Interpretarea Copenhaga a mecanicii cuantice

Probabil nu există o zonă a științei mai bizară și confuză decât încercarea de a înțelege comportamentul materiei și al energiei la cele mai mici scale. În prima parte a secolului al XX-lea, fizicieni precum Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr și mulți alții au pus bazele înțelegerii acestui domeniu bizar al naturii: fizica cuantică.

Ecuațiile și metodele fizicii cuantice au fost perfecționate în ultimul secol, făcând predicții uluitoare care au fost confirmate mai precis decât orice altă teorie științifică din istoria lumii. Mecanica cuantică funcționează prin efectuarea unei analize a funcției de undă cuantică (definită de o ecuație numită ecuația Schrodinger).

Problema este că regula despre modul de funcționare a undelor cuantice pare să intre drastic în conflict cu intuițiile pe care le-am dezvoltat pentru a înțelege lumea noastră macroscopică de zi cu zi. Încercarea de a înțelege sensul de bază al fizicii cuantice s-a dovedit a fi mult mai dificilă decât înțelegerea comportamentelor în sine. Interpretarea cea mai frecvent predată este cunoscută sub numele de interpretarea de la Copenhaga a mecanicii cuantice ... dar ce este cu adevărat?

Pionierii

Ideile centrale ale interpretării de la Copenhaga au fost dezvoltate de un grup central de pionieri în fizica cuantică, centrat în jurul Institutului din Copenhaga, în anii 1920, în Niels Bohr, care a condus la o interpretare a funcției de undă cuantică, care a devenit concepția implicită predată în cursurile de fizică cuantică.. 

Unul dintre elementele cheie ale acestei interpretări este că ecuația Schrodinger reprezintă probabilitatea observării unui rezultat anume atunci când se efectuează un experiment. În cartea sa Realitatea ascunsă, fizicianul Brian Greene o explică astfel:

"Abordarea standard a mecanicii cuantice, dezvoltată de Bohr și grupul său și numită" Interpretarea la Copenhaga în onoarea lor, prevede că ori de câte ori încerci să vezi un val de probabilitate, însăși actul de observație îți încurcă încercarea. "

Problema este că observăm vreodată orice fenomen fizic la nivel macroscopic, astfel încât comportamentul cuantic efectiv la nivel microscopic nu ne este direct disponibil. După cum este descris în carte Enigma cuantică:

„Nu există o interpretare„ oficială ”la Copenhaga. Dar fiecare versiune apucă taurul de coarne și afirmă că o observație produce proprietatea observată. Cuvântul complicat este „observație” ...

"Interpretarea de la Copenhaga are în vedere două tărâmuri: există tărâmul macroscopic, clasic al instrumentelor noastre de măsurare, guvernate de legile lui Newton; și există domeniul de lucru microscopic, cuantic al atomilor și alte lucruri mici, guvernate de ecuația Schrodinger. Acesta susține că nu vom trata niciodată direct cu obiectele cuantice ale tărâmului microscopic. Prin urmare, nu trebuie să ne facem griji pentru realitatea lor fizică sau pentru lipsa lor. O „existență” care permite calcularea efectelor lor asupra instrumentelor noastre macroscopice este suficientă pentru a ne lua în considerare ”.

Lipsa unei interpretări oficiale de la Copenhaga este problematică, ceea ce face ca detaliile exacte ale interpretării să fie dificil de redus. După cum a explicat John G. Cramer într-un articol intitulat "Interpretarea tranzacțională a mecanicii cuantice":

"În ciuda unei literaturi extinse care se referă la, discută și critică interpretarea de la Copenhaga a mecanicii cuantice, nu pare nicăieri să existe vreo afirmație concisă care să definească interpretarea completă de la Copenhaga."

Cramer continuă să încerce să definească unele dintre ideile centrale care sunt aplicate în mod constant atunci când vorbim despre interpretarea de la Copenhaga, ajungând la următoarea listă:

• Principiul incertitudinii - Dezvoltat de Werner Heisenberg în 1927, aceasta indică faptul că există perechi de variabile conjugate care nu pot fi măsurate la un nivel arbitrar de precizie. Cu alte cuvinte, există o limită absolută impusă de fizica cuantică asupra cât de exacte pot fi efectuate anumite perechi de măsurători, cel mai adesea măsurătorile poziției și momentului în același timp.
• Interpretarea statistică - Dezvoltat de Max Born în 1926, acest lucru interpretează funcția de undă Schrodinger ca producând probabilitatea unui rezultat în orice stare. Procesul matematic pentru realizarea acestui lucru este cunoscut sub numele de regula Born.
• Conceptul de complementaritate - Dezvoltat de Niels Bohr în 1928, aceasta include ideea dualității undă-particule și că colapsul funcției de undă este legat de actul de a face o măsurare.
• Identificarea vectorului de stare cu „cunoașterea sistemului” - Ecuația Schrodinger conține o serie de vectori de stare, iar acești vectori se schimbă în timp și cu observații pentru a reprezenta cunoștințele unui sistem la un moment dat.
• Positivismul lui Heisenberg - Acest lucru reprezintă un accent pus pe discuția numai asupra rezultatelor observabile ale experimentelor, mai degrabă decât pe „sensul” sau „realitatea” care stă la baza acestora. Aceasta este o acceptare implicită (și uneori explicită) a conceptului filosofic de instrumentalism.

Aceasta pare o listă destul de cuprinzătoare a punctelor cheie din spatele interpretării de la Copenhaga, dar interpretarea nu este lipsită de anumite probleme destul de grave și a stârnit numeroase critici ... care merită abordate individual.

Originea frazei "Interpretarea Copenhaga"

Așa cum am menționat mai sus, natura exactă a interpretării de la Copenhaga a fost întotdeauna un pic nebuloasă. Una dintre primele referiri la ideea acestui lucru a fost în cartea din 1930 a lui Werner Heisenberg Principiile fizice ale teoriei cuantice, în care a făcut referire la „spiritul de teorie cuantică din Copenhaga”. Dar în acea perioadă - și mai mulți ani după aceea, a fost, de asemenea, cu adevărat numai interpretarea mecanicii cuantice (chiar dacă au existat unele diferențe între adepții acesteia), deci nu a fost nevoie să o distingem cu numele propriu.

Aceasta a început să fie denumită doar „interpretarea de la Copenhaga” atunci când abordările alternative, cum ar fi abordarea variabilelor ascunse a lui David Bohm și Interpretarea Multe lumi a lui Hugh Everett, au apărut pentru a contesta interpretarea stabilită. Termenul „interpretare de la Copenhaga” este în general atribuit lui Werner Heisenberg când vorbea în anii ’50 împotriva acestor interpretări alternative. Prelegerile folosind sintagma „Interpretarea Copenhaga” au apărut în colecția de eseuri din Heisenberg din 1958, Fizică și filosofie.