Тумачење Копенхагена је објашњењеквантне механике, коју су формулисали Ниелс Бохр и Вернер Хеисенберг 1927. године када су научници радили заједно у Копенхагену. Бохр и Хеисенберг су успели да побољшају пробабилистичку интерпретацију функције, коју је формулисао М. Борн, и покушали су да одговоре на бројна питања, за чије настајање је заслужан дуализам честица-талас. Овај чланак ће испитати главне идеје копенхашке интерпретације квантне механике и њихов утицај на модерну физику.
Проблематично
Позване су интерпретације квантне механикефилозофски погледи на природу квантне механике као теорије која описује материјални свет. Уз њихову помоћ било је могуће одговорити на питања о суштини физичке стварности, начину њеног проучавања, природи узрочности и детерминизма, као и суштини статистике и њеном месту у квантној механици. Квантна механика се сматра најзвучнијом теоријом у историји науке, али још увек нема консензуса у њеном најдубљем разумевању. Постоји читав низ интерпретација квантне механике, а данас ћемо погледати најпопуларније од њих.
Кључне идеје
Као што знате, физички свет се састоји од квантапредмети и класични мерни инструменти. Промена стања мерних уређаја описује неповратан статистички процес промене карактеристика микро-објеката. Када микро-објекат ступи у интеракцију са атомима мерног уређаја, суперпозиција се своди на једно стање, односно таласна функција мерног објекта се смањује. Сцхродингерова једначина не описује овај резултат.
У смислу тумачења из Копенхагена,квантна механика не описује саме микро-објекте, већ њихова својства која се манифестују у макро-условима створеним типичним мерним инструментима током посматрања. Понашање атомских објеката не може се разликовати од њихове интеракције са мерним инструментима који бележе услове за порекло појава.
Поглед на квантну механику
Квантна механика је статичка теорија.То је због чињенице да мерење микрообјекта доводи до промене његовог стања. Тако настаје пробабилистички опис почетног положаја предмета који је описан таласном функцијом. Комплексна таласна функција је централни појам у квантној механици. Таласна функција се мења у нову димензију. Резултат овог мерења на вероватноћа зависи од таласне функције. Само квадрат модула таласне функције има физичко значење, што потврђује вероватноћу да се микропредмет који се проучава налази на одређеном месту у свемиру.
У квантној механици закон узрочностије испуњен у односу на таласну функцију која се мења у времену у зависности од почетних услова, а не у односу на координате брзине честице, као у класичној интерпретацији механике. Због чињенице да је само квадрат модула таласне функције обдарен физичком вредношћу, његове почетне вредности се у принципу не могу одредити, што доводи до одређене немогућности добијања тачних сазнања о почетном стању система кванта.
Филозофско порекло
Са филозофске тачке гледишта, основа копенхагенске интерпретације су епистемолошки принципи:
- Посматрање. Његова суштина лежи у искључивању из физичке теорије оних изјава које се не могу проверити директним посматрањем.
- Комплементарности. Претпоставља се да се таласни и корпускуларни опис предмета микросвета допуњују.
- Неизвесности. Каже да се координата микро-објеката и њихов импулс не може одредити одвојено и са апсолутном тачношћу.
- Статички детерминизам.Претпоставља се да је тренутно стање физичког система одређено претходним стањима не једнозначно, већ само са делић вероватноће спровођења трендова промена својствених прошлости.
- Сагласност. Према овом принципу, закони квантне механике трансформишу се у законе класичне механике када је могуће занемарити величину кванта деловања.
Предности
У квантној физици, информације о атомским објектима,добијени помоћу експерименталних инсталација, у међусобном су особеном односу. У односима несигурности Вернера Хеисенберга примећује се обрнута пропорционалност између нетачности у фиксирању кинетичких и динамичких променљивих које одређују стање физичког система у класичној механици.
Значајна предност Копенхагенатумачење квантне механике је чињеница да она не оперише детаљним исказима директно о физички неприметним величинама. Поред тога, уз минимум предуслова, он гради концептуални систем који свеобухватно описује експерименталне чињенице доступне у овом тренутку.
Значење таласне функције
Према тумачењу из Копенхагена, таласна функција може бити подложна двама процесима:
- Унитарна еволуција, која је описана Сцхродингеровом једначином.
- Мерење.
Тангенцијални први процес у академској заједницинико није сумњао, а други процес је изазвао дискусије и изнедрио бројне интерпретације, чак и у оквиру саме копенхашке интерпретације свести. С једне стране, постоје сви разлози да се верује да таласна функција није ништа друго до стварни физички објекат и да се подвргава колапсу током другог процеса. С друге стране, таласна функција може деловати не као стварни ентитет, већ као помоћно математичко средство, чија је једина сврха пружање могућности за израчунавање вероватноће. Бор је нагласио да је једино што се може предвидети резултат физичких експеримената, стога би се сва секундарна питања требала односити не на егзактну науку, већ на филозофију. У својим радовима исповедао је филозофски концепт позитивизма, који захтева да наука расправља само о заиста мерљивим стварима.
Експеримент са двоструким прорезом
У експерименту са двоструким прорезом, светлост пролази кроз двапрорез пада на екран, на којем се појављују две ометајуће ресе: тамна и светла. Овај процес се објашњава чињеницом да се светлосни таласи на неким местима могу међусобно појачати, а на другим угасити. С друге стране, експеримент илуструје да светлост има својства флукса дела, а електрони могу показивати таласна својства, дајући тако интерференцијски образац.
Може се претпоставити да се експеримент изводи са млазомфотони (или електрони) тако ниског интензитета да кроз прорезе сваки пут пролази само једна честица. Па ипак, када се саберу тачке фотона који ударају у екран, исти се узорак интерференције добија из надвучених таласа, упркос чињеници да се експеримент односи на наводно одвојене честице. То се објашњава чињеницом да живимо у „вероватноћастом“ универзуму у којем сваки будући догађај има прерасподељени степен могућности, а вероватноћа да ће се у следећем тренутку догодити нешто апсолутно непредвиђено је прилично мала.
Питања и одговори
Експеримент са прорезима поставља следећа питања:
- Каква ће бити правила понашања за поједине честице?Закони квантне механике статистички показују где ће се честице налазити на екрану. Омогућавају вам израчунавање места светлих пруга, које ће вероватно имати пуно честица, и тамних пруга, где ће вероватно пасти мање честица. Међутим, закони који управљају квантном механиком не могу предвидети где ће појединачна честица заправо завршити.
- Шта се дешава са честицом у тренутку измеђуемисијом и регистрацијом? На основу резултата посматрања може се створити утисак да је честица у интеракцији са оба прореза. Чини се да је то у супротности са законима понашања тачкасте честице. Штавише, када региструје честицу, она постаје тачкаста.
- Под чијим утицајем честица мења своје понашањеод статичног ка не-статичном, и обрнуто? Када честица пролази кроз прорезе, њено понашање се одређује нелокализованом таласном функцијом која истовремено пролази кроз оба прореза. У тренутку регистрације честице, она се увек бележи као тачка, а размазани таласни пакет се никада не добија.
Одговори
Копенхагенска теорија квантне интерпретације на постављена питања одговара на следећи начин:
- У основи је немогуће елиминисати вероватноћуприрода предвиђања квантне механике. Односно, не може тачно да укаже на ограничење људског знања о било којим скривеним променљивим. Класична физика се односи на вероватноћу када је потребно описати поступак као што је бацање коцкица. Односно, вероватноћа замењује непотпуно знање. Супротно, копенхагенска интерпретација квантне механике, коју су написали Хеисенберг и Бохр, тврди да је резултат мерења у квантној механици у основи недетерминистички.
- Физика је наука која проучава резултатепроцеси мерења. Непримерено је размишљати о томе шта се дешава као резултат њих. Према тумачењу из Копенхагена, питања о томе где је била честица пре тренутка регистрације и друге такве измишљотине су бесмислена, па их стога треба искључити из размишљања.
- Чин мерења доводи до тренутног колапсаталасна функција. Сходно томе, поступак мерења насумично бира само једну од могућности које таласна функција датог стања дозвољава. Да би одражавао овај избор, таласна функција се мора тренутно променити.
Текст
Формулација тумачења из Копенхагена уоригинални облик изнедрио је неколико варијација. Најчешћи од њих заснован је на доследном приступу догађаја и концепту квантне декохеренције. Декохеренција вам омогућава да израчунате нејасну границу између макро и микросветова. Остатак варијација разликује се у степену „реализма таласног света“.
Критика
Комплетност квантне механике (одговорХеисенберг и Бохр о првом питању) испитивано је у мисаоном експерименту који су спровели Еинстеин, Подолски и Росен (ЕПР парадокс). Дакле, научници су желели да докажу да је постојање скривених параметара неопходно како теорија не би довела до тренутног и не-локалног „дуготрајног деловања“. Међутим, током верификације парадокса ЕПР, што је омогућено Белловим неједнакостима, доказано је да је квантна механика тачна, а разне теорије скривених параметара немају експерименталну потврду.
Али, најпроблематичнији је био одговор Хеисенберга и Бохра на треће питање, који су мерне процесе ставили у посебан положај, али нису утврдили присуство дистинктивних карактеристика у њима.
Многи научници, и физичари и филозофи,глатко одбио да прихвати копенхагенску интерпретацију квантне физике. Први разлог био је тај што тумачење Хеисенберга и Бохра није било детерминистичко. А друго је то што је увео неодређени појам мерења који је функције вероватноће претворио у поуздане резултате.
Ајнштајн је био уверен да опис физичкогстварност, дата квантном механиком како су је тумачили Хеисенберг и Бохр, је непотпуна. Према Ајнштајну, он је пронашао зрно логике у интерпретацији у Копенхагену, али су његови научни инстинкти одбили да је прихвате. Стога Ајнштајн није могао да напусти потрагу за потпунијим концептом.
У свом писму Борну, Ајнштајн је рекао:"Сигуран сам да Бог не баца коцкице!" Ниелс Бохр, коментаришући ову фразу, рекао је Ајнштајну да не говори Богу шта да ради. А у разговору са Абрахамом Пицеом, Ајнштајн је узвикнуо: „Да ли заиста мислите да месец постоји само када га погледате?“
Ервин Сцхродингер је измислио мисаони експеримент сакојим је желео да демонстрира инфериорност квантне механике током преласка из субатомских система у микроскопске. Истовремено, неопходни колапс таласне функције у свемиру сматран је проблематичним. Према Ајнштајновој теорији релативности, тренутност и истовременост имају смисла само за посматрача који је у истом референтном оквиру. Дакле, не постоји време које би могло постати исто за све, што значи да се тренутни колапс не може утврдити.
Дистрибуција
Неформално истраживање спроведено у академским круговима1997. године показали су да претходно доминантно тумачење Копенхагена, о коме је кратко било говора, подржава мање од половине испитаника. Међутим, она има више присталица него друга тумачења појединачно.
Алтернативе
Многи физичари су ближи другом тумачењу.квантне механике, која се назива „ниједна“. Суштина овог тумачења исцрпно је изражена у изреци Давида Мермина: „Умукни и израчунај!“, Што се често приписује Рицхарду Феинману или Паулу Дирацу.
