Копенгаген түсіндірмесі 1927 жылы ғалымдар Копенгагенде бірге жұмыс істеген кезде Нильс Бор мен Вернер Гейзенберг тұжырымдаған кванттық механиканың түсіндірмесі. Бор мен Гейзенберг М. Борн тұжырымдаған функцияның ықтималдық интерпретациясын жетілдіре алды және толқындық-бөлшектік дуализмге байланысты туындайтын бірқатар сұрақтарға жауап беруге тырысты. Бұл мақалада кванттық механиканың Копенгагендік интерпретациясының негізгі идеялары және олардың қазіргі физикаға әсері қарастырылады.
Мәселелер
Кванттық механиканың интерпретациялары материалдық дүниені сипаттайтын теория ретінде кванттық механиканың табиғаты туралы философиялық көзқарастар деп аталады. Олардың көмегімен физикалық шындықтың мәні, оны зерттеу әдісі, себептілік пен детерминизмнің табиғаты, сондай-ақ статистиканың мәні және кванттық механикадағы орны туралы сұрақтарға жауап беруге болады. Кванттық механика ғылым тарихындағы ең резонансты теория болып саналады, бірақ оны терең түсінуде әлі күнге дейін консенсус жоқ. Кванттық механиканың бірқатар түсіндірмелері бар жәнебүгін біз олардың ең танымалдарымен танысамыз.
Негізгі идеялар
Өздеріңіз білетіндей, физикалық әлем кванттық объектілер мен классикалық өлшеуіш құралдардан тұрады. Өлшеу құралдарының күйінің өзгеруі микрообъектілердің сипаттамаларының өзгеруінің қайтымсыз статистикалық процесін сипаттайды. Микрообъект өлшеуіш аспаптың атомдарымен әрекеттескенде суперпозиция бір күйге дейін төмендейді, яғни өлшеу объектісінің толқындық функциясы азаяды. Шредингер теңдеуі бұл нәтижені сипаттамайды.
Копенгагендік интерпретация тұрғысынан кванттық механика микрообъектілердің өзін емес, олардың бақылау кезінде типтік өлшеу құралдарымен жасалған макро жағдайларында көрінетін қасиеттерін сипаттайды. Атомдық объектілердің әрекетін олардың құбылыстардың пайда болу шарттарын белгілейтін өлшеу құралдарымен әрекеттесуінен ажыратуға болмайды.
Кванттық механикаға шолу
Кванттық механика – статикалық теория. Бұл микрообъектіні өлшеу оның күйінің өзгеруіне әкелетініне байланысты. Сонымен толқындық функциямен сипатталатын объектінің бастапқы орнының ықтималдық сипаттамасы бар. Күрделі толқындық функция кванттық механикада орталық ұғым болып табылады. Толқын функциясы жаңа өлшемге өзгереді. Бұл өлшеудің нәтижесі ықтималдықпен толқындық функцияға байланысты. Толқындық функция модулінің квадраты ғана физикалық мәнге ие, бұл зерттелгеннің ықтималдығын растайды.микронысан кеңістікте белгілі бір жерде орналасқан.
Кванттық механикада себептілік заңы механиканың классикалық интерпретациясындағыдай бөлшектердің жылдамдығы координаталарына қатысты емес, бастапқы шарттарға байланысты уақыт бойынша өзгеретін толқындық функцияға қатысты орындалады. Толқындық функция модулінің квадраты ғана физикалық шамаға ие болғандықтан, оның бастапқы мәндерін принципті түрде анықтау мүмкін емес, бұл кванттық жүйенің бастапқы күйі туралы нақты білім алудың кейбір мүмкін еместігіне әкеледі..
Философиялық негіз
Философиялық тұрғыдан алғанда, Копенгагендік түсіндірудің негізі гносеологиялық принциптер болып табылады:
- Бақылау мүмкіндігі. Оның мәні тікелей бақылау арқылы тексерілмейтін тұжырымдарды физикалық теориядан алып тастауда жатыр.
- Қосымша. Микроәлем объектілерінің толқындық және корпускулалық сипаттамасы бірін-бірі толықтырады деп есептейді.
- Белгісіздіктер. Микронысандардың координатасы мен олардың импульсін бөлек және абсолютті дәлдікпен анықтауға болмайтынын айтады.
- Статикалық детерминизм. Ол физикалық жүйенің қазіргі күйі оның бұрынғы күйлерімен бір мәнді емес, тек өткенде белгіленген өзгерістер тенденцияларының жүзеге асу ықтималдығының белгілі бір дәрежесімен анықталады деп болжайды.
- Сәйкес. Осы принцип бойынша кванттық механика заңдары әрекет кванттық шамасын елемеуге болатын кезде классикалық механика заңдарына айналады.
Артықшылықтар
Кванттық физикада тәжірибелік қондырғылар арқылы алынған атом объектілері туралы ақпарат бір-бірімен ерекше байланыста болады. Вернер Гейзенбергтің белгісіздік қатынастарында классикалық механикада физикалық жүйенің күйін анықтайтын кинетикалық және динамикалық айнымалыларды бекітудегі дәлсіздіктер арасында кері пропорционалдық бар.
Кванттық механиканың Копенгагендік интерпретациясының маңызды артықшылығы оның физикалық бақыланбайтын шамалар туралы егжей-тегжейлі мәлімдемелермен тікелей жұмыс істемейтіндігі болып табылады. Оған қоса, ең аз алғышарттармен ол қазіргі уақытта қолжетімді эксперименттік фактілерді толық сипаттайтын тұжырымдамалық жүйені құрады.
Толқындық функцияның мәні
Копенгагендік интерпретацияға сәйкес толқындық функция екі процеске бағынуы мүмкін:
- Шредингер теңдеуі арқылы сипатталатын біртұтас эволюция.
- Өлшем.
Ғылыми ортада бірінші процеске ешкім күмән келтірген жоқ, ал екінші процесс тіпті сананың өзін Копенгагендік интерпретациялау шеңберінде де пікірталас тудырып, бірқатар түсіндірулерді тудырды. Бір жағынан, толқындық функция нақты физикалық нысаннан басқа ештеңе емес және ол екінші процесс кезінде құлдырайды деп айтуға толық негіз бар. Екінші жағынан, толқындық функция нақты объект емес, көмекші математикалық құрал болуы мүмкін, оның жалғыз мақсатыықтималдықты есептеу мүмкіндігін қамтамасыз ету болып табылады. Бор тек физикалық эксперименттердің нәтижесін болжауға болатынын, сондықтан барлық қосалқы мәселелер нақты ғылыммен емес, философиямен байланысты болуы керек деп атап көрсетті. Ол өз әзірлемелерінде позитивизмнің философиялық концепциясын мойындады, ол ғылымның тек шынымен өлшенетін нәрселерді талқылауын талап етті.
Қос саңылау тәжірибесі
Екі саңылау экспериментінде екі саңылау арқылы өтетін жарық экранға түседі, онда екі интерференциялық жиектер пайда болады: қараңғы және ашық. Бұл процесс жарық толқындарының кейбір жерлерде өзара күшейіп, басқа жерлерде бірін-бірі жоққа шығаруымен түсіндіріледі. Екінші жағынан, эксперимент жарықтың ағындық бөліктің қасиеттеріне ие екенін және электрондар интерференция үлгісін бере отырып, толқындық қасиеттерді көрсете алатынын көрсетеді.
Тәжірибе ұялардан әр жолы бір ғана бөлшек өтетіндей интенсивтілігі төмен фотондар (немесе электрондар) ағынымен жүзеге асырылады деп болжауға болады. Соған қарамастан, фотондар экранға түсетін нүктелерді қосқанда, эксперименттің болжалды бөлек бөлшектерге қатысты болғанына қарамастан, бірдей интерференциялық үлгі қабатталған толқындардан алынады. Себебі, біз әрбір болашақ оқиғаның қайта бөлінген ықтималдық дәрежесіне ие болатын "ықтимал" ғаламда өмір сүріп жатырмыз және келесі уақыт сәтінде мүлдем күтпеген нәрсенің орын алу ықтималдығы өте аз.
Сұрақтар
Слит тәжірибесі осылай қоядысұрақтар:
- Жеке бөлшектердің әрекетінің ережелері қандай болады? Кванттық механиканың заңдары статистикалық түрде бөлшектер болатын экранның орнын көрсетеді. Олар көптеген бөлшектерді қамтуы мүмкін жарық жолақтарын және аз бөлшектер түсу ықтималдығы бар күңгірт жолақтарды орналастыруды есептеуге мүмкіндік береді. Дегенмен, кванттық механиканы басқаратын заңдар жеке бөлшектің шын мәнінде қайда аяқталатынын болжай алмайды.
- Эмиссия мен тіркеу арасындағы сәтте бөлшекпен не болады? Бақылау нәтижелері бойынша бөлшек екі саңылаумен де әрекеттесуде деген әсер тудыруы мүмкін. Бұл нүктелік бөлшектің әрекетінің заңдылықтарына қайшы келетін сияқты. Оның үстіне, бөлшек тіркелген кезде ол нүктеге айналады.
- Ненің әсерінен бөлшек өзінің әрекетін статикалықтан статикалық емеске және керісінше өзгертеді? Бөлшек саңылаулардан өткенде оның әрекеті екі саңылаудан бір уақытта өтетін локализацияланбаған толқындық функциямен анықталады. Бөлшекті тіркеу сәтінде ол әрқашан нүкте ретінде бекітіледі және бұлыңғыр толқын пакеті ешқашан алынбайды.
Жауаптар
Кванттық интерпретацияның Копенгаген теориясы келесі сұрақтарға жауап береді:
- Кванттық механика болжамдарының ықтималдық сипатын жою түбегейлі мүмкін емес. Яғни, ол кез келген жасырын айнымалылар туралы адам білімінің шектеулілігін дәл көрсете алмайды. Классикалық физика жатадысүйек лақтыру сияқты процесті сипаттау қажет болған жағдайда ықтималдық. Яғни, ықтималдық толық емес білімді алмастырады. Гейзенберг пен Бордың кванттық механиканың Копенгагендік түсіндірмесі, керісінше, кванттық механикадағы өлшемдердің нәтижесі негізінен детерминирленген емес екенін айтады.
- Физика – өлшеу процестерінің нәтижелерін зерттейтін ғылым. Олардың салдарынан не болатынын болжау дұрыс емес. Копенгагендік интерпретацияға сәйкес, бөлшек тіркеу сәтіне дейін қайда болғаны туралы сұрақтар және басқа да осыған ұқсас ойдан шығарулар мағынасыз, сондықтан оларды шағылыстырудан алып тастау керек.
- Өлшеу әрекеті толқындық функцияның лезде құлдырауына әкеледі. Сондықтан өлшеу процесі берілген күйдің толқындық функциясы мүмкіндік беретін мүмкіндіктердің біреуін ғана кездейсоқ таңдайды. Және бұл таңдауды көрсету үшін толқын функциясы бірден өзгеруі керек.
Пішіндер
Копенгагендік интерпретацияның бастапқы түрінде тұжырымдалуы бірнеше нұсқаларды тудырды. Олардың ең көп тарағаны дәйекті оқиғалардың көзқарасына және кванттық декогеренттілік сияқты тұжырымдамаға негізделген. Декогеренттілік макро және микроәлемдер арасындағы анық емес шекараны есептеуге мүмкіндік береді. Қалған вариациялар "толқын әлемінің шынайылығы" дәрежесімен ерекшеленеді.
Сын
Кванттық механиканың дұрыстығына (Гейзенберг пен Бордың бірінші сұраққа жауабы) Эйнштейн, Подольский жәнеРозен (ЭПР парадоксы). Осылайша, ғалымдар жасырын параметрлердің болуы теорияның лезде және жергілікті емес «ұзақ мерзімді әрекетке» әкелмеуі үшін қажет екенін дәлелдегісі келді. Алайда, Белл теңсіздіктерінің арқасында мүмкін болған EPR парадоксын тексеру барысында кванттық механиканың дұрыс екендігі, ал әртүрлі жасырын айнымалы теориялардың эксперименталды растауы жоқ екені дәлелденді.
Бірақ ең проблемалы жауап Гейзенберг пен Бордың үшінші сұраққа берген жауабы болды, ол өлшеу процестерін ерекше орынға қойды, бірақ оларда ерекше белгілердің болуын анықтамайды.
Көптеген ғалымдар, физиктер де, философтар да кванттық физиканың Копенгагендік түсіндірмесін қабылдаудан үзілді-кесілді бас тартты. Мұның бірінші себебі, Гейзенберг пен Бордың түсіндірмесі детерминистік емес еді. Ал екіншісі, ықтималдық функцияларын жарамды нәтижелерге айналдыратын өлшемнің анық емес түсінігін енгізді.
Эйнштейн Гейзенберг пен Бор түсіндіргендей кванттық механика берген физикалық шындықтың сипаттамасы толық емес екеніне сенімді болды. Эйнштейннің айтуынша, ол Копенгагендік интерпретацияда біраз қисын тапты, бірақ оның ғылыми инстинкті оны қабылдаудан бас тартты. Сонымен, Эйнштейн неғұрлым толық тұжырымдаманы іздеуді тоқтата алмады.
Эйнштейн Борнға жазған хатында: «Мен Құдайдың сүйек лақтырмайтынына сенімдімін!» деген. Нильс Бор осы сөйлемге түсініктеме бере отырып, Эйнштейнге Құдайға не істеу керектігін айтпауды айтты. Эйнштейн Авраам Пайспен әңгімесінде: «Сіз шынымен ай бар деп ойлайсыз.қараған кезде ғана?».
Эрвин Шредингер мысықпен ойлау тәжірибесін ойлап тапты, ол арқылы субатомдық жүйеден микроскопиялық жүйеге көшу кезінде кванттық механиканың төмендігін көрсеткісі келді. Сонымен қатар кеңістіктегі толқындық функцияның қажетті күйреуі проблемалық деп саналды. Эйнштейннің салыстырмалылық теориясына сәйкес, лездік пен бір мезгілдегі тек бір анықтамалық шеңберде тұрған бақылаушы үшін ғана мағыналы болады. Осылайша, барлығына бірдей болатын уақыт жоқ, яғни лезде күйреуді анықтау мүмкін емес.
Тарату
1997 жылы академиялық ортада жүргізілген бейресми сауалнама жоғарыда қысқаша талқыланған бұрын басым болған Копенгагендік интерпретацияны респонденттердің жартысынан азы қолдағанын көрсетті. Дегенмен, оны басқа жеке интерпретацияларға қарағанда көбірек ұстанушылар бар.
Балама
Көптеген физиктер кванттық механиканың «жоқ» деп аталатын басқа түсіндірмесіне жақынырақ. Бұл интерпретацияның мәні Дэвид Мерминнің: «Ауызыңызды жауып, есептеңіз!» деген диктумасында жан-жақты көрсетілген, оны жиі Ричард Фейнманға немесе Пол Диракқа жатқызады.
