Koppenhágai értelmezés

A Koppenhágai Interpretáció  a kvantummechanika értelmezése (értelmezése) , amelyet Niels Bohr és Werner Heisenberg közös munkájuk során , 1927 körül Koppenhágában [1] [2] [3] [4] fogalmaztak meg . Bohr és Heisenberg továbbfejlesztette a hullámfüggvény Max Born -féle valószínűségi értelmezését, és megpróbált választ adni számos, a kvantummechanikában rejlő hullám-részecske kettősségből fakadó kérdésre, különösen a mérés kérdésére .

A koppenhágai értelmezés főbb gondolatai

A fizikai világ kvantum (kis) tárgyakból és klasszikus mérőeszközökből áll.

A hullámfüggvény ( a Schrödinger-egyenlet megoldása ) az objektumok kvantumállapotának változását írja le .

A klasszikus mérőműszerek állapotváltozását a kvantummikroobjektumok jellemzőinek mérésének visszafordíthatatlan statisztikai folyamata írja le.

A mikroobjektum és a mérőeszköz atomjai közötti kölcsönhatás során a mért mikroobjektum hullámfüggvénye lecsökken, vagyis a szuperpozíció egy állapotra redukálódik. Ez az eredmény nem következik a Schrödinger-egyenletből.

A koppenhágai értelmezés szerint a kvantummechanika nem önmagukban írja le a mikroobjektumokat, hanem azok tulajdonságait, amelyek a klasszikus mérőműszerek által a megfigyelés során létrehozott makrofeltételekben nyilvánulnak meg.

Az atomi objektumok viselkedése nem különböztethető meg élesen a jelenségek előfordulásának feltételeit rögzítő mérőműszerekkel való kölcsönhatásuktól [5]

A kvantummechanika egy statisztikai elmélet, amely abból fakad, hogy a mikroobjektum kezdeti feltételeinek mérése megváltoztatja annak állapotát, és a mikroobjektum kiindulási helyzetének valószínűségi leírásához vezet, amelyet hullámfüggvénnyel írnak le [ 6] . A kvantummechanika központi fogalma a komplex hullámfüggvény . Lehetőség van a hullámfüggvény változásának egy új dimenzióra történő leírására. Várható eredménye valószínűségileg függ a hullámfüggvénytől. Fizikailag csak a hullámfüggvény modulusának négyzete számít, ami azt jelenti, hogy a vizsgált mikroobjektum milyen valószínűséggel található valahol a térben. [7] [8]

A kvantummechanikában a kauzalitás törvénye a hullámfüggvénnyel kapcsolatban teljesül, amelynek időbeni változását teljes mértékben a kezdeti feltételei határozzák meg, és nem a részecskék koordinátáihoz és sebességeihez viszonyítva, mint a klasszikus mechanikában. Tekintettel arra, hogy csak a hullámfüggvény modulusának négyzetének van fizikai jelentése, a hullámfüggvény kezdeti értékei elvileg nem találhatók meg teljesen, ami a kvantumrendszer kezdeti állapotával kapcsolatos ismeretek bizonytalanságához vezet. . [9]

A koppenhágai értelmezés filozófiai alapja a megfigyelhetőség episztemológiai elve (amennyire lehetséges kivétel a közvetlen megfigyeléssel nem ellenőrizhető állítások fizikai elmélete alól) [10] , a komplementaritás elve (a hullám és korpuszkuláris leírás ). a mikroobjektumok komplementerek egymást) [11] , a bizonytalanság elve (a mikroobjektumok koordinátája és impulzusa nem határozható meg egymástól függetlenül és abszolút pontossággal) [11] , a statisztikai determinizmus elve (egy adott állapot egy zárt fizikai rendszer nem egyértelműen, hanem csak bizonyos valószínűséggel határozza meg későbbi állapotát, amely leírja a múltban lefektetett változási tendenciák megvalósításának lehetőségét, és a megfelelés elvét (a kvantummechanika törvényei a a klasszikus mechanika törvényei, amikor a hatáskvantum nagysága elhanyagolható).

…a kvantumfizikában a különböző kísérleti elrendezések segítségével nyert atomi objektumok adatai egyfajta komplementer viszonyban állnak egymással. [12]

…a Heisenberg-féle bizonytalansági viszonyok… összefüggést (fordított arányosság) adnak a kvantummechanikában megengedhető kinematikai és dinamikai változók rögzítésének pontatlanságai között, amelyek a klasszikus mechanikában meghatározzák a fizikai rendszer állapotát. [12]

A koppenhágai értelmezés komoly előnye, hogy nem használ részletes megállapításokat közvetlenül fizikailag nem megfigyelhető mennyiségekről, és minimális előfeltételek mellett olyan fogalomrendszert épít ki, amely kimerítően írja le a ma elérhető kísérleti tényeket [13] .

A hullámfüggvény jelentése

A koppenhágai értelmezés szerint két folyamat befolyásolhatja a hullámfüggvényt :

Senki sem ért egyet az első folyamattal kapcsolatban, a másodikról pedig számos különböző értelmezés létezik, még magán a koppenhágai értelmezésen belül is. Egyrészt feltételezhetjük, hogy a hullámfüggvény egy valós fizikai objektum, és a második folyamat során összeomlik , másrészt feltételezhetjük, hogy a hullámfüggvény csak egy segéd matematikai eszköz (és nem egy valós entitás), amelynek egyetlen célja, hogy lehetőséget adjon a valószínűségek kiszámítására. Bohr hangsúlyozta, hogy csak a fizikai kísérletek eredményeit lehet megjósolni, így a további kérdések nem a tudományhoz, hanem a filozófiához tartoznak. Bohr osztotta a pozitivizmus filozófiai koncepcióját, amely megköveteli, hogy a tudomány csak igazán mérhető dolgokról beszéljen.

A klasszikus kettős réses kísérletben a fény áthalad két résen, és a képernyőre esik, ahol sötét és világos peremek jelennek meg . Ez azzal magyarázható, hogy egyes helyeken a fényhullámok kölcsönösen felerősödnek, másutt pedig kialszanak. Másrészt a kísérlet azt mutatja, hogy a fénynek is megvannak a részecskeáram tulajdonságai, és az olyan tárgyak, mint például az elektronok, hullámtulajdonságokat is mutathatnak, és interferenciamintázatot is adhatnak.

Ez felvet néhány érdekes kérdést. Tegyük fel, hogy egy kétréses kísérletet olyan alacsony foton- (vagy elektron- ) fluxus intenzitással hajtanak végre, hogy minden alkalommal csak egy részecske halad át a réseken. Amikor azonban a kísérletvezető összesíti a képernyőn lévő összes foton találati pontját, ugyanazt az interferenciamintát kapja az egymásra helyezett hullámokból, annak ellenére, hogy a kísérlet úgy tűnt, hogy az egyes részecskékre vonatkozik. Ez úgy értelmezhető, hogy egy „valószínűségi” univerzumban élünk – olyanban, amelyben minden jövőbeli eseményhez bizonyos fokú lehetőség társul, és nem olyan, amelyben minden következő pillanatban bármi megtörténhet.

Következmények

Ez a tapasztalat a következő kérdéseket veti fel:

  1. A kvantummechanika törvényei megmondják , hogy statisztikailag hol érik el a részecskék a képernyőt , és lehetővé teszik a világos sávok elhelyezkedésének kiszámítását, ahol valószínűleg sok részecske ütközik, és a sötét sávok helyét, ahol valószínűleg kevés részecske . Egyetlen részecske esetében azonban a kvantummechanika törvényei nem tudják megjósolni, hogy valójában hol fog végezni . Milyen szabályok vonatkoznak ebben az esetben az egyes részecskék viselkedésére?
  2. Mi történik a részecskével a kibocsátás és a regisztráció pillanata között? Úgy tűnik, hogy a részecske kölcsönhatásba lép mindkét réssel. És ez ellentmondani látszik annak, hogyan viselkedhet egy pontrészecske. Sőt, amikor egy részecskét regisztrálunk, kiderül, hogy pont.
  3. Mi okozza, hogy egy részecske statikusról nem statikusra vált, és fordítva? Amikor egy részecske átrepül a réseken, viselkedését egy nem lokalizált hullámfüggvény írja le, amely egyszerre halad át mindkét résen. Amikor egy részecskét regisztrálunk, soha nem kapunk diffúz hullámcsomagot, de egy pontrészecske mindig rögzítésre kerül.

A koppenhágai értelmezés a következőképpen válaszol ezekre a kérdésekre:

  1. A kvantummechanika előrejelzéseinek valószínűségi jellege alapvetően eltávolíthatatlan, vagyis egyáltalán nem jelenti azt, hogy tudásunk korlátozott, hogy nem ismerjük egyes rejtett változók értékét. A klasszikus fizikában a valószínűséget használták az olyan kimenetelek leírására, mint például a kockadobás, bár a folyamatot valójában determinisztikusnak tekintették. Vagyis a hiányos ismeretek helyett valószínűségeket használtak. Éppen ellenkezőleg, a koppenhágai értelmezés szerint a kvantummechanikában a mérés eredménye alapvetően nem determinisztikus.
  2. A fizika a mérési folyamatok eredményeinek tudománya. Rossz a találgatás arról, hogy mi történik mögöttük. A koppenhágai értelmezés értelmetlennek tartja az olyan kérdéseket, mint „hol volt a részecske, mielőtt regisztráltam a helyét”.
  3. A mérési aktus azonnali összeomlást, " hullámfüggvény összeomlást " okoz. Ez azt jelenti, hogy a mérési folyamat véletlenszerűen választja ki az állapot hullámfüggvénye által megengedett lehetőségek közül az egyiket, és a hullámfüggvény azonnal megváltozik, hogy tükrözze ezt a választást.

A koppenhágai értelmezés eredeti megfogalmazása számos változatra adott okot; a legelismertebb a konzisztens események megközelítésén ("igaz a koppenhágai?") és a kvantumdekoherencia koncepcióján alapul , amely lehetővé teszi a "mikro" és "makró" világ közötti fuzzy határ kiszámítását. Más változatok különböznek a hullámvilág "realizmusának" fokától.

Kritika

A kvantummechanika teljességét (1. tézis) kérdőjelezték meg Einstein, Podolsky és Rosen gondolatkísérletében (EPR paradoxon), melynek célja volt annak bizonyítása, hogy rejtett paramétereknek létezniük kell ahhoz, hogy az elmélet ne vezessen nem lokális és azonnali "hosszú távú akció". Az EPR-paradoxon Bell-egyenlőtlenségeit használó kísérleti tesztelése azonban azt mutatta, hogy a kvantummechanika helyes, és a lokális rejtett változókra vonatkozó különféle elméletek nem egyeznek a kísérlettel.

A három tézis közül fizikai szempontból az utolsó a legproblémásabb, mivel sajátos helyzetbe hozza a mérési folyamatokat, de nem határozza meg egyértelműen, hogy mik azok, és nem jelzi megkülönböztető jegyeiket.

Sok fizikus és filozófus nem ért egyet a koppenhágai értelmezéssel, egyrészt azért, mert az nem determinisztikus , másrészt azért, mert bevezeti a mérés egy definiálatlan fogalmát , amely a valószínűségi függvényeket megbízható mérésekké alakítja.

Einstein meg volt győződve arról, hogy a kvantummechanika koppenhágai értelmezése szerint a fizikai valóság leírása hiányos: " Logikusan lehetséges így gondolkodni, de ez annyira ellentétes a tudományos ösztönemmel, hogy nem tagadhatom meg egy teljesebb koncepció keresését. ." [tizennégy]

Ennek szemléltetésére Einstein azt írta [kb. 1] Bornu : „ Meg vagyok győződve arról, hogy Isten nem dob kockát ”, és felkiáltott egy Abraham Pais -szal folytatott beszélgetés során : „ Tényleg azt hiszed, hogy a Hold csak akkor létezik, ha ránézel? ". N. Bohr így válaszolt neki: "Einstein, ne mondd meg Istennek, mit tegyen." Erwin Schrödinger előállt a híres gondolatkísérlettel Schrödinger macskájáról , amellyel a kvantummechanika hiányosságát akarta bemutatni a szubatomi rendszerről a makroszkopikus rendszerre való átmenetben .

Hasonlóképpen problémákat okoz a hullámfüggvény szükséges "azonnali" összeomlása minden térben . Einstein relativitáselmélete azt mondja, hogy a pillanatnyiságnak, az egyidejűségnek csak az azonos vonatkoztatási rendszerben lévő megfigyelők számára van értelme – nincs  mindenkinek egyetlen ideje , ezért a pillanatnyi összeomlás is meghatározatlan marad.

Prevalencia a tudósok körében

Az UMBC által támogatott szimpóziumon 1997-ben végzett informális közvélemény-kutatás [15] kimutatta , hogy a koppenhágai értelmezést a megkérdezettek kevesebb mint fele támogatja, de még mindig vezet azok között, akik nem tartózkodtak a válaszadástól. A szavazás résztvevőinek szavazatai általában a következőképpen oszlottak meg:

Értelmezés Leadott szavazatok
Koppenhágai értelmezés 13
Sok világ értelmezése nyolc
Bohm értelmezése négy
Soros történetek négy
Módosított dinamika ( GDV ) egy
A fentiek közül egyikre sem volt nehéz válaszolni tizennyolc

Alternatívák

Sok fizikus hajlik a kvantummechanika úgynevezett "nem" értelmezése felé, amelyet David Mermin aforizmája tömören fejez ki : "Fogd be, és számolj!" (eredeti angol „Shut up and Calculum!”), gyakran (valószínűleg tévedésből) Richard Feynmannek vagy Paul Diracnak tulajdonítják [16] .

Lásd még

Jegyzetek

Hozzászólások
  1. ↑ 1926. december 12-i levél
Források és felhasznált irodalom
  1. ↑ Gribbin J. Q IS FOR QUANTUM: An Encyclopedia of Particle Physics . - 2000. - S.  4 -8. — ISBN 978-0684863153 .
  2. ↑ Heisenberg V. A kvantumelmélet értelmezésének fejlődése // Niels Bohr és a fizika fejlődése / Szo. szerk. Pauli V.  - M: IL, 1958. - S. 23-45.
  3. ↑ Heisenberg V. Emlékek a kvantummechanika fejlődésének korszakára // A XX. század elméleti fizikája / Szo. szerk. Smorodinsky Ya. A.  - M: IL, 1962. - S. 53-59.
  4. ↑ Heisenberg, 1989 , p. 19.
  5. ↑ Bohr N. Megbeszélések Einsteinnel az atomfizika tudáselméletének problémáiról // Atomfizika és emberi tudás - M .: IL, 1961. - 60. o.
  6. ↑ Heisenberg, 1989 , p. húsz.
  7. ↑ Born M. A hullámmechanika statisztikai értelmezése // Atomfizika - M.: Mir, 1965. - 172-178.
  8. ↑ Born M. A kvantummechanika statisztikai értelmezése // Fizika nemzedékem életében - M .: IL, 1963. - 301-315.
  9. ↑ Született: M. Atomfizika - M .: Mir, 1965. - 125. o.
  10. ↑ A fizika problémái: klasszikusok és modernitás, 1982 , p. 226.
  11. ↑ 1 2 Jevgenyij Berkovich. A "csodagyerekek forradalmának" epizódjai "A Bohrral való barátság fontosabb, mint a fizika"  // Tudomány és élet . - 2019. - 6. sz . - S. 48-62 .
  12. ↑ 1 2 Bohr N. Kvantumfizika és filozófia (ok-okozati összefüggés és komplementaritás) archiválva : 2014. január 1., a Wayback Machine // Uspekhi fizicheskikh nauk , 1959. 1. szám
  13. ↑ A fizika problémái: klasszikusok és modernitás, 1982 , p. 225.
  14. ↑ Einstein A. Fizika és valóság // Tudományos művek gyűjteménye, IV. - M., 1966. - 223. o
  15. ↑ Tegmark M. (1997), The Interpretation of Quantum Mechanics: Many Worlds or many Words?, arΧiv : quant-ph/9709032v1 [quant-ph]. 
  16. ↑ N. David Mermin. Feynman mondhatta ezt?  (angol)  // Fizika ma . - 2004. - Iss. 5 . — 10. o .

Irodalom

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
Bibliográfiai katalógusokban