Τι είναι η ερμηνεία της Κοπεγχάγης;

Δεν υπάρχει πιθανώς κανένα πεδίο επιστήμης πιο περίεργο και σύγχυση από το να προσπαθούμε να κατανοήσουμε τη συμπεριφορά της ύλης και της ενέργειας στις μικρότερες κλίμακες. Στις αρχές του εικοστού αιώνα, οι φυσικοί όπως ο Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, και πολλοί άλλοι έθεσαν τα θεμέλια για την κατανόηση αυτής της παράξενης σφαίρας της φύσης: κβαντική φυσική.

Οι εξισώσεις και οι μέθοδοι της κβαντικής φυσικής έχουν εξευγενιστεί τον τελευταίο αιώνα, καθιστώντας εκπληκτικές προβλέψεις που έχουν επιβεβαιωθεί με μεγαλύτερη ακρίβεια από οποιαδήποτε άλλη επιστημονική θεωρία στην ιστορία της κόσμος. Η κβαντομηχανική λειτουργεί με την ανάλυση της κβαντικής κυματομορφής (που ορίζεται από μια εξίσωση που ονομάζεται Εξίσωση Schrodinger).

Το πρόβλημα είναι ότι ο κανόνας για το πώς η εργασία κβαντικής κυματομορφής φαίνεται να έρχεται σε αντίθεση με τις διαισθήσεις που έχουμε αναπτύξει για να κατανοήσουμε τον καθημερινό μας μακροσκοπικό κόσμο. Η προσπάθεια κατανόησης της υποκείμενης σημασίας της κβαντικής φυσικής έχει αποδειχθεί πολύ πιο δύσκολη από την κατανόηση των ίδιων των συμπεριφορών. Η πιο συνηθισμένη διερμηνεία είναι γνωστή ως ερμηνεία της κβαντικής μηχανικής στην Κοπεγχάγη... αλλά τι είναι πραγματικά;

Οι κεντρικές ιδέες της ερμηνείας της Κοπεγχάγης αναπτύχθηκαν από μια κεντρική ομάδα πρωτοπόρων της κβαντικής φυσικής με επίκεντρο την Κοπεγχάγη του Niels Bohr Ινστιτούτο μέσω της δεκαετίας του 1920, οδηγώντας μια ερμηνεία της κβαντικής κυματομορφής που έχει γίνει η προεπιλεγμένη αντίληψη που διδάσκεται στην κβαντική φυσική ΚΥΚΛΟΣ ΜΑΘΗΜΑΤΩΝ.

Ένα από τα βασικά στοιχεία αυτής της ερμηνείας είναι ότι η εξίσωση Schrodinger αντιπροσωπεύει την πιθανότητα παρατηρήσεως ενός συγκεκριμένου αποτελέσματος όταν πραγματοποιείται ένα πείραμα. Στο βιβλίο του Η κρυμμένη πραγματικότητα, ο φυσικός Brian Greene το εξηγεί ως εξής:

"Η τυπική προσέγγιση της κβαντικής μηχανικής, που αναπτύχθηκε από τον Bohr και την ομάδα του, και ονομάζεται Ερμηνεία της Κοπεγχάγης προς τιμήν τους, οραματίζεται ότι κάθε φορά που προσπαθείτε να δείτε ένα κύμα πιθανότητας, η ίδια η παρατήρηση παραποιεί την προσπάθειά σας. "

Το πρόβλημα είναι ότι παρατηρούμε μόνο φυσικά φαινόμενα σε μακροσκοπικό επίπεδο, έτσι ώστε η πραγματική κβαντική συμπεριφορά σε μικροσκοπικό επίπεδο να μην είναι άμεσα διαθέσιμη σε εμάς. Όπως περιγράφεται στο βιβλίο Κβαντικό αίνιγμα:

"Δεν υπάρχει καμία« επίσημη »ερμηνεία στην Κοπεγχάγη. Αλλά κάθε έκδοση αρπάζει τον ταύρο από τα κέρατα και το επιβεβαιώνει μια παρατήρηση παράγει την παρατηρούμενη ιδιότητα. Η περίπλοκη λέξη εδώ είναι «παρατήρηση».

"Η ερμηνεία της Κοπεγχάγης θεωρεί δύο σφαίρες: υπάρχει η μακροσκοπική κλασική σφαίρα των οργάνων μέτρησης που διέπονται από τους νόμους του Νεύτωνα. και υπάρχει η μικροσκοπική, κβαντική σφαίρα των ατόμων και άλλα μικρά πράγματα που διέπονται από την εξίσωση Schrodinger. Υποστηρίζει ότι δεν αντιμετωπίζουμε ποτέ κατευθείαν με τα κβαντικά αντικείμενα του μικροσκοπικού χώρου. Επομένως, δεν χρειάζεται να ανησυχούμε για τη φυσική πραγματικότητά τους ή για την έλλειψή τους. Μια «ύπαρξη» που επιτρέπει τον υπολογισμό των επιπτώσεών τους στα μακροσκοπικά μας όργανα είναι αρκετή για να τα εξετάσουμε ».

Η έλλειψη μιας επίσημης διερμηνείας της Κοπεγχάγης είναι προβληματική, καθιστώντας δύσκολο να καταστραφούν τα ακριβή στοιχεία της ερμηνείας. Όπως εξηγείται από τον John G. Cramer σε ένα άρθρο με τίτλο "Η συναλλακτική ερμηνεία της κβαντικής μηχανικής":

"Παρά μια εκτενή βιβλιογραφία που αναφέρεται, συζητά και επικρίνει την ερμηνεία της Κοπεγχάγης κβαντομηχανική, δεν φαίνεται να υπάρχει καμία συνοπτική δήλωση που να ορίζει την πλήρη Κοπεγχάγη ερμηνεία."

Ο Cramer συνεχίζει να προσπαθεί να ορίσει μερικές από τις κεντρικές ιδέες που εφαρμόζονται με συνέπεια όταν μιλάμε για την ερμηνεία της Κοπεγχάγης, φτάνοντας στον ακόλουθο κατάλογο:

• Η αρχή της αβεβαιότητας: Αναπτύχθηκε από τον Werner Heisenberg το 1927, αυτό υποδεικνύει ότι υπάρχουν ζεύγη συζευγμένων μεταβλητών που δεν μπορούν να μετρηθούν και σε ένα αυθαίρετο επίπεδο ακρίβειας. Με άλλα λόγια, υπάρχει ένα απόλυτο καπάκι που επιβάλλεται από την κβαντική φυσική για το πόσο ακριβή είναι ορισμένα ζεύγη των μετρήσεων μπορεί να γίνει, συνηθέστερα οι μετρήσεις της θέσης και της ορμής στο ίδιο χρόνος.
• Η στατιστική ερμηνεία: Αναπτύχθηκε από τον Max Born το 1926, αυτό ερμηνεύει τη λειτουργία κύματος Schrodinger ως απόδοση της πιθανότητας ενός αποτελέσματος σε οποιαδήποτε δεδομένη κατάσταση. Η μαθηματική διαδικασία για να γίνει αυτό είναι γνωστή ως Γεννημένος κανόνας.
• Η έννοια συμπληρωματικότητας: Αναπτύχθηκε από τον Niels Bohr το 1928, αυτό περιλαμβάνει την ιδέα του η δυαδικότητα των κυμάτων-σωματιδίων και ότι η κατάρρευση της λειτουργίας κύματος συνδέεται με την πράξη της λήψης μετρήσεων.
• Αναγνώριση του φορέα κατάστασης με "γνώση του συστήματος": Η εξίσωση Schrodinger περιέχει μια σειρά κρατικών φορέων και οι φορείς αυτοί αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου και με παρατηρήσεις για να αντιπροσωπεύουν τη γνώση ενός συστήματος ανά πάσα στιγμή.
• Ο θετικιστικός χαρακτήρας του Heisenberg: Αυτό αντιπροσωπεύει μια έμφαση στη συζήτηση μόνο των παρατηρήσιμων αποτελεσμάτων των πειραμάτων, και όχι στο "νόημα" ή στην υποκείμενη "πραγματικότητα". Αυτή είναι μια σιωπηρή (και μερικές φορές ρητή) αποδοχή της φιλοσοφικής αντίληψης του ιντραλισμού.

Αυτό μοιάζει με μια αρκετά πλήρη λίστα των βασικών σημείων πίσω από την ερμηνεία της Κοπεγχάγης, αλλά η ερμηνεία δεν είναι χωρίς αρκετά σοβαρά προβλήματα και έχει προκαλέσει πολλούς επικρίσεις... τα οποία αξίζει να τα αντιμετωπίσουμε μεμονωμένα.

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η ακριβής φύση της ερμηνείας της Κοπεγχάγης ήταν πάντα κάπως μπερδεμένη. Μια από τις πρώτες αναφορές στην ιδέα ήταν το βιβλίο του Werner Heisenberg του 1930 Οι φυσικές αρχές της κβαντικής θεωρίας, όπου αναφέρθηκε στο «πνεύμα της κβαντικής θεωρίας της Κοπεγχάγης». Αλλά εκείνη την εποχή ήταν και πραγματικά το μόνο ερμηνεία της κβαντικής μηχανικής (παρόλο που υπήρχαν κάποιες διαφορές μεταξύ των υποστηρικτών της), οπότε δεν υπήρχε ανάγκη να το διακρίνουμε με το δικό της όνομα.

Μόνο άρχισε να αναφέρεται ως "η ερμηνεία της Κοπεγχάγης" όταν εναλλακτικές προσεγγίσεις, όπως η προσέγγιση των κρυφών μεταβλητών του David Bohm και η προσέγγιση του Hugh Everett Πολλές ερμηνείες κόσμου, προέκυψαν για να αμφισβητήσουν την καθιερωμένη ερμηνεία. Ο όρος "ερμηνεία της Κοπεγχάγης" γενικά αποδίδεται στον Werner Heisenberg όταν μιλούσε στη δεκαετία του 1950 ενάντια σε αυτές τις εναλλακτικές ερμηνείες. Διαλέξεις με τη φράση "ερμηνεία της Κοπεγχάγης" εμφανίστηκαν στη συλλογή δοκιμίων του Heisenberg του 1958, Φυσική και Φιλοσοφία.