Vad är Köpenhamnstolkningen?

Det finns förmodligen inget vetenskapligt område mer bisarrt och förvirrande än att försöka förstå materiens och energins beteende på de minsta skalorna. I den tidiga delen av det tjugonde århundradet, fysiker som Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohroch många andra lägger grunden för att förstå denna bisarra naturens rike: kvantfysik.

Ekvationer och metoder för kvantfysik har förfinats under det senaste århundradet, vilket gör häpnadsväckande förutsägelser som har bekräftats mer exakt än någon annan vetenskaplig teori i historiens historia värld. Kvantmekanik fungerar genom att utföra en analys av kvantvågfunktionen (definierad av en ekvation som kallas Schrodinger-ekvation).

Problemet är att regeln om hur kvantvågfunktionsarbetet verkar drastiskt stämma överens med intuitionerna vi har utvecklat för att förstå vår dagliga makroskopiska värld. Att försöka förstå den underliggande betydelsen av kvantfysik har visat sig vara mycket svårare än att förstå beteenden själva. Den mest lärda tolkningen är känd som Köpenhamn-tolkningen av kvantmekanik... men vad är det egentligen?

De centrala idéerna i Köpenhamnstolkningen utvecklades av en kärngrupp av kvantfysikpionjärer centrerade kring Niels Bohrs Köpenhamn Institutet under 1920-talet, driver en tolkning av kvantvågfunktionen som har blivit den standarduppfattning som lärs ut i kvantfysik kurser.

Ett av nyckelelementen i denna tolkning är att Schrodinger-ekvationen representerar sannolikheten för att observera ett visst resultat när ett experiment utförs. I sin bok Den dolda verkligheten, fysiker Brian Greene förklarar det på följande sätt:

"Standardmetoden för kvantmekanik, utvecklad av Bohr och hans grupp, och kallade Köpenhamn tolkning i deras ära, föreställer sig att när du försöker se en sannolikhetsvåg, så stoppar själva observationshandlingen ditt försök. "

Problemet är att vi bara någonsin observerar några fysiska fenomen på makroskopisk nivå, så det faktiska kvantbeteendet på mikroskopisk nivå är inte direkt tillgängligt för oss. Som beskrivs i boken Quantum Enigma:

"Det finns ingen 'officiell' Köpenhamnstolkning. Men varje version tar tag i tjuren vid hornen och hävdar det en observation producerar den observerade egenskapen. Det svåra ordet här är "observation".

"Köpenhamnstolkningen betraktar två områden: det finns den makroskopiska, klassiska världen för våra mätinstrument som styrs av Newtons lagar; och det finns den mikroskopiska, kvantiska riket av atomer och andra små saker som styrs av Schrodinger-ekvationen. Den hävdar att vi aldrig handlar direkt med kvantobjekten i den mikroskopiska världen. Vi behöver därför inte oroa dig för deras fysiska verklighet eller deras brist på den. En "existens" som tillåter beräkning av deras effekter på våra makroskopiska instrument räcker för att vi kan överväga. "

Avsaknaden av en officiell Köpenhamnstolkning är problematisk, vilket gör de exakta detaljerna i tolkningen svåra att spika. Som förklarats av John G. Cramer i en artikel med titeln "Den transaktionella tolkningen av kvantmekanik":

"Trots en omfattande litteratur som hänvisar till, diskuterar och kritiserar Köpenhamns tolkning av kvantmekanik, ingenstans verkar det finnas något kortfattat uttalande som definierar hela Köpenhamn tolkning."

Cramer fortsätter med att försöka definiera några av de centrala idéerna som konsekvent tillämpas när han talar om Köpenhamn-tolkningen och anländer till följande lista:

• Osäkerhetsprincipen: Utvecklat av Werner Heisenberg 1927, indikerar detta att det finns par av konjugerade variabler som inte båda kan mätas till en godtycklig noggrannhetsnivå. Med andra ord finns det ett absolut möss som kvantfysik påförs hur exakt vissa par av mätningar kan göras, vanligtvis mätningar av position och momentum på samma sätt tid.
• Den statistiska tolkningen: Utvecklad av Max Born 1926, tolkar detta Schrodinger-vågfunktionen som ger sannolikheten för ett resultat i ett givet tillstånd. Den matematiska processen för att göra detta kallas Född regel.
• Komplementaritetskonceptet: Utvecklad av Niels Bohr 1928 och inkluderar idén om våg-partikel dualitet och att vågfunktionens kollaps är kopplad till en mätning.
• Identifiering av tillståndsvektorn med "kunskap om systemet": Schrodinger-ekvationen innehåller en serie tillståndsvektorer, och dessa vektorer förändras över tid och med observationer för att representera kunskapen om ett system vid varje given tidpunkt.
• Heisenbergs positivism: Detta representerar en betoning på att enbart diskutera de observerbara resultaten av experimenten, snarare än på "betydelsen" eller underliggande "verkligheten". Detta är en implicit (och ibland uttrycklig) acceptans av det filosofiska begreppet instrumentalism.

Detta verkar som en ganska omfattande lista över de viktigaste punkterna bakom Köpenhamnstolkningen, men tolkningen är inte utan några ganska allvarliga problem och har lett till många kritik... som är värda att ta itu med på egen hand.

Som nämnts ovan har den exakta karaktären av Köpenhamn-tolkningen alltid varit lite fina. En av de tidigaste referenserna till idén om detta var i Werner Heisenbergs bok från 1930 De fysiska principerna för kvantteorin, där han hänvisade till "Köpenhamns anda av kvantteorin." Men vid den tiden var det också verkligen endast tolkning av kvantmekanik (även om det fanns vissa skillnader mellan dess anhängare), så det fanns inget behov av att skilja den med sitt eget namn.

Det började bara kallas "Köpenhamn-tolkningen" när alternativa tillvägagångssätt, såsom David Bohms dolda variabler, och Hugh Everett's Många världstolkningar, uppstod för att ifrågasätta den etablerade tolkningen. Begreppet "Köpenhamntolkning" tillskrivs generellt Werner Heisenberg när han talade på 1950-talet mot dessa alternativa tolkningar. Föreläsningar med uttrycket "Copenhagen Interpretation" dök upp i Heisenbergs uppsatssamling 1958, Fysik och filosofi.