Что такое копенгагенская интерпретация?

Вероятно, нет такой области науки, более странной и запутанной, чем попытка понять поведение вещества и энергии в самых маленьких масштабах. В начале двадцатого века такие физики, как Макс Планк, Альберт Эйнштейн, Нильс Бори многие другие заложили основу для понимания этого причудливого царства природы: квантовая физика.

Уравнения и методы квантовой физики были усовершенствованы за последнее столетие, что поразительно предсказания, которые были подтверждены более точно, чем любая другая научная теория в истории Мир. Квантовая механика работает, выполняя анализ квантовой волновой функции (определяемой уравнением, называемым Уравнение Шредингера).

Проблема в том, что правило о том, как работает квантовая волновая функция, кажется, резко противоречит интуиции, разработанной нами для понимания нашего повседневного макроскопического мира. Попытка понять основной смысл квантовой физики оказалась гораздо более сложной, чем понимание самих поведений. Наиболее часто преподаваемая интерпретация известна как копенгагенская интерпретация квантовой механики... но что это на самом деле?

Центральные идеи копенгагенской интерпретации были разработаны основной группой пионеров квантовой физики, сосредоточенной вокруг Копенгагена Нильса Бора. Институт в течение 1920-х годов, приводя интерпретацию квантовой волновой функции, которая стала концепцией по умолчанию, преподаваемой в квантовой физике курсы.

Одним из ключевых элементов этой интерпретации является то, что уравнение Шредингера представляет вероятность наблюдения конкретного результата при проведении эксперимента. В своей книге Скрытая реальностьФизик Брайан Грин объясняет это следующим образом:

«Стандартный подход к квантовой механике, разработанный Бором и его группой, и называется Копенгагенская интерпретация в их честь предполагает, что всякий раз, когда вы пытаетесь увидеть волну вероятности, сам акт наблюдения мешает вашей попытке ».

Проблема в том, что мы наблюдаем какие-либо физические явления только на макроскопическом уровне, поэтому фактическое квантовое поведение на микроскопическом уровне нам не доступно напрямую. Как описано в книге Квантовая загадка:

«Не существует« официальной »копенгагенской интерпретации. Но каждая версия хватает быка за рога и утверждает, что наблюдение производит свойство, наблюдаемое. Самое сложное слово здесь - «наблюдение».

«Копенгагенская интерпретация рассматривает две сферы: существует макроскопическая, классическая сфера наших измерительных приборов, регулируемая законами Ньютона; и существует микроскопическое, квантовое царство атомов и других мелких вещей, управляемых уравнением Шредингера. Он утверждает, что мы никогда не имеем дело непосредственно с квантовыми объектами микроскопического царства. Поэтому нам не нужно беспокоиться об их физической реальности или об их отсутствии. «Существование», которое позволяет рассчитать их влияние на наши макроскопические инструменты, нам достаточно рассмотреть ».

Отсутствие официальной копенгагенской интерпретации проблематично, что затрудняет точные детали интерпретации. Как объяснил Джон Г. Крамер в статье под названием «Транзакционная интерпретация квантовой механики»:

«Несмотря на обширную литературу, которая ссылается, обсуждает и критикует копенгагенскую интерпретацию квантовая механика, нигде не существует какого-либо краткого утверждения, определяющего полный Копенгаген интерпретация «.

Крамер продолжает пытаться определить некоторые из центральных идей, которые последовательно применяются, говоря о копенгагенской интерпретации, и приходит к следующему списку:

• Принцип неопределенности: Разработанный Вернером Гейзенбергом в 1927 году, это указывает на то, что существуют пары сопряженных переменных, которые нельзя одновременно измерить с произвольным уровнем точности. Другими словами, квантовая физика устанавливает абсолютный предел точности определенных пар. измерения могут быть сделаны, как правило, измерения положения и импульса в то же время.
• Статистическая интерпретация: Разработанный Максом Борном в 1926 году, он интерпретирует волновую функцию Шредингера как вывод вероятности исхода в любом данном состоянии. Математический процесс для этого известен как Рожденное правило.
• Концепция дополнительности: Разработанный Нильсом Бором в 1928 году, он включает в себя идею волновая двойственность и что коллапс волновой функции связан с актом измерения.
• Идентификация вектора состояния со «знанием системы»: Уравнение Шредингера содержит серию векторов состояний, и эти векторы меняются со временем и с наблюдениями, чтобы представлять знания системы в любой момент времени.
• Позитивизм Гейзенберга: Это представляет собой акцент на обсуждении исключительно наблюдаемых результатов экспериментов, а не на «значении» или лежащей в основе «реальности». Это неявное (а иногда и явное) принятие философской концепции инструментализма.

Это кажется довольно полным списком ключевых моментов, стоящих за копенгагенской интерпретацией, но интерпретация не без некоторых довольно серьезных проблем и вызвала много критические замечания... к которым стоит обратиться самостоятельно.

Как уже упоминалось выше, точная природа копенгагенской интерпретации всегда была немного туманной. Одна из самых ранних ссылок на идею этого была в книге Вернера Гейзенберга 1930 года Физические основы квантовой теории, в котором он ссылался на «копенгагенский дух квантовой теории». Но в то время это было действительно только интерпретация квантовой механики (хотя между ее приверженцами были некоторые различия), поэтому не было необходимости выделять ее своим именем.

Это только начало называться «копенгагенской интерпретацией», когда альтернативные подходы, такие как подход скрытых переменных Дэвида Бома и подход Хью Эверетта Интерпретация многих мировВозник оспаривать сложившуюся интерпретацию. Термин «копенгагенская интерпретация» обычно приписывается Вернеру Гейзенбергу, когда он говорил в 1950-х годах против этих альтернативных интерпретаций. Лекции с использованием фразы «Копенгагенская интерпретация» появились в сборнике сочинений Гейзенберга 1958 года, Физика и философия.