The Copenhagen Interpretation is 'n verduideliking van kwantummeganika wat in 1927 deur Niels Bohr en Werner Heisenberg geformuleer is toe die wetenskaplikes in Kopenhagen saamgewerk het. Bohr en Heisenberg kon die probabilistiese interpretasie van die funksie wat deur M. Born geformuleer is verbeter en het probeer om 'n aantal vrae te beantwoord wat ontstaan as gevolg van golf-partikel dualiteit. Hierdie artikel sal die hoofgedagtes van die Kopenhagen-interpretasie van kwantummeganika, en die impak daarvan op moderne fisika, oorweeg.
Problems
Interpretasies van kwantummeganika genoem filosofiese sienings oor die aard van kwantummeganika as 'n teorie wat die materiële wêreld beskryf. Met hul hulp was dit moontlik om vrae te beantwoord oor die wese van die fisiese werklikheid, die metode om dit te bestudeer, die aard van kousaliteit en determinisme, sowel as die wese van statistiek en die plek daarvan in kwantummeganika. Kwantummeganika word beskou as die mees resonante teorie in die geskiedenis van die wetenskap, maar daar is steeds geen konsensus in die diepgaande begrip daarvan nie. Daar is 'n aantal interpretasies van kwantummeganika, envandag sal ons kennis maak met die gewildste van hulle.
Sleutelidees
Soos jy weet, bestaan die fisiese wêreld uit kwantumvoorwerpe en klassieke meetinstrumente. Die verandering in die toestand van meetinstrumente beskryf 'n onomkeerbare statistiese proses om die eienskappe van mikro-objekte te verander. Wanneer 'n mikro-voorwerp met die atome van die meettoestel in wisselwerking tree, word die superposisie tot een toestand gereduseer, dit wil sê die golffunksie van die meetvoorwerp word verminder. Die Schrödinger-vergelyking beskryf nie hierdie resultaat nie.
Vanuit die oogpunt van die Kopenhagen-interpretasie beskryf kwantummeganika nie mikro-objekte self nie, maar hul eienskappe, wat hulself manifesteer in makrotoestande wat deur tipiese meetinstrumente tydens waarneming geskep word. Die gedrag van atoomvoorwerpe kan nie onderskei word van hul interaksie met meetinstrumente wat die voorwaardes vir die voorkoms van verskynsels vasstel nie.
'n Kykie na kwantummeganika
Kwantummeganika is 'n statiese teorie. Dit is te wyte aan die feit dat die meting van 'n mikro-voorwerp tot 'n verandering in sy toestand lei. Daar is dus 'n probabilistiese beskrywing van die aanvanklike posisie van die voorwerp, beskryf deur die golffunksie. Die komplekse golffunksie is 'n sentrale konsep in kwantummeganika. Die golffunksie verander na 'n nuwe dimensie. Die resultaat van hierdie meting hang af van die golffunksie, op 'n waarskynlike wyse. Slegs die kwadraat van die modulus van die golffunksie het fisiese betekenis, wat die waarskynlikheid bevestig dat die bestudeerdedie mikro-voorwerp is op 'n sekere plek in die ruimte geleë.
In kwantummeganika word die wet van kousaliteit vervul met betrekking tot die golffunksie, wat in tyd wissel na gelang van die begintoestande, en nie met betrekking tot die partikelsnelheidskoördinate nie, soos in die klassieke interpretasie van meganika. As gevolg van die feit dat slegs die kwadraat van die modulus van die golffunksie met 'n fisiese waarde toegerus is, kan die aanvanklike waardes daarvan nie in beginsel bepaal word nie, wat lei tot 'n mate van onmoontlikheid om akkurate kennis oor die aanvanklike toestand van die kwantumstelsel te verkry..
Filosofiese basis
Vanuit 'n filosofiese oogpunt is die basis van die Kopenhagen-interpretasie epistemologiese beginsels:
- waarneming. Die essensie daarvan lê in die uitsluiting van die fisiese teorie van daardie stellings wat nie deur direkte waarneming geverifieer kan word nie.
- Ekstras. Aanvaar dat die golf- en korpukulêre beskrywing van die voorwerpe van die mikrowêreld mekaar aanvul.
- Onsekerhede. Sê dat die koördinaat van mikro-voorwerpe en hul momentum nie afsonderlik en met absolute akkuraatheid bepaal kan word nie.
- Statiese determinisme. Dit veronderstel dat die huidige toestand van die fisiese sisteem nie ondubbelsinnig deur sy vorige toestande bepaal word nie, maar slegs met 'n sekere mate van waarskynlikheid van die implementering van die veranderingstendense wat in die verlede neergelê is.
- Ooreenstemmende. Volgens hierdie beginsel word die wette van kwantummeganika omskep in die wette van klassieke meganika wanneer dit moontlik is om die grootte van die kwantum van aksie te verwaarloos.
Voordele
In kwantumfisika is inligting oor atoomvoorwerpe, verkry deur eksperimentele opstellings, in 'n eienaardige verhouding met mekaar. In die onsekerheidsverhoudings van Werner Heisenberg is daar 'n omgekeerde proporsionaliteit tussen die onakkuraathede in die vasstelling van die kinetiese en dinamiese veranderlikes wat die toestand van 'n fisiese sisteem in klassieke meganika bepaal.
'n Beduidende voordeel van die Kopenhagen-interpretasie van kwantummeganika is die feit dat dit nie werk met gedetailleerde stellings direk oor fisies onwaarneembare hoeveelhede nie. Boonop bou dit met 'n minimum van voorvereistes 'n konseptuele sisteem wat die eksperimentele feite wat tans beskikbaar is, volledig beskryf.
Die betekenis van die golffunksie
Volgens die Kopenhagen-interpretasie kan die golffunksie aan twee prosesse onderhewig wees:
- Unitêre evolusie, wat deur die Schrödinger-vergelyking beskryf word.
- Meet.
Niemand het getwyfel oor die eerste proses in die wetenskaplike gemeenskap nie, en die tweede proses het besprekings veroorsaak en aanleiding gegee tot 'n aantal interpretasies, selfs binne die raamwerk van die Kopenhagen-interpretasie van bewussyn self. Aan die een kant is daar alle rede om te glo dat die golffunksie niks anders as 'n werklike fisiese voorwerp is nie, en dat dit tydens die tweede proses ineenstort. Aan die ander kant is die golffunksie dalk nie 'n werklike entiteit nie, maar 'n hulpwiskundige hulpmiddel, waarvan die enigste doelis om die vermoë te verskaf om die waarskynlikheid te bereken. Bohr het beklemtoon dat die enigste ding wat voorspel kan word die resultaat van fisiese eksperimente is, dus moet alle sekondêre kwessies nie met presiese wetenskap verband hou nie, maar met filosofie. Hy het in sy ontwikkelings die filosofiese konsep van positivisme bely, wat vereis dat die wetenskap slegs werklik meetbare dinge bespreek.
Dubbelspleet-eksperiment
In 'n twee-spleet-eksperiment val lig wat deur twee splete gaan op die skerm, waarop twee interferensierandjies verskyn: donker en lig. Hierdie proses word verklaar deur die feit dat liggolwe op sommige plekke onderling kan versterk, en mekaar op ander kanselleer. Aan die ander kant illustreer die eksperiment dat lig die eienskappe van 'n vloeideel het, en elektrone kan golfeienskappe vertoon, terwyl dit 'n interferensiepatroon gee.
Daar kan aanvaar word dat die eksperiment uitgevoer word met 'n stroom fotone (of elektrone) van so lae intensiteit dat net een deeltjie elke keer deur die gleuwe beweeg. Nietemin, wanneer die punte bygevoeg word waar fotone die skerm tref, word dieselfde interferensiepatroon verkry van gesuperponeerde golwe, ten spyte van die feit dat die eksperiment vermoedelik afsonderlike deeltjies gaan. Dit is omdat ons in 'n "probabilistiese" heelal leef, waarin elke toekomstige gebeurtenis 'n herverspreide mate van moontlikheid het, en die waarskynlikheid dat iets heeltemal onvoorsiens in die volgende oomblik van tyd sal gebeur, taamlik klein is.
Vrae
Spleet ervaring stel sovrae:
- Wat sal die reëls vir die gedrag van individuele deeltjies wees? Die wette van kwantummeganika dui die ligging van die skerm aan waarin die deeltjies sal wees, statisties. Hulle laat jou toe om die ligging van ligte bande te bereken, wat waarskynlik baie deeltjies sal bevat, en donker bande, waar minder deeltjies waarskynlik sal val. Die wette wat kwantummeganika beheer, kan egter nie voorspel waar 'n individuele deeltjie werklik sal eindig nie.
- Wat gebeur op die oomblik met die deeltjie tussen emissie en registrasie? Volgens die resultate van waarnemings kan die indruk geskep word dat die deeltjie in interaksie met beide splete is. Dit blyk dat dit die reëlmatighede van die gedrag van 'n puntdeeltjie weerspreek. Verder, wanneer 'n deeltjie geregistreer word, word dit 'n punt.
- Onder die invloed van wat verander 'n deeltjie sy gedrag van staties na nie-staties, en omgekeerd? Wanneer 'n deeltjie deur die splete gaan, word sy gedrag bepaal deur 'n nie-gelokaliseerde golffunksie wat gelyktydig deur beide splete gaan. Op die oomblik van registrasie van 'n deeltjie is dit altyd vasgestel as 'n punt, en 'n vaag golfpakkie word nooit verkry nie.
Antwoorde
Die Kopenhagen-teorie van kwantuminterpretasie beantwoord die vrae wat gestel is soos volg:
- Dit is fundamenteel onmoontlik om die probabilistiese aard van die voorspellings van kwantummeganika uit te skakel. Dit wil sê, dit kan nie die beperking van menslike kennis oor enige latente veranderlikes akkuraat aandui nie. Klassieke fisika verwys nawaarskynlikheid in daardie gevalle wanneer dit nodig is om 'n proses soos dobbelsteengooi te beskryf. Dit wil sê, waarskynlikheid vervang onvolledige kennis. Die Kopenhagen-interpretasie van kwantummeganika deur Heisenberg en Bohr, inteendeel, stel dat die resultaat van metings in kwantummeganika fundamenteel nie-deterministies is.
- Fisika is 'n wetenskap wat die resultate van meetprosesse bestudeer. Dit is verkeerd om te spekuleer oor wat as gevolg van hulle gebeur. Volgens die Kopenhagen-interpretasie is vrae oor waar die deeltjie was voor die oomblik van sy registrasie, en ander soortgelyke versinsels betekenisloos, en moet daarom van refleksie uitgesluit word.
- Die handeling van meting lei tot 'n oombliklike ineenstorting van die golffunksie. Daarom kies die metingsproses lukraak slegs een van die moontlikhede wat die golffunksie van 'n gegewe toestand toelaat. En om hierdie keuse te weerspieël, moet die golffunksie onmiddellik verander.
Vorms
Die formulering van die Kopenhagen-interpretasie in sy oorspronklike vorm het aanleiding gegee tot verskeie variasies. Die mees algemene daarvan is gebaseer op die benadering van konsekwente gebeure en so 'n konsep soos kwantumdekoherensie. Dekoherensie laat jou toe om die vaag grens tussen die makro- en mikrowêrelde te bereken. Die oorblywende variasies verskil in die mate van "realisme van die golfwêreld."
Criticism
Die geldigheid van kwantummeganika (Heisenberg en Bohr se antwoord op die eerste vraag) is bevraagteken in 'n gedagte-eksperiment wat deur Einstein, Podolsky enRosen (EPR-paradoks). Wetenskaplikes wou dus bewys dat die bestaan van verborge parameters nodig is sodat die teorie nie tot onmiddellike en nie-plaaslike "langafstandaksie" lei nie. Tydens die verifikasie van die EPR-paradoks, moontlik gemaak deur Bell se ongelykhede, is dit egter bewys dat kwantummeganika korrek is, en verskeie versteekte veranderlike teorieë het geen eksperimentele bevestiging nie.
Maar die mees problematiese antwoord was Heisenberg en Bohr se antwoord op die derde vraag, wat meetprosesse in 'n spesiale posisie geplaas het, maar nie die teenwoordigheid van eiesoortige kenmerke daarin bepaal het nie.
Baie wetenskaplikes, beide fisici en filosowe, het botweg geweier om die Kopenhagen-interpretasie van kwantumfisika te aanvaar. Die eerste rede hiervoor was dat die interpretasie van Heisenberg en Bohr nie deterministies was nie. En die tweede is dat dit 'n vae idee van meting bekendgestel het wat waarskynlikheidsfunksies in geldige resultate verander het.
Einstein was seker dat die beskrywing van fisiese werklikheid gegee deur kwantummeganika soos geïnterpreteer deur Heisenberg en Bohr onvolledig was. Volgens Einstein het hy 'n mate van logika in die Kopenhagen-interpretasie gevind, maar sy wetenskaplike instinkte het geweier om dit te aanvaar. Einstein kon dus nie ophou soek na 'n meer volledige konsep nie.
In sy brief aan Born het Einstein gesê: "Ek is seker dat God nie dobbelstene gooi nie!". Niels Bohr, wat op hierdie frase kommentaar gelewer het, het vir Einstein gesê om nie vir God te sê wat om te doen nie. En in sy gesprek met Abraham Pais het Einstein uitgeroep: “Jy dink regtig dat die maan bestaannet as jy daarna kyk?”.
Erwin Schrödinger het met 'n gedagte-eksperiment met 'n kat vorendag gekom, waardeur hy die minderwaardigheid van kwantummeganika tydens die oorgang van subatomiese na mikroskopiese stelsels wou demonstreer. Terselfdertyd is die nodige ineenstorting van die golffunksie in die ruimte as problematies beskou. Volgens Einstein se relatiwiteitsteorie maak oombliklikheid en gelyktydigheid slegs sin vir 'n waarnemer wat in dieselfde verwysingsraamwerk is. Daar is dus geen tyd wat een vir almal kan word nie, wat beteken dat oombliklike ineenstorting nie bepaal kan word nie.
Verspreiding
'n Informele opname wat in 1997 in die akademie gedoen is, het getoon dat die voorheen dominante Kopenhagen-interpretasie, wat kortliks hierbo bespreek is, deur minder as die helfte van die respondente ondersteun is. Dit het egter meer aanhangers as die ander interpretasies individueel.
Alternatief
Baie fisici is nader aan 'n ander interpretasie van kwantummeganika, wat "geen" genoem word. Die kern van hierdie interpretasie word volledig uitgedruk in David Mermin se dictum: "Shut up and calculate!", wat dikwels aan Richard Feynman of Paul Dirac toegeskryf word.
