācija: To izstrādājis Makss Borns 1926. gadā, tas interpretē Šrodingera viļņa funkciju kā tādu, kas rada iznākuma varbūtību jebkurā noteiktā stāvoklī. Matemātiskais process, kā to izdarīt, ir pazīstams kā Dzimis noteikums.
• Komplementaritātes jēdziens: Tā izstrādāja Nīls Bohrs 1928. gadā, tas ietver ideju viļņu-daļiņu dualitāte un ka viļņu funkcijas sabrukums ir saistīts ar mērījuma veikšanu.
• Stāvokļa vektora identificēšana ar "sistēmas zināšanām": Šrodingera vienādojumā ir virkne stāvokļu vektoru, un šie vektori laika gaitā mainās un ar novērojumiem atspoguļo zināšanas par sistēmu jebkurā noteiktā laikā.
• Heizenberga pozitīvisms: Tas norāda uz uzsvaru uz eksperimentu novērošanu tikai par novērojamajiem rezultātiem, nevis uz "nozīmi" vai pamatā esošo "realitāti". Tas ir netiešs (un dažreiz arī izteikts) instrumentālisma filozofiskās koncepcijas akcepts.

Tas šķiet diezgan izsmeļošs galveno punktu saraksts, kas slēpjas Kopenhāgenas interpretācijā, bet interpretācija nav bez dažām diezgan nopietnām problēmām un ir izsaukusi daudzus kritika... kuras ir vērts pievērsties katram atsevišķi.

Kā minēts iepriekš, Kopenhāgenas interpretācijas precīzais raksturs vienmēr ir bijis mazliet neskaidrs. Viena no pirmajām atsaucēm uz šo ideju bija Vernera Heisenberga 1930. gada grāmatā Kvantu teorijas fizikālie principi, kurā viņš atsaucās uz "Kopenhāgenas kvantu teorijas garu". Bet tajā laikā tas patiešām bija arī tikai kvantu mehānikas interpretācija (kaut arī starp tās piekritējiem bija dažas atšķirības), tāpēc nebija vajadzības to atšķirt ar savu vārdu.

To sāka dēvēt par "Kopenhāgenas interpretāciju" tikai tad, kad parādījās alternatīvas pieejas, piemēram, Deivida Boha slēpto mainīgo pieeja un Hjū Evereta pieeja. Daudzu pasaules interpretācija, radās, lai apstrīdētu iedibināto interpretāciju. Termins "Kopenhāgenas interpretācija" parasti tiek attiecināts uz Verneru Heisenbergu, kad viņš piecdesmitajos gados runāja pret šīm alternatīvajām interpretācijām. Lekcijas, kurās izmanto frāzi "Copenhagen Interpretation", parādījās Heizenberga 1958. gada eseju kolekcijā, Fizika un filozofija.