Interpretacja kopenhaska - Copenhagen interpretation

Interpretacja kopenhaska jest zbiorem poglądów na temat rozumieniu mechaniki kwantowej głównie nadana Nielsa Bohra i Wernera Heisenberga . Jest to jedna z najstarszych z wielu proponowanych interpretacji mechaniki kwantowej , ponieważ jej cechy datują się na rozwój mechaniki kwantowej w latach 1925-1927 i pozostaje jedną z najczęściej nauczanych. 

Nie ma ostateczne zdanie historyczne, co jest interpretacja Kopenhaga. Pomiędzy poglądami Bohra i Heisenberga istnieją pewne zasadnicze porozumienia i rozbieżności. Na przykład Heisenberg podkreślił ostre „cięcie” między obserwatorem (lub instrumentem) a obserwowanym systemem, podczas gdy Bohr zaproponował interpretację niezależną od subiektywnego obserwatora, pomiaru lub załamania, która opiera się na „nieodwracalnym” lub skutecznie nieodwracalny proces, który mógłby zachodzić w układzie kwantowym.

Cechy wspólne dla interpretacji typu kopenhaskiego obejmują ideę, że mechanika kwantowa jest z natury niedeterministyczna, z prawdopodobieństwami obliczanymi za pomocą reguły Borna , oraz zasada komplementarności , która stwierdza, że ​​obiekty mają pewne pary uzupełniających się właściwości, których nie można wszystkie obserwować lub mierzyć jednocześnie. Co więcej, akt „obserwowania” lub „mierzenia” przedmiotu jest nieodwracalny, żadna prawda nie może być przypisana przedmiotowi inaczej niż zgodnie z wynikami jego pomiaru . Interpretacje typu kopenhaskiego utrzymują, że opisy kwantowe są obiektywne, ponieważ są niezależne od arbitralności umysłowej fizyków.

Na przestrzeni lat pojawiło się wiele zastrzeżeń co do aspektów interpretacji typu kopenhaskiego, w tym nieciągłości i stochastycznego charakteru procesu „obserwacji” lub „pomiaru”, pozornej subiektywności wymagania obserwatora , trudności w zdefiniowaniu tego, co może się liczyć jako urządzenie pomiarowe i pozorne poleganie na fizyce klasycznej w opisie takich urządzeń.

Tło

Począwszy od 1900 roku badania nad zjawiskami atomowymi i subatomowymi wymusiły rewizję podstawowych pojęć fizyki klasycznej . Jednak dopiero po ćwierćwieczu rewizja zyskała status spójnej teorii. W okresie interwencyjnym, znanym obecnie jako czas „ starej teorii kwantowej ”, fizycy pracowali nad przybliżeniami i poprawkami heurystycznymi w fizyce klasycznej. Wybitne wyniki z tego okresu należą Max Planck „Obliczanie y z czarnego promieniowania widma, Albert Einstein ” wyjaśnienie s na efekt fotoelektryczny , Einstein i Peter Debye'a „praca s na ciepło właściwe ciał stałych, Niels Bohr i Hendrika Johanna van Leeuwen ” s dowód , że fizyki klasycznej nie może liczyć na diamagnetism , model Bohra z atomu wodoru i Arnold Sommerfeld rozszerzeniem „s od modelu Bohra zawierać efekty relatywistyczne . Od 1922 do 1925 ta metoda korekt heurystycznych napotykała na coraz większe trudności; na przykład model Bohra-Sommerfelda nie mógł zostać rozszerzony z wodoru do następnego najprostszego przypadku, atomu helu .

Przejście od starej teorii kwantowej do w pełni rozwiniętej fizyki kwantowej rozpoczęło się w 1925 r., kiedy Werner Heisenberg przedstawił podejście do zachowania elektronów oparte na omawianiu tylko „obserwowalnych” wielkości, co dla Heisenberga oznaczało częstotliwości światła pochłanianego i emitowanego przez atomy. Max Born zdał sobie wtedy sprawę, że w teorii Heisenberga klasyczne zmienne położenia i pędu byłyby zamiast tego reprezentowane przez macierze , obiekty matematyczne, które można mnożyć jak liczby z zasadniczą różnicą, że kolejność mnożenia ma znaczenie. Erwin Schrödinger przedstawił równanie, które traktuje elektron jako falę, a Born odkrył, że sposobem na pomyślną interpretację funkcji falowej, która pojawiła się w równaniu Schrödingera, jest narzędzie do obliczania prawdopodobieństw .

Mechaniki kwantowej nie da się łatwo pogodzić z codziennym językiem i obserwacją, a fizykom, w tym wynalazcom, często wydawała się sprzeczna z intuicją. Idee zgrupowane razem jako interpretacja kopenhaska sugerują sposób myślenia o tym, jak matematyka teorii kwantów odnosi się do fizycznej rzeczywistości.

Pochodzenie i użycie terminu

Niels Bohr Institute w Kopenhadze

Werner Heisenberg był asystentem Nielsa Bohra w jego instytucie w Kopenhadze w latach dwudziestych, kiedy pomogli stworzyć teorię mechaniki kwantowej. Na konferencji Solvaya w 1927 r. w podwójnym przemówieniu Max Born i Heisenberg deklarowali, że „uważamy mechanikę kwantową za zamkniętą teorię, której fundamentalne założenia fizyczne i matematyczne nie podlegają już żadnym modyfikacjom”. W 1929 Heisenberg wygłosił serię zaproszonych wykładów na Uniwersytecie w Chicago wyjaśniając nową dziedzinę mechaniki kwantowej. Wykłady posłużyły następnie za podstawę jego podręcznika The Physical Principles of the Quantum Theory , opublikowanego w 1930 roku. We wstępie do książki Heisenberg napisał:

Ogólnie rzecz biorąc, książka nie zawiera niczego, czego nie można znaleźć w poprzednich publikacjach, zwłaszcza w śledztwach Bohra. Wydaje mi się, że cel tej książki jest spełniony, jeśli w jakiś sposób przyczynia się do rozpowszechniania „Kopenhagener Geist der Quantentheorie” [tj. kopenhaskiego ducha teorii kwantowej], jeśli mogę tak wyrazić, która kierowała całym rozwojem nowoczesnego fizyka atomowa.

Termin „interpretacja kopenhaska” sugeruje coś więcej niż tylko ducha, na przykład pewien określony zestaw reguł interpretacji matematycznego formalizmu mechaniki kwantowej, przypuszczalnie sięgający lat dwudziestych XX wieku. Taki tekst jednak nie istnieje, a pisma Bohra i Heisenberga są ze sobą sprzeczne w kilku ważnych kwestiach. Wydaje się, że ten konkretny termin, mający bardziej określony sens, został ukuty przez Heisenberga w latach pięćdziesiątych, krytykując alternatywne „interpretacje” (np. Davida Bohma ), które zostały opracowane. Wykłady zatytułowane „Kopenhaska interpretacja teorii kwantów” oraz „Krytyka i kontrpropozycje do interpretacji kopenhaskiej”, które Heisenberg wygłosił w 1955 r., są przedrukowywane w zbiorze „ Fizyka i filozofia” . Zanim książka została wystawiona na sprzedaż, Heisenberg prywatnie wyraził ubolewanie z powodu użycia tego terminu, z powodu sugestii o istnieniu innych interpretacji, które uważał za „bzdury”.

Zasady

Nie ma jednoznacznie definitywnego stwierdzenia interpretacji kopenhaskiej. Termin ten obejmuje poglądy wypracowane przez wielu naukowców i filozofów w drugiej ćwierci XX wieku. Bohr i Heisenberg nigdy do końca nie zgodzili się, jak rozumieć matematyczny formalizm mechaniki kwantowej, a Bohr zdystansował się od tego, co uważał za bardziej subiektywną interpretację Heisenberga. Bohr zaproponował interpretację niezależną od subiektywnego obserwatora, pomiaru lub upadku; zamiast tego „nieodwracalny” lub skutecznie nieodwracalny proces powoduje zanik spójności kwantowej, który nadaje klasyczne zachowanie „obserwacji” lub „pomiaru”.

Różni komentatorzy i badacze kojarzyli z tym pojęciem różne idee. Asher Peres zauważył, że bardzo różne, czasem przeciwstawne poglądy są przedstawiane jako „interpretacja kopenhaska” przez różnych autorów. N. David Mermin ukuł frazę „Zamknij się i oblicz!” podsumowując poglądy kopenhaskie, powiedzenie często błędnie przypisywane Richardowi Feynmanowi, które później Mermin uznał za niewystarczająco zniuansowane.

Niektóre podstawowe zasady ogólnie przyjęte w ramach interpretacji obejmują:

  1. Mechanika kwantowa jest z natury niedeterministyczna.
  2. Zasada korespondencji : w odpowiedniej granicy teoria kwantowa upodabnia się do fizyki klasycznej i odtwarza klasyczne przewidywania.
  3. Ur zasada : the funkcji fali układu daje prawdopodobieństwa dla wyników pomiarów na podstawie tego układu.
  4. Komplementarność : pewnych właściwości nie można zdefiniować wspólnie dla tego samego systemu w tym samym czasie. Aby mówić o określonej właściwości systemu, system ten należy rozpatrywać w kontekście konkretnego urządzenia laboratoryjnego. Obserwowanych ilości odpowiadających wzajemnie wykluczającym się układom laboratoryjnym nie można przewidzieć razem, ale rozważenie wielu takich wzajemnie wykluczających się eksperymentów jest konieczne do scharakteryzowania układu.

Hans Primas i Roland Omnès podają bardziej szczegółowy podział, który oprócz powyższego obejmuje następujące elementy:

  1. Fizyka kwantowa dotyczy pojedynczych obiektów. Prawdopodobieństwa obliczone przez regułę Borna nie wymagają do zrozumienia zespołu lub zbioru „identycznie przygotowanych” systemów.
  2. Wyniki dostarczane przez urządzenia pomiarowe są w zasadzie klasyczne i powinny być opisane w zwykłym języku. Zostało to szczególnie podkreślone przez Bohra i zaakceptowane przez Heisenberga.
  3. Zgodnie z powyższym, urządzenie służące do obserwacji systemu musi być opisane w języku klasycznym, podczas gdy obserwowany system jest traktowany w kategoriach kwantowych. Jest to szczególnie subtelna kwestia, dla której Bohr i Heisenberg doszli do odmiennych wniosków. Według Heisenberga granicę między klasyką a kwantem można przesuwać w dowolnym kierunku według uznania obserwatora. Oznacza to, że obserwator ma swobodę poruszania się, co stało się znane jako „ cięcie Heisenberga ”, bez zmiany jakichkolwiek fizycznie znaczących przewidywań. Z drugiej strony, Bohr argumentował, że pełna specyfikacja aparatury laboratoryjnej utrwali „nacięcie” na miejscu. Co więcej, Bohr argumentował, że przynajmniej niektóre koncepcje fizyki klasycznej muszą mieć znaczenie po obu stronach „cięcia”.
  4. Podczas obserwacji system musi współdziałać z urządzeniem laboratoryjnym. Kiedy to urządzenie sprawia, że pomiar funkcji fali systemów zwija nieodwracalnie zmniejszenie do eigenstate z zaobserwować , że jest zarejestrowany. Efektem tego procesu jest namacalny zapis zdarzenia, dokonany przez potencjalność, która staje się rzeczywistością.
  5. Stwierdzenia o pomiarach, które nie zostały w rzeczywistości wykonane, nie mają znaczenia. Na przykład stwierdzenie, że foton przebył górną ścieżkę interferometru Macha-Zehndera , nie ma sensu, chyba że interferometr został faktycznie zbudowany w taki sposób, że droga obrana przez foton jest wykrywana i rejestrowana.
  6. Funkcje falowe są obiektywne w tym sensie, że nie zależą od osobistych opinii poszczególnych fizyków lub innych podobnych arbitralnych wpływów.

Inną ważną kwestią, w której Bohr i Heisenberg nie byli zgodni, jest dualizm falowo-cząsteczkowy . Bohr utrzymywał, że rozróżnienie między widokiem falowym a widokiem cząstek zostało zdefiniowane przez rozróżnienie między układami doświadczalnymi, podczas gdy Heisenberg utrzymywał, że było ono zdefiniowane przez możliwość postrzegania wzorów matematycznych jako odnoszących się do fal lub cząstek. Bohr sądził, że konkretna konfiguracja eksperymentalna wyświetli albo obraz falowy, albo obraz cząsteczkowy, ale nie oba. Heisenberg uważał, że każde sformułowanie matematyczne jest zdolne do interpretacji zarówno fal, jak i cząstek.

Trudność w omawianiu stanowiska filozoficznego „interpretacji kopenhaskiej” polega na tym, że nie ma jednego, autorytatywnego źródła, które ustalałoby, czym jest interpretacja. Inną komplikacją jest to, że filozoficzne tło znane Einsteinowi, Bohrowi, Heisenbergowi i współczesnym jest znacznie mniej podobne do fizyków, a nawet filozofów fizyki w nowszych czasach.

Charakter funkcji falowej

Funkcja falowa to jednostka matematyczna, która zapewnia rozkład prawdopodobieństwa wyników każdego możliwego pomiaru w systemie. Znajomość stanu kwantowego wraz z regułami ewolucji systemu w czasie wyczerpuje wszystko, co można przewidzieć na temat zachowania systemu. Ogólnie rzecz biorąc, interpretacje typu kopenhaskiego zaprzeczają, jakoby funkcja falowa dostarczała bezpośrednio uchwyconego obrazu zwykłego materialnego ciała lub dostrzegalnego komponentu jakiegoś takiego ciała, lub czegokolwiek więcej niż konceptu teoretycznego.

Prawdopodobieństwa według zasady Borna

Reguła Born ma zasadnicze znaczenie dla interpretacji kopenhaskiej. Sformułowana przez Maxa Borna w 1926 r. daje prawdopodobieństwo, że pomiar układu kwantowego da dany wynik. W swojej najprostszej postaci stwierdza, że ​​gęstość prawdopodobieństwa znalezienia cząstki w danym punkcie, po zmierzeniu, jest proporcjonalna do kwadratu wielkości funkcji falowej cząstki w tym punkcie.

Zawalić się

Powszechnie postrzega się „interpretację kopenhaską”, że ważną jej częścią jest „załamanie się” funkcji falowej. Postuluje się, że w akcie pomiaru funkcja falowa systemu może zmieniać się nagle i nieciągle. Przed pomiarem funkcja falowa obejmuje różne prawdopodobieństwa dla różnych potencjalnych wyników tego pomiaru. Ale kiedy aparat zarejestruje jeden z tych wyników, żadne ślady pozostałych nie pozostają.

Heisenberg mówił o funkcji falowej jako reprezentującej dostępną wiedzę o systemie i nie używał terminu „załamanie”, ale zamiast tego nazwał ją „redukcją” funkcji falowej do nowego stanu reprezentującego zmianę dostępnej wiedzy, która następuje po określonym Zjawisko to jest rejestrowane przez aparat. Według Howarda i Faye , pisma Bohra nie wspominają o załamaniu funkcji falowej.

Ponieważ twierdzą, że istnienie obserwowanej wartości zależy od wstawiennictwa obserwatora, interpretacje typu kopenhaskiego są czasami nazywane „subiektywnymi”. Termin ten jest odrzucany przez wielu kopenhaskich, ponieważ proces obserwacji jest mechaniczny i nie zależy od indywidualności obserwatora. Na przykład Wolfgang Pauli twierdził, że wyniki pomiarów mogą być uzyskiwane i rejestrowane przez „obiektywną aparaturę rejestrującą”. Jak pisał Heisenberg:

Oczywiście wprowadzenie obserwatora nie może być błędnie rozumiane jako sugerowanie, że do opisu przyrody należy wprowadzić pewne subiektywne cechy. Obserwator ma raczej tylko funkcję rejestrowania decyzji, czyli procesów w przestrzeni i czasie, i nie ma znaczenia, czy obserwator jest aparatem, czy człowiekiem; ale rejestracja, czyli przejście od „możliwego” do „rzeczywistego”, jest tu absolutnie konieczne i nie można go pominąć w interpretacji teorii kwantów.

W latach 70. i 80. teoria dekoherencji pomogła wyjaśnić pojawienie się quasi-klasycznych rzeczywistości wyłaniających się z teorii kwantowej, ale była niewystarczająca, aby zapewnić techniczne wyjaśnienie pozornego załamania się funkcji falowej.

Uzupełnianie przez ukryte zmienne?

W kategoriach metafizycznych interpretacja kopenhaska postrzega mechanikę kwantową jako dostarczającą wiedzy o zjawiskach, ale nie jako wskazującą na „rzeczywiście istniejące obiekty”, które uważa za pozostałości zwykłej intuicji. To sprawia, że ​​jest to teoria epistemiczna . Można to skontrastować z poglądem Einsteina, że ​​fizyka powinna szukać „rzeczywiście istniejących obiektów”, czyniąc się teorią ontyczną .

Czasami pada pytanie metafizyczne: „Czy mechanikę kwantową można rozszerzyć przez dodanie tak zwanych „ukrytych zmiennych” do formalizmu matematycznego, aby przekształcić go z teorii epistemicznej w teorię ontyczną? Interpretacja kopenhaska odpowiada na to stanowczym „nie”. Czasami, na przykład JS Bell , zarzuca się, że Einstein sprzeciwiał się interpretacji kopenhaskiej, ponieważ wierzył, że odpowiedź na pytanie o „ukryte zmienne” brzmi „tak”. Dla kontrastu, Max Jammer pisze: „Einstein nigdy nie zaproponował teorii ukrytych zmiennych”. Einstein zbadał możliwość istnienia teorii ukrytych zmiennych i napisał artykuł opisujący swoje badania, ale wycofał go z publikacji, ponieważ uważał, że jest wadliwy.

Akceptacja wśród fizyków

W latach trzydziestych i czterdziestych XX wieku poglądy na temat mechaniki kwantowej przypisywane Bohrowi i podkreślające komplementarność stały się powszechne wśród fizyków. W ówczesnych podręcznikach na ogół utrzymywano zasadę, że wartość liczbowa wielkości fizycznej nie ma znaczenia lub nie istnieje, dopóki nie zostanie zmierzona. Wybitni fizycy związani z interpretacjami kopenhaskimi to między innymi Lev Landau , Wolfgang Pauli , Rudolf Peierls , Asher Peres i Léon Rosenfeld .

Przez większą część XX wieku tradycja kopenhaska cieszyła się ogromną akceptacją wśród fizyków. Według bardzo nieformalnego sondażu (niektórzy głosowali za wieloma interpretacjami) przeprowadzonego na konferencji mechaniki kwantowej w 1997 roku, interpretacja kopenhaska pozostała najszerzej akceptowaną etykietą, którą fizycy zastosowali do własnych poglądów. Podobny wynik uzyskano w sondażu przeprowadzonym w 2011 roku.

Konsekwencje

Charakter interpretacji kopenhaskiej ujawnia się poprzez rozważenie szeregu eksperymentów i paradoksów.

1. Kot Schrödingera

Ten eksperyment myślowy podkreśla implikacje, jakie akceptacja niepewności na poziomie mikroskopowym ma dla obiektów makroskopowych. Kota umieszcza się w szczelnie zamkniętym pudełku, a jego życie lub śmierć uzależnione jest od stanu cząsteczki subatomowej. W ten sposób opis kota w trakcie eksperymentu – uwikłanego w stan cząstki subatomowej – staje się „rozmyciem” „żywego i martwego kota”. Ale to nie może być dokładne, ponieważ sugeruje, że kot jest zarówno martwy, jak i żywy, dopóki pudełko nie zostanie otwarte, aby go sprawdzić. Ale kot, jeśli przeżyje, będzie tylko pamiętał, że żyje. Schrödinger sprzeciwia się „tak naiwnemu uznaniu za słuszny »rozmytego modelu« reprezentacji rzeczywistości”. Jak kot może być żywy i martwy?
Interpretacja kopenhaska : Funkcja falowa odzwierciedla naszą wiedzę o systemie. Funkcja falowa oznacza, że ​​gdy kot zostanie zaobserwowany, istnieje 50% szansa, że ​​będzie martwy, a 50% szansa, że ​​będzie żywy.

2. Przyjaciel Wignera

Wigner umieszcza swojego przyjaciela z kotem. Zewnętrzny obserwator uważa, że ​​system jest w dobrym stanie . Jednak jego przyjaciel jest przekonany, że kot żyje, czyli dla niego kot jest w stanie . Jak Wigner i jego przyjaciel mogą zobaczyć różne funkcje fal?
Interpretacja kopenhaska : Odpowiedź zależy od umiejscowienia cięcia Heisenberga , które można umieścić dowolnie (przynajmniej według Heisenberga, ale nie według Bohra). Jeśli przyjaciel Wignera znajduje się po tej samej stronie cięcia co obserwator zewnętrzny, jego pomiary załamują funkcję falową dla obu obserwatorów. Jeśli znajduje się na boku kota, jego interakcja z kotem nie jest uważana za pomiar.

3. Dyfrakcja na podwójnej szczelinie

Światło przechodzi przez podwójne szczeliny i na ekran, tworząc wzór dyfrakcyjny. Czy światło jest cząstką czy falą?
Interpretacja kopenhaska : Światło nie jest. Poszczególne eksperymenty mogą wykazać właściwości cząstek (fotonów) lub fal, ale nie obu jednocześnie ( zasada komplementarności Bohra ).
Ten sam eksperyment można teoretycznie przeprowadzić z dowolnym układem fizycznym: elektronami, protonami, atomami, cząsteczkami, wirusami, bakteriami, kotami, ludźmi, słoniami, planetami itp. W praktyce przeprowadzono go dla światła, elektronów, buckminsterfullerenu i niektórych atomy. Ze względu na małą wartość stałej Plancka praktycznie niemożliwe jest przeprowadzenie eksperymentów, które bezpośrednio ujawniają falową naturę jakiegokolwiek układu większego niż kilka atomów; ale ogólnie mechanika kwantowa uważa, że ​​wszelka materia posiada zarówno zachowanie cząstek, jak i fal. Większe systemy (takie jak wirusy, bakterie, koty itp.) są uważane za „klasyczne”, ale tylko jako przybliżenie, a nie dokładne.

4. Paradoks Einsteina-Podolskiego-Rosena

Splątane „cząstki” są emitowane w jednym zdarzeniu. Prawa zachowania zapewniają, że zmierzony spin jednej cząstki musi być przeciwny do zmierzonego spinu drugiej cząstki, tak że jeśli zmierzy się spin jednej cząstki, to spin drugiej cząstki jest natychmiast znany. Ponieważ tego wyniku nie da się oddzielić od losowości kwantowej, nie można w ten sposób przesyłać informacji i nie dochodzi do pogwałcenia ani szczególnej teorii względności, ani interpretacji kopenhaskiej.
Interpretacja kopenhaska : Zakładając, że funkcje falowe nie są rzeczywiste, załamanie funkcji falowej jest interpretowane subiektywnie. W chwili, gdy jeden obserwator mierzy spin jednej cząstki, zna spin drugiej. Jednak inny obserwator nie może skorzystać, dopóki wyniki tego pomiaru nie zostaną mu przekazane z prędkością mniejszą lub równą prędkości światła.

Krytyka

Niekompletność i indeterminizm

Niels Bohr i Albert Einstein , na zdjęciu w domu Paula Ehrenfesta w Lejdzie (grudzień 1925), toczyli długotrwałą dyskusję kolegialną o to, co mechanika kwantowa implikuje dla natury rzeczywistości.

Einstein był wczesnym i wytrwałym krytykiem szkoły kopenhaskiej. Bohr i Heisenberg wysunęli stanowisko, że żadna własność fizyczna nie może być zrozumiana bez aktu pomiaru, podczas gdy Einstein odmówił zaakceptowania tego. Abraham Pais przypomniał sobie spacer z Einsteinem, kiedy obaj omawiali mechanikę kwantową: „Einstein nagle zatrzymał się, zwrócił do mnie i zapytał, czy naprawdę wierzę, że księżyc istnieje tylko wtedy, gdy na niego patrzę”. Chociaż Einstein nie wątpił, że mechanika kwantowa jest poprawną teorią fizyczną, ponieważ daje prawidłowe przewidywania, utrzymywał, że nie może być teorią kompletną . Najbardziej znanym produktem jego wysiłków, aby udowodnić niekompletność teorii kwantowej, jest eksperyment myślowy Einsteina-Podolskiego-Rosena , który miał wykazać, że właściwości fizyczne, takie jak położenie i pęd, mają wartości, nawet jeśli nie są mierzone. Argument EPR nie był ogólnie przekonujący dla innych fizyków.

Carl Friedrich von Weizsäcker , uczestnicząc w kolokwium w Cambridge, zaprzeczył, jakoby interpretacja kopenhaska głosiła „To, czego nie można zaobserwować, nie istnieje”. Zamiast tego zasugerował, że interpretacja kopenhaska jest zgodna z zasadą „to, co jest obserwowane, z pewnością istnieje; co do tego, co nie jest obserwowane, nadal możemy dokonywać odpowiednich założeń. Używamy tej wolności, aby uniknąć paradoksów”.

Einstein był również niezadowolony z indeterminizmu teorii kwantów. Odnosząc się do możliwości losowości w naturze, Einstein powiedział, że był „przekonany, że On [Bóg] nie rzuca kośćmi”. Bohr w odpowiedzi powiedział podobno, że „nie możemy mówić Bogu, jak ma rządzić światem”.

„Zmiana podziału”

Wiele krytyki interpretacji typu kopenhaskiego koncentrowało się na potrzebie stworzenia klasycznej domeny, w której mogą przebywać obserwatorzy lub urządzenia pomiarowe, oraz na nieprecyzyjności tego, jak można zdefiniować granicę między kwantową a klasyczną. John Bell nazwał to „przesuwnym podziałem”. Jak zwykle przedstawia się, interpretacje typu kopenhaskiego obejmują dwa różne rodzaje ewolucji w czasie dla funkcji falowych, deterministyczny przepływ zgodnie z równaniem Schrödingera i skok probabilistyczny podczas pomiaru, bez wyraźnego kryterium, kiedy każdy rodzaj ma zastosowanie. Dlaczego te dwa różne procesy miałyby istnieć, skoro fizycy i sprzęt laboratoryjny są zbudowane z tej samej materii, co reszta wszechświata? A jeśli jest jakoś rozszczepienie, to gdzie go umieścić? Steven Weinberg pisze, że tradycyjna prezentacja „nie daje możliwości zlokalizowania granicy między sferami, w których [...] mechanika kwantowa ma lub nie ma zastosowania”.

Problem myślenia w kategoriach klasycznych pomiarów układu kwantowego staje się szczególnie dotkliwy w dziedzinie kosmologii kwantowej , gdzie układem kwantowym jest wszechświat. W jaki sposób obserwator stoi poza wszechświatem, aby go zmierzyć i kto był tam, aby obserwować wszechświat w jego najwcześniejszych stadiach? Zwolennicy interpretacji typu kopenhaskiego zakwestionowali powagę tych zastrzeżeń. Rudolf Peierls zauważył, że „obserwator nie musi być współczesny”; na przykład badamy wczesny wszechświat poprzez kosmiczne mikrofalowe tło i możemy zastosować do tego mechanikę kwantową tak samo dobrze, jak do każdego pola elektromagnetycznego. Podobnie Asher Peres twierdził, że fizycy koncepcyjnie poza stopniami swobody, które bada kosmologia, a stosowanie mechaniki kwantowej do promienia wszechświata, zaniedbując w nim fizyków, nie różni się od kwantowania prądu elektrycznego w nadprzewodniku , pomijając jednocześnie szczegóły na poziomie atomowym.

Możesz sprzeciwić się, że istnieje tylko jeden wszechświat, ale podobnie w moim laboratorium jest tylko jedna kałamarnica .

ET Jaynes , zwolennik prawdopodobieństwa bayesowskiego , twierdził, że prawdopodobieństwo jest miarą stanu informacji o świecie fizycznym, a zatem traktowanie go jako zjawiska fizycznego byłoby przykładem błędu projekcji umysłu . Jaynes opisał matematyczny formalizm fizyki kwantowej jako „osobliwą mieszankę opisującą po części realia Natury, po części niekompletną ludzką informację o Naturze – wszystko pomieszane razem przez Heisenberga i Bohra w omlet, którego nikt nie widział, jak go rozszyfrować”.

Alternatywy

Interpretacja zespół jest podobne; oferuje interpretację funkcji falowej, ale nie dla pojedynczych cząstek. Spójne historie interpretacja reklamuje się jako „Kopenhaga zrobione dobrze”. Chociaż interpretacja kopenhaska jest często mylona z ideą, że świadomość powoduje załamanie , definiuje ona „obserwatora” jedynie jako tego, który załamuje funkcję falową. Ostatnio poparły interpretacje inspirowane teorią informacji kwantowej, takie jak QBism i relacyjna mechanika kwantowa .

W realizmie i determinizmie , jeśli funkcja falowa jest uważana za ontologicznie rzeczywistą, a załamanie jest całkowicie odrzucane, powstaje teoria wielu światów . Jeśli załamanie funkcji falowej jest również uważane za ontologicznie rzeczywiste, otrzymuje się obiektywną teorię załamania . Mechanika Bohmian pokazuje, że możliwe jest przeformułowanie mechaniki kwantowej tak, aby była deterministyczna, za cenę uczynienia jej jawnie nielokalną. Przypisuje nie tylko funkcję falową systemowi fizycznemu, ale dodatkowo rzeczywistą pozycję, która ewoluuje deterministycznie pod wpływem nielokalnego równania prowadzącego. Ewolucja systemu fizycznego jest zawsze podana przez równanie Schrödingera wraz z równaniem przewodnim; nigdy nie dochodzi do załamania funkcji falowej. Interpretacja transakcyjna jest również wyraźnie nielokalna.

Niektórzy fizycy opowiadali się za poglądami w „duchu kopenhaskim”, a następnie opowiadali się za innymi interpretacjami. Na przykład David Bohm i Alfred Landé napisali podręczniki, które przedstawiały idee w tradycji Bohra-Heisenberga, a później promowali odpowiednio nielokalne ukryte zmienne i interpretację zespołową . John Archibald Wheeler rozpoczął swoją karierę jako „apostoł Nielsa Bohra”; następnie był promotorem pracy doktorskiej Hugh Everetta, proponującej interpretację wielu światów. Po kilku latach wspierania twórczości Everetta, w latach 70. zaczął dystansować się od interpretacji wieloświatów. Pod koniec życia napisał, że chociaż interpretację kopenhaską można słusznie nazwać „mgłą z północy”, to „pozostaje ona najlepszą interpretacją kwantu, jaką mamy”.

Inni fizycy, pozostając pod wpływem tradycji kopenhaskiej, wyrażali frustrację, w jaki sposób przyjęli matematyczny formalizm teorii kwantowej jako dany, zamiast próbować zrozumieć, jak może on wynikać z czegoś bardziej fundamentalnego. To niezadowolenie zmotywowało do nowych wariantów interpretacyjnych, a także prac technicznych nad podstawami kwantowymi .

Zobacz też

Uwagi

Bibliografia

Dalsza lektura