Kakšna je razlaga v Københavnu?

Københavnska razlaga je razlaga kvantne mehanike, ki so jo leta 1927 oblikovali Niels Bohr in Werner Heisenberg, ko so znanstveniki sodelovali v Kopenhagnu. Bohr in Heisenberg sta lahko izboljšala verjetnostno interpretacijo funkcije, ki jo je oblikoval M. Born in poskušal odgovoriti na številna vprašanja, katerih nastanek je posledica korpuskularnega valovnega dualizma. V tem prispevku bomo preučili osnovne ideje köbenhavnske interpretacije kvantne mehanike in njihov vpliv na sodobno fiziko.

Težave

Tolmačenje kvantne mehanike imenuje filozofska stališča o naravi kvantne mehanike, kot teoriji, ki opisuje materialni svet. S svojo pomočjo je bilo mogoče odgovoriti na vprašanja o bistvu fizične resničnosti, načinu njegovega raziskovanja, naravi vzročnosti in determinizmu, pa tudi bistvu statistike in njegovem mestu v kvantni mehaniki. Kvantna mehanika se šteje za najbolj resonančno teorijo v zgodovini znanosti, vendar v njenem globokem razumevanju še vedno ni soglasja. Obstajajo številne interpretacije kvantne mehanike, danes pa se bomo spoznali z najbolj priljubljenimi.

Osnovne ideje

Kot je znano, fizični svet sestavljajo kvantni predmeti in klasični instrumenti za merjenje. Sprememba stanja merilnih instrumentov opisuje nepopravljiv statistični proces spreminjanja značilnosti mikroobjektov. Ko se mikroobjekt medsebojno ujema z atomi merilnega instrumenta, se superpozicija zmanjša na eno stanje, to pomeni, da pride do zmanjšanja valovne funkcije merilnega objekta. Enačba Schrödinger ne opisuje tega rezultata.

Kvantna mehanika z vidika kopenhagenske interpretacije ne opisuje samih mikroobjektov, ampak njihove lastnosti, ki se manifestirajo v makro pogojih, ki so jih med opazovanjem ustvarili s tipičnimi merilnimi instrumenti. Obnašanje atomskih predmetov ni mogoče ločiti od interakcije z instrumenti za meritve, ki določajo pogoje za nastanek pojavov.

Pogled na kvantno mehaniko

Kvantna mehanika je statična teorija. To je posledica dejstva, da meritev mikroobjekta povzroči spremembo njenega stanja. Torej obstaja verjetnostni opis začetnega položaja objekta, ki ga opisuje valovna funkcija. Kompleksna valovna funkcija je osrednji koncept kvantne mehanike. Wave funkcija spremembe v novi dimenziji. Rezultat tega merjenja je odvisen od valovne funkcije, na verjetnostni način. Fizična vrednost je le kvadrat modula valovne funkcije, kar potrjuje verjetnost, da je mikroobjekt, ki ga proučujemo, na določenem mestu v prostoru.

V kvantni mehaniki se zakon o vzročnosti izvaja glede na valovno funkcijo, ki se spreminja glede na začetne pogoje in ne glede na koordinate hitrosti delcev, kot pri klasični obdelavi mehanike. Zaradi dejstva, da je samo kvadrat modula valovne funkcije dodeljen fizični vrednosti, njegove začetne vrednosti načeloma ni mogoče določiti, kar vodi do neke nezmožnosti pridobivanja točnega znanja o začetnem stanju kvantnega sistema.

Filozofska podlaga

S filozofskega vidika je osnova köbenhavnske razlage epistemološka načela:

1. Opazljivost. Njeno bistvo je izločiti iz fizične teorije tiste izjave, ki jih ni mogoče preveriti z neposrednim opazovanjem.
2. Dodatnost. Predpostavlja, da se val in korpuskularni opis predmetov mikromorfa dopolnjujeta.
3. Negotovost. Piše, da koordinat mikroobjektov in njihov zagon ni mogoče ločeno določiti in z absolutno natančnostjo.
4. Statični determinizem. Predpostavlja, da sedanje stanje fizičnega sistema v prejšnjih državah ni edinstveno, temveč le z deležem verjetnosti izvajanja trendov sprememb, ki so bile določene v preteklosti.
5. Skladnost. Po tem načelu se zakoni kvantne mehanike spremenijo v zakone klasične mehanike, ko je mogoče zanemariti velikost kvantnega delovanja.

Koristi

V kvantni fiziki so informacije o atomskih predmetih, pridobljenih z eksperimentalnimi instalacijami, v nenavadnih odnosih med seboj. V razmerju negotovosti Wernerja Heisenberga je ugotovljena obratna sorazmernost med netočnostmi pri določanju kinetičnih in dinamičnih spremenljivk, ki določajo stanje fizičnega sistema v klasični mehaniki.

Pomembna prednost kopenhagenske interpretacije kvantne mehanike je dejstvo, da ne deluje s podrobnimi izjavami neposredno o fizično neopaženih količinah. Poleg tega z minimalnimi predpostavkami konstruira konceptualni sistem, ki izčrpno opisuje eksperimentalna dejstva, ki so trenutno na voljo.

Pomen funkcije valov

Po tolmačenju v Københavnu je lahko valovno funkcijo predmet dveh procesov:

1. Enotna evolucija, ki jo opisuje Schrodingerova enačba.
2. Merjenje.

Nihče ni dvomil v tangento prvega procesa v znanstvenih krogih, drugi proces pa je sprožil polemike in povzročil številne interpretacije, tudi v okviru kopenhagenske interpretacije same zavesti. Po eni strani obstajajo vsi razlogi za domnevo, da valovna funkcija ni nič drugega kot pravi fizični predmet in da se med drugim postopoma zlomi. Po drugi strani pa valovna funkcija ne deluje kot realna enota, ampak kot pomožno matematično orodje, katerega edini namen je ponujati možnost za izračun verjetnosti. Bohr je poudaril, da je edina stvar, ki jo je mogoče napovedati, rezultat fizičnih eksperimentov, zato vsa sekundarna vprašanja ne bi smela biti povezana z natančno znanostjo, temveč s filozofijo. Pri svojem delu je priznal filozofski koncept pozitivizma, ki zahteva, da znanost razpravlja le o realnih stvareh.

Dvojne rešetke

V eksperimentu z dvema režama se na zaslonu pojavita svetloba, ki poteka skozi dve razrezi, na kateri se pojavita dve interferenčni vrvi: temen in svetel. Ta proces je razložen z dejstvom, da se lahko svetlobni valovi med sabo razširjajo, v drugih pa se lahko medsebojno ugasnejo. Po drugi strani pa eksperiment ponazarja, da ima svetlobo lastnosti pretoka dela, elektroni pa lahko izražajo lastnosti valov, kar povzroči interferenčni vzorec.

Lahko se domneva, da se eksperiment izvaja s pretokom fotonov (ali elektronov), tako nizke intenzitete, da le en delček preide skozi režo vsakič. Kljub temu, ko se na zaslone dodajo fotonske točke, so prekrivajoči se valovi enaki interferenčni vzorec, Kljub dejstvu, da se izkušnja nanaša na domnevno ločene delce. To je posledica dejstva, da živimo v "verjetnostnem" vesolju, v katerem ima vsak prihodnji dogodek prerazporejeno stopnjo priložnosti, verjetnost, da se bo v naslednjem trenutku zgodilo nekaj nepričakovanega, je precej majhno.

Vaša vprašanja

Takšna vprašanja kažejo na:

1. Kakšna so pravila za vedenje posameznih delcev? Zakoni kvantne mehanike označujejo kraj zaslona, ​​v katerem se bodo delci pojavili statistično. Dovoljujejo nam, da izračunamo lokacijo svetlobnih trakov, v katerih bo verjetno veliko delcev in temnih pasov, kjer se bo verjetno zmanjšalo število delcev. Vendar zakoni, na katere se obnaša kvantna mehanika, ne morejo napovedati, kje se dejansko izkaže, da se posamezni delci.
2. Kaj se zgodi z delci v času med emisijo in registracijo? Po rezultatih opazovanj se lahko zdi, da je delec v interakciji z obema režama. Zdi se, da je to v nasprotju z zakoni, ki urejajo vedenje točkovnih delcev. Poleg tega, ko je delec registriran, postane točkovno.
3. Pod kakšnim dejanjem delec spreminja svoje vedenje od statičnega do nestatičnega, in obratno? Ko delec prehaja skozi režo, njegovo obnašanje povzroči nelokalizirana valovna funkcija, ki hkrati prehaja skozi obe reži. V trenutku registracije delca je vedno pritrjen kot točka in nikoli ni dobil zamegljenega valovnega paketa.

Odgovori

Kopenhagenska teorija kvantne interpretacije odgovarja na naslednja vprašanja:

1. V osnovi ni mogoče odpraviti verjetnostne narave napovedi kvantne mehanike. To pomeni, da ne more natančno pričevati o omejevanju človeškega znanja o vseh skritih spremenljivkah. Klasična fizika se nanaša na verjetnost v tistih primerih, ko je treba opisati proces vrste premetanja kocke. To pomeni, da verjetnost nadomešča nepopolno znanje. Københavnska interpretacija kvantne mehanike Heisenberga in Bohrja, nasprotno, trdi, da je rezultat meritev v kvantni mehaniki v osnovi nedeterminističen.
2. Fizika je znanost, ki preučuje rezultate merilnih procesov. Napačno je razmišljati o tem, kaj se zgodi v njihovi preiskavi. Po tolmačenju v Københavnu so vprašanja o tem, kje je bila delec pred registracijo, in druge podobne izmišljotine nesmiselne in jih je zato treba izključiti iz presoje.
3. Meritveni akt vodi do trenutnega propada valovne funkcije. Posledično postopek merjenja naključno izbere le eno od možnosti, ki jo omogoča valovna funkcija določenega stanja. In da odraža to izbiro, mora valovna funkcija takoj spremeniti.

Formulacije

Formulacija kopenhagenske razlage v svoji izvirni obliki je povzročila več različic. Najpogostejši od njih temelji na pristopu nekonkurenčnih dogodkov in takem pojmu kot kvantna dekoherenca. Decoherenca omogoča izračun mehke meje med makro in mikro svetovi. Preostale razlike se razlikujejo glede na stopnjo "realnosti valovitega sveta".

Kritika

Celotno vrednost kvantne mehanike (odgovor Heisenberg in Bohr na prvo vprašanje) je bil vprašan v miselnem eksperimentu, ki so ga izvajali Einstein, Podolsky in Rosen (EPR paradox). Tako so znanstveniki želeli dokazati, da je obstoj skritih parametrov potreben, da teorija ne vodi do trenutnega in ne-lokalnega "dolgega dosega". Vendar pa je med preverjanjem EPR paradoksa, ki je postal mogoč zaradi Bellovih neenakosti, dokazano, da je kvantna mehanika pravilna in da različne teorije skritih parametrov nimajo eksperimentalne potrditve.

Toda najbolj problematičen je bil odgovor Heisenberg-a ​​in Bohr-a na tretje vprašanje, ki je merilne procese postavilo v poseben položaj, vendar v njih ni ugotovilo prisotnosti značilnih lastnosti.

Mnogi znanstveniki, fiziki in filozofi, so rado zavrnili kopenhagensko razlago kvantne fizike. Prvi razlog je bil, da interpretacija Heisenberg in Bohr ni bila deterministična. In drugič - s tem je uvedel nedoločen koncept merjenja, ki je verjetnostne rezultate spremenil v zanesljive rezultate.

Einstein je bil prepričan, da je opis fizične resničnosti, ki jo daje kvantna mehanika pri interpretaciji Heisenberg in Bohrja, nezadosten. Po Einsteinu je v tolmačenju v Københavnu našel del logike, toda njegovi znanstveni instinkti so to zavrnili. Zato Einstein ni mogel zavrniti iskanja popolnejšega koncepta.

V svojem pismu Borne Einstein je dejal: "Prepričan sem, da Bog ne vrže kocke!" Niels Bohr, ki je komentiral ta stavek, je povedal Einsteinu, da Bogu ni povedal, kaj naj naredi. In v svojem pogovoru z Abrahamom Pice, Einstein vzkliknil: "Ali res misliš, da Moon obstaja samo, če pogledaš?"

Erwin Schrödinger izumil je miselni eksperiment z mačko, s katero je želel pokazati nižjo vrednost kvantne mehanike med prehodom iz subatomskih sistemov v mikroskopske. Obenem je bil problem propadanja valovne funkcije v vesolju problematičen. V skladu z Einsteinovo teorijo relativnosti so instantnost in sočasnost smiselni samo za opazovalca, ki se nahaja v enem referenčnem okviru. Tako ni časa, ki bi lahko postal eden za vse in zato trenutnega zloma ni mogoče določiti.

Razširjanje

Neformalna anketa, izvedena v znanstvenih krogih leta 1997, je pokazala, da prevladujoča prejšnja razlaga v Københavnu, ki je bila na kratko obravnavana zgoraj, podpira manj kot polovica anketirancev. Kljub temu ima več privržencev kot druge interpretacije posamično.

Alternativa

Mnogi fiziki so bližje drugi interpretaciji kvantne mehanike, ki se imenuje "ne". Bistvo te razlage je izčrpno izraženo v izreku David Mermina: "Utihni in izračunaj!", Kar se pogosto pripisuje Richard Feynman ali Paul Dirac.