Interpretimi i Kopenhagës është një shpjegim i mekanikës kuantike i formuluar nga Niels Bohr dhe Werner Heisenberg në 1927 kur shkencëtarët po punonin së bashku në Kopenhagë. Bohr dhe Heisenberg ishin në gjendje të përmirësonin interpretimin probabilistik të funksionit të formuluar nga M. Born dhe u përpoqën t'i përgjigjen një numri pyetjesh që lindin për shkak të dualitetit valë-grimcë. Ky artikull do të shqyrtojë idetë kryesore të interpretimit të Kopenhagës të mekanikës kuantike dhe ndikimin e tyre në fizikën moderne.
Probleme
Interpretimet e mekanikës kuantike quhen pikëpamje filozofike mbi natyrën e mekanikës kuantike si një teori që përshkruan botën materiale. Me ndihmën e tyre, ishte e mundur t'u përgjigjem pyetjeve në lidhje me thelbin e realitetit fizik, metodën e studimit të tij, natyrën e shkakësisë dhe determinizmit, si dhe thelbin e statistikave dhe vendin e saj në mekanikën kuantike. Mekanika kuantike konsiderohet të jetë teoria më tingëlluese në historinë e shkencës, por ende nuk ka konsensus në kuptimin e saj të thellë. Ekzistojnë një sërë interpretimesh të mekanikës kuantike, dhesot do të njihemi me më të njohurat prej tyre.
Ide kryesore
Siç e dini, bota fizike përbëhet nga objekte kuantike dhe instrumente matëse klasike. Ndryshimi në gjendjen e instrumenteve matëse përshkruan një proces statistikor të pakthyeshëm të ndryshimit të karakteristikave të mikro-objekteve. Kur një mikro-objekt ndërvepron me atomet e pajisjes matëse, mbivendosja reduktohet në një gjendje, domethënë, funksioni valor i objektit matës zvogëlohet. Ekuacioni i Shrodingerit nuk e përshkruan këtë rezultat.
Nga këndvështrimi i interpretimit të Kopenhagës, mekanika kuantike nuk përshkruan vetë mikro-objektet, por vetitë e tyre, të cilat manifestohen në kushte makro të krijuara nga instrumentet matëse tipike gjatë vëzhgimit. Sjellja e objekteve atomike nuk mund të dallohet nga ndërveprimi i tyre me instrumentet matëse që rregullojnë kushtet për shfaqjen e fenomeneve.
Një vështrim në mekanikën kuantike
Mekanika kuantike është një teori statike. Kjo për faktin se matja e një mikro-objekti çon në një ndryshim në gjendjen e tij. Pra, ekziston një përshkrim probabilistik i pozicionit fillestar të objektit, i përshkruar nga funksioni valor. Funksioni i valës komplekse është një koncept qendror në mekanikën kuantike. Funksioni i valës ndryshon në një dimension të ri. Rezultati i kësaj matjeje varet nga funksioni valor, në mënyrë probabiliste. Vetëm katrori i modulit të funksionit valor ka rëndësi fizike, gjë që konfirmon probabilitetin që studimimikro-objekti ndodhet në një vend të caktuar në hapësirë.
Në mekanikën kuantike, ligji i shkakësisë plotësohet në lidhje me funksionin valor, i cili ndryshon në kohë në varësi të kushteve fillestare, dhe jo në lidhje me koordinatat e shpejtësisë së grimcave, si në interpretimin klasik të mekanikës. Për shkak të faktit se vetëm katrori i modulit të funksionit të valës është i pajisur me një vlerë fizike, vlerat e tij fillestare nuk mund të përcaktohen në parim, gjë që çon në njëfarë pamundësie për të marrë njohuri të sakta për gjendjen fillestare të sistemit kuantik..
Baza filozofike
Nga pikëpamja filozofike, baza e interpretimit të Kopenhagës janë parimet epistemologjike:
- Vëzhgueshmëri. Thelbi i saj qëndron në përjashtimin nga teoria fizike të atyre pohimeve që nuk mund të verifikohen me vëzhgim të drejtpërdrejtë.
- Shtesa. Supozon se përshkrimi valor dhe trupor i objekteve të mikrobotës plotësojnë njëri-tjetrin.
- Pasiguri. Thotë se koordinata e mikro-objekteve dhe momenti i tyre nuk mund të përcaktohet veçmas dhe me saktësi absolute.
- Determinizëm statik. Ai supozon se gjendja aktuale e sistemit fizik përcaktohet nga gjendjet e tij të mëparshme jo në mënyrë të qartë, por vetëm me një shkallë të caktuar probabiliteti të zbatimit të tendencave të ndryshimit të përcaktuara në të kaluarën.
- Përputhet. Sipas këtij parimi, ligjet e mekanikës kuantike shndërrohen në ligjet e mekanikës klasike kur është e mundur të neglizhohet madhësia e kuantit të veprimit.
Përfitimet
Në fizikën kuantike, informacioni rreth objekteve atomike, të marra nëpërmjet konfigurimeve eksperimentale, janë në një marrëdhënie të veçantë me njëri-tjetrin. Në marrëdhëniet e pasigurisë së Werner Heisenberg, ekziston një proporcion i kundërt midis pasaktësive në fiksimin e variablave kinetikë dhe dinamikë që përcaktojnë gjendjen e një sistemi fizik në mekanikën klasike.
Një avantazh i rëndësishëm i interpretimit të Kopenhagës të mekanikës kuantike është fakti se ai nuk funksionon me deklarata të detajuara drejtpërdrejt në lidhje me sasitë fizikisht të pavëzhgueshme. Përveç kësaj, me një minimum parakushtesh, ai ndërton një sistem konceptual që përshkruan në mënyrë shteruese faktet eksperimentale të disponueshme për momentin.
Kuptimi i funksionit valor
Sipas interpretimit të Kopenhagës, funksioni i valës mund t'i nënshtrohet dy proceseve:
- Evolucioni unitar, i cili përshkruhet nga ekuacioni i Shrodingerit.
- Matje.
Askush nuk kishte dyshime për procesin e parë në komunitetin shkencor, dhe procesi i dytë shkaktoi diskutime dhe krijoi një sërë interpretimesh, madje edhe brenda kornizës së interpretimit të vetëdijes së Kopenhagës. Nga njëra anë, ka çdo arsye për të besuar se funksioni valor nuk është gjë tjetër veçse një objekt fizik real dhe se ai shembet gjatë procesit të dytë. Nga ana tjetër, funksioni i valës mund të mos jetë një entitet real, por një mjet matematikor ndihmës, qëllimi i vetëm i të cilitështë të sigurojë aftësinë për të llogaritur probabilitetin. Bohr theksoi se e vetmja gjë që mund të parashikohet është rezultati i eksperimenteve fizike, kështu që të gjitha çështjet dytësore nuk duhet të lidhen me shkencën ekzakte, por me filozofinë. Ai shpalli në zhvillimet e tij konceptin filozofik të pozitivizmit, duke kërkuar që shkenca të diskutojë vetëm gjëra vërtet të matshme.
Eksperiment me çarje të dyfishtë
Në një eksperiment me dy çarje, drita që kalon përmes dy të çarave bie në ekran, në të cilin shfaqen dy skajet e ndërhyrjes: e errët dhe e lehtë. Ky proces shpjegohet me faktin se valët e dritës mund të amplifikohen reciprokisht në disa vende, dhe të anulojnë njëra-tjetrën në të tjera. Nga ana tjetër, eksperimenti ilustron se drita ka vetitë e një pjese të rrjedhës dhe elektronet mund të shfaqin veti valore, ndërkohë që japin një model ndërhyrjeje.
Mund të supozohet se eksperimenti kryhet me një rrymë fotonesh (ose elektronesh) me intensitet kaq të ulët sa që vetëm një grimcë kalon nëpër vrima çdo herë. Sidoqoftë, kur shtohen pikat ku fotonet godasin ekranin, i njëjti model ndërhyrjesh merret nga valët e mbivendosura, pavarësisht nga fakti se eksperimenti ka të bëjë me grimcat e supozuara të ndara. Kjo është për shkak se ne jetojmë në një univers "probabilist", në të cilin çdo ngjarje e ardhshme ka një shkallë të rishpërndarë mundësie dhe probabiliteti që diçka krejtësisht e paparashikuar të ndodhë në momentin tjetër është mjaft e vogël.
Pyetje
Përvoja e çarjes e thotë të tillëpyetje:
- Cilat do të jenë rregullat për sjelljen e grimcave individuale? Ligjet e mekanikës kuantike tregojnë vendndodhjen e ekranit në të cilin do të jenë grimcat, statistikisht. Ato ju lejojnë të llogarisni vendndodhjen e brezave të dritës, të cilat ka të ngjarë të përmbajnë shumë grimca, dhe brezave të errët, ku më pak grimca ka gjasa të bien. Megjithatë, ligjet që rregullojnë mekanikën kuantike nuk mund të parashikojnë se ku do të përfundojë në të vërtetë një grimcë individuale.
- Çfarë ndodh me grimcën në momentin midis emetimit dhe regjistrimit? Sipas rezultateve të vëzhgimeve, mund të krijohet përshtypja se grimca është në ndërveprim me të dy çarjet. Duket se kjo bie ndesh me rregullsitë e sjelljes së një grimce pikë. Për më tepër, kur një grimcë regjistrohet, ajo bëhet një pikë.
- Nën ndikimin e asaj që një grimcë e ndryshon sjelljen e saj nga statike në jostatike dhe anasjelltas? Kur një grimcë kalon nëpër të çarat, sjellja e saj përcaktohet nga një funksion valor jo i lokalizuar që kalon nëpër të dy çarjet në të njëjtën kohë. Në momentin e regjistrimit të një grimce, ajo fiksohet gjithmonë si një pikë dhe nuk merret kurrë një paketë valë e turbullt.
Përgjigje
Teoria e Kopenhagës e interpretimit kuantik i përgjigjet pyetjeve të parashtruara si më poshtë:
- Është thelbësisht e pamundur të eliminohet natyra probabilistike e parashikimeve të mekanikës kuantike. Kjo do të thotë, nuk mund të tregojë me saktësi kufizimin e njohurive njerëzore për çdo ndryshore latente. Fizika klasike i referohetprobabiliteti në ato raste kur është e nevojshme të përshkruhet një proces siç është hedhja e zarit. Kjo do të thotë, probabiliteti zëvendëson njohuritë e paplota. Interpretimi i Kopenhagës i mekanikës kuantike nga Heisenberg dhe Bohr, përkundrazi, thotë se rezultati i matjeve në mekanikën kuantike është thelbësisht jo-përcaktues.
- Fizika është një shkencë që studion rezultatet e proceseve matëse. Është e gabuar të spekulosh se çfarë ndodh si rezultat i tyre. Sipas interpretimit të Kopenhagës, pyetjet se ku ishte grimca para momentit të regjistrimit të saj, dhe trillime të tjera të ngjashme janë të pakuptimta, dhe për këtë arsye duhet të përjashtohen nga reflektimi.
- Akti i matjes çon në një kolaps të menjëhershëm të funksionit të valës. Prandaj, procesi i matjes zgjedh rastësisht vetëm një nga mundësitë që lejon funksioni valor i një gjendjeje të caktuar. Dhe për të pasqyruar këtë zgjedhje, funksioni i valës duhet të ndryshojë menjëherë.
Forms
Formulimi i interpretimit të Kopenhagës në formën e tij origjinale ka shkaktuar disa variacione. Më e zakonshme prej tyre bazohet në qasjen e ngjarjeve të qëndrueshme dhe një koncept të tillë si dekoherenca kuantike. Dekoherenca ju lejon të llogaritni kufirin e paqartë midis makro- dhe mikrobotëve. Variacionet e mbetura ndryshojnë në shkallën e "realizmit të botës së valëve".
Kritika
Vlefshmëria e mekanikës kuantike (përgjigja e Heisenberg dhe Bohr për pyetjen e parë) u vu në pikëpyetje në një eksperiment mendimi të kryer nga Ajnshtajni, Podolski dheRosen (paradoksi EPR). Kështu, shkencëtarët donin të vërtetonin se ekzistenca e parametrave të fshehur është e nevojshme në mënyrë që teoria të mos çojë në "veprim me rreze të gjatë" të menjëhershëm dhe jo lokal. Megjithatë, gjatë verifikimit të paradoksit EPR, i mundësuar nga pabarazitë e Bell-it, u vërtetua se mekanika kuantike është e saktë dhe teoritë e ndryshme të variablave të fshehura nuk kanë konfirmim eksperimental.
Por përgjigja më problematike ishte përgjigja e Heisenberg dhe Bohr për pyetjen e tretë, e cila i vendosi proceset e matjes në një pozicion të veçantë, por nuk përcaktoi praninë e veçorive dalluese në to.
Shumë shkencëtarë, fizikanë dhe filozofë, refuzuan kategorikisht të pranonin interpretimin e fizikës kuantike të Kopenhagës. Arsyeja e parë për këtë ishte se interpretimi i Heisenberg dhe Bohr nuk ishte determinist. Dhe e dyta është se ai prezantoi një nocion të paqartë të matjes që i ktheu funksionet e probabilitetit në rezultate të vlefshme.
Ajnshtajni ishte i sigurt se përshkrimi i realitetit fizik i dhënë nga mekanika kuantike siç u interpretua nga Heisenberg dhe Bohr ishte i paplotë. Sipas Ajnshtajnit, ai gjeti njëfarë logjike në interpretimin e Kopenhagës, por instinktet e tij shkencore refuzuan ta pranonin atë. Kështu që Ajnshtajni nuk mund të ndalonte së kërkuari për një koncept më të plotë.
Në letrën e tij drejtuar Born, Ajnshtajni tha: "Jam i sigurt se Zoti nuk hedh zare!". Niels Bohr, duke komentuar këtë frazë, i tha Ajnshtajnit të mos i tregonte Zotit se çfarë të bënte. Dhe në bisedën e tij me Abraham Pais, Ajnshtajni thirri: "Ju me të vërtetë mendoni se hëna ekziston.vetëm kur e shikon?”.
Erwin Schrödinger doli me një eksperiment mendimi me një mace, përmes së cilës donte të demonstronte inferioritetin e mekanikës kuantike gjatë kalimit nga sistemet nënatomike në ato mikroskopike. Në të njëjtën kohë, kolapsi i nevojshëm i funksionit të valës në hapësirë u konsiderua problematik. Sipas teorisë së relativitetit të Ajnshtajnit, çasti dhe njëkohshmëria kanë kuptim vetëm për një vëzhgues që është në të njëjtin kornizë referimi. Kështu, nuk ka kohë që mund të bëhet një për të gjithë, që do të thotë se kolapsi i menjëhershëm nuk mund të përcaktohet.
Shpërndarja
Një sondazh jozyrtar i kryer në akademi në vitin 1997 tregoi se interpretimi më parë dominues i Kopenhagës, i diskutuar shkurtimisht më lart, mbështetej nga më pak se gjysma e të anketuarve. Megjithatë, ai ka më shumë aderues se interpretimet e tjera individualisht.
Alternativë
Shumë fizikanë janë më afër një interpretimi tjetër të mekanikës kuantike, i cili quhet "asnjë". Thelbi i këtij interpretimi shprehet në mënyrë shteruese në thënien e David Mermin: "Hesht dhe llogarit!", i cili shpesh i atribuohet Richard Feynman ose Paul Dirac.
