Care este interpretarea de la Copenhaga?

interpretarea de la Copenhaga - o explicație a mecanicii cuantice, formulată de Niels Bohr și Werner Heisenberg în 1927, când oamenii de știință au lucrat împreună la Copenhaga. Bohr și Heisenberg au fost capabili de a îmbunătăți funcția de o interpretare probabilistic, formulată de M. Born, și a încercat să răspundă la o serie de întrebări, a căror apariție se datorează undă-particulă dualitate. În această lucrare vom analiza ideile de bază ale interpretării de la Copenhaga a mecanicii cuantice și influența lor asupra fizicii moderne.

probleme

Interpretări ale mecanicii cuantice numite opiniile filosofice ale naturii mecanicii cuantice este teoria care descrie lumea materială. Cu ajutorul lor, puteți răspunde la întrebări cu privire la natura realității fizice, procesul studiului său, natura cauzalității și determinismului, precum și natura statisticilor și locul său în mecanica cuantică. Mecanica cuantică este considerată a fi cea mai teorie rezonanță în istoria științei, cu toate acestea, un consens cu privire la înțelegerea profundă a încă inexistentă. Există o serie de interpretări ale mecanicii cuantice, iar astăzi vom cunoaște cele mai populare dintre ele.

Idei de bază

După cum se știe, lumea fizică constă din obiecte cuantice și instrumente clasice de măsurare. Modificarea stării instrumentelor de măsurare descrie un proces statistic ireversibil de modificare a caracteristicilor microobiectelor. Atunci când un microobiect interacționează cu atomii unui instrument de măsurare, suprapunerea se reduce la o stare, adică apare reducerea funcției de undă a obiectului de măsurare. Ecuația Schrödinger nu descrie acest rezultat.

Din punctul de vedere al interpretării de la Copenhaga, mecanica cuantică nu descrie ele înseși microobjectele, ci proprietățile lor, care se manifestă în condițiile macroactive create de instrumentele tipice de măsurare în timpul observării. Comportamentul obiectelor atomice nu poate fi separat de interacțiunea lor cu instrumente pentru măsurători, care fixează condițiile pentru originea fenomenelor.

O privire asupra mecanicii cuantice

Mecanica cuantică este o teorie statică. Acest lucru se datorează faptului că măsurarea unui microobiect duce la o schimbare a stării sale. Deci, există o descriere probabilistică a poziției inițiale a obiectului, descrisă de funcția de undă. Funcția de undă complexă este conceptul central al mecanicii cuantice. Funcția Wave modificări la o nouă dimensiune. Rezultatul acestei măsurători depinde de funcția de undă, într-un mod probabilist. Valoarea fizică este doar pătratul modulului funcției de undă, care confirmă probabilitatea ca microobiectul studiat să se afle într-un loc specific în spațiu.

În mecanica cuantică, legea cauzalității se realizează în raport cu funcția de undă, care variază în timp, în funcție de condițiile inițiale, și nu în raport cu coordonatele vitezei particulelor, ca în interpretarea clasică a mecanicii. Datorită faptului că valoarea fizică este înzestrată cu doar pătrat a funcției de undă, valoarea sa inițială nu poate fi determinată, în principiu, care duce la o anumită incapacitate de a obține informații precise despre sistemul cuantic starea inițială.

Baza filosofică

Din punct de vedere filosofic, baza interpretării de la Copenhaga este principiile epistemologice:

1. Observability. Esența sa constă în a exclude din teoria fizică acele afirmații care nu pot fi verificate prin observație directă.
2. Adiționalitatea. Se presupune că descrierea undelor corpusulare și a obiectelor microproceselor se completează reciproc.
3. Incertitudinea. Se spune că coordonatele microobiectelor și ritmul lor nu pot fi determinate separat și cu exactitate absolută.
4. Determinismul static. Presupune că starea actuală a sistemului fizic nu este determinată în mod unic de stările sale anterioare, ci numai cu o parte din probabilitatea de a implementa tendințele de schimbare stabilite în trecut.
5. Conformitatea. Conform acestui principiu, legile mecanicii cuantice sunt convertite la legile mecanicii clasice, atunci când este posibil să se neglijeze valoarea cuantumului acțiunii.

avantaje

În fizica cuantică, informațiile despre obiectele atomice, obținute prin instalații experimentale, se află într-o relație specială una cu cealaltă. Incertitudinile relațiilor Werner Heisenberg este privit de proporționalitate inversă între inexactități de fixare variabile cinetice și dinamice care determină starea unui sistem fizic în mecanica clasică.

Un avantaj semnificativ al interpretării de la Copenhaga a mecanicii cuantice este faptul că aceasta nu funcționează în mod direct pe declarațiile detaliate ale cantităților neobservabile fizic. În plus, cu un minim de condiții prealabile se construiește un sistem conceptual, descrie pe larg dovezile experimentale disponibile în acest moment.

Semnificația funcției de undă

Conform interpretării de la Copenhaga, funcția de undă poate fi supusă la două procese:

1. Evoluția unitară, descrisă de ecuația lui Schrodinger.
2. Măsurarea.

Tangenta primului proces nu a avut pe nimeni să se îndoiască de comunitatea științifică, iar al doilea proces a provocat dezbateri și a dus la o serie de interpretări, chiar și în cea mai mare parte interpretarea de la Copenhaga a conștiinței. Pe de o parte, există toate motivele să credem că funcția de undă nu este altceva decât un obiect fizic real și că suferă un colaps în timpul celui de-al doilea proces. Pe de altă parte, funcția de undă nu poate acționa ca o entitate reală, ci ca un instrument matematic auxiliar, al cărui scop este de a oferi o oportunitate de a calcula probabilitatea. Bohr a subliniat că singurul lucru care poate fi prezis este rezultatul experimentelor fizice, astfel încât toate problemele secundare nu ar trebui să fie legate de știința exactă, ci de filosofie. El a mărturisit în lucrarea sa conceptul filosofic de pozitivism, care cere ca știința să discute numai lucruri realiste.

Experiență dublă

Într-un experiment cu două goluri, lumina care trece prin două fante se cade pe un ecran pe care apar două fringe de interferență: întuneric și lumină. Acest proces se explică prin faptul că undele luminoase se pot amplifica reciproc în unele locuri, în timp ce în altele acestea pot fi stinse reciproc. Pe de altă parte, experimentul ilustrează că lumina are o porțiune a proprietăților de curgere și electronii pot prezenta proprietăți de undă, permițând astfel un model de interferență.

Se poate presupune că experimentul este realizat cu un flux de fotoni (sau electroni) atât de scăzuți încât intensitatea unei particule trece de fiecare dată prin fante. Cu toate acestea, atunci când punctele de hit foton sunt adăugate pe ecran, valurile suprapuse sunt aceleași model de interferență, În ciuda faptului că experiența se referă la presupuse particule separate. Acest lucru se datorează faptului că trăim într-un univers "probabilist" în care fiecare eveniment viitor are un grad de oportunitate redistribuit, iar probabilitatea ca ceva neașteptat să se întâmple în următorul moment de timp este destul de mic.

Întrebările dvs.

Experiența cu scule ridică astfel de întrebări:

1. Care sunt regulile comportamentului particulelor individuale? Legile mecanicii cuantice indică locul ecranului în care particulele vor apărea statistic. Ele ne permit să calculam poziția benzilor luminoase, în care, cel mai probabil, vor exista multe particule și benzi întunecate, unde mai puține particule ar putea cădea. Cu toate acestea, legile la care ascultă mecanica cuantică nu pot prezice unde particula individuală se dovedește a fi.
2. Ce se întâmplă cu particula în momentul dintre emisie și înregistrare? Conform rezultatelor observațiilor, se poate părea că particula este în interacțiune cu ambele goluri. Se pare că acest lucru contravine legilor care guvernează comportamentul unei particule punctuale. Mai mult, când o particulă este înregistrată, ea devine asemănătoare punctului.
3. Sub acțiunea căruia particula își schimbă comportamentul de la statică la non-statică și invers? Când o particulă trece prin fante, comportamentul său este cauzat de o funcție de undă ne-localizată care trece simultan prin ambele fante. În momentul înregistrării unei particule, ea este întotdeauna fixată ca punct, și niciodată nu se obține un pachet de undă neclară.

Răspunsuri

Teoria interpretării cuantice de la Copenhaga răspunde la întrebările formulate după cum urmează:

1. Este fundamental imposibil să se elimine natura probabilistică a predicțiilor mecanicii cuantice. Adică, nu poate să depună mărturie cu acuratețe despre limitarea cunoștințelor umane despre variante ascunse. Fizica clasică se referă la probabilitatea în acele cazuri în care este necesar să se descrie procesul de tip de aruncare zaruri. Adică, probabilitatea înlocuiește cunoștințele incomplete. Interpretarea de la Copenhaga a mecanicii cuantice, Heisenberg și Bohr, pe de altă parte, susține că rezultatul măsurării în mecanica cuantică este fundamental non-determinist.
2. Fizica este o știință care studiază rezultatele proceselor de măsurare. Este greșit să ne gândim la ce se întâmplă în ancheta lor. Conform interpretării de la Copenhaga, întrebările despre locul în care particula a fost înainte de înregistrare și alte fabricări similare nu au sens și, prin urmare, ar trebui excluse din considerente.
3. Actul de măsurare duce la o colapsare instantanee a funcției de undă. În consecință, procesul de măsurare selectează aleator numai una din posibilitățile pe care le permite funcția de undă a unei anumite stări. Și pentru a reflecta această alegere, funcția de undă trebuie să se schimbe instantaneu.

limbă

Formularea interpretării de la Copenhaga în forma sa originală a dat naștere la mai multe variații. Cele mai obișnuite dintre ele se bazează pe abordarea evenimentelor non-contradictorii și a unui astfel de concept ca decoherence cuantică. Decoerența face posibilă calcularea limitei fuzzy între macro și micro-lumi. Variațiile rămase diferă în ceea ce privește gradul de "realism al lumii undelor".

critică

Utilitatea mecanicii cuantice (Heisenberg și lui Bohr răspunsul la prima întrebare) a fost interogat într-un experiment de gândire, realizat de Einstein, Podolsky și Rosen (paradoxul EPR). Astfel, oamenii de știință a vrut să demonstreze că existența unor parametri ascunse este necesară pentru că teoria nu duce la o „rază lungă de acțiune“ imediată și non-locale. Cu toate acestea, în timpul inspecției de EPR-paradox, care a fost posibil datorită inegalităților lui Bell, sa dovedit că mecanica cuantică este corectă, și diferite teorii ale parametrilor ascunse au o confirmare experimentală.

Dar cea mai problematică a fost răspunsul la Heisenberg și Bohr a treia întrebare adresată de procesul de măsurare într-o poziție specială, dar nu detectează trăsăturile distinctive în ele.

Mulți oameni de știință, fizicieni și filosofi, au refuzat în mod categoric să accepte interpretarea de la Copenhaga a fizicii cuantice. Primul motiv a fost că interpretarea lui Heisenberg și a lui Bohr nu a fost deterministă. Și a doua - prin faptul că a introdus un concept indefinit de măsurare, care a transformat funcțiile probabiliste în rezultate fiabile.

Einstein era convins că descrierea realității fizice, dată de mecanica cuantică în interpretarea lui Heisenberg și a lui Bohr, este inadecvată. Potrivit lui Einstein, el a găsit o parte din logica interpretării de la Copenhaga, însă instinctele sale științifice au refuzat să o accepte. Prin urmare, Einstein nu a putut refuza să caute un concept mai complet.

În scrisoarea sa către Borne Einstein a spus: "Sunt sigur că Dumnezeu nu aruncă zaruri!". Niels Bohr, comentând această expresie, ia spus lui Einstein că nu ia spus lui Dumnezeu ce să facă. Și în conversația lui cu Abraham Pice, Einstein a exclamat: "Chiar crezi că Luna există doar atunci când te uiți la ea?"

Erwin Schrödinger Am venit cu un experiment de gândire cu o pisica, prin care el a vrut să demonstreze inferioritatea mecanicii cuantice în timpul tranziției de la subatomice, la sistemele microscopice. În același timp, prăbușirea necesară a funcției de undă în spațiu a fost considerată problematică. Conform teoriei relativității a lui Einstein, instantaneu și în același timp face sens doar pentru un observator într-un singur cadru. Astfel, nu există timp care ar putea deveni unul pentru toți și de aici nu poate fi determinată o colapsare instantanee.

răspândire

Un sondaj informal realizat în cercurile științifice din 1997 a arătat că interpretarea precedentă de la Copenhaga, discutată pe scurt mai sus, este susținută de mai puțin de jumătate dintre respondenți. Cu toate acestea, ea are mai mulți adepți decât alte interpretări în mod individual.

alternativă

Mulți fizicieni sunt mai aproape de o altă interpretare a mecanicii cuantice, numită "nu". Esența acestei interpretări amplu exprimată în cuvântul lui David Mermin-: „! Taci și calculat“, care este adesea creditat Richard Feynman sau Paul Dirac.