Wat is die interpretasie van Kopenhagen?

Die interpretasie van Kopenhagen is 'n verduideliking van kwantummeganika wat in 1927 deur Niels Bohr en Werner Heisenberg geformuleer is, toe wetenskaplikes saam in Kopenhagen gewerk het. Bohr en Heisenberg was in staat om die probabilistiese interpretasie van die funksie wat deur M. geformuleer is, te verbeter. Gebore en het probeer om 'n aantal vrae te beantwoord. Die ontstaan daarvan is as gevolg van deeltjiegolf-dualisme. Hierdie artikel sal die hoofidees van die Kopenhagen-interpretasie van kwantummeganika, en hul invloed op moderne fisika, oorweeg.

probleme

Interpretasies van kwantummeganika het filosofiese sienings oor die aard van kwantummeganika genoem, as 'n teorie wat die materiële wêreld beskryf. Met hulle hulp was dit moontlik om vrae te beantwoord oor die kern van die fisiese realiteit, die manier waarop dit bestudeer word, die aard van oorsaaklikheid en determinisme, en ook die kern van statistiek en die plek daarvan in die kwantummeganika. Kwantummeganika word beskou as die mees resonante teorie in die geskiedenis van die wetenskap, maar daar is nog steeds geen konsensus in sy diep begrip nie. Daar is 'n aantal interpretasies van kwantummeganika, en vandag sal ons kennis maak met die gewildste van hulle.

Basiese idees

Soos u weet bestaan die fisiese wêreld uit kwantumvoorwerpe en klassieke instrumente vir meting. Die verandering in die toestand van meetinstrumente beskryf 'n onomkeerbare statistiese proses om die eienskappe van mikroobjekte te verander. Wanneer 'n mikroobjek met die atome van 'n meetinstrument in wisselwerking is, verminder die superposisie na een toestand, dit wil sê die afname van die golffunksie van die meetobjek vind plaas. Die Schrödinger vergelyking beskryf nie hierdie resultaat nie.

Uit die oogpunt van die Kopenhagen-interpretasie beskryf kwantummeganika nie mikroobjekte in hulself nie, maar hul eienskappe, wat hulself manifesteer in die makro toestande wat deur tipiese meetinstrumente tydens observasie geskep word. Die gedrag van atoomvoorwerpe kan nie geskei word van hul interaksie met instrumente vir metings wat die voorwaardes vir die ontstaan van verskynsels regmaak nie.

'N Kykie na kwantummeganika

Kwantummeganika is 'n statiese teorie. Dit is te danke aan die feit dat die meting van 'n mikroobjek lei tot 'n verandering in sy toestand. Dit gee aanleiding tot 'n probabilistiese beskrywing van die aanvanklike posisie van die voorwerp, wat deur die golffunksie beskryf word. Die komplekse golffunksie is die sentrale konsep van kwantummeganika. Die golffunksie verander na 'n nuwe dimensie. Die resultaat van hierdie meting hang af van die golffunksie, op 'n probabilistiese wyse. Die fisiese waarde is slegs die vierkant van die modulus van die golffunksie, wat die waarskynlikheid bevestig dat die mikroobjek wat bestudeer word in 'n spesifieke plek in die ruimte is.

In kwantummeganika word die oorsaaklikheidswet uitgevoer ten opsigte van 'n golffunksie wat met tyd verskil in verhouding tot die aanvanklike toestande, en nie relatief tot die deeltjiesnelheidskoördinate, soos in die klassieke meganiese hantering nie. Aangesien slegs die vierkant van die modulus van die golffunksie aan die fisiese waarde toegeken word, kan die aanvanklike waardes nie in beginsel bepaal word nie, wat lei tot onmoontlikheid om akkurate kennis van die aanvanklike toestand van die kwantumsisteem te verkry.

Filosofiese grondslag

Uit die filosofiese oogpunt is die basis van die Kopenhagen-interpretasie epistemologiese beginsels:

1. Waarneembaarheid. Die essensie daarvan bestaan daarin om uit die fisiese teorie die stellings uit te sluit wat nie deur direkte waarneming geverifieer kan word nie.
2. Additionaliteit. Dit veronderstel dat die golf en liggaamlike beskrywing van die voorwerpe van die microworld mekaar aanvul.
3. Onsekerheid. Dit sê dat die koördinaat van mikroobjekte en hul momentum nie afsonderlik en met absolute akkuraatheid bepaal kan word nie.
4. Statiese determinisme. Veronderstel dat die huidige toestand van 'n fisiese stelsel deur sy vorige state nie uniek bepaal word nie, maar slegs met 'n deel van die waarskynlikheid om die tendense van verandering wat in die verlede neergelê is, te implementeer.
5. Nakoming. Volgens hierdie beginsel word die wette van kwantummeganika omskep in die wette van die klassieke meganika, wanneer dit moontlik is om die grootte van die kwantum van aksie te verwaarloos.

voordele

In kwantumfisika is inligting oor atoomvoorwerpe wat deur eksperimentele installasies verkry word, in 'n vreemde verhouding met mekaar. In die onsekerheidsverhoudinge van Werner Heisenberg word die omgekeerde eweredigheid tussen die onakkuraathede in die vasstelling van die kinetiese en dinamiese veranderlikes wat die toestand van die fisiese stelsel in die klassieke meganika bepaal, gesien.

'N Beduidende voordeel van die Kopenhagen-interpretasie van kwantummeganika is die feit dat dit nie met gedetailleerde stellings direk oor fisies onopgemaakte hoeveelhede werk nie. Daarbenewens bou dit met 'n minimum aannames 'n konseptuele stelsel wat op die oomblik die eksperimentele feite uitvoerig beskryf.

Die betekenis van die golffunksie

Volgens die interpretasie van Kopenhagen is die golffunksie onderhewig aan twee prosesse:

1. Unitêre evolusie, wat deur die Schrödingervergelyking beskryf word.
2. Meting.

Daar was geen twyfel oor die eerste proses in wetenskaplike kringe van enigiemand nie, en die tweede proses het bespreking opgewek en aanleiding gegee tot 'n aantal interpretasies, selfs binne die raamwerk van die Kopenhagen-interpretasie van bewussyn. Aan die een kant is daar alle redes om te glo dat die golffunksie niks meer as 'n werklike fisiese voorwerp is nie en dat dit tydens die tweede proses ineenstorting ondergaan. Aan die ander kant kan die golffunksie nie as 'n ware entiteit optree nie, maar as 'n hulpwiskundige instrument, waarvan die enigste doel is om die waarskynlikheid te bereken. Bohr het beklemtoon dat die enigste ding wat voorspel kan word, die gevolg is van fisiese eksperimente, dus moet alle sekondêre kwessies nie verband hou met die presiese wetenskap nie, maar na die filosofie. Hy het in sy bewerkings die filosofiese konsep van positivisme beken, wat vereis dat wetenskap slegs realistiese dinge bespreek.

Dubbele spleet ervaring

In 'n twee-gapings eksperiment val die lig wat deur twee splete beweeg, op 'n skerm waarop twee inmengingskante verskyn: donker en lig. Hierdie proses word verklaar deur die feit dat liggolwe op sommige plekke wedersyds kan versterk, en in ander kan hulle wedergebrand word. Aan die ander kant illustreer die eksperiment dat lig die eienskappe van 'n deel stroom, en elektrone kan golf eienskappe vertoon, en gee dus 'n interferensiepatroon.

Daar kan aanvaar word dat die eksperiment uitgevoer word met 'n stroom van fotone (of elektrone) van so 'n lae intensiteit dat slegs een deeltjie elke keer deur die gleuwe gaan. Desalniettemin, wanneer die fotonepunte op die skerm getref word, van oorvleuelende golwe, word dieselfde interferensiepatroon verkry , ondanks die feit dat die ervaring sogenaamde afsonderlike deeltjies betref. Dit word verklaar deur die feit dat ons in 'n "probabilistiese" heelal leef waarin elke toekomstige gebeurtenis 'n herverdeelde graad van geleentheid het, en die waarskynlikheid dat iets onverwags op die volgende oomblik van tyd sal gebeur, is taamlik klein.

vrae

Slit ervaring ervaar sulke vrae:

1. Wat is die reëls vir die gedrag van individuele deeltjies? Die wette van kwantummeganika dui op die plek van die skerm waarin die deeltjies statisties sal verskyn. Hulle maak dit moontlik om die ligging van ligbande te bereken, waarskynlik heelparty deeltjies en donker bande, waar minder deeltjies waarskynlik sal val. Die wette waaraan die kwantummeganika gehoorsaam kan egter nie voorspel waar die individuele deeltjie eintlik blyk te wees nie.
2. Wat gebeur dan met die deeltjie tussen emissie en registrasie? Volgens die resultate van waarnemings kan dit blyk dat die deeltjie in wisselwerking is met albei gapings. Dit blyk dat dit die wette wat die gedrag van 'n puntige deeltjie beheer, weerspreek. Verder, wanneer 'n deeltjie geregistreer is, word dit sinvol.
3. Onder die werking waarvan die deeltjie sy gedrag van staties na nie-staties verander en omgekeerd? Wanneer 'n deeltjie deur die splete beweeg, word sy gedrag veroorsaak deur 'n nie-gelokaliseerde golffunksie wat gelyktydig deur albei splete beweeg. Op die oomblik dat 'n deeltjie geregistreer word, word dit altyd as 'n punt vasgemaak, en 'n vervaagde golfpakket word nooit verkry nie.

reaksies

Die Kopenhagen-teorie van kwantuminterpretasie beantwoord die vrae wat soos volg gestel word:

1. Dit is fundamenteel onmoontlik om die probabilistiese aard van die voorspellings van kwantummeganika uit te skakel. Dit wil sê, dit kan nie akkuraat getuig van die beperking van menslike kennis oor enige verborge veranderlikes nie. Klassieke fisika verwys na die waarskynlikheid in daardie gevalle wanneer dit nodig is om 'n proses van die dobbelsteen te beskryf . Dit is dat waarskynlikheid onvolledige kennis vervang. Die Kopenhagen-interpretasie van die kwantummeganika van Heisenberg en Bohr, in teenstelling hiermee, beweer dat die resultaat van metings in kwantummeganika fundamenteel nie-deterministies is.
2. Fisika is 'n wetenskap wat die resultate van meetprosesse bestudeer. Dit is verkeerd om te dink oor wat in hul ondersoek gebeur. Volgens die interpretasie van Kopenhagen is vrae oor waar die deeltjie voor sy registrasie was, en ander sulke fabrieke is betekenisloos en moet dus van oorweging uitgesluit word.
3. Die metingshandeling lei tot 'n oombliklike ineenstorting van die golffunksie. Gevolglik 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 dadelik verander.

taal

Die formulering van die Kopenhagen-interpretasie in sy oorspronklike vorm het verskeie variasies geboorte gegee. Die mees algemene van hulle is gebaseer op die benadering van nie-teenstrydige gebeure en so 'n konsep as kwantumdekoherensie. Dekoherensie maak dit moontlik om die fuzzy grens tussen makro- en mikrowêrelde te bereken. Die oorblywende variasies verskil in die mate van "realisme van die golfwêreld".

kritiek

Die volle waarde van kwantummeganika (Heisenberg en Bohr se antwoord op die eerste vraag) is bevraagteken in die gedagte-eksperiment wat deur Einstein, Podolsky en Rosen (EPR-paradoks) uitgevoer is. So, wetenskaplikes wou bewys dat die bestaan van verborge parameters nodig is sodat die teorie nie lei tot 'n oombliklike en nie-plaaslike "langafstand" -aksie. Tydens die verifikasie van die EPR-paradoks, wat moontlik geword het weens Bell se ongelykhede, is dit bewys dat kwantummeganika korrek is, en verskeie teorieë van verborge parameters het geen eksperimentele bevestiging nie.

Maar die mees problematiese was die antwoord van Heisenberg en Bohr op die derde vraag wat die meetprosesse in 'n spesiale posisie geplaas het, maar nie die teenwoordigheid van kenmerkende eienskappe in hulle bepaal het nie.

Baie wetenskaplikes, beide fisici en filosowe, het geweier om die Kopenhagen-interpretasie van kwantumfisika te aanvaar. Die eerste rede was dat die interpretasie van Heisenberg en Bohr nie deterministies was nie. En die tweede - deurdat dit 'n onbepaalde konsep van meting ingevoer het, wat probabilistiese funksies tot betroubare resultate gemaak het.

Einstein was daarvan oortuig dat die beskrywing van die fisiese realiteit, gegee deur kwantummeganika in die interpretasie van Heisenberg en Bohr, onvoldoende is. Volgens Einstein het hy 'n deel van die logika in die Kopenhagen-interpretasie gevind, maar sy wetenskaplike instinkte het geweier om dit te aanvaar. Daarom kan Einstein nie weier om 'n meer volledige konsep te soek nie.

In sy brief aan Borne Einstein het gesê: "Ek is seker dat God nie dobbelstene gooi nie!". Niels Bohr, wat kommentaar lewer op hierdie frase, het aan Einstein gesê dat hy nie vir God gesê het wat om te doen nie. En in sy gesprek met Abraham Pice het Einstein uitgeroep: "Dink jy regtig dat die Maan slegs bestaan as jy daarna kyk?"

Erwin Schroedinger het 'n gedagte-eksperiment met 'n kat uitgevind, waardeur hy die minderwaardigheid van kwantummeganika tydens die oorgang van subatomiese stelsels na mikroskopiese gedeeltes wou demonstreer. Terselfdertyd is die nodige ineenstorting van die golffunksie in die ruimte as problematies beskou. Volgens Einstein se relatiwiteitsteorie is oombliklikheid en gelyktydigheid slegs sinvol vir 'n waarnemer wat in een verwysingsraamwerk geleë is. Dus, daar is geen tyd wat een vir almal kan word nie en dus kan 'n oombliklike ineenstorting nie bepaal word nie.

verspreiding

'N Informele meningspeiling wat in 1997 in wetenskaplike kringe gedoen is, het getoon dat die vorige vroeëre interpretasie van Kopenhagen, kortliks hierbo bespreek, deur minder as die helfte van die respondente ondersteun word. Nietemin het sy meer aanhangers as ander interpretasies individueel.

alternatiewe

Baie fisici is nader aan 'n ander interpretasie van kwantummeganika, wat nee genoem word. Die kern van hierdie interpretasie word uitdruklik uitgedruk in die gesegde van David Mermin: "Shut up and calculate!", Wat dikwels aan Richard Feynman of Paul Dirac toegeskryf word.