Što je interpretacija u Kopenhagenu?

Tumačenje Kopenhagen - objašnjenje kvantne mehanike, formulirao Niels Bohr i Werner Heisenberg 1927. godine, kada su znanstvenici radili zajedno u Kopenhagenu. Bohr i Heisenberg uspjeli su poboljšati probabilističko tumačenje funkcije koju je formulirao M. Born i pokušao odgovoriti na niz pitanja, čiji nastanak dolazi zbog dvosmislenog korpuskularnog vala. Ovaj članak će se raspravljati o glavnim crtama tumačenja u Kopenhagenu kvantne mehanike, te njihov utjecaj na moderne fizike.

problemi

Tumačenja kvantne mehanike nazivaju se filozofskim pogledima na prirodu kvantne mehanike, kao teoriju koja opisuje materijalni svijet. Pomoću njihove pomoći bilo je moguće odgovoriti na pitanja o suštini fizičke stvarnosti, načinu na koji se proučava, o prirodi uzročnosti i determinizma, kao i o esenciji statistike i njegovom mjestu u kvantnoj mehanici. Kvantna mehanika smatra se najresaznijom teorijom u povijesti znanosti, ali još uvijek nema konsenzusa u svom dubokom razumijevanju. Postoji niz interpretacija kvantne mehanike, a danas ćemo se upoznati s najpopularnijim od njih.

Osnovne ideje

Kao što je poznato, fizički se svijet sastoji od kvantnih objekata i klasičnih instrumenata za mjerenje. Promjena stanja mjernih instrumenata opisuje nepovratni statistički proces mijenjanja karakteristika mikrooblika. Kada mikroobjekt u interakciji s atomima mjernog instrumenta, superpozicija se smanjuje u jednu, tj. Smanjuje valnu funkciju mjerenog objekta. Schrödingerova jednadžba ne opisuje ovaj rezultat.

Iz perspektive interpretacije u Kopenhagenu kvantne mehanike ne opisuje svoje mikro-objekata i njihovih svojstava, koje se očituju u macroconditions, stvoriti konačan mjerne uređaje pod nadzorom. Ponašanje atomskih objekata ne može se razlikovati od njihove interakcije s uređajima za mjerenje, koji popraviti uvjete podrijetlu fenomena.

Pogled na kvantnu mehaniku

Kvantna mehanika je statička teorija. To je zbog činjenice da mjerenje mikroobjekta dovodi do promjene u njegovu stanju. Dakle, postoji probabilistički opis početnog položaja objekta, opisanog pomoću valne funkcije. Složena funkcija vala je središnji koncept kvantne mehanike. Valna funkcija promjene u novu dimenziju. Rezultat ovog mjerenja ovisi o valnoj funkciji, na probabilistički način. Fizička vrijednost je samo kvadrat modula valne funkcije, što potvrđuje vjerojatnost da mikroobjekt koji se proučava nalazi na određenom mjestu u prostoru.

U kvantnoj mehanici, zakon o uzročnosti se provodi u odnosu na valnu funkciju, koja varira u vremenu, ovisno o početnim uvjetima, a ne u odnosu na koordinate brzine čestica, kao u klasičnom postupku mehanike. S obzirom na činjenicu da se samo kvadrat modula valne funkcije dodjeljuje fizičkoj vrijednosti, početne se vrijednosti ne mogu odrediti u načelu, što dovodi do neke nemogućnosti dobivanja točno poznavanja početnog stanja kvantnog sustava.

Filozofska osnova

S filozofskog gledišta, temelj Kopenhagena tumačenja su epistemološki principi:

1. Osmotrivost. Njegova se bitna činjenica sastoji u isključivanju iz fizičke teorije onih izjava koje se ne mogu potvrditi izravnim promatranjem.
2. Dodatna. Pretpostavlja da val i korpusorski opis objekata mikro-svijeta nadopunjuju jedan drugoga.
3. Nesigurnost. Kaže da se koordinata mikrooblika i njihov zamah ne može odrediti zasebno i apsolutnom točnošću.
4. Statički determinizam. Pretpostavlja da je sadašnje stanje fizičkog sustava određeno svojim prethodnim stanjima ne samo tako, već samo s udjelom vjerojatnosti provođenja trendova promjena utvrđenih u prošlosti.
5. Usklađenost. Prema ovom načelu, zakoni kvantne mehanike transformiraju se u zakone klasične mehanike, kada je moguće zanemariti veličinu kvantne aktivnosti.

prednosti

U kvantnoj fizici, informacije o atomskim objektima, dobivene eksperimentalnim instalacijama, u međusobnom su neobičnom odnosu. U nesigurnosnim odnosima Wernera Heisenberga uočava se inverzna proporcionalnost između netočnosti pri fiksiranju kinetičkih i dinamičkih varijabli koje određuju stanje fizičkog sustava u klasičnoj mehanici.

Značajna prednost Kopenhagena tumačenja kvantne mehanike je činjenica da ona ne djeluje s detaljnim izjavama izravno o fizički neprimijećenim količinama. Osim toga, s minimalnim preduvjetima, konstruira se konceptualni sustav koji iscrpno opisuje eksperimentalne činjenice koje su trenutno dostupne.

Značenje valne funkcije

Prema tumačenju iz Kopenhagena, valna funkcija može biti predmetom dva procesa:

1. Jedinstvena evolucija, koju opisuje Schrodingerova jednadžba.
2. Mjerenje.

Nitko nije sumnjao u tangent prvog procesa u znanstvenim krugovima, a drugi proces izazvao je kontroverze i izazvao brojne tumačenja, čak i u okviru kopenhaške interpretacije svijesti. S jedne strane, postoji svaki razlog za vjerovanje da valna funkcija nije ništa više od stvarnog fizičkog objekta i da se tijekom drugog procesa podvrgava propasti. S druge strane, valna funkcija ne može djelovati kao stvarni entitet, već kao pomoćni matematički alat čija je jedina svrha pružiti priliku za izračunavanje vjerojatnosti. Bohr je naglasio da je jedino predvidljivo rezultat fizičkih eksperimenata pa se sva sekundarna pitanja ne bi trebala odnositi na točnu znanost, već na filozofiju. Prihvatio je u svom djelovanju filozofski koncept pozitivizma, koji zahtijeva da znanost raspravlja samo o stvarnim stvarima.

Iskustvo s dvostrukim razmakom

U eksperimentu s dva razmaka, svjetlost koja prolazi kroz dva proreza pada na zaslon na kojem se pojavljuju dvije granice smetnji: tamne i svijetle. Taj se proces objašnjava činjenicom da svjetlosni valovi mogu međusobno pojačati na nekim mjestima, dok se u drugima mogu međusobno ugasiti. S druge strane, eksperiment ilustrira da svjetlost ima svojstva protoka dijela, a elektroni mogu pokazivati ​​svojstva vala, dajući tako uzorak smetnji.

Može se pretpostaviti da se eksperiment provodi s fluksom fotona (ili elektrona) tako nisko u intenzitetu da samo jedan dio čestice prolazi kroz proreze svaki put. Ipak, kada se na zaslonu dodaju točke udaranja fotona, preklapajući valovi su isti uzorak smetnji, unatoč činjenici da je iskustvo da se prividno odvojene čestice. To je zbog činjenice da živimo u "probabilističkom" svemiru u kojem svaki budući događaj ima redistribuiran stupanj mogućnosti, a vjerojatnost da se nešto neočekivano dogodi u narednom trenutku je prilično mala.

Vaša pitanja

Iskustvo proreza postavlja takva pitanja:

1. Koja su pravila za ponašanje pojedinih čestica? Zakoni kvantne mehanike upućuju na mjesto zaslona u kojem će se čestice pojaviti statistički. Oni nam omogućuju izračunavanje lokacije svjetlosnih traka, u kojima će najvjerojatnije biti mnogo čestica i tamne trake, pri čemu će manje čestica padati. Međutim, zakoni kojima se kvantna mehanika ne poštuju ne mogu predvidjeti gdje se pojedina čestica zapravo ispostavlja.
2. Što se događa s česticama u vrijeme između emisije i registracije? Prema rezultatima promatranja, može se pojaviti da je čestica u interakciji s oba praznina. Čini se da ovo proturječi zakonima koji reguliraju ponašanje točkaste čestice. Štoviše, kad se čestica registrira, to postaje točkasto.
3. Pod djelovanjem čestica mijenja svoje ponašanje od statičkog do ne-statičkog, i obratno? Kada čestica prolazi kroz proreze, njegovo ponašanje uzrokuje ne-lokalizirana funkcija vala koja istodobno prolazi kroz oba proreza. U trenutku registracije čestice uvijek je fiksiran kao točka, a nikada ne dobije zamagljeni valni paket.

odgovori

Kopenhaška teorija kvantne interpretacije odgovara na postavljena pitanja kako slijedi:

1. U osnovi je nemoguće ukloniti vjerojatnu prirodu predviđanja kvantne mehanike. To znači da ne može točno svjedočiti o ograničenju ljudskog znanja o skrivenim varijablama. Klasična fizika se odnosi na vjerojatnost u tim slučajevima kada je potrebno opisati proces tipa bacanja kocke. To jest, vjerojatnost zamjenjuje nepotpuno znanje. Kopenemsko tumačenje kvantne mehanike Heisenberg i Bohr, suprotno, tvrdi da je rezultat mjerenja u kvantnoj mehanici temeljno ne-deterministički.
2. Fizika je znanost koja proučava rezultate mjernih procesa. Pogrešno je razmišljati o onome što se događa u istrazi. Prema tumačenju iz Kopenhagena, pitanja o tome gdje je čestica bila prije registracije, i druge slične izmišljotine su besmislene i zbog toga bi trebalo biti isključeno iz razmatranja.
3. Mjerni čin vodi do trenutnog urušavanja funkcije valova. Slijedom toga, proces mjerenja nasumično odabire samo jednu od mogućnosti koje valna funkcija određenog stanja dopušta. Da bi odražavala taj izbor, valna se funkcija mora odmah promijeniti.

jezik

Formulacija tumačenja Kopenhagena u izvornom obliku donijela je nekoliko varijacija. Najčešći od njih temelji se na pristupu ne-proturječnih događaja i takvog koncepta kao što je kvantna dekoherencija. Decoherencija omogućuje izračunavanje neizrazite granice između makro i mikro svjetova. Preostale varijacije razlikuju se u stupnju "realizma valnog svijeta".

kritika

Cijela vrijednost kvantne mehanike (Heisenberg i Bohrov odgovor na prvo pitanje) ispitivana je u eksperimentu misli koju su proveli Einstein, Podolsky i Rosen (EPR paradoks). Tako su znanstvenici htjeli dokazati da je postojanje skrivenih parametara potrebno da bi se teorija ne dovodi do neposrednog i ne-lokalne „dalekometnim”. Međutim, tijekom verifikacije EPR paradoks, što je postalo moguće zbog Bellovih nejednakosti, dokazano je da je kvantna mehanika ispravna, a različite teorije skrivenih parametara nemaju nikakvu eksperimentalnu potvrdu.

No, najproblematičniji je bio odgovor Heisenberga i Bohra na treće pitanje, koje je mjernog procesa stavljao u poseban položaj, ali nije utvrdio prisustvo prepoznatljivih obilježja u njima.

Mnogi znanstvenici, i fizičari i filozofi, odbijaju prihvatiti Kopenhagenu interpretaciju kvantne fizike. Prvi je razlog bio to što interpretacija Heisenberga i Bohra nije bila deterministička. A drugi - po tome što je uveo neodređeni koncept mjerenja, koji je probabilističke funkcije pretvorio u pouzdane rezultate.

Einstein je bio uvjeren da je opis fizičke stvarnosti dao kvantne mehanike u tumačenju Heisenberg i Bohr, u kvaru. Prema Einsteinu, pronašao je dio logike u tumačenju Kopenhagena, ali njegovi znanstveni instinkti odbili su je prihvatiti. Stoga Einstein nije mogao odbiti tražiti potpuniji koncept.

U svom pismu Borneu Einsteinu rekao je: "Siguran sam da Bog ne baca kocke!". Niels Bohr, komentirajući ovu rečenicu, rekao je Einsteinu da nije rekao Bogu što da učini. U razgovoru s Abrahamom Piceom, Einstein je uzviknuo: "Zar stvarno misliš da Mjesec postoji samo kad to pogledaš?"

Erwin Schrödinger izumio je misaoni pokus s mačkom, kroz koji je htio pokazati inferiornost kvantne mehanike tijekom prijelaza iz subatomskih sustava na mikroskopske. Istodobno, potreban je slom valne funkcije u prostoru problematičan. Prema Einsteinovoj teoriji relativnosti, trenutnost i istodobnost su smisleni samo za promatrača koji se nalaze u jednom referentnom okviru. Dakle, ne postoji vrijeme koje bi moglo postati jedno za sve, pa stoga trenutačni kolaps ne može biti određen.

širenje

Neformalna anketa provedena u znanstvenim krugovima 1997. godine pokazala je da prevladava ranija tumačenja Kopenhagena, ukratko opisana gore, podržava manje od polovice ispitanika. Ipak, ona ima više pristalica od drugih interpretacija pojedinačno.

alternativa

Mnogi fizičari bliže su drugoj tumačenju kvantne mehanike koja se naziva "ne". Bit ove interpretacije iscrpno je izražen u riječi David Mermin: "Zatvorite i izračunajte!", Što se često pripisuje Richard Feynman ili Paul Dirac.