Կոպենհագենի մեկնաբանությունը քվանտային մեխանիկայի բացատրությունն է, որը ձևակերպվել է Նիլս Բորի և Վերներ Հայզենբերգի կողմից 1927 թվականին, երբ գիտնականները միասին աշխատում էին Կոպենհագենում: Բորը և Հայզենբերգը կարողացան բարելավել Մ. Բորնի կողմից ձևակերպված ֆունկցիայի հավանականական մեկնաբանությունը և փորձել պատասխանել մի շարք հարցերի, որոնք առաջանում են ալիք-մասնիկ երկակիության պատճառով։ Այս հոդվածում կքննարկվեն քվանտային մեխանիկայի Կոպենհագենյան մեկնաբանության հիմնական գաղափարները և դրանց ազդեցությունը ժամանակակից ֆիզիկայի վրա:
Խնդիրներ
Քվանտային մեխանիկայի մեկնաբանությունները կոչվում են փիլիսոփայական տեսակետներ քվանտային մեխանիկայի բնույթի վերաբերյալ՝ որպես նյութական աշխարհը նկարագրող տեսություն: Նրանց օգնությամբ հնարավոր եղավ պատասխանել ֆիզիկական իրականության էության, դրա ուսումնասիրման մեթոդի, պատճառականության և դետերմինիզմի բնույթի, ինչպես նաև վիճակագրության էության և քվանտային մեխանիկայի մեջ դրա տեղի մասին հարցերին։ Քվանտային մեխանիկան համարվում է գիտության պատմության մեջ ամենառեզոնանսային տեսությունը, սակայն դրա խորը ըմբռնման մեջ դեռևս կոնսենսուս չկա։ Գոյություն ունեն քվանտային մեխանիկայի մի շարք մեկնաբանություններ ևայսօր կծանոթանանք դրանցից ամենահայտնիներին։
Հիմնական գաղափարներ
Ինչպես գիտեք, ֆիզիկական աշխարհը բաղկացած է քվանտային առարկաներից և դասական չափիչ գործիքներից: Չափիչ գործիքների վիճակի փոփոխությունը նկարագրում է միկրոօբյեկտների բնութագրերի փոփոխման անշրջելի վիճակագրական գործընթաց։ Երբ միկրոօբյեկտը փոխազդում է չափիչ սարքի ատոմների հետ, սուպերպոզիցիան իջեցվում է մեկ վիճակի, այսինքն՝ փոքրանում է չափիչ առարկայի ալիքային ֆունկցիան։ Շրյոդինգերի հավասարումը չի նկարագրում այս արդյունքը։
Կոպենհագենյան մեկնաբանության տեսանկյունից քվանտային մեխանիկան նկարագրում է ոչ թե միկրոօբյեկտները, այլ դրանց հատկությունները, որոնք դրսևորվում են դիտարկման ժամանակ բնորոշ չափիչ գործիքների կողմից ստեղծված մակրո պայմաններում։ Ատոմային օբյեկտների վարքագիծը չի կարելի տարբերել չափիչ գործիքների հետ նրանց փոխազդեցությունից, որոնք ամրագրում են երևույթների առաջացման պայմանները։
Հայացք քվանտային մեխանիկայի
Քվանտային մեխանիկա ստատիկ տեսություն է: Դա պայմանավորված է նրանով, որ միկրոօբյեկտի չափումը հանգեցնում է նրա վիճակի փոփոխության: Այսպիսով, կա օբյեկտի սկզբնական դիրքի հավանականական նկարագրություն, որը նկարագրված է ալիքային ֆունկցիայով: Բարդ ալիքային ֆունկցիան քվանտային մեխանիկայի կենտրոնական հասկացություն է: Ալիքային ֆունկցիան փոխվում է նոր հարթության: Այս չափման արդյունքը կախված է ալիքի ֆունկցիայից՝ հավանականական ձևով։ Ֆիզիկական նշանակություն ունի միայն ալիքի ֆունկցիայի մոդուլի քառակուսին, որը հաստատում է այն հավանականությունը, որ ուսումնասիրվածմիկրոօբյեկտը գտնվում է տարածության որոշակի տեղում։
Քվանտային մեխանիկայում պատճառականության օրենքը կատարվում է ալիքային ֆունկցիայի նկատմամբ, որը ժամանակի ընթացքում տատանվում է՝ կախված սկզբնական պայմաններից, և ոչ թե մասնիկների արագության կոորդինատների նկատմամբ, ինչպես մեխանիկայի դասական մեկնաբանության դեպքում։ Քանի որ ալիքի ֆունկցիայի միայն մոդուլի քառակուսին օժտված է ֆիզիկական արժեքով, դրա սկզբնական արժեքները սկզբունքորեն չեն կարող որոշվել, ինչը հանգեցնում է քվանտային համակարգի սկզբնական վիճակի մասին ճշգրիտ գիտելիքներ ձեռք բերելու որոշակի անհնարինության։.
Փիլիսոփայական հիմք
Փիլիսոփայական տեսակետից Կոպենհագենյան մեկնաբանության հիմքում ընկած են իմացաբանական սկզբունքները.
- Դիտանելիություն. Դրա էությունը կայանում է այն պնդումների ֆիզիկական տեսությունից բացառելու մեջ, որոնք հնարավոր չէ ստուգել ուղղակի դիտարկմամբ։
- Լրացուցիչ. Ենթադրում է, որ միկրոաշխարհի առարկաների ալիքային և կորպուսուլյար նկարագրությունը լրացնում են միմյանց։
- Անորոշություններ. Ասում է, որ միկրոօբյեկտների կոորդինատը և դրանց իմպուլսը հնարավոր չէ որոշել առանձին և բացարձակ ճշգրտությամբ։
- Ստատիկ դետերմինիզմ. Այն ենթադրում է, որ ֆիզիկական համակարգի ներկայիս վիճակը որոշվում է նրա նախկին վիճակներով ոչ միանշանակ, այլ միայն անցյալում դրված փոփոխության միտումների իրականացման որոշակի հավանականությամբ։
- Համապատասխանեցում: Այս սկզբունքի համաձայն՝ քվանտային մեխանիկայի օրենքները վերածվում են դասական մեխանիկայի օրենքների, երբ հնարավոր է անտեսել գործողության քվանտի մեծությունը։
Օգուտներ
Քվանտային ֆիզիկայում ատոմային օբյեկտների մասին տեղեկատվությունը, որը ստացվել է փորձարարական կարգավորմամբ, առանձնահատուկ հարաբերությունների մեջ է միմյանց հետ: Վերներ Հայզենբերգի անորոշության հարաբերություններում կա հակադարձ համեմատականություն կինետիկ և դինամիկ փոփոխականների ամրագրման անճշտությունների միջև, որոնք որոշում են ֆիզիկական համակարգի վիճակը դասական մեխանիկայի մեջ:
:
Քվանտային մեխանիկայի Կոպենհագենյան մեկնաբանության զգալի առավելությունն այն է, որ այն չի գործում ֆիզիկապես չդիտարկվող մեծությունների վերաբերյալ մանրամասն հայտարարություններով: Բացի այդ, նվազագույն նախադրյալներով, այն կառուցում է հայեցակարգային համակարգ, որը սպառիչ կերպով նկարագրում է տվյալ պահին առկա փորձարարական փաստերը:
Ալիքի ֆունկցիայի նշանակությունը
Ըստ Կոպենհագենի մեկնաբանության՝ ալիքի ֆունկցիան կարող է ենթարկվել երկու գործընթացի՝
- Միասնական էվոլյուցիա, որը նկարագրված է Շրյոդինգերի հավասարմամբ:
- Չափում.
Գիտական հանրության մեջ առաջին գործընթացի վերաբերյալ ոչ ոք կասկած չուներ, իսկ երկրորդ գործընթացը քննարկումների տեղիք տվեց և մի շարք մեկնաբանությունների տեղիք տվեց, նույնիսկ հենց գիտակցության Կոպենհագենյան մեկնաբանության շրջանակներում: Մի կողմից, բոլոր հիմքերը կան ենթադրելու, որ ալիքային ֆունկցիան ոչ այլ ինչ է, քան իրական ֆիզիկական օբյեկտ, և որ այն փլուզվում է երկրորդ գործընթացի ընթացքում: Մյուս կողմից, ալիքի ֆունկցիան կարող է լինել ոչ թե իրական էություն, այլ օժանդակ մաթեմատիկական գործիք, որի միակ նպատակը.հավանականությունը հաշվարկելու հնարավորություն տալն է: Բորն ընդգծել է, որ միակ բանը, որ կարելի է կանխատեսել, ֆիզիկական փորձերի արդյունքն է, ուստի բոլոր երկրորդական հարցերը պետք է ոչ թե ճշգրիտ գիտության, այլ փիլիսոփայության հետ առնչվեն։ Նա իր զարգացումներում դավանում էր պոզիտիվիզմի փիլիսոփայական հայեցակարգը՝ պահանջելով, որ գիտությունը քննարկի միայն իսկապես չափելի բաներ։
Կրկնակի ճեղքվածքով փորձ
Երկու ճեղքվածքով փորձի ժամանակ երկու ճեղքերով անցնող լույսը ընկնում է էկրանին, որի վրա հայտնվում են երկու ինտերֆերենց ծոպեր՝ մուգ և բաց: Այս գործընթացը բացատրվում է նրանով, որ լույսի ալիքները կարող են փոխադարձաբար ուժեղանալ որոշ տեղերում, իսկ որոշ տեղերում՝ ջնջել միմյանց: Մյուս կողմից, փորձը ցույց է տալիս, որ լույսն ունի հոսքի մասի հատկություններ, և էլեկտրոնները կարող են դրսևորել ալիքային հատկություններ՝ միաժամանակ տալով միջամտության օրինաչափություն:
Կարելի է ենթադրել, որ փորձն իրականացվում է այնպիսի ցածր ինտենսիվության ֆոտոնների (կամ էլեկտրոնների) հոսքով, որ ամեն անգամ միայն մեկ մասնիկ է անցնում անցքերով։ Այնուամենայնիվ, երբ ավելացնում ենք այն կետերը, որտեղ ֆոտոնները հարվածում են էկրանին, նույն միջամտության օրինաչափությունը ստացվում է վերադրված ալիքներից, չնայած այն հանգամանքին, որ փորձը վերաբերում է ենթադրաբար առանձին մասնիկներին: Դա պայմանավորված է նրանով, որ մենք ապրում ենք «հավանական» տիեզերքում, որտեղ յուրաքանչյուր ապագա իրադարձություն ունի հնարավորության վերաբաշխված աստիճան, և հավանականությունը, որ միանգամայն անկանխատեսելի բան տեղի կունենա հաջորդ պահին, բավականին փոքր է:
Հարցեր
Սլիթի փորձը այդպիսին է դնումհարցեր:
- Որո՞նք են լինելու առանձին մասնիկների վարքագծի կանոնները: Քվանտային մեխանիկայի օրենքները վիճակագրորեն ցույց են տալիս էկրանի գտնվելու վայրը, որտեղ կլինեն մասնիկները։ Նրանք թույլ են տալիս հաշվարկել թեթև շերտերի գտնվելու վայրը, որոնք, ամենայն հավանականությամբ, կպարունակեն շատ մասնիկներ, և մուգ գոտիների, որտեղ ավելի քիչ մասնիկներ են ընկնելու հավանականությունը: Այնուամենայնիվ, քվանտային մեխանիկան կառավարող օրենքները չեն կարող կանխատեսել, թե իրականում որտեղ կհայտնվի առանձին մասնիկը:
- Ի՞նչ է տեղի ունենում մասնիկի հետ արտանետման և գրանցման միջև ընկած պահին: Դիտարկումների արդյունքներով կարող է տպավորություն ստեղծվել, որ մասնիկը փոխազդեցության մեջ է երկու ճեղքերի հետ։ Թվում է, թե դա հակասում է կետային մասնիկի վարքագծի օրինաչափություններին։ Ավելին, երբ մասնիկը գրանցվում է, այն դառնում է կետ։
- Ինչի՞ ազդեցության տակ է մասնիկը փոխում իր վարքը ստատիկից դեպի ոչ ստատիկ և հակառակը: Երբ մասնիկը անցնում է ճեղքերով, նրա վարքագիծը որոշվում է երկու ճեղքերով միաժամանակ անցնող ոչ տեղայնացված ալիքային ֆունկցիայով։ Մասնիկի գրանցման պահին այն միշտ ամրագրվում է որպես կետ, և երբեք չի ստացվում լղոզված ալիքային փաթեթ։
Պատասխաններ
Քվանտային մեկնաբանության Կոպենհագենի տեսությունը պատասխանում է հետևյալ հարցերին.
- Սկզբունքորեն անհնար է վերացնել քվանտային մեխանիկայի կանխատեսումների հավանականական բնույթը: Այսինքն՝ այն չի կարող ճշգրիտ ցույց տալ մարդու գիտելիքների սահմանափակությունը որևէ լատենտ փոփոխականի վերաբերյալ։ Դասական ֆիզիկան վերաբերում էհավանականությունը այն դեպքերում, երբ անհրաժեշտ է նկարագրել այնպիսի գործընթաց, ինչպիսին է զառ նետելը: Այսինքն՝ հավանականությունը փոխարինում է թերի գիտելիքներին։ Քվանտային մեխանիկայի Կոպենհագենյան մեկնաբանությունը Հայզենբերգի և Բորի կողմից, ընդհակառակը, նշում է, որ քվանտային մեխանիկայի չափումների արդյունքը սկզբունքորեն ոչ դետերմինիստական է:
- Ֆիզիկան գիտություն է, որն ուսումնասիրում է գործընթացների չափման արդյունքները։ Սխալ է ենթադրություններ անել, թե ինչ է տեղի ունենում դրանց արդյունքում։ Համաձայն Կոպենհագենյան մեկնաբանության՝ հարցերն այն մասին, թե որտեղ է եղել մասնիկը մինչև գրանցման պահը, և նմանատիպ այլ կեղծիքներ անիմաստ են, և, հետևաբար, պետք է բացառվեն արտացոլումից:
- Չափման ակտը հանգեցնում է ալիքի ֆունկցիայի ակնթարթային փլուզմանը: Հետեւաբար, չափման գործընթացը պատահականորեն ընտրում է հնարավորություններից միայն մեկը, որը թույլ է տալիս տվյալ վիճակի ալիքային ֆունկցիան։ Եվ այս ընտրությունը արտացոլելու համար ալիքի ֆունկցիան պետք է անմիջապես փոխվի։
Ձևեր
Կոպենհագենյան մեկնաբանության ձևակերպումն իր սկզբնական ձևով մի քանի տատանումներ է առաջացրել: Դրանցից ամենատարածվածը հիմնված է հետևողական իրադարձությունների մոտեցման և այնպիսի հայեցակարգի վրա, ինչպիսին է քվանտային դեկոհերենցիան: Decoherence-ը թույլ է տալիս հաշվարկել անորոշ սահմանը մակրո և միկրոաշխարհների միջև: Մնացած տատանումները տարբերվում են «ալիքային աշխարհի ռեալիզմի» աստիճանից։
Քննադատություն
Քվանտային մեխանիկայի վավերականությունը (Հայզենբերգի և Բորի պատասխանը առաջին հարցին) կասկածի տակ է դրվել Էյնշտեյնի, Պոդոլսկու և Պոդոլսկու կողմից իրականացված մտավոր փորձի ժամանակ. Ռոզեն (EPR պարադոքս). Այսպիսով, գիտնականները ցանկանում էին ապացուցել, որ թաքնված պարամետրերի առկայությունը անհրաժեշտ է, որպեսզի տեսությունը չհանգեցնի ակնթարթային և ոչ տեղական «հեռահար գործողությունների»: Այնուամենայնիվ, EPR պարադոքսի ստուգման ընթացքում, որը հնարավոր է դարձել Բելի անհավասարությունների շնորհիվ, ապացուցվել է, որ քվանտային մեխանիկա ճիշտ է, և թաքնված փոփոխականների տարբեր տեսություններ փորձարարական հաստատում չունեն:
Բայց ամենախնդրահարույց պատասխանը Հայզենբերգի և Բորի պատասխանն էր երրորդ հարցին, որը չափման գործընթացները տեղադրեց հատուկ դիրքում, բայց չորոշեց դրանցում տարբերակիչ հատկանիշների առկայությունը:
Շատ գիտնականներ՝ և՛ ֆիզիկոսներ, և՛ փիլիսոփաներ, կտրականապես հրաժարվեցին ընդունել քվանտային ֆիզիկայի Կոպենհագենյան մեկնաբանությունը: Դրա առաջին պատճառն այն էր, որ Հայզենբերգի և Բորի մեկնաբանությունը դետերմինիստական չէր: Եվ երկրորդն այն է, որ այն ներդրեց չափման անորոշ հասկացություն, որը հավանականության ֆունկցիաները վերածեց վավեր արդյունքների:
Էյնշտեյնը վստահ էր, որ քվանտային մեխանիկայի կողմից տրված ֆիզիկական իրականության նկարագրությունը, ինչպես մեկնաբանվել է Հայզենբերգի և Բորի կողմից, թերի էր: Ըստ Էյնշտեյնի՝ նա որոշակի տրամաբանություն է գտել Կոպենհագենյան մեկնաբանության մեջ, սակայն նրա գիտական բնազդները հրաժարվել են ընդունել այն։ Այսպիսով, Էյնշտեյնը չէր կարող դադարել փնտրել ավելի ամբողջական հայեցակարգ:
Բորնին ուղղված իր նամակում Էյնշտեյնն ասել է. «Ես վստահ եմ, որ Աստված զառեր չի նետում»: Նիլս Բորը, մեկնաբանելով այս արտահայտությունը, Էյնշտեյնին ասաց, որ Աստծուն չասի, թե ինչ անել։ Իսկ Աբրահամ Պաիսի հետ զրույցում Էյնշտեյնը բացականչել է. «Դուք իսկապես կարծում եք, որ լուսինը գոյություն ունի.միայն այն ժամանակ, երբ նայում ես դրան»:
Էրվին Շրյոդինգերը կատվի հետ մտավոր փորձ է արել, որի միջոցով ցանկացել է ցույց տալ քվանտային մեխանիկայի թերարժեքությունը ենթաատոմայինից միկրոսկոպիկ համակարգերի անցման ժամանակ։ Միաժամանակ խնդրահարույց համարվեց տարածության մեջ ալիքային ֆունկցիայի անհրաժեշտ փլուզումը։ Համաձայն Էյնշտեյնի հարաբերականության տեսության՝ ակնթարթայինությունն ու միաժամանակյաությունը իմաստ ունեն միայն այն դիտորդի համար, ով գտնվում է նույն հղման համակարգում։ Այսպիսով, չկա ժամանակ, որը կարող է դառնալ բոլորի համար մեկ, ինչը նշանակում է, որ ակնթարթային փլուզումը հնարավոր չէ որոշել:
Բաշխում
1997 թվականին ակադեմիական միջավայրում անցկացված ոչ պաշտոնական հարցումը ցույց տվեց, որ նախկինում գերիշխող Կոպենհագենյան մեկնաբանությունը, որը համառոտ քննարկվել է վերևում, պաշտպանել է հարցվածների կեսից պակասը: Այնուամենայնիվ, այն ունի ավելի շատ կողմնակիցներ, քան առանձին մեկնաբանությունները:
Այլընտրանք
Շատ ֆիզիկոսներ ավելի մոտ են քվանտային մեխանիկայի մեկ այլ մեկնաբանության, որը կոչվում է «ոչ մեկը»: Այս մեկնաբանության էությունը սպառիչ կերպով արտահայտված է Դեյվիդ Մերմինի թելադրանքում՝ «Լռիր և հաշվարկիր», որը հաճախ վերագրվում է Ռիչարդ Ֆեյնմանին կամ Փոլ Դիրակին։
