Hvad er København-fortolkningen?

Der er sandsynligvis ikke noget videnskabsområde, der er mere bizart og forvirrende end at prøve at forstå opførsel af stof og energi på de mindste skalaer. I den tidlige del af det tyvende århundrede var fysikere som Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, og mange andre lagde grundlaget for at forstå denne bisarre naturområde: kvantefysik.

Ligningerne og metoderne for kvantefysik er blevet raffineret i det sidste århundrede, hvilket gør forbløffende forudsigelser, der er bekræftet mere præcist end nogen anden videnskabelig teori i historiens historie verden. Kvantemekanik fungerer ved at udføre en analyse af kvantebølgefunktionen (defineret af en ligning kaldet the Schrodinger ligning).

Problemet er, at reglen om, hvordan kvantebølgefunktionsarbejdet ser ud til at drastisk komme i konflikt med de intuitioner, vi har udviklet for at forstå vores daglige makroskopiske verden. At forsøge at forstå den underliggende betydning af kvantefysik har vist sig at være meget vanskeligere end at forstå opførslerne i sig selv. Den mest almindeligt underviste fortolkning er kendt som Københavns fortolkning af kvantemekanik... men hvad er det egentlig?

De centrale ideer i Københavns fortolkning blev udviklet af en kernegruppe af kvantefysikpionerer centreret omkring Niels Bohrs København Instituttet gennem 1920'erne, der driver en fortolkning af kvantebølgefunktionen, der er blevet den standardkoncept, der er undervist i kvantefysik kurser.

Et af nøgleelementerne i denne fortolkning er, at Schrodinger-ligningen repræsenterer sandsynligheden for at observere et bestemt resultat, når et eksperiment udføres. I hans bog Den skjulte virkelighed, fysiker Brian Greene forklarer det som følger:

”Standardmetoden til kvantemekanik, udviklet af Bohr og hans gruppe, og kaldte Københavns fortolkning til deres ære, ser for sig, at hver gang du prøver at se en sandsynlighedsbølge, selve observationshandlingen dæmper dit forsøg. "

Problemet er, at vi kun nogensinde observerer fysiske fænomener på det makroskopiske niveau, så den egentlige kvanteopførsel på mikroskopisk niveau er ikke direkte tilgængelig for os. Som beskrevet i bogen Quantum Enigma:

"Der er ingen 'officiel' Københavns fortolkning. Men hver version griber tyren ved hornene og hævder det en observation producerer den observerede egenskab. Det vanskelige ord her er 'observation'.

”Københavns fortolkning overvejer to verdener: der er den makroskopiske, klassiske verden af ​​vores måleinstrumenter, der styres af Newtons love; og der er det mikroskopiske, kvanteområde for atomer og andre små ting, der styres af Schrodinger-ligningen. Det argumenterer for, at vi aldrig handler direkte med kvanteobjekterne i den mikroskopiske verden. Vi behøver derfor ikke bekymre os om deres fysiske virkelighed eller deres mangel på den. En 'eksistens', der tillader beregning af deres effekter på vores makroskopiske instrumenter, er nok til at vi kan overveje. "

Manglen på en officiel København-fortolkning er problematisk, hvilket gør de nøjagtige detaljer om fortolkningen vanskelige at negle. Som forklaret af John G. Cramer i en artikel med titlen "Den transaktionelle fortolkning af kvantemekanik":

"På trods af en omfattende litteratur, der refererer til, diskuterer og kritiserer Københavns fortolkning af kvantemekanik, intetsteds synes der at være nogen kortfattet erklæring, der definerer hele København fortolkning."

Cramer fortsætter med at forsøge at definere nogle af de centrale ideer, der konsekvent anvendes, når de taler om Københavns fortolkning, idet de kommer til følgende liste:

• Usikkerhedsprincippet: Udviklet af Werner Heisenberg i 1927, indikerer dette, at der findes par konjugerede variabler, som ikke begge kan måles til en vilkårlig nøjagtighed. Med andre ord er der et absolut loft, som kvantefysikken pålægger, hvor nøjagtigt bestemte par af målinger kan foretages, oftest målingerne af position og momentum på samme tid.
• Den statistiske fortolkning: Udviklet af Max Born i 1926 fortolker dette Schrodinger-bølgefunktionen som giver sandsynligheden for et resultat i en given tilstand. Den matematiske proces til at gøre dette er kendt som Født regel.
• Komplementaritetskonceptet: Udviklet af Niels Bohr i 1928 og inkluderer idéen om bølge-partikel dualitet og at bølgefunktionskollaps er knyttet til handlingen om at foretage en måling.
• Identifikation af tilstandsvektoren med "viden om systemet": Schrodinger-ligningen indeholder en række tilstandsvektorer, og disse vektorer ændrer sig over tid og med observationer for at repræsentere viden om et system til enhver tid.
• Heisenbergs positivisme: Dette repræsenterer en vægt på kun at diskutere de observerbare resultater af eksperimenterne snarere end på "betydningen" eller den underliggende "virkelighed". Dette er en implicit (og til tider eksplicit) accept af det filosofiske begreb om instrumentalisme.

Dette ser ud som en ret omfattende liste over de vigtigste punkter bag Københavns fortolkning, men fortolkningen er ikke uden nogle temmelig alvorlige problemer og har udløst mange kritik... som er værd at adressere hver for sig.

Som nævnt ovenfor har den nøjagtige karakter af Københavns fortolkning altid været en smule nebulous. En af de tidligste henvisninger til ideen om dette var i Werner Heisenbergs bog fra 1930 De fysiske principper for kvanteteorien, hvor han refererede til "Københavns ånd i kvanteteori." Men på det tidspunkt var det også virkelig kun fortolkning af kvantemekanik (selvom der var nogle forskelle mellem dens tilhængere), så der var ingen grund til at skelne det med sit eget navn.

Det begyndte kun at blive omtalt som "Københavns fortolkning", når alternative tilgange, såsom David Bohms skjulte variabler tilgang og Hugh Everett's Mange verdens fortolkninger, opstod for at udfordre den etablerede fortolkning. Udtrykket "Københavns fortolkning" tilskrives generelt Werner Heisenberg, da han talte i 1950'erne mod disse alternative fortolkninger. Foredrag med udtrykket "Copenhagen Interpretation" dukkede op i Heisenbergs samling af essays fra 1958, Fysik og filosofi.