København fortolkning

København-fortolkningen  er en fortolkning (fortolkning) af kvantemekanikken , som blev formuleret af Niels Bohr og Werner Heisenberg under deres fælles arbejde i København omkring 1927 [1] [2] [3] [4] . Bohr og Heisenberg forbedrede Max Borns probabilistiske fortolkning af bølgefunktionen og forsøgte at besvare en række spørgsmål, der udspringer af den bølge-partikel-dualitet , der er iboende i kvantemekanikken , især spørgsmålet om måling .

Hovedtankerne i den københavnske fortolkning

Den fysiske verden består af kvante (små) objekter og klassiske måleapparater.

Bølgefunktionen (løsning af Schrödinger-ligningen ) beskriver ændringen i objekters kvantetilstand .

Ændringen i de klassiske måleinstrumenters tilstand beskrives ved en irreversibel statistisk proces til måling af karakteristika for kvantemikroobjekter.

I processen med interaktion af mikroobjektet med atomerne i måleanordningen reduceres bølgefunktionen af ​​det målte mikroobjekt, det vil sige superpositionen reduceres til en tilstand. Dette resultat følger ikke af Schrödinger-ligningen.

Kvantemekanikken beskriver ifølge københavnerfortolkningen ikke mikroobjekter i sig selv, men deres egenskaber, der manifesterer sig i makroforhold skabt af klassiske måleinstrumenter i observationsprocessen.

Atomobjekters adfærd kan ikke skelnes skarpt fra deres interaktion med måleinstrumenter, der fastlægger de forhold, hvorunder fænomener opstår [5]

Kvantemekanik er en statistisk teori, der skyldes, at målingen af ​​et mikroobjekts begyndelsesbetingelser ændrer sin tilstand og fører til en probabilistisk beskrivelse af mikroobjektets begyndelsesposition, som beskrives af en bølgefunktion [ 6] . Kvantemekanikkens centrale begreb er den komplekse bølgefunktion . Det er muligt at beskrive ændringen i bølgefunktionen til en ny dimension. Dets forventede resultat afhænger sandsynligt af bølgefunktionen. Fysisk signifikant er kun kvadratet af modulet af bølgefunktionen, hvilket betyder sandsynligheden for at finde det undersøgte mikroobjekt et eller andet sted i rummet. [7] [8]

Kausalitetsloven i kvantemekanikken er opfyldt i forhold til bølgefunktionen, hvis ændring i tid er fuldstændig bestemt af dens begyndelsesbetingelser, og ikke i forhold til partiklernes koordinater og hastigheder, som i klassisk mekanik. På grund af det faktum, at kun kvadratet af modulet af bølgefunktionen har fysisk betydning, kan startværdierne af bølgefunktionen i princippet ikke findes fuldstændigt, hvilket fører til usikkerheden om viden om kvantesystemets begyndelsestilstand . [9]

Det filosofiske grundlag for den københavnske fortolkning er det epistemologiske princip om observerbarhed (en undtagelse, så vidt muligt, fra den fysiske teori om udsagn, der ikke kan verificeres ved direkte observation) [10] , princippet om komplementaritet (bølge- og korpuskulær beskrivelsen ). af mikroobjekter er komplementære til hinanden) [11] , princippet om usikkerhed (mikroobjekters koordinat og momentum kan ikke bestemmes uafhængigt af hinanden og med absolut nøjagtighed) [11] , princippet om statistisk determinisme (en given tilstand af et lukket fysisk system bestemmer dets efterfølgende tilstand ikke entydigt, men kun med en vis sandsynlighed, der beskriver målet for muligheden for at implementere de fastlagte forandringstendenser i fortiden) og korrespondanceprincippet (kvantemekanikkens love bliver til love for klassisk mekanik, når størrelsen af ​​aktionskvantet kan negligeres).

...i kvantefysikken står data om atomare objekter opnået ved hjælp af forskellige eksperimentelle opstillinger i en slags komplementær relation til hinanden. [12]

... Heisenberg-usikkerhedsrelationerne... giver en sammenhæng (omvendt proportionalitet) mellem unøjagtighederne i fikseringen af ​​de kinematiske og dynamiske variabler, der er tilladelige i kvantemekanik, som bestemmer tilstanden af ​​et fysisk system i klassisk mekanik. [12]

En seriøs fordel ved københavnerfortolkningen er, at den ikke bruger detaljerede udsagn om direkte fysisk uobserverbare størrelser og med et minimum af anvendte forudsætninger opbygger et system af begreber, der udtømmende beskriver de eksperimentelle fakta, der findes i dag [13] .

Betydningen af ​​bølgefunktionen

Den københavnske fortolkning antyder, at to processer kan påvirke bølgefunktionen :

• enhedsudvikling ifølge Schrödinger-ligningen
• måleproces _

Ingen er uenige om den første proces, og om den anden er der en række forskellige fortolkninger, også inden for selve københavnerfortolkningen. På den ene side kan vi antage, at bølgefunktionen er et reelt fysisk objekt, og at den undergår et kollaps under den anden proces , på den anden side kan vi antage, at bølgefunktionen kun er et matematisk hjælpeværktøj (og ikke et hjælpeværktøj). reel enhed), hvis eneste formål er, at det giver os mulighed for at beregne sandsynligheder. Bohr understregede, at det eneste, der kan forudsiges, er resultaterne af fysiske eksperimenter, så yderligere spørgsmål hører ikke til videnskaben, men til filosofien. Bohr delte det filosofiske begreb positivisme, som kræver, at videnskaben kun taler om virkelig målbare ting.

I det klassiske dobbeltspalte-eksperiment passerer lyset gennem to spalter og falder ned på en skærm, hvor mørke og lyse frynser vises . Dette kan forklares med, at lysbølgerne nogle steder forstærkes indbyrdes, mens de andre steder slukkes. På den anden side viser forsøget, at lys også har egenskaber som en strøm af partikler, og objekter som elektroner kan også udvise bølgeegenskaber og kan også give et interferensmønster.

Dette rejser nogle interessante spørgsmål. Antag, at et eksperiment med to spalter udføres med en så lav intensitet af foton (eller elektron ) flux, at kun én partikel passerer gennem spalterne hver gang. Men når forsøgslederen opsummerer hitpunkterne for alle fotoner på skærmen, vil han få det samme interferensmønster fra overlejrede bølger, på trods af at eksperimentet så ud til at vedrøre individuelle partikler. Dette kan tolkes til at betyde, at vi lever i et "sandsynlighedsmæssigt" univers - et, hvor der er en vis grad af mulighed forbundet med hver fremtidig begivenhed, og ikke et, hvor alt kan ske i hvert næste øjeblik.

Konsekvenser

Denne oplevelse rejser følgende spørgsmål:

1. Kvantemekanikkens love fortæller, hvor partikler vil ramme skærmen statistisk og gør det muligt at beregne placeringen af ​​de lyse bånd, hvor mange partikler sandsynligvis vil ramme, og placeringen af ​​de mørke bånd, hvor få partikler sandsynligvis vil ramme. Men for en enkelt partikel kan kvantemekanikkens love ikke forudsige, hvor den rent faktisk ender . Hvad er reglerne for individuelle partiklers opførsel i dette tilfælde?
2. Hvad sker der med partiklen mellem emissionsmomentet og registreringsmomentet? Det ser ud til, at partiklen undergår interaktion med begge spalter. Og det ser ud til at modsige, hvordan en punktpartikel kan opføre sig. Desuden, når en partikel registreres, viser det sig at være et punkt.
3. Hvad får en partikel til at skifte fra statisk til ikke-statisk adfærd og omvendt? Når en partikel flyver gennem spalterne, beskrives dens adfærd af en ikke-lokaliseret bølgefunktion, der samtidig passerer gennem begge spalter. Når en partikel registreres, opnås aldrig en diffus bølgepakke, men en punktpartikel registreres altid.

Den københavnske fortolkning besvarer disse spørgsmål som følger:

1. Den sandsynlige karakter af forudsigelserne fra kvantemekanikken er grundlæggende uløselig, det vil sige, det betyder slet ikke, at vores viden er begrænset, at vi ikke kender værdierne af nogle skjulte variabler. I klassisk fysik blev sandsynlighed brugt til at beskrive udfald som at kaste en terning, selvom processen faktisk blev anset for at være deterministisk. Det vil sige, at sandsynligheder blev brugt i stedet for ufuldstændig viden. Tværtimod siger den københavnske fortolkning, at i kvantemekanikken er resultatet af en måling grundlæggende ikke-deterministisk.
2. Fysik er videnskaben om resultaterne af måleprocesser. Spekulationer om, hvad der sker bag dem, er forkerte. Den københavnske fortolkning afviser spørgsmål som "hvor var partiklen før jeg registrerede dens placering" som meningsløse.
3. Målehandlingen forårsager en øjeblikkelig implosion, " bølgefunktionskollaps ". Det betyder, at måleprocessen tilfældigt udvælger præcis en af ​​de muligheder, som tilstandens bølgefunktion tillader, og bølgefunktionen ændres øjeblikkeligt for at afspejle dette valg.

Den oprindelige formulering af københavnerfortolkningen har givet anledning til en række variationer; den mest respekterede er baseret på tilgangen til konsistente begivenheder ("København ikke?") og begrebet kvantedekohærens , som giver dig mulighed for at beregne den uklare grænse mellem "mikro" og "makro" verdener. Andre variationer adskiller sig i graden af ​​"realisme" i bølgeverdenen.

Kritik

Fuldstændigheden af ​​kvantemekanikken (afhandling 1) blev stillet spørgsmålstegn ved Einstein, Podolsky og Rosens tankeeksperiment (EPR paradoks), som havde til formål at bevise, at skjulte parametre skal eksistere, for at teorien ikke skal føre til ikke-lokale og øjeblikkelige "lang rækkevidde handling". Imidlertid viste eksperimentel afprøvning af EPR-paradokset ved hjælp af Bells uligheder , at kvantemekanikken er korrekt, og at forskellige teorier om lokale skjulte variabler ikke stemmer overens med eksperimentet.

Af de tre teser, set fra et fysisk synspunkt, er den sidste den mest problematiske, da den sætter måleprocesserne i en særlig position, men ikke klart definerer, hvad de er, og ikke angiver deres særpræg.

Mange fysikere og filosoffer er uenige i københavnerfortolkningen, både fordi den er ikke- deterministisk, og fordi den introducerer et udefineret begreb om måling , der gør sandsynlighedsfunktioner til pålidelige målinger.

Einstein var overbevist om ufuldstændigheden af ​​beskrivelsen af ​​den fysiske virkelighed givet af kvantemekanikken i dens københavnske fortolkning: " Det er logisk muligt at mene det, men det er så i modstrid med mit videnskabelige instinkt, at jeg ikke kan nægte at søge efter et mere komplet koncept. ." [fjorten]

For at illustrere dette skrev Einstein [ca. 1] Bornu : " Jeg er overbevist om, at Gud ikke kaster terninger ", og udbrød også i en samtale med Abraham Pais : " Tror du virkelig, at Månen kun eksisterer, når du ser på den? ". N. Bohr svarede ham: "Einstein, fortæl ikke Gud, hvad han skal gøre." Erwin Schrödinger kom med det berømte tankeeksperiment om Schrödingers kat , hvormed han ville vise kvantemekanikkens ufuldstændighed i overgangen fra subatomare til makroskopiske systemer .

På samme måde forårsager det nødvendige "øjeblikkelige" sammenbrud af bølgefunktionen i hele rummet problemer . Einsteins relativitetsteori siger, at øjeblikkelighed, samtidighed, kun giver mening for observatører, der er i den samme referenceramme - der er ikke en enkelt tid  for alle , derfor forbliver øjeblikkelig sammenbrud også udefineret.

Udbredelse blandt videnskabsmænd

En uformel meningsmåling foretaget i 1997 på et symposium sponsoreret af UMBC viste [15] , at København-fortolkningen støttes af mindre end halvdelen af ​​de adspurgte deltagere, men stadig fører frem blandt dem, der ikke undlod at svare. Generelt fordelte afstemningsdeltagernes stemmer sig som følger:

Alternativer

Mange fysikere hælder til den såkaldte "nej"-fortolkning af kvantemekanikken, kortfattet udtrykt i David Mermins aforisme : "Hold kæft og tæl!" (orig. engelsk "Shut up and calculate!"), ofte (sandsynligvis ved en fejl) tilskrevet Richard Feynman eller Paul Dirac [16] .

Se også

• Mange verdener fortolkning
• Statistisk fortolkning af bølgefunktionen

Noter

1. ↑ brev af 12. december 1926

1. ↑ Gribbin J. Q IS FOR QUANTUM: An Encyclopedia of Particle Physics . - 2000. - S.  4 -8. — ISBN 978-0684863153 .
2. ↑ Heisenberg V. Udviklingen af ​​kvanteteoriens fortolkning // Niels Bohr og fysikkens udvikling / Lør. udg. Pauli V.  - M: IL, 1958. - S. 23-45.
3. ↑ Heisenberg V. Erindringer om kvantemekanikkens udviklingsæra // Det 20. århundredes teoretiske fysik / Lør. udg. Smorodinsky Ya. A.  - M: IL, 1962. - S. 53-59.
4. ↑ Heisenberg, 1989 , s. 19.
5. ↑ Bohr N. Diskussioner med Einstein om problemerne med teorien om viden i atomfysik // Atomfysik og menneskelig viden - M .: IL, 1961. - s. 60
6. ↑ Heisenberg, 1989 , s. tyve.
7. ↑ Born M. Statistisk fortolkning af bølgemekanik // Atomfysik - M.: Mir, 1965. - s. 172-178
8. ↑ Born M. Statistisk fortolkning af kvantemekanik // Fysik i min generations liv - M .: IL, 1963. - s. 301-315
9. ↑ Født M. Atomfysik - M .: Mir, 1965. - s. 125
10. ↑ Problems of Physics: Classics and Modernity, 1982 , s. 226.
11. ↑ 1 2 Evgeny Berkovich. Episoder af "revolutionen af ​​vidunderbørn" "Venskab med Bohr er vigtigere end fysik"  // Science and Life . - 2019. - Nr. 6 . - S. 48-62 . (Russisk)
12. ↑ 1 2 Bohr N. Kvantefysik og filosofi (kausalitet og komplementaritet) Arkiveret 1. januar 2014 på Wayback Machine // Uspekhi fizicheskikh nauk , nr. 1, 1959
13. ↑ Problems of Physics: Classics and Modernity, 1982 , s. 225.
14. ↑ Einstein A. Fysik og virkelighed // Samling af videnskabelige værker, bind IV. - M., 1966. - s. 223
15. ↑ Tegmark M. (1997), The Interpretation of Quantum Mechanics: Many Worlds or Many Words?, arΧiv : quant-ph/9709032v1 [quant-ph]. 
16. ↑ N. David Mermin. Kunne Feynman have sagt dette?  (engelsk)  // Physics Today . - 2004. - Iss. 5 . — S. 10 .

Litteratur

• Heisenberg V. Fysik og filosofi. Del og hel. — M .: Nauka, 1989. — 400 s. — ISBN 5-02-012452-9 .
• Chudinov EM relativitetsteori og filosofi. - M . : Politizdat, 1974. - 303 s.
• Fysikkens problemer: klassikere og modernitet / red. G. Handelsmand . — M .: Mir, 1982. — 328 s.

Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk Britannica (online) Universalis
I bibliografiske kataloger	GND : 4359664-2