The Copenhagen Interpretation er en forklaring på kvantemekanikk formulert av Niels Bohr og Werner Heisenberg i 1927 da forskerne jobbet sammen i København. Bohr og Heisenberg var i stand til å forbedre den probabilistiske tolkningen av funksjonen formulert av M. Born og forsøkte å svare på en rekke spørsmål som oppstår på grunn av bølge-partikkel-dualitet. Denne artikkelen vil vurdere hovedideene til København-tolkningen av kvantemekanikk, og deres innvirkning på moderne fysikk.
Problems
Fortolkninger av kvantemekanikk k alt filosofiske syn på kvantemekanikkens natur som en teori som beskriver den materielle verden. Med deres hjelp var det mulig å svare på spørsmål om essensen av fysisk virkelighet, metoden for å studere den, arten av kausalitet og determinisme, så vel som essensen av statistikk og dens plass i kvantemekanikken. Kvantemekanikk anses å være den mest resonante teorien i vitenskapens historie, men det er fortsatt ingen konsensus i dens dype forståelse. Det finnes en rekke tolkninger av kvantemekanikk, ogi dag skal vi bli kjent med de mest populære av dem.
Nøkkelideer
Som du vet, består den fysiske verden av kvanteobjekter og klassiske måleinstrumenter. Endringen i tilstanden til måleinstrumenter beskriver en irreversibel statistisk prosess for å endre egenskapene til mikroobjekter. Når et mikroobjekt interagerer med atomene til måleapparatet, reduseres superposisjonen til én tilstand, det vil si at bølgefunksjonen til måleobjektet reduseres. Schrödinger-ligningen beskriver ikke dette resultatet.
Fra København-tolkningens synspunkt beskriver kvantemekanikken ikke selve mikroobjektene, men deres egenskaper, som manifesterer seg i makroforhold skapt av typiske måleinstrumenter under observasjon. Atferden til atomobjekter kan ikke skilles fra deres interaksjon med måleinstrumenter som fastsetter betingelsene for forekomsten av fenomener.
En titt på kvantemekanikk
Kvantemekanikk er en statisk teori. Dette skyldes det faktum at målingen av et mikroobjekt fører til en endring i tilstanden. Så det er en probabilistisk beskrivelse av den opprinnelige posisjonen til objektet, beskrevet av bølgefunksjonen. Den komplekse bølgefunksjonen er et sentr alt begrep innen kvantemekanikk. Bølgefunksjonen endres til en ny dimensjon. Resultatet av denne målingen avhenger av bølgefunksjonen, på en sannsynlig måte. Bare kvadratet av modulen til bølgefunksjonen har fysisk betydning, noe som bekrefter sannsynligheten for at den studertemikroobjektet er plassert på et bestemt sted i verdensrommet.
I kvantemekanikk er kausalitetsloven oppfylt med hensyn til bølgefunksjonen, som varierer i tid avhengig av startbetingelsene, og ikke med hensyn til partikkelhastighetskoordinatene, som i den klassiske tolkningen av mekanikk. På grunn av det faktum at bare kvadratet av modulen til bølgefunksjonen er utstyrt med en fysisk verdi, kan dens startverdier i prinsippet ikke bestemmes, noe som fører til en viss umulighet å få nøyaktig kunnskap om den opprinnelige tilstanden til kvantesystemet.
Filosofisk grunnlag
Fra et filosofisk synspunkt er grunnlaget for København-tolkningen epistemologiske prinsipper:
- Observabilitet. Dens essens ligger i utelukkelsen fra den fysiske teorien av de utsagnene som ikke kan verifiseres ved direkte observasjon.
- Ekstra. Antar at bølge- og korpuskulærbeskrivelsen av objektene i mikroverdenen utfyller hverandre.
- Usikkerheter. Sier at koordinaten til mikroobjekter og deres momentum ikke kan bestemmes separat, og med absolutt nøyaktighet.
- Statisk determinisme. Den forutsetter at den nåværende tilstanden til det fysiske systemet bestemmes av dets tidligere tilstander, ikke entydig, men bare med en viss grad av sannsynlighet for implementering av endringstrendene som er fastsatt i fortiden.
- Matching. I henhold til dette prinsippet blir kvantemekanikkens lover transformert til den klassiske mekanikkens lover når det er mulig å neglisjere størrelsen på handlingskvantet.
Benefits
I kvantefysikk står informasjon om atomobjekter, innhentet gjennom eksperimentelle oppsett, i et særegent forhold til hverandre. I usikkerhetsrelasjonene til Werner Heisenberg er det en omvendt proporsjonalitet mellom unøyaktighetene i fikseringen av de kinetiske og dynamiske variablene som bestemmer tilstanden til et fysisk system i klassisk mekanikk.
En betydelig fordel med København-tolkningen av kvantemekanikk er det faktum at den ikke opererer med detaljerte utsagn direkte om fysisk uobserverbare størrelser. I tillegg, med et minimum av forutsetninger, bygger den et konseptuelt system som uttømmende beskriver de eksperimentelle fakta som er tilgjengelige for øyeblikket.
Betydningen av bølgefunksjonen
I følge København-tolkningen kan bølgefunksjonen være gjenstand for to prosesser:
- Unitary evolution, som er beskrevet av Schrödinger-ligningen.
- Måling.
Ingen var i tvil om den første prosessen i det vitenskapelige miljøet, og den andre prosessen førte til diskusjoner og ga opphav til en rekke tolkninger, selv innenfor rammen av selve bevissthetstolkningen i København. På den ene siden er det all grunn til å tro at bølgefunksjonen ikke er annet enn et reelt fysisk objekt, og at den kollapser under den andre prosessen. På den annen side er bølgefunksjonen kanskje ikke en reell enhet, men et matematisk hjelpeverktøy, hvis eneste formåler å gi muligheten til å beregne sannsynligheten. Bohr understreket at det eneste som kan forutsies er resultatet av fysiske eksperimenter, så alle sekundære problemstillinger bør ikke være relatert til eksakt vitenskap, men til filosofi. Han bekjente i sin utvikling det filosofiske konseptet positivisme, og krevde at vitenskapen bare diskuterer virkelig målbare ting.
eksperiment med dobbel sp alte
I et eksperiment med to sp alter faller lys som passerer gjennom to sp alter på skjermen, der to interferenskanter vises: mørkt og lyst. Denne prosessen forklares med at lysbølger kan forsterke hverandre noen steder, og kansellere hverandre andre. På den annen side illustrerer eksperimentet at lys har egenskapene til en strømningsdel, og elektroner kan oppvise bølgeegenskaper, samtidig som de gir et interferensmønster.
Det kan antas at eksperimentet er utført med en strøm av fotoner (eller elektroner) med så lav intensitet at bare én partikkel passerer gjennom sp altene hver gang. Likevel, når man legger til punktene der fotoner treffer skjermen, oppnås det samme interferensmønsteret fra overlagrede bølger, til tross for at eksperimentet gjelder antatt separate partikler. Dette er fordi vi lever i et "sannsynlighets" univers, der enhver fremtidig hendelse har en omfordelt grad av mulighet, og sannsynligheten for at noe helt uforutsett vil skje i neste øyeblikk er ganske liten.
Spørsmål
Sp altopplevelse setter slikespørsmål:
- Hva vil være reglene for oppførselen til individuelle partikler? Kvantemekanikkens lover indikerer plasseringen av skjermen der partiklene vil være, statistisk. De lar deg beregne plasseringen av lyse bånd, som sannsynligvis inneholder mange partikler, og mørke bånd, hvor færre partikler sannsynligvis vil falle. Lovene som styrer kvantemekanikken kan imidlertid ikke forutsi hvor en individuell partikkel faktisk vil ende opp.
- Hva skjer med partikkelen i øyeblikket mellom utslipp og registrering? I følge resultatene av observasjoner kan det skapes inntrykk av at partikkelen er i samspill med begge sp altene. Det ser ut til at dette motsier regelmessighetene til oppførselen til en punktpartikkel. Dessuten, når en partikkel registreres, blir den et punkt.
- Under påvirkning av hva endrer en partikkel sin oppførsel fra statisk til ikke-statisk, og omvendt? Når en partikkel passerer gjennom sp altene, bestemmes dens oppførsel av en ikke-lokalisert bølgefunksjon som passerer gjennom begge sp altene samtidig. I øyeblikket for registrering av en partikkel er den alltid fiksert som et punkt, og en uskarp bølgepakke oppnås aldri.
Answers
Københavnsteorien om kvantetolkning svarer på spørsmålene som stilles som følger:
- Det er fundament alt umulig å eliminere den probabilistiske naturen til kvantemekanikkens spådommer. Det vil si at det ikke nøyaktig kan indikere begrensning av menneskelig kunnskap om noen latente variabler. Klassisk fysikk refererer tilsannsynlighet i de tilfellene hvor det er nødvendig å beskrive en prosess som å kaste terninger. Det vil si at sannsynlighet erstatter ufullstendig kunnskap. København-tolkningen av kvantemekanikk av Heisenberg og Bohr sier tvert imot at resultatet av målinger i kvantemekanikk er fundament alt ikke-deterministisk.
- Fysikk er en vitenskap som studerer resultatene av måleprosesser. Det er feil å spekulere i hva som skjer som følge av dem. I følge København-tolkningen er spørsmål om hvor partikkelen var før registreringsøyeblikket, og andre lignende fabrikasjoner meningsløse, og bør derfor utelukkes fra refleksjon.
- Målingen fører til en øyeblikkelig kollaps av bølgefunksjonen. Derfor velger måleprosessen tilfeldig bare én av mulighetene som bølgefunksjonen til en gitt tilstand tillater. Og for å gjenspeile dette valget, må bølgefunksjonen endres umiddelbart.
Skjemaer
Formuleringen av København-tolkningen i sin opprinnelige form har gitt opphav til flere variasjoner. Den vanligste av dem er basert på tilnærmingen til konsistente hendelser og et slikt konsept som kvantedekoherens. Dekoherens lar deg beregne den uklare grensen mellom makro- og mikroverdenen. De resterende variasjonene er forskjellige i graden av "realisme i bølgeverdenen."
Criticism
Gyldigheten av kvantemekanikk (Heisenberg og Bohrs svar på det første spørsmålet) ble stilt spørsmål ved i et tankeeksperiment utført av Einstein, Podolsky ogRosen (EPR-paradoks). Dermed ønsket forskere å bevise at eksistensen av skjulte parametere er nødvendig slik at teorien ikke fører til øyeblikkelig og ikke-lokal "langdistansehandling". Under verifiseringen av EPR-paradokset, muliggjort av Bells ulikheter, ble det imidlertid bevist at kvantemekanikken er korrekt, og ulike teorier om skjulte variabler har ingen eksperimentell bekreftelse.
Men det mest problematiske svaret var Heisenberg og Bohrs svar på det tredje spørsmålet, som plasserte måleprosesser i en særstilling, men ikke avgjorde tilstedeværelsen av særtrekk i dem.
Mange forskere, både fysikere og filosofer, nektet blankt å akseptere København-tolkningen av kvantefysikk. Den første grunnen til dette var at tolkningen av Heisenberg og Bohr ikke var deterministisk. Og den andre er at den introduserte en vag forestilling om måling som gjorde sannsynlighetsfunksjoner til gyldige resultater.
Einstein var sikker på at beskrivelsen av den fysiske virkeligheten gitt av kvantemekanikken slik den ble tolket av Heisenberg og Bohr var ufullstendig. Ifølge Einstein fant han en viss logikk i København-tolkningen, men hans vitenskapelige instinkter nektet å akseptere det. Så Einstein kunne ikke slutte å lete etter et mer komplett konsept.
I sitt brev til Born sa Einstein: "Jeg er sikker på at Gud ikke kaster terninger!". Niels Bohr, kommenterte denne setningen, ba Einstein ikke fortelle Gud hva han skulle gjøre. Og i sin samtale med Abraham Pais utbrøt Einstein: «Du tror virkelig at månen eksistererbare når du ser på det?”.
Erwin Schrödinger kom med et tankeeksperiment med en katt, der han ønsket å demonstrere kvantemekanikkens underlegenhet under overgangen fra subatomære til mikroskopiske systemer. Samtidig ble den nødvendige kollapsen av bølgefunksjonen i rommet ansett som problematisk. I følge Einsteins relativitetsteori gir øyeblikkelighet og samtidighet mening kun for en observatør som er i samme referanseramme. Dermed er det ingen tid som kan bli en for alle, noe som betyr at øyeblikkelig kollaps ikke kan bestemmes.
Distribusjon
En uformell undersøkelse utført i akademia i 1997 viste at den tidligere dominerende København-tolkningen, kort omt alt ovenfor, ble støttet av mindre enn halvparten av respondentene. Den har imidlertid flere tilhengere enn de andre tolkningene individuelt.
Alternativ
Mange fysikere er nærmere en annen tolkning av kvantemekanikk, som kalles "ingen". Essensen av denne tolkningen er uttømmende uttrykt i David Mermins diktum: "Shut up and calculate!", som ofte tilskrives Richard Feynman eller Paul Dirac.
