კოპენჰაგენის ინტერპრეტაცია არის კვანტური მექანიკის ახსნა, რომელიც ჩამოყალიბდა ნილს ბორის და ვერნერ ჰაიზენბერგის მიერ 1927 წელს, როდესაც მეცნიერები ერთად მუშაობდნენ კოპენჰაგენში. ბორმა და ჰაიზენბერგმა შეძლეს გაეუმჯობესებინათ M. Born-ის მიერ ჩამოყალიბებული ფუნქციის ალბათური ინტერპრეტაცია და ცდილობდნენ უპასუხონ რიგ კითხვებს, რომლებიც წარმოიქმნება ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობის გამო. ეს სტატია განიხილავს კვანტური მექანიკის კოპენჰაგენის ინტერპრეტაციის ძირითად იდეებს და მათ გავლენას თანამედროვე ფიზიკაზე.
პრობლემები
კვანტური მექანიკის ინტერპრეტაციებს უწოდებენ ფილოსოფიურ შეხედულებებს კვანტური მექანიკის ბუნების შესახებ, როგორც თეორია, რომელიც აღწერს მატერიალურ სამყაროს. მათი დახმარებით შესაძლებელი გახდა კითხვებზე პასუხის გაცემა ფიზიკური რეალობის არსზე, მისი შესწავლის მეთოდზე, მიზეზობრიობისა და დეტერმინიზმის ბუნებაზე, აგრეთვე სტატისტიკის არსზე და მის ადგილს კვანტურ მექანიკაში. კვანტური მექანიკა ითვლება ყველაზე რეზონანსულ თეორიად მეცნიერების ისტორიაში, მაგრამ ჯერ კიდევ არ არსებობს კონსენსუსი მის ღრმა გაგებაში. არსებობს კვანტური მექანიკის არაერთი ინტერპრეტაცია დადღეს მათგან ყველაზე პოპულარულებს გაგვეცნობით.
ძირითადი იდეები
მოგეხსენებათ, ფიზიკური სამყარო შედგება კვანტური ობიექტებისა და კლასიკური საზომი ხელსაწყოებისგან. საზომი ხელსაწყოების მდგომარეობის ცვლილება აღწერს მიკრო-ობიექტების მახასიათებლების შეცვლის შეუქცევად სტატისტიკურ პროცესს. როდესაც მიკროობიექტი ურთიერთქმედებს საზომი მოწყობილობის ატომებთან, სუპერპოზიცია მცირდება ერთ მდგომარეობამდე, ანუ მცირდება საზომი ობიექტის ტალღური ფუნქცია. შროდინგერის განტოლება არ აღწერს ამ შედეგს.
კოპენჰაგენის ინტერპრეტაციის თვალსაზრისით, კვანტური მექანიკა არ აღწერს თავად მიკრო-ობიექტებს, არამედ მათ თვისებებს, რომლებიც ვლინდება დაკვირვების დროს ტიპიური საზომი ხელსაწყოების მიერ შექმნილ მაკრო პირობებში. ატომური ობიექტების ქცევა არ შეიძლება განვასხვავოთ მათი ურთიერთქმედებისგან საზომ ინსტრუმენტებთან, რომლებიც აფიქსირებენ ფენომენების წარმოქმნის პირობებს.
შეხედვა კვანტურ მექანიკაში
კვანტური მექანიკა სტატიკური თეორიაა. ეს გამოწვეულია იმით, რომ მიკრო ობიექტის გაზომვა იწვევს მისი მდგომარეობის ცვლილებას. ასე რომ, არსებობს ობიექტის საწყისი პოზიციის ალბათური აღწერა, რომელიც აღწერილია ტალღის ფუნქციით. რთული ტალღის ფუნქცია არის ცენტრალური კონცეფცია კვანტურ მექანიკაში. ტალღის ფუნქცია იცვლება ახალ განზომილებაში. ამ გაზომვის შედეგი დამოკიდებულია ტალღის ფუნქციაზე, ალბათობით. მხოლოდ ტალღის ფუნქციის მოდულის კვადრატს აქვს ფიზიკური მნიშვნელობა, რაც ადასტურებს იმის ალბათობას, რომ შესწავლილიმიკრო-ობიექტი მდებარეობს სივრცეში გარკვეულ ადგილას.
კვანტურ მექანიკაში მიზეზობრიობის კანონი სრულდება ტალღის ფუნქციის მიმართ, რომელიც დროში იცვლება საწყისი პირობების მიხედვით და არა ნაწილაკების სიჩქარის კოორდინატებთან მიმართებაში, როგორც მექანიკის კლასიკურ ინტერპრეტაციაში. იმის გამო, რომ მხოლოდ ტალღის ფუნქციის მოდულის კვადრატი არის დაჯილდოებული ფიზიკური მნიშვნელობით, მისი საწყისი მნიშვნელობები პრინციპში შეუძლებელია, რაც იწვევს კვანტური სისტემის საწყისი მდგომარეობის შესახებ ზუსტი ცოდნის მიღების გარკვეულ შეუძლებლობას..
ფილოსოფიური საფუძველი
ფილოსოფიური თვალსაზრისით, კოპენჰაგენის ინტერპრეტაციის საფუძველია ეპისტემოლოგიური პრინციპები:
- დაკვირვებადობა. მისი არსი მდგომარეობს იმ განცხადებების ფიზიკური თეორიიდან გამორიცხვაში, რომელთა შემოწმებაც შეუძლებელია პირდაპირი დაკვირვებით.
- დამატებები. ვარაუდობენ, რომ მიკროსამყაროს ობიექტების ტალღური და კორპუსკულური აღწერა ავსებს ერთმანეთს.
- გაურკვევლობა. ამბობს, რომ მიკრო ობიექტების კოორდინატი და მათი იმპულსი არ შეიძლება განისაზღვროს ცალკე და აბსოლუტური სიზუსტით.
- სტატიკური დეტერმინიზმი. იგი ვარაუდობს, რომ ფიზიკური სისტემის ამჟამინდელი მდგომარეობა განისაზღვრება მისი წინა მდგომარეობებით არა ცალსახად, არამედ მხოლოდ წარსულში ჩამოყალიბებული ცვლილების ტენდენციების განხორციელების გარკვეული ალბათობით.
- შესატყვისი. ამ პრინციპის მიხედვით, კვანტური მექანიკის კანონები გარდაიქმნება კლასიკური მექანიკის კანონებად, როდესაც შესაძლებელია მოქმედების კვანტის სიდიდის უგულებელყოფა.
სარგებელი
კვანტურ ფიზიკაში ატომური ობიექტების შესახებ ინფორმაცია, რომელიც მიღებულია ექსპერიმენტული დაყენებით, თავისებურ კავშირშია ერთმანეთთან. ვერნერ ჰაიზენბერგის გაურკვევლობათა მიმართებაში არსებობს უზუსტობები იმ კინეტიკური და დინამიური ცვლადების დაფიქსირების უზუსტობებს შორის, რომლებიც განსაზღვრავენ ფიზიკური სისტემის მდგომარეობას კლასიკურ მექანიკაში.
კვანტური მექანიკის კოპენჰაგენის ინტერპრეტაციის მნიშვნელოვანი უპირატესობა არის ის ფაქტი, რომ იგი არ მოქმედებს დეტალური განცხადებებით უშუალოდ ფიზიკურად დაუკვირვებადი რაოდენობების შესახებ. გარდა ამისა, მინიმალური წინაპირობებით, ის აშენებს კონცეპტუალურ სისტემას, რომელიც ამომწურავად აღწერს იმ მომენტში არსებულ ექსპერიმენტულ ფაქტებს.
ტალღის ფუნქციის მნიშვნელობა
კოპენჰაგენის ინტერპრეტაციის მიხედვით, ტალღის ფუნქცია შეიძლება დაექვემდებაროს ორ პროცესს:
- უნიტარული ევოლუცია, რომელიც აღწერილია შროდინგერის განტოლებით.
- გაზომვა.
არავის ეპარებოდა ეჭვი პირველ პროცესზე სამეცნიერო საზოგადოებაში, ხოლო მეორე პროცესმა გამოიწვია დისკუსიები და წარმოშვა მრავალი ინტერპრეტაცია, თვით ცნობიერების კოპენჰაგენური ინტერპრეტაციის ფარგლებშიც კი. ერთის მხრივ, არსებობს ყველა საფუძველი იმის დასაჯერებლად, რომ ტალღის ფუნქცია სხვა არაფერია, თუ არა რეალური ფიზიკური ობიექტი და რომ ის იშლება მეორე პროცესის დროს. მეორეს მხრივ, ტალღის ფუნქცია შეიძლება იყოს არა რეალური ერთეული, არამედ დამხმარე მათემატიკური ინსტრუმენტი, რომლის ერთადერთი მიზანიარის ალბათობის გამოთვლის უნარის უზრუნველყოფა. ბორმა ხაზგასმით აღნიშნა, რომ ერთადერთი, რისი პროგნოზირებაც შესაძლებელია, არის ფიზიკური ექსპერიმენტების შედეგი, ამიტომ ყველა მეორეხარისხოვანი საკითხი არ უნდა იყოს დაკავშირებული ზუსტ მეცნიერებასთან, არამედ ფილოსოფიასთან. ის თავის განვითარებაში ამტკიცებდა პოზიტივიზმის ფილოსოფიურ კონცეფციას და მოითხოვდა, რომ მეცნიერება განიხილოს მხოლოდ რეალურად გაზომვადი საგნები.
ორმაგი ჭრილის ექსპერიმენტი
ორ ნაპრალ ექსპერიმენტში, ორ ჭრილში გამავალი სინათლე ეცემა ეკრანზე, რომელზედაც ჩნდება ჩარევის ორი ზღვარი: მუქი და ღია. ეს პროცესი აიხსნება იმით, რომ სინათლის ტალღები შეიძლება ორმხრივად გაძლიერდეს ზოგან, ხოლო ზოგან გააუქმოს ერთმანეთი. მეორეს მხრივ, ექსპერიმენტი გვიჩვენებს, რომ სინათლეს აქვს ნაკადის ნაწილის თვისებები და ელექტრონებს შეუძლიათ აჩვენონ ტალღის თვისებები, ხოლო მისცეს ინტერფერენციის ნიმუში.
შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ ექსპერიმენტი ტარდება ისეთი დაბალი ინტენსივობის ფოტონების (ან ელექტრონების) ნაკადით, რომ ყოველ ჯერზე მხოლოდ ერთი ნაწილაკი გადის ჭრილებში. მიუხედავად ამისა, იმ წერტილების დამატებისას, სადაც ფოტონები ეკრანზე ხვდებიან, იგივე ჩარევის ნიმუში მიიღება ზედმიყენებული ტალღებისგან, მიუხედავად იმისა, რომ ექსპერიმენტი ეხება სავარაუდოდ ცალკეულ ნაწილაკებს. ეს იმიტომ ხდება, რომ ჩვენ ვცხოვრობთ "სავარაუდო" სამყაროში, რომელშიც ყველა მომავალ მოვლენას აქვს შესაძლებლობათა გადანაწილებული ხარისხი და ალბათობა იმისა, რომ რაღაც სრულიად გაუთვალისწინებელი მოხდება დროის შემდეგ მომენტში საკმაოდ მცირეა.
კითხვები
ნაჭრის გამოცდილება აყენებს ასეთსკითხვები:
- როგორი იქნება ცალკეული ნაწილაკების ქცევის წესები? კვანტური მექანიკის კანონები მიუთითებს ეკრანის მდებარეობაზე, რომელშიც ნაწილაკები იქნებიან, სტატისტიკურად. ისინი საშუალებას გაძლევთ გამოთვალოთ მსუბუქი ზოლების მდებარეობა, რომელიც სავარაუდოდ შეიცავს ბევრ ნაწილაკს და მუქი ზოლები, სადაც ნაკლები ნაწილაკები სავარაუდოდ დაეცემა. თუმცა, კანონები, რომლებიც მართავენ კვანტურ მექანიკას, ვერ იწინასწარმეტყველებენ, სად დამთავრდება ცალკეული ნაწილაკი.
- რა ემართება ნაწილაკს ემისიასა და რეგისტრაციას შორის მომენტში? დაკვირვების შედეგების მიხედვით შეიძლება შეიქმნას შთაბეჭდილება, რომ ნაწილაკი ურთიერთქმედებაშია ორივე ჭრილთან. როგორც ჩანს, ეს ეწინააღმდეგება წერტილოვანი ნაწილაკის ქცევის კანონზომიერებებს. უფრო მეტიც, როდესაც ნაწილაკი რეგისტრირებულია, ის ხდება წერტილი.
- რის გავლენით ცვლის ნაწილაკი თავის ქცევას სტატიკურიდან არასტატიკურზე და პირიქით? როდესაც ნაწილაკი გადის ჭრილებში, მისი ქცევა განისაზღვრება არალოკალიზებული ტალღის ფუნქციით, რომელიც გადის ორივე ჭრილში ერთდროულად. ნაწილაკის რეგისტრაციის მომენტში ის ყოველთვის ფიქსირდება როგორც წერტილი და არასოდეს მიიღება ბუნდოვანი ტალღის პაკეტი.
პასუხები
კოპენჰაგენის კვანტური ინტერპრეტაციის თეორია პასუხობს დასმულ კითხვებს შემდეგნაირად:
- ძირითადად შეუძლებელია კვანტური მექანიკის წინასწარმეტყველების ალბათური ბუნების აღმოფხვრა. ანუ ის ზუსტად ვერ მიუთითებს ადამიანის ცოდნის შეზღუდულობაზე რომელიმე ფარული ცვლადის შესახებ. კლასიკური ფიზიკა ეხებაალბათობა იმ შემთხვევებში, როდესაც აუცილებელია ისეთი პროცესის აღწერა, როგორიცაა კამათლის სროლა. ანუ ალბათობა ცვლის არასრულ ცოდნას. ჰაიზენბერგისა და ბორის მიერ კვანტური მექანიკის კოპენჰაგენური ინტერპრეტაცია, პირიქით, ამბობს, რომ კვანტურ მექანიკაში გაზომვების შედეგი ფუნდამენტურად არადეტერმინისტულია.
- ფიზიკა არის მეცნიერება, რომელიც სწავლობს პროცესების გაზომვის შედეგებს. არასწორია სპეკულირება იმის შესახებ, თუ რა ხდება მათ შედეგად. კოპენჰაგენის ინტერპრეტაციის თანახმად, კითხვები იმის შესახებ, თუ სად იყო ნაწილაკი მისი რეგისტრაციის მომენტამდე და სხვა მსგავსი ფაბრიკაცია უაზროა და ამიტომ უნდა გამოირიცხოს ასახვისგან.
- გაზომვის აქტი იწვევს ტალღის ფუნქციის მყისიერ კოლაფსს. აქედან გამომდინარე, გაზომვის პროცესი შემთხვევით ირჩევს მხოლოდ ერთ შესაძლებლობას, რომელსაც იძლევა მოცემული მდგომარეობის ტალღური ფუნქცია. და ამ არჩევანის ასახვისთვის, ტალღის ფუნქცია მყისიერად უნდა შეიცვალოს.
ფორმები
კოპენჰაგენის ინტერპრეტაციის ფორმულირებამ თავდაპირველი სახით წარმოშვა რამდენიმე ვარიაცია. მათგან ყველაზე გავრცელებული ემყარება თანმიმდევრული მოვლენების მიდგომას და ისეთ კონცეფციას, როგორიცაა კვანტური დეკოჰერენტობა. დეკოჰერენტობა საშუალებას გაძლევთ გამოთვალოთ ბუნდოვანი საზღვარი მაკრო- და მიკროსამყარებს შორის. დარჩენილი ვარიაციები განსხვავდება "ტალღის სამყაროს რეალიზმის" ხარისხით.
კრიტიკა
კვანტური მექანიკის მართებულობა (ჰაიზენბერგის და ბორის პასუხი პირველ კითხვაზე) ეჭვქვეშ დადგა აინშტაინის, პოდოლსკის და აზროვნების ექსპერიმენტში.როზენი (EPR პარადოქსი). ამრიგად, მეცნიერებს სურდათ დაემტკიცებინათ, რომ ფარული პარამეტრების არსებობა აუცილებელია, რათა თეორიამ არ გამოიწვიოს მყისიერი და არალოკალური „შორი მოქმედების“კენ. თუმცა, EPR პარადოქსის შემოწმების დროს, რომელიც შესაძლებელი გახდა ბელის უტოლობებით, დადასტურდა, რომ კვანტური მექანიკა სწორია და სხვადასხვა ფარული ცვლადების თეორიებს არ აქვთ ექსპერიმენტული დადასტურება.
მაგრამ ყველაზე პრობლემური პასუხი იყო ჰაიზენბერგისა და ბორის პასუხი მესამე კითხვაზე, რომელიც გაზომვის პროცესებს განსაკუთრებულ მდგომარეობაში აყენებდა, მაგრამ არ განსაზღვრავდა მათში გამორჩეული ნიშნების არსებობას.
ბევრმა მეცნიერმა, ფიზიკოსებმაც და ფილოსოფოსებმაც, კატეგორიულად უარი თქვეს კვანტური ფიზიკის კოპენჰაგენური ინტერპრეტაციის მიღებაზე. ამის პირველი მიზეზი ის იყო, რომ ჰაიზენბერგისა და ბორის ინტერპრეტაცია არ იყო დეტერმინისტული. და მეორე არის ის, რომ მან შემოიღო გაზომვის ბუნდოვანი ცნება, რომელმაც ალბათობის ფუნქციები ნამდვილ შედეგებად აქცია.
აინშტაინი დარწმუნებული იყო, რომ კვანტური მექანიკის მიერ მოცემული ფიზიკური რეალობის აღწერა ჰაიზენბერგისა და ბორის ინტერპრეტაციით არასრული იყო. აინშტაინის თქმით, მან იპოვა გარკვეული ლოგიკა კოპენჰაგენის ინტერპრეტაციაში, მაგრამ მისმა მეცნიერულმა ინსტინქტებმა უარი თქვა მის მიღებაზე. ასე რომ, აინშტაინი ვერ შეწყვეტდა უფრო სრულყოფილი კონცეფციის ძიებას.
წერილში ბორნს, აინშტაინმა თქვა: "დარწმუნებული ვარ, ღმერთი კამათელს არ აგდებს!". ნილს ბორმა, ამ ფრაზის კომენტირებისას, აინშტაინს უთხრა, არ უთხრა ღმერთს რა უნდა გააკეთოს. და აბრაამ პაისთან საუბარში აინშტაინმა წამოიძახა:”თქვენ ნამდვილად ფიქრობთ, რომ მთვარე არსებობს.მხოლოდ მაშინ, როცა უყურებ?”.
ერვინ შრედინგერმა მოიფიქრა კატასთან დაკავშირებული სააზროვნო ექსპერიმენტი, რომლის მეშვეობითაც მას სურდა ეჩვენებინა კვანტური მექანიკის არასრულფასოვნება სუბატომურიდან მიკროსკოპულ სისტემებზე გადასვლისას. ამავდროულად, პრობლემურად ითვლებოდა სივრცეში ტალღის ფუნქციის აუცილებელი კოლაფსი. აინშტაინის ფარდობითობის თეორიის მიხედვით, მყისიერობასა და ერთდროულობას აქვს აზრი მხოლოდ დამკვირვებლისთვის, რომელიც იმავე საცნობარო ჩარჩოშია. ამრიგად, არ არსებობს დრო, რომელიც შეიძლება გახდეს ერთი ყველასთვის, რაც ნიშნავს, რომ მყისიერი კოლაფსი შეუძლებელია.
დისტრიბუცია
არაფორმალური გამოკითხვა, რომელიც ჩატარდა აკადემიაში 1997 წელს, აჩვენა, რომ ადრე დომინანტური კოპენჰაგენის ინტერპრეტაცია, რომელიც მოკლედ იყო განხილული ზემოთ, მხარი დაუჭირა რესპონდენტთა ნახევარზე ნაკლებს. თუმცა, მას უფრო მეტი მიმდევარი ჰყავს, ვიდრე ცალკეულ სხვა ინტერპრეტაციებს.
ალტერნატივა
ბევრი ფიზიკოსი უფრო ახლოს არის კვანტური მექანიკის სხვა ინტერპრეტაციასთან, რომელსაც ეწოდება "არცერთი". ამ ინტერპრეტაციის არსი ამომწურავად არის გამოხატული დევიდ მერმინის დიქტატში: „გაჩუმდი და გამოთვალე!“, რომელსაც ხშირად მიაწერენ რიჩარდ ფეინმანს ან პოლ დირაკს.
