Hva er København-tolkningen?

Det er sannsynligvis ikke noe vitenskapelig område som er mer bisarre og forvirrende enn å prøve å forstå atferden til materie og energi på de minste skalaene. I den tidlige delen av det tjuende århundre var fysikere som Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, og mange andre la grunnlaget for å forstå denne bisarre naturens rike: kvantefysikk.

Ligningene og metodene for kvantefysikk har blitt foredlet det siste århundre, noe som gjør forbløffende spådommer som er bekreftet mer presist enn noen annen vitenskapelig teori i historien til verden. Kvantemekanikk fungerer ved å utføre en analyse av kvantebølgefunksjonen (definert av en ligning som kalles Schrodinger ligning).

Problemet er at regelen om hvordan kvantebølgefunksjonsarbeidet ser ut til å drastisk komme i konflikt med intuisjonene vi har utviklet for å forstå vår daglige makroskopiske verden. Å prøve å forstå den underliggende betydningen av kvantefysikk har vist seg å være mye vanskeligere enn å forstå atferden selv. Den mest lærte tolkningen er kjent som Københavns tolkning av kvantemekanikk... men hva er det egentlig?

De sentrale ideene i København-tolkningen ble utviklet av en kjernegruppe av kvantefysikkpionerer sentrert rundt Niels Bohrs København Institutt gjennom 1920-tallet, som driver en tolkning av kvantebølgefunksjonen som har blitt standardoppfatning undervist i kvantefysikk kurs.

Et av nøkkelelementene i denne tolkningen er at Schrodinger-ligningen representerer sannsynligheten for å observere et bestemt utfall når et eksperiment utføres. I boka hans Den skjulte virkeligheten, forklarer fysiker Brian Greene det slik:

"Standard tilnærming til kvantemekanikk, utviklet av Bohr og hans gruppe, og kalte København-tolkning i deres ære, ser for seg at når du prøver å se en sannsynlighetsbølge, hindrer selve observasjonsforsøket ditt forsøk. "

Problemet er at vi bare noen gang observerer fysiske fenomener på makroskopisk nivå, så den faktiske kvanteoppførselen på mikroskopisk nivå er ikke direkte tilgjengelig for oss. Som beskrevet i boka Quantum Enigma:

"Det er ingen 'offisiell' København-tolkning. Men hver versjon griper oksen ved hornene og hevder det en observasjon produserer eiendommen som er observert. Det lure ordet her er 'observasjon'.

"København-tolkningen vurderer to riker: det er det makroskopiske, klassiske riket til våre måleinstrumenter styrt av Newtons lover; og det er det mikroskopiske, kvante riket til atomer og andre små ting som styres av Schrodinger-ligningen. Den argumenterer for at vi aldri takler direkte med kvanteobjektene i det mikroskopiske riket. Vi trenger derfor ikke bekymre oss for deres fysiske virkelighet, eller mangelen på den. En 'eksistens' som gjør det mulig å beregne deres virkning på våre makroskopiske instrumenter er nok til at vi kan vurdere. "

Mangelen på en offisiell tolkning i København er problematisk, noe som gjør de nøyaktige detaljene i tolkningen vanskelig å spikre. Som forklart av John G. Cramer i en artikkel med tittelen "The Transactionional Interpretation of Quantum Mechanics":

"Til tross for en omfattende litteratur som refererer til, diskuterer og kritiserer Københavns tolkning av kvantemekanikk, ser det ikke ut til å være noe kortfattet utsagn som definerer hele København tolkning."

Cramer fortsetter med å prøve å definere noen av de sentrale ideene som konsekvent brukes når de snakker om København-tolkningen, og kommer til følgende liste:

• Usikkerhetsprinsippet: Utviklet av Werner Heisenberg i 1927, indikerer dette at det finnes par konjugerte variabler som ikke begge kan måles til en vilkårlig nøyaktighetsnivå. Med andre ord er det en absolutt hette som kvantefysikken pålegger hvor nøyaktig bestemte par av målinger kan gjøres, oftest målingene av posisjon og momentum på samme tid.
• Den statistiske tolkningen: Utviklet av Max Born i 1926, tolker dette Schrodinger-bølgefunksjonen som gir sannsynligheten for et utfall i en gitt tilstand. Den matematiske prosessen for å gjøre dette er kjent som Født regel.
• Komplementaritetskonseptet: Dette ble utviklet av Niels Bohr i 1928 og inkluderer ideen om bølge-partikkel dualitet og at bølgefunksjonens kollaps er knyttet til handlingen for å foreta en måling.
• Identifisering av tilstandsvektoren med "kunnskap om systemet": Schrodinger-ligningen inneholder en serie tilstandsvektorer, og disse vektorene endres over tid og med observasjoner for å representere kunnskapen om et system til enhver tid.
• Heisenbergs positivisme: Dette representerer en vekt på kun å diskutere de observerbare resultatene av eksperimentene, snarere enn på "betydningen" eller underliggende "virkeligheten". Dette er en implisitt (og noen ganger eksplisitt) aksept av det filosofiske begrepet instrumentalisme.

Dette virker som en ganske omfattende liste over hovedpunkter bak København-tolkningen, men tolkningen er ikke uten noen ganske alvorlige problemer og har vekket mange kritikk... som er verdt å ta opp på egen hånd.

Som nevnt over har den eksakte karakteren av København-tolkningen alltid vært litt tåpelig. En av de tidligste referansene til ideen om dette var i Werner Heisenbergs bok fra 1930 De fysiske prinsippene for kvanteteorien, der han refererte til "Københavns ånd i kvanteteori." Men på den tiden var det også virkelig bare tolkning av kvantemekanikk (selv om det var noen forskjeller mellom tilhengerne), så det var ikke nødvendig å skille den med sitt eget navn.

Det begynte bare å bli referert til som "København-tolkningen" når alternative tilnærminger, som David Bohms skjulte variabler tilnærming og Hugh Everett's Mange verdens tolkninger, oppstod for å utfordre den etablerte tolkningen. Begrepet "København-tolkning" tilskrives vanligvis Werner Heisenberg da han på 1950-tallet talte mot disse alternative tolkningene. Foredrag ved bruk av uttrykket "Copenhagen Interpretation" dukket opp i Heisenbergs essaysamling fra 1958, Fysikk og filosofi.