Каква е интерпретацията в Копенхаген?

Тълкуването в Копенхаген е обяснение на квантовата механика, формулирано от Нилс Бор и Вернер Хайзенберг през 1927 г., когато учени работеха заедно в Копенхаген. Бор и Хайзенберг успяват да подобрят вероятностното тълкуване на функцията, формулирано от М. Борн, и се опитаха да отговорят на редица въпроси, чието появяване се дължи на дуализма на корпускуларните вълни. В тази статия ще разгледаме основните идеи на копенхагенското тълкуване на квантовата механика и тяхното влияние върху съвременната физика.

проблеми

Интерпретации на квантовата механика, наречени философски възгледи за природата на квантовата механика, като теория, описваща материалния свят. С тяхна помощ беше възможно да се отговори на въпросите за същността на физическата реалност, начина, по който тя се изучава, естеството на причинността и детерминизма, както и същността на статистиката и нейното място в квантовата механика. Квантовата механика се смята за най-резонантната теория в историята на науката, но все още няма консенсус в нейното дълбоко разбиране. Има няколко интерпретации на квантовата механика, а днес ще се запознаем с най-популярните от тях.

Основни идеи

Както е известно, физическият свят се състои от квантови предмети и класически инструменти за измерване. Промяната в състоянието на измервателните уреди описва необратим статистически процес на промяна на характеристиките на микрообектите. Когато микрообектира взаимодейства с атомите на измервателния уред, суперпозицията се свежда до едно състояние, т.е. намаляването на вълновата функция на измервателния обект. Уравнението на Шрьодингер не описва този резултат.

От гледна точка на интерпретацията в Копенхаген квантовата механика не описва самите микроелементи, а техните свойства, които се проявяват в макро-условията, създадени от типичните измервателни уреди по време на наблюдението. Поведението на атомните обекти не може да бъде отделено от взаимодействието им с инструменти за измерване, които определят условията за произхода на явленията.

Поглед към квантовата механика

Квантовата механика е статична теория. Това се дължи на факта, че измерването на микрообекта води до промяна в неговото състояние. Така че има вероятностно описание на началната позиция на обекта, описана от функцията на вълната. Комплексната функция на вълната е централната концепция за квантовата механика. Функция на вълната промени в ново измерение. Резултатът от това измерване зависи от вълновата функция, по вероятностен начин. Физическата стойност е само квадрата на модула на вълновата функция, което потвърждава вероятността микробетото да бъде изследвано на определено място в пространството.

В квантовата механика, закона на причинно-следствената връзка се извършва по отношение на вълновата функция, променящи се във времето в зависимост от началните условия, а не по отношение на координатите на скоростта на частиците, както в класическата интерпретация на механика. Поради факта, че физическото стойност е надарен само с квадрата на вълновата функция, първоначалната му стойност не може да бъде определена по принцип, което води до известна невъзможност да се получи точна знания за първоначалното състояние квантова система.

Философска основа

От философска гледна точка, основата на копенхагенското тълкуване е епистемологичните принципи:

1. Наблюдаване. Нейната същност се състои в изключването от физическата теория на тези изявления, които не могат да бъдат проверени чрез пряко наблюдение.
2. Добавена стойност. Предполага, че вълната и корпускулярното описание на обектите на микросветата се допълват взаимно.
3. Несигурност. Тя казва, че координатите на микрообектите и техният импулс не могат да бъдат определени отделно и с абсолютна точност.
4. Статичен детерминизъм. Предполага, че сегашното състояние на физическата система не се определя уникално от предишните й състояния, а само с дял от вероятността за прилагане на установените в миналото тенденции на промяна.
5. Спазването. Според този принцип законите на квантовата механика се трансформират в законите на класическата механика, когато е възможно да се пренебрегне величината на квантовото действие.

предимства

В квантовата физика информацията за атомните обекти, получена чрез експериментални инсталации, е в особена връзка помежду си. В отношенията на несигурност на Вернер Хайзенберг се наблюдава обратна пропорционалност между неточностите при фиксирането на кинетичните и динамичните променливи, които определят състоянието на физическата система в класическата механика.

Значително предимство на копенхагенското тълкуване на квантовата механика е фактът, че тя не работи с подробни изявления директно за физически ненаблюдавани количества. Освен това, с минимални предпоставки, тя изгражда концептуална система, която изчерпателно описва експерименталните факти, които са на разположение в момента.

Значението на функцията на вълната

Според интерпретацията в Копенхаген функцията на вълната може да бъде подложена на два процеса:

1. Единична еволюция, която е описана от уравнението на Шрьодингер.
2. Измерване.

Никой не се съмняваше в допира на първия процес в научните среди, а вторият процес предизвикваше противоречия и доведе до редица интерпретации, дори в рамките на копенхагенското тълкуване на самото съзнание. От една страна, има всички основания да вярваме, че функцията на вълната не е нищо повече от истински физически обект и че е претърпяла колапс по време на втория процес. От друга страна, вълновата функция може да действа не като реална единица, а като спомагателен математически инструмент, чиято единствена цел е да предостави възможност за изчисляване на вероятността. Бор подчерта, че единственото нещо, което може да се предвиди, е резултат от физически експерименти, така че всички вторични въпроси не трябва да са свързани с точната наука, а с философията. Той признава в работата си философската концепция за позитивизъм, която изисква науката да обсъжда само реалистични неща.

Двойно прорязване

При експеримент с две разстояния светлината, минаваща през две процепи, попада на екран, на който се появяват две интерферентни рефлектори: тъмни и леки. Този процес се обяснява с факта, че светлинните вълни могат взаимно да се усилват на някои места, докато в други те могат да бъдат взаимно изгасени. От друга страна, експериментът илюстрира, че светлината има свойствата на потока на дадена част и електроните могат да проявяват свойства на вълната, като по този начин дават интерферентен модел.

Може да се приеме, че експериментът се осъществява с поток от фотони (или електрони) с толкова ниска интензивност, че само една частица преминава през прорезите всеки път. Независимо от това, когато на екрана се добавят точките на удара на фотон, препокриващите се вълни са еднакви интерференция, Въпреки факта, че опитът се отнася до предполагаеми отделни частици. Това се дължи на факта, че живеем в една "вероятностна" вселена, в която всяко бъдещо събитие има преразпределена степен на възможност и вероятността нещо неочаквано да се случи в следващия момент от времето е доста малка.

Вашите въпроси

Проблемът с шлифоване повдига такива въпроси:

1. Какви са правилата за поведението на отделните частици? Законите на квантовата механика показват мястото на екрана, в който частиците ще се появят статистически. Те ни позволяват да изчислим местоположението на светлинните ленти, в които най-вероятно ще има много частици и тъмни ленти, където има по-малко частици. Въпреки това законите, на които се подчинява квантовата механика, не могат да предвидят къде всъщност се оказват отделните частици.
2. Какво се случва с частиците в момента между емисията и регистрацията? Според резултатите от наблюденията може да се окаже, че частицата е в взаимодействие и с двата пропуски. Изглежда, че това противоречи на законите, регулиращи поведението на точкова частица. Освен това, когато е регистрирана частица, тя се превръща в точкова.
3. Под действието на която частицата променя поведението си от статичен до нестатичен и обратно? Когато дадена частица преминава през прорезите, нейното поведение се дължи на не-локализирана функция на вълната, която едновременно минава през двете процепи. В момента на регистриране на частицата, тя винаги е фиксирана като точка и никога не се получава замъглена вълна.

Отговори

Копенхагенската теория на квантовото тълкуване отговаря на поставените въпроси, както следва:

1. Изключително невъзможно е да се премахне вероятността от прогнозите на квантовата механика. Тоест, тя не може да свидетелства точно за ограничаването на човешкото познание за някакви скрити променливи. Класическата физика се отнася до вероятността в тези случаи, когато е необходимо да се опише процесът на типа на хвърлянето зара. Това означава, че вероятността заменя непълното знание. Копенхагенското тълкуване на квантовата механика на Хайзенберг и Бор, от друга страна, твърди, че резултатът от измерванията в квантовата механика е фундаментално не-детерминистичен.
2. Физиката е наука, която изучава резултатите от измервателните процеси. Не е правилно да се мисли за това, което се случва в разследването. Според интерпретацията в Копенхаген въпросите за това, къде е частицата преди регистрацията й и други подобни производства са безсмислени и следователно трябва да бъдат изключени от разглеждане.
3. Действието на измерването води до моментно сриване на вълновата функция. Следователно процесът на измерване произволно избира само една от възможностите, които вълновата функция на дадено състояние позволява. И за да отрази този избор, функцията на вълната трябва незабавно да се промени.

език

Формулирането на тълкуването в Копенхаген в неговата първоначална форма доведе до няколко вариации. Най-често срещаните от тях се основават на подхода на непротиворечиви събития и на такава концепция като квантово разколебание. Декохеренцията прави възможно изчисляването на размитата граница между макро и микроелементите. Останалите вариации се различават в степента на "реализъм на вълновия свят".

критика

Пълната стойност на квантовата механика (отговорът на Хайзенберг и Бор на първия въпрос) беше поставен под въпрос в експеримента на мисълта, извършен от Айнщайн, Подолски и Росен (EPR парадокс). По този начин учените искаха да докажат, че съществуването на скрити параметри е необходимо, за да не теорията да доведе до моментно и не местно "далечно разстояние" действие. Въпреки това, по време на проверката на EPR парадокса, който стана възможен поради неравенствата на Bell, беше доказано, че квантовата механика е правилна и различните теории на скритите параметри нямат експериментално потвърждение.

Но най-проблематичният е отговорът на Хайзенберг и Бор на третия въпрос, който поставя измервателните процеси в специално положение, но не определя присъствието на отличителни черти в тях.

Много учени, физици и философи, категорично отказаха да приемат тълкуването на квантовата физика в Копенхаген. Първата причина е, че тълкуването на Хайзенберг и Бор не е било детерминистично. И второто - в това, че въведе неопределена концепция за измерване, което превърна вероятностните функции в надеждни резултати.

Айнщайн беше убеден, че описанието на физическата действителност, дадено от квантовата механика при интерпретирането на Хайзенберг и Бор, е недостатъчно. Според Айнщайн той намира част от логиката в тълкуването в Копенхаген, но научните му инстинкти отказват да го приемат. Затова Айнщайн не можеше да откаже да търси по-цялостна концепция.

В писмото си до Борн Айнщайн се казва: "Сигурен съм, че Бог не хвърля зарове!". Нилс Бор, коментирайки тази фраза, казал на Айнщайн, че не е казал на Бога какво да прави. А в разговора си с Авраам Пейс Айнщайн възкликна: "Наистина ли мислиш, че Луната съществува само когато я погледнеш?"

Ервин Шрьодингер изобретил мисловния експеримент с котка, чрез който искаше да демонстрира малоценността на квантовата механика по време на прехода от субатомните системи към микроскопичните. В същото време, необходимото колапс на вълновата функция в пространството се счита за проблематично. Според теорията на Айнщайн за относителността, мигновеността и едновременността имат смисъл само за наблюдател, намиращ се в една референтна рамка. По този начин няма време, което да стане единствено за всички и оттам не може да бъде определен моментният колапс.

разпространение

Неформалната анкета, проведена в научни среди през 1997 г., показа, че преобладаващата по-ранна интерпретация в Копенхаген, обсъдена накратко по-горе, се подкрепя от по-малко от половината от респондентите. Въпреки това, тя има повече привърженици, отколкото други тълкувания поотделно.

алтернатива

Много физици са по-близо до друга интерпретация на квантовата механика, която се нарича "не". Същността на това тълкуване е изчерпателно изразена в думите на Дейвид Мермин: "Млъкнете и изчислете!", Което често се приписва Ричард Файнман или Пол Дирак.