Капенгагенская інтэрпрэтацыя

Квантавая механіка

${\displaystyle \Delta x\cdot \Delta p_{x}\geqslant {\frac {\hbar }{2}}}$

Прынцып нявызначанасці Гейзенберга

Уводзіны Матэматычныя асновы Аснова Класічная механіка · Інтэрферэнцыя · Бра і кет · Гамільтаніян · Старая квантавая тэорыя Фундаментальныя паняцці Квантавы стан · Квантавая назіраемая · Хвалевая функцыя · Квантавая суперпазіцыя · Квантавая счэпленасць · Змяшаны стан · Вымярэнне · Нявызначанасць · Прынцып Паўлі · Дуалізм · Дэкагерэнцыя · Тэарэма Эрэнфеста · Тунэльны эфект Эксперыменты Вопыт Дэвісана — Джэрмера · Вопыт Попера · Вопыт Штэрна — Герлаха · Вопыт Юнга · Праверка няроўнасцей Бела · Фотаэфект · Эфект Комптана Фармулёўкі Прадстаўленне Шродзінгера · Прадстаўленне Гейзенберга · Прадстаўленне ўзаемадзеяння · Матрычная квантавая механіка · Інтэгралы па траекторыях · Дыяграмы Фейнмана Ураўненні Ураўненне Шродзінгера · Ураўненне Паўлі · Ураўненне Клейна — Гордана · Ураўненне Дзірака · Ураўненне фон Неймана · Ураўненне Блоха · Ураўненне Ліндблада · Ураўненне Гейзенберга Інтэрпрэтацыі Капенгагенская інтэрпрэтацыя · Тэорыя схаваных параметраў · Шматсусветная Развіццё тэорыі Квантавая тэорыя поля · Квантавая электрадынаміка · Квантавая хромадынаміка · Квантавая гравітацыя Складаныя тэмы Квантавая тэорыя поля · Квантавая гравітацыя · Тэорыя ўсяго Вядомыя вучоныя Планк · Эйнштэйн · Шродзінгер · Гейзенберг · Ёрдан · Бор · Паўлі · Дзірак · Фок · Борн · дэ Бройль · Ландау · Фейнман · Бом · Эверэт

глядзець размовы правіць

Капенгагенская інтэрпрэтацыя — адзін з філасофскіх поглядаў на сутнасць квантавай механікі як фізічнай тэорыі, якая апісвае матэрыяльны свет. Менавіта гэта тлумачэнне квантавай механікі сфармулявана Нільсам Борам і Вернерам Гейзенбергам у час іх сумеснай працы ў Капенгагене каля 1927 года.

Капенгагенская інтэрпрэтацыя сцвярджае, што любы аб’ект прымае адзін з некалькіх магчымых станаў толькі пры яго вымярэнні суб’ектам. Напрыклад, у манеткі, што ўпала, ёсць два такіх станы — арол ці рэшка. Да акту вымярэння, згодна з гэтай інтэрпрэтацыяй, мы не можам нават дапускаць, што манетка прыняла той ці іншы стан. Логіка кшталту «калі б мы правялі эксперымент, то знайшлі б…» не працуе ў квантавым свеце. Нельга дапускать існаванне чаго-небудзь назіраемага асобна ад назіральніка.

Квантавая механіка апісвае аб’екты не самі па сабе, а іх уласцівасці, якія праяўляюцца ў макраўмовах, якія ствараюцца класічнымі вымяральнымі прыборамі пры акце назірання. У час узаемадзеяння мікрааб’екта з атамамі вымяральнага прыбора адбываецца рэдукцыя хвалевай функцыі, гэта значыць, звядзенне суперпазіцыі да аднаго стану.

Функцыя імавернасці аб’ядноўвае аб’ектыўныя і суб’ектыўныя элементы. Яна змяшчае сцвярджэнні аб імавернасці або, лепш сказаць, аб тэндэнцыі (патэнцыя ў арыстоцелеўскай філасофіі), і гэтыя сцвярджэнні з’яўляюцца цалкам аб’ектыўнымі. Яны не залежаць ні ад якога назірання. Акрамя гэтага, функцыя імавернасці змяшчае сцвярджэнні адносна нашага ведання сістэмы, якое з’яўляецца суб’ектыўным, паколькі яно можа быць розным для розных назіральнікаў. (…) Функцыя імавернасці, у адрозненне ад матэматычнай схемы механікі Ньютана, апісвае не пэўную падзею, а, па меншай меры ў працэсе назірання, усю сукупнасць (ансамбль) магчымых падзей. Само назіранне перапынным чынам зменіць функцыю імавернасці: яно выбірае з усіх магчымых падзей тое, што фактычна здзейснілася. (…)Такім чынам, пераход ад магчымасці да рэчаіснасці здзяйсняецца ў працэсе назірання.(…) Гэты пераход не звязаны з рэгістрацыяй выніку назірання ў свядомасці назіральніка. Аднак перарыўнае змяненне функцыі імавернасці адбываецца дзякуючы акту рэгістрацыі, таму што ў гэтым выпадку пытанне тычыцца перарыўнай змены нашага ведання.^[1]

Таму, згодна з капенгагенскім тлумачэннем, любыя пытанні тыпу — што адбывалася з квантавай сістэмай да вымярэння — бессэнсоўныя, таму што фізіка вывучае вынікі вымяральных працэсаў.

Імавернасць у квантавай тэорыі адрозніваецца ад імавернасці ў класічнай тэорыі, таму што ў класічнай тэорыі мы прымяняем тэорыю імавернасцей з-за таго, што вельмі складана прадугледжваць многія пераменныя стану аб’екта (напрыклад, кубіка, які падае) і вызначыць імавернасць выніку будзе значна прасцей, чым вызначаць гэтыя пераменныя. Гэта значыць, імавернасці прымяняліся замест няпоўных ведаў, а працэсы ўсё роўна лічыліся дэтэрмініраванымі. Аднак у квантавай тэорыі імавернасць не азначае, што ёсць нейкія скрытыя пераменныя, якія нам складана вызначыць, тут вынік вымярэння прынцыпова недэтэрмініраваны.

Згодна з Гейзенбергам, такія парадоксы і нявызначанасці ўзнікаюць з-за таго, што мы павінны апісваць вынікі назіранняў мовай класічнай тэорыі, хаця на самай справе яны дакладна не могуць апісаць назіранні:

Яна [капенгагенская інтэрпрэтацыя] зыходзіць, з аднаго боку, са становішча, што мы павінны апісваць эксперыменты ў паняццях класічнай фізікі, і з другога — з прызнання, што гэтыя паняцці не дакладна адпавядаюць прыродзе. Супярэчлівасць гэтых зыходных палажэнняў абумоўлівае статыстычны характар квантавай тэорыі.^[2]

Грунтуецца такое тлумачэнне на наступных прынцыпах:

1. Прынцып нявызначанасці Гейзенберга, які сцвярджае, што немагчыма вызначыць усе ўласцівасці сістэмы адначасова.

2. Карпускулярна-хвалевы дуалізм, згодна з якім квантавая сістэма праяўляе ўласцівасці, характэрныя як для часціц, так і для хваль.

3. Апісанне квантавай сістэмы мае імавернасны характар, імавернасць задаецца квадратам модуля хвалевай функцыі.

4. Прынцып дадатковасці: эксперыментальна праяўляецца толькі адна з уласцівасцей квантавай сістэмы.

5. Прынцып суперпазіцыі: квантавая сістэма можа знаходзіцца ў стане, пры якім вымярэнні фізічнай характарыстыкі могуць даваць розныя вынікі, а хвалевая функцыя апісвае толькі імавернасць таго ці іншага выніку.

6. Вымярэнне па сваёй прыродзе з’яўляецца ўзаемадзеяннем класічнага прыбора з квантавай сістэмай.

7. Прынцып адпаведнасці: пры павелічэнні памераў квантавай сістэмы яе ўласцівасці пераходзяць у класічныя.

Неафіцыйнае апытанне, праведзенае ў 1997 годзе на сімпозіуме пад эгідай UMBC, паказала^[3], што некалі дамінуючая Капенгагенская інтэрпрэтацыя падтрымліваецца менш чым паловай удзельнікаў. Увогуле, галасы ўдзельнікаў апытання размеркаваліся наступным чынам:

У 1927 годзе на Пятым Сальвееўскім кангрэсе Эйнштэйн рашуча выступіў супраць «капенгагенскай інтэрпрэтацыі» Макса Борна і Нільса Бора, якая трактуе матэматычную мадэль квантавай механікі як істотна імавернасную. Ён заявіў, што прыхільнікі гэтай інтэрпрэтацыі «з патрэбы робяць дабрачыннасць», а імавернасны характар сведчыць толькі аб тым, што наша веданне фізічнай сутнасці мікрапрацэсаў няпоўнае^[4].

Эйнштэйн сцвярджаў, што разуменне квантавай механікі няпоўнае і яе недэтэрмінізм заснаваны на існаванні нейкіх схаваных параметраў, і імавернасць тут аналагічная імавернасці ў класічнай фізіцы.

Падставай для крытыкі быў так званы парадокс Эйнштэйна-Падольскага-Розэна, ЭПР-парадокс^[ru], у якім яго аўтары прапаноўвалі спосаб вымярэння адначасова і каардынаты, і імпульса часціцы.

Аднак праверка ЭПР-парадоксу на вопыце пры дапамозе няроўнасцей Бела паказала, што квантавая механіка верная, і што розныя тэорыі лакальных схаваных параметраў не ўзгадняюцца з эксперыментам.

Многія фізікі і філосафы не згаджаюцца з капенгагенскай інтэрпрэтацыяй як таму, што яна недэтэрміністычная, так і таму, што яна ўводзіць нявызначанае паняцце вымярэння, якое ператварае імавернасныя функцыі ў дакладныя вынікі вымярэнняў.

Аналагічна выклікае праблемы неабходны «імгненны» калапс хвалевай функцыі па ўсёй прасторы. Тэорыя адноснасці Эйнштэйна кажа, што імгненнасть, адначасовасть мае сэнс толькі для назіральнікаў, якія знаходзяцца ў адной сістэме адліку — не існуе адзінага для ўсіх часу, таму імгненны калапс таксама застаецца нявызначаны.

• Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое.. — М.: Наука, 1989. — 400 с. — ISBN 5-02-012452-9.