Co to jest interpretacja kopenhaska?

Prawdopodobnie nie ma dziedziny nauki bardziej dziwacznej i mylącej niż próba zrozumienia zachowania materii i energii w najmniejszej skali. Na początku XX wieku fizycy tacy jak Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohri wiele innych położyło podwaliny pod zrozumienie tego dziwnego świata natury: Fizyka kwantowa.

Równania i metody fizyki kwantowej zostały dopracowane w ciągu ostatniego stulecia, co zadziwiło przewidywania, które zostały potwierdzone bardziej precyzyjnie niż jakakolwiek inna teoria naukowa w historii świat. Mechanika kwantowa polega na przeprowadzeniu analizy funkcji fali kwantowej (zdefiniowanej równaniem zwanym Równanie Schrodingera).

Problem polega na tym, że zasada działania funkcji fali kwantowej wydaje się drastycznie kolidować z intuicjami, które opracowaliśmy w celu zrozumienia naszego codziennego makroskopowego świata. Próba zrozumienia podstawowego znaczenia fizyki kwantowej okazała się znacznie trudniejsza niż zrozumienie samych zachowań. Najczęściej uczona interpretacja znana jest jako kopenhaska interpretacja mechaniki kwantowej... ale co to tak naprawdę jest?

Główne idee interpretacji kopenhaskiej zostały opracowane przez kluczową grupę pionierów fizyki kwantowej skupionych wokół Kopenhagi Nielsa Bohra Instytut do lat dwudziestych XX wieku, kierujący interpretacją funkcji fali kwantowej, która stała się domyślną koncepcją nauczaną w fizyce kwantowej kursy.

Jednym z kluczowych elementów tej interpretacji jest to, że równanie Schrodingera reprezentuje prawdopodobieństwo zaobserwowania określonego wyniku podczas przeprowadzania eksperymentu. W jego książce Ukryta rzeczywistośćfizyk Brian Greene wyjaśnia to w następujący sposób:

„Standardowe podejście do mechaniki kwantowej, opracowane przez Bohra i jego grupę i nazwane Interpretacja kopenhaska na ich cześć wyobraża sobie, że ilekroć próbujesz zobaczyć falę prawdopodobieństwa, sam akt obserwacji udaremnia twoją próbę. ”

Problem polega na tym, że obserwujemy tylko zjawiska fizyczne na poziomie makroskopowym, więc rzeczywiste zachowanie kwantowe na poziomie mikroskopowym nie jest nam bezpośrednio dostępne. Jak opisano w książce Enigma kwantowa:

„Nie ma„ oficjalnej ”interpretacji kopenhaskiej. Ale każda wersja chwyta byka za rogi i to potwierdza obserwacja tworzy obserwowaną właściwość. Trudne słowo to „obserwacja”.

„Interpretacja kopenhaska uwzględnia dwie dziedziny: istnieje makroskopowa, klasyczna sfera naszych przyrządów pomiarowych podlegająca prawom Newtona; istnieje mikroskopijna, kwantowa sfera atomów i innych drobiazgów rządzonych równaniem Schrodingera. Argumentuje, że nigdy nie mamy do czynienia bezpośrednio z obiektami kwantowymi mikroskopijnego królestwa. Dlatego nie musimy się martwić o ich fizyczną rzeczywistość ani o jej brak. Wystarczy „istnienie”, które pozwala obliczyć ich wpływ na nasze instrumenty makroskopowe ”.

Brak oficjalnej interpretacji kopenhaskiej jest problematyczny, co utrudnia ustalenie dokładnych szczegółów interpretacji. Jak wyjaśnił John G. Cramer w artykule zatytułowanym „Transakcyjna interpretacja mechaniki kwantowej”:

„Pomimo obszernej literatury, która nawiązuje do, omawia i krytykuje interpretację kopenhaską mechanika kwantowa, nigdzie nie wydaje się, aby istniało jakieś zwięzłe stwierdzenie, które określałoby pełną Kopenhagę interpretacja."

Cramer próbuje zdefiniować niektóre z głównych idei, które są konsekwentnie stosowane, mówiąc o interpretacji kopenhaskiej, uzyskując następującą listę:

• Zasada nieoznaczoności: Opracowany przez Wernera Heisenberga w 1927 roku, oznacza to, że istnieją pary zmiennych sprzężonych, których nie można zmierzyć do dowolnego poziomu dokładności. Innymi słowy, fizyka kwantowa nakłada bezwzględny limit na dokładność niektórych par pomiarów można wykonywać, najczęściej pomiary pozycji i pędu jednocześnie czas.
• Interpretacja statystyczna: Opracowany przez Maxa Borna w 1926 r. Interpretuje on funkcję falową Schrodingera jako dającą prawdopodobieństwo wyniku w dowolnym stanie. Matematyczny proces dokonywania tego jest znany jako Urodzona zasada.
• Koncepcja komplementarności: Opracowany przez Nielsa Bohra w 1928 roku, obejmuje to ideę dualność falowo-cząsteczkowa a załamanie funkcji falowej jest powiązane z czynnością dokonywania pomiaru.
• Identyfikacja wektora stanu za pomocą „wiedzy o systemie”: Równanie Schrodingera zawiera szereg wektorów stanu, które to wektory zmieniają się w czasie i wraz z obserwacjami przedstawiającymi wiedzę o systemie w danym momencie.
• Pozytywizm Heisenberga: Stanowi to nacisk na omówienie wyłącznie obserwowalnych wyników eksperymentów, a nie na „sens” lub leżącą u podstaw „rzeczywistość”. Jest to domniemana (a czasem wyraźna) akceptacja filozoficznej koncepcji instrumentalizmu.

To wydaje się dość wyczerpującą listą kluczowych punktów interpretacji kopenhaskiej, ale interpretacja nie jest pozbawiona dość poważnych problemów i wywołała wiele krytyka... które warto rozwiązać samodzielnie.

Jak wspomniano powyżej, dokładny charakter interpretacji kopenhaskiej zawsze był nieco mglisty. Jednym z pierwszych odniesień do tej idei była książka Wernera Heisenberga z 1930 roku Fizyczne zasady teorii kwantowej, w którym wspomniał o „duchu kopenhaskim teorii kwantów”. Ale w tym czasie tak naprawdę było tylko interpretacja mechaniki kwantowej (chociaż istniały pewne różnice między jej wyznawcami), więc nie trzeba było odróżniać jej własną nazwą.

Zaczęło się nazywać „interpretacją kopenhaską” dopiero, gdy pojawiły się alternatywne metody, takie jak podejście zmiennych ukrytych Davida Bohma i Hugh Everetta Interpretacja wielu światówpowstały w celu podważenia przyjętej interpretacji. Termin „interpretacja kopenhaska” jest ogólnie przypisywany Wernerowi Heisenbergowi, gdy przemawiał w latach 50. XX wieku przeciwko tym alternatywnym interpretacjom. Wykłady z frazą „Interpretacja kopenhaska” pojawiły się w zbiorze esejów Heisenberga z 1958 roku, Fizyka i filozofia.