Ce este Interpretarea de la Copenhaga?

Interpretarea de la Copenhaga este o explicațiemecanica cuantică, formulată de Niels Bohr și Werner Heisenberg în 1927, când oamenii de știință lucrau împreună la Copenhaga. Bohr și Heisenberg au reușit să îmbunătățească interpretarea probabilistică a funcției, formulată de M. Born și au încercat să răspundă la o serie de întrebări, a căror apariție se datorează dualismului particule-unde. Acest articol va examina ideile principale ale interpretării de la Copenhaga a mecanicii cuantice și impactul acestora asupra fizicii moderne.

Problematic

Au fost numite interpretări ale mecanicii cuanticepuncte de vedere filosofice asupra naturii mecanicii cuantice ca teorie care descrie lumea materială. Cu ajutorul lor, a fost posibil să se răspundă la întrebări despre esența realității fizice, metoda de studiu a acesteia, natura cauzalității și determinismului, precum și esența statisticii și locul acesteia în mecanica cuantică. Mecanica cuantică este considerată a fi cea mai rezonantă teorie din istoria științei, dar nu există încă un consens în cea mai profundă înțelegere a sa. Există o serie de interpretări ale mecanicii cuantice, iar astăzi vom analiza cele mai populare dintre ele.

Idei cheie

După cum știți, lumea fizică constă în cuanticăobiecte și instrumente de măsurare clasice. O modificare a stării dispozitivelor de măsurare descrie un proces statistic ireversibil de modificare a caracteristicilor micro-obiectelor. Când un micro-obiect interacționează cu atomii dispozitivului de măsurare, suprapunerea este redusă la o stare, adică funcția de undă a obiectului de măsurare este redusă. Ecuația Schrödinger nu descrie acest rezultat.

În ceea ce privește interpretarea de la Copenhaga,mecanica cuantică nu descrie micro-obiecte de la sine, ci proprietățile lor, care se manifestă în macro-condițiile create de instrumentele tipice de măsurare în timpul observării. Comportamentul obiectelor atomice nu poate fi distins de interacțiunea lor cu instrumentele de măsurare care înregistrează condițiile pentru originea fenomenelor.

O privire asupra mecanicii cuantice

Mecanica cuantică este o teorie statică.Acest lucru se datorează faptului că măsurarea unui micro-obiect duce la o schimbare a stării sale. Așa apare o descriere probabilistică a poziției inițiale a obiectului, descrisă de funcția de undă. Funcția de undă complexă este un concept central în mecanica cuantică. Funcția de undă se schimbă într-o nouă dimensiune. Rezultatul acestei măsurări depinde de funcția undei într-o manieră probabilistică. Doar pătratul modulului funcției de undă are o valoare fizică, ceea ce confirmă probabilitatea ca micro-obiectul studiat să se afle într-un anumit loc din spațiu.

În mecanica cuantică, legea cauzalitățiieste îndeplinită în ceea ce privește funcția de undă, care se schimbă în timp în funcție de condițiile inițiale și nu în ceea ce privește coordonatele vitezei particulelor, ca în interpretarea clasică a mecanicii. Datorită faptului că numai pătratul modulului funcției de undă este dotat cu o valoare fizică, valorile sale inițiale nu pot fi determinate în principiu, ceea ce duce la o anumită imposibilitate de a obține cunoștințe exacte despre starea inițială a sistemului de cuante.

Fundal filozofic

Din punct de vedere filosofic, baza interpretării de la Copenhaga este principiile epistemologice:

1. Observabilitate. Esența sa constă în excluderea din teoria fizică a acelor afirmații care nu pot fi verificate prin observare directă.
2. Complementarități. Presupune că valul și descrierea corpusculară a obiectelor din micro-lume se completează reciproc.
3. Incertitudini. Se spune că coordonatele micro-obiectelor și impulsul lor nu pot fi determinate separat și cu o acuratețe absolută.
4. Determinism static.Se presupune că starea actuală a unui sistem fizic este determinată de stările sale anterioare nu fără ambiguitate, ci doar cu o fracțiune din probabilitatea implementării tendințelor de schimbare inerente în trecut.
5. Conformitate. Conform acestui principiu, legile mecanicii cuantice se transformă în legile mecanicii clasice atunci când este posibil să se neglijeze amploarea cuanticului acțiunii.

avantaje

În fizica cuantică, informații despre obiecte atomice,obținute prin intermediul instalațiilor experimentale se află într-o relație particulară între ele. În relațiile de incertitudine Werner Heisenberg, se observă o proporționalitate inversă între inexactitățile în fixarea variabilelor cinetice și dinamice care determină starea unui sistem fizic în mecanica clasică.

Un avantaj semnificativ al Copenhagainterpretarea mecanicii cuantice este faptul că aceasta nu funcționează cu afirmații detaliate direct despre mărimi neobservabile fizic. În plus, cu un minim de condiții prealabile, construiește un sistem conceptual care descrie cuprinzător faptele experimentale disponibile în acest moment.

Semnificația funcției de undă

Conform interpretării de la Copenhaga, funcția de undă poate fi supusă a două procese:

1. Evoluția unitară, care este descrisă prin ecuația Schrödinger.
2. Măsurare.

Primul proces tangențial din mediul academicnimeni nu a avut dubii, iar al doilea proces a stârnit discuții și a dat naștere la o serie de interpretări, chiar și în cadrul interpretării de la Copenhaga a conștiinței în sine. Pe de o parte, există toate motivele pentru a crede că funcția de undă nu este altceva decât un obiect fizic real și că este supusă colapsului în timpul celui de-al doilea proces. Pe de altă parte, funcția de undă poate să nu acționeze ca o entitate reală, ci ca un instrument matematic auxiliar, al cărui singur scop este să ofere o oportunitate de a calcula probabilitatea. Bohr a subliniat că singurul lucru care poate fi prezis este rezultatul experimentelor fizice, prin urmare toate întrebările secundare ar trebui să se refere nu la știința exactă, ci la filosofie. El a profesat în evoluțiile sale conceptul filosofic al pozitivismului, care cere științei să discute numai lucruri cu adevărat măsurabile.

Experiență cu dublă fantă

În experimentul cu dublă fantă, lumina care trece prin douăfanta cade pe ecran, pe care apar două franjuri de interferență: întunecată și deschisă. Acest proces se explică prin faptul că undele luminoase se pot amplifica reciproc în unele locuri și se pot stinge reciproc în altele. Pe de altă parte, experimentul ilustrează faptul că lumina are proprietățile fluxului unei părți, iar electronii pot prezenta proprietăți de undă, oferind un model de interferență.

Se poate presupune că experimentul se desfășoară cu un fluxfotoni (sau electroni) de o intensitate atât de mică încât o singură particulă trece prin fante de fiecare dată. Cu toate acestea, când se adaugă punctele de lovire a fotonilor pe ecran, același model de interferență este obținut din undele suprapuse, în ciuda faptului că experimentul se referă la particule presupuse separate. Acest lucru se explică prin faptul că trăim într-un univers „probabilist” în care fiecare eveniment viitor are un grad redistribuit de posibilități, iar probabilitatea ca în momentul următor să se întâmple ceva absolut neprevăzut este destul de mică.

întrebări

Experimentul cu fante ridică următoarele întrebări:

1. Care vor fi regulile de comportament pentru particulele individuale?Legile mecanicii cuantice indică unde vor fi particulele pe ecran statistic. Acestea vă permit să calculați locația dungi de lumină, care sunt susceptibile de a avea multe particule, și dungi întunecate, în cazul în care este posibil să cadă mai puține particule. Cu toate acestea, legile care guvernează mecanica cuantică nu pot prezice unde va ajunge de fapt o particulă individuală.
2. Ce se întâmplă cu particula în momentul dintreprin emisie și înregistrare? Pe baza rezultatelor observațiilor, se poate crea impresia că particula este în interacțiune cu ambele fante. Acest lucru pare să contrazică comportamentul unei particule punctiforme. Mai mult, atunci când înregistrează o particulă, devine asemănătoare.
3. Sub influența căruia particula își schimbă comportamentulde la static la nestatic, și invers? Când o particulă trece prin fante, comportamentul acesteia este determinat de o funcție de undă non-localizată care trece prin ambele fante simultan. În momentul înregistrării unei particule, aceasta este întotdeauna înregistrată ca fiind una punctuală și nu se obține niciodată un pachet de unde murdare.

Răspunsuri

Teoria interpretării cuantice de la Copenhaga răspunde la întrebările formulate după cum urmează:

1. Este fundamental imposibil să elimini probabilisticulnatura previziunilor mecanicii cuantice. Adică, nu poate indica cu precizie limitarea cunoștințelor umane despre orice variabilă ascunsă. Fizica clasică se referă la probabilitate atunci când este necesar să se descrie un proces, cum ar fi aruncarea zarurilor. Adică probabilitatea înlocuiește cunoștințele incomplete. Interpretarea de la Copenhaga a mecanicii cuantice de către Heisenberg și Bohr, pe de altă parte, afirmă că rezultatul măsurătorilor în mecanica cuantică este fundamental nedeterminist.
2. Fizica este o știință care studiază rezultateleprocese de măsurare. Nu este adecvat să ne gândim la ceea ce se întâmplă ca urmare a acestora. Conform interpretării de la Copenhaga, întrebările cu privire la locul unde se afla particula înainte de înregistrare și alte astfel de fabricații nu au sens și, prin urmare, ar trebui excluse de la reflecții.
3. Actul de măsurare duce la prăbușirea instantaneefuncția de undă. Prin urmare, procesul de măsurare selectează aleatoriu doar una dintre posibilitățile pe care le permite funcția de undă a unei stări date. Și pentru a reflecta această alegere, funcția de undă trebuie să se schimbe instantaneu.

Formularea

Formularea interpretării de la Copenhaga înforma originală a generat mai multe variante. Cea mai comună dintre ele se bazează pe abordarea evenimentelor consistente și un astfel de concept ca decoerența cuantică. Decoerența vă permite să calculați granița neclară dintre macro și micro-lumi. Restul variațiilor diferă în ceea ce privește gradul de „realism al lumii valurilor”.

critică

Integritatea mecanicii cuantice (răspunsHeisenberg și Bohr la prima întrebare) au fost chestionați într-un experiment de gândire realizat de Einstein, Podolsky și Rosen (paradoxul EPR). Astfel, oamenii de știință au dorit să demonstreze că existența parametrilor ascunși este necesară, astfel încât teoria să nu conducă la „acțiune pe termen lung” instantanee și nelocale. Cu toate acestea, în timpul verificării paradoxului EPR, care a fost posibilă prin inegalitățile lui Bell, s-a dovedit că mecanica cuantică este corectă, iar diferitele teorii ale parametrilor ascunși nu au confirmări experimentale.

Dar cel mai problematic a fost răspunsul lui Heisenberg și Bohr la a treia întrebare, care a plasat procesele de măsurare într-o poziție specială, dar nu a determinat prezența trăsăturilor distinctive în acestea.

Mulți oameni de știință, atât fizicieni, cât și filosofi,a refuzat categoric să accepte interpretarea fizicii cuantice de la Copenhaga. Primul motiv a fost că interpretarea lui Heisenberg și Bohr nu a fost deterministă. Și al doilea este că a introdus o noțiune vagă de măsurare care a transformat funcțiile de probabilitate în rezultate fiabile.

Einstein era sigur că descrierea fiziculuirealitatea dată de mecanica cuantică interpretată de Heisenberg și Bohr este defectă. Potrivit lui Einstein, el a găsit un fir de logică în interpretarea de la Copenhaga, dar instinctele sale științifice au refuzat să o accepte. Prin urmare, Einstein nu a putut abandona căutarea unui concept mai complet.

În scrisoarea sa către Born, Einstein spunea:"Sunt sigur că Dumnezeu nu aruncă zarurile!" Niels Bohr, comentând această frază, i-a spus lui Einstein să nu-i spună lui Dumnezeu ce să facă. Și în conversația sa cu Abraham Pice, Einstein a exclamat: „Chiar crezi că luna există doar atunci când o privești?”

Erwin Schrödinger a inventat un experiment de gândire cuprin care dorea să demonstreze inferioritatea mecanicii cuantice în timpul tranziției de la sistemele subatomice la cele microscopice. În același timp, colapsul necesar al funcției de undă în spațiu a fost considerat problematic. Conform teoriei relativității a lui Einstein, instantaneitatea și simultaneitatea au sens doar pentru un observator situat în același cadru de referință. Astfel, nu există timp care ar putea deveni același pentru toată lumea, ceea ce înseamnă că prăbușirea instantanee nu poate fi determinată.

răspândire

Un sondaj informal realizat în mediul academicîn 1997, a arătat că interpretarea de la Copenhaga dominantă anterior, discutată pe scurt mai sus, este susținută de mai puțin de jumătate dintre respondenți. Cu toate acestea, ea are mai mulți adepți decât alte interpretări în mod individual.

alternativă

Mulți fizicieni sunt mai aproape de o altă interpretaremecanica cuantică, care se numește „nici una”. Esența acestei interpretări este exprimată exhaustiv în dictumul lui David Mermin: „Taci și calculează!”, Care este adesea atribuit lui Richard Feynman sau Paul Dirac.