Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Кванттық механиканың түсіндірмесі
Interpretation of quantum mechanics
Копенгагендік түсіндірме – Нильс Бор, Вернер Гейзенберг, Макс Борн және басқалардың еңбектерінен туындаған кванттық механиканың мағынасы туралы көзқарастар жиынтығы. «Копенгаген» Дания қаласына сілтеме берсе де, «түсіндірме» ретіндегі қолданысын Гейзенберг 1950 жылдары 1925–1927 жылдар аралығында Бормен болған келіспеушіліктерін жасыра отырып, дамыған идеяларға сілтеме жасау үшін қолданған. Осы себепті, түсіндірменің қандай екендігі туралы нақты тарихи мәлімдеме жоқ. Копенгагендік түсіндірменің әртүрлі нұсқаларындағы ортақ ерекшеліктерге кванттық механиканың ішкі тұрғыдан детерминистік еместігі, Борон ережесін пайдаланып есептелетін ықтималдықтар және объектілердің бір уақытта байқауға немесе өлшеуге болмайтын толықтыратын қасиеттері жатады. Бұдан өзге, объектіні «байқау» немесе «өлшеу» әрекеті қайтымсыз болып табылады, ал объектіге оның өлшеу нәтижелеріне сәйкес ғана шындық тағайындалуы мүмкін (яғни Копенгагендік түсіндірме контрфактикалық нақтылықты қабылдамайды). Копенгагендік типтегі түсіндірмелер кванттық сипаттамалардың объективті екенін көрсетеді, яғни олар физиктердің жеке сенімдеріне және басқа да кездейсоқ ой факторларына тәуелсіз. Жылдар бойы Копенгагендік типтегі түсіндірмелердің кейбір аспектілеріне көптеген қарсылықтар туды, соның ішінде «байқау» немесе «өлшеу» процесінің үзілісті және стохастикалық сипаты, өлшеу құрылғысы ретінде не саналатынын анықтаудағы қиындық және мұндай құрылғыларды сипаттауда классикалық физикаға тәуелділік. Дегенмен, барлық вариацияларын ескере отырып, бұл түсіндірме ең көп таралған оқылатын түсіндірмелердің бірі болып қала береді.
The Copenhagen interpretation is a collection of views about the meaning of quantum mechanics, stemming from the work of Niels Bohr, Werner Heisenberg, Max Born, and others. While "Copenhagen" refers to the Danish city, the use as an "interpretation" was apparently coined by Heisenberg during the 1950s to refer to ideas developed in the 1925–1927 period, glossing over his disagreements with Bohr. Consequently, there is no definitive historical statement of what the interpretation entails. Features common across versions of the Copenhagen interpretation include the idea that quantum mechanics is intrinsically indeterministic, with probabilities calculated using the Born rule, and the principle of complementarity, which states that objects have certain pairs of complementary properties that cannot all be observed or measured simultaneously. Moreover, the act of "observing" or "measuring" an object is irreversible, and no truth can be attributed to an object except according to the results of its measurement (that is, the Copenhagen interpretation rejects counterfactual definiteness). Copenhagen type interpretations hold that quantum descriptions are objective, in that they are independent of physicists' personal beliefs and other arbitrary mental factors. Over the years, there have been many objections to aspects of Copenhagen type interpretations, including the discontinuous and stochastic nature of the "observation" or "measurement" process, the difficulty of defining what might count as a measuring device, and the seeming reliance upon classical physics in describing such devices. Still, including all the variations, the interpretation remains one of the most commonly taught.
Өмірбаян
1900 жылдан бастап атомдық және субатомдық құбылыстарды зерттеу классикалық физиканың негізгі ұғымдарын қайта қарауға мәжбүр етті. Дегенмен, бұл қайта қарау біртұтас теория деңгейіне тек ширек ғасырдан кейін ғана жетті. Осы аралықта, қазір "ескі кванттық теория" дәуірі деп аталатын кезеңде физиктер классикалық физикаға жуықтамалар мен эвристикалық түзетулер қолданды. Бұл кезеңдегі маңызды нәтижелерге Макс Планктың қара дене сәулелену спектрін есептеуі, Альберт Эйнштейннің фотоэлектрлік эффектіні түсіндіруі, Эйнштейн мен Питер Дебьедің қатты денелердің жылу сыйымдылығы жөніндегі жұмыстары, Нильс Бор мен Хендрика Йоханна ван Лиувеннің классикалық физиканың диамагнетизмді түсіндіре алмайтындығын дәлелдеуі, Бордың сутек атомының моделі және Арнольд Зоммерфельдтің Бор моделін релятивистік эффекттерді қамту үшін кеңейтуі жатады. 1922 жылдан 1925 жылға дейін бұл эвристикалық түзетулер әдісі күшейе түскен қиындықтарға тап болды; мысалы, Бор-Зоммерфельд моделі сутектен кейінгі ең қарапайым жағдай – гелий атомына дейін қолданыла алмады. Ескі кванттық теориядан толыққанды кванттық физикаға көшу 1925 жылы Вернер Гейзенберг атомдардың сіңіріп және шығаратын жарығының жиіліктері деп Гейзенберг түсіндірген, тек "байқалатын" шамаларды талқылауға негізделген электронның мінез-құлқына қатысты еңбек ұсынғанда басталды. Макс Борн Гейзенберг теориясында орын және импульстің классикалық айнымалылары матрицалармен бейнеленетінін, математикалық объектілердің сандар сияқты көбейтіле алатынын, бірақ көбейту ретінің маңызды екенін түсінді. Эрвин Шрёдингер электронды толқын ретінде қарастыратын теңдеу ұсынды, ал Борн Шрёдингер теңдеуінде пайда болатын толқындық функцияны ықтималдықтарды есептеу құралы ретінде дұрыс түсіндіруге болатынын анықтады. Кванттық механика күнделікті тілмен және байқаумен оңай үйлеспейді және оның өнертапқыштарының ішінде физиктерге көбінесе интуицияға қарсы көрінеді. "Копенгагендік интерпретация" деп топтастырылған идеялар кванттық теорияның математикасының физикалық шындыққа қалай қатыстырылатыны туралы ойлау жолын ұсынады.
Starting in 1900, investigations into atomic and subatomic phenomena forced a revision to the basic concepts of classical physics. However, it was not until a quarter century had elapsed that the revision reached the status of a coherent theory. During the intervening period, now known as the time of the "old quantum theory", physicists worked with approximations and heuristic corrections to classical physics. Notable results from this period include Max Planck's calculation of the blackbody radiation spectrum, Albert Einstein's explanation of the photoelectric effect, Einstein and Peter Debye's work on the specific heat of solids, Niels Bohr and Hendrika Johanna van Leeuwen's proof that classical physics cannot account for diamagnetism, Bohr's model of the hydrogen atom and Arnold Sommerfeld's extension of the Bohr model to include relativistic effects. From 1922 through 1925, this method of heuristic corrections encountered increasing difficulties; for example, the Bohr–Sommerfeld model could not be extended from hydrogen to the next simplest case, the helium atom. The transition from the old quantum theory to full fledged quantum physics began in 1925, when Werner Heisenberg presented a treatment of electron behavior based on discussing only "observable" quantities, meaning to Heisenberg the frequencies of light that atoms absorbed and emitted. Max Born then realized that in Heisenberg's theory, the classical variables of position and momentum would instead be represented by matrices, mathematical objects that can be multiplied together like numbers with the crucial difference that the order of multiplication matters. Erwin Schrödinger presented an equation that treated the electron as a wave, and Born discovered that the way to successfully interpret the wave function that appeared in the Schrödinger equation was as a tool for calculating probabilities. Quantum mechanics cannot easily be reconciled with everyday language and observation, and has often seemed counter intuitive to physicists, including its inventors. The ideas grouped together as the Copenhagen interpretation suggest a way to think about how the mathematics of quantum theory relates to physical reality.
Терминнің пайда болуы және қолданылуы
"Копенгаген" термині Даниядағы Копенгаген қаласына қатысты. 1920-жылдардың ортасында Хайзенберг Бордың Копенгагендегі институтында ассистент болды. Олар бірігіп кванттық механика теориясын құруға көмектесті. 1927 жылы Сольвей конференциясында Макс Борн мен Гейзенбергтің бірлескен баяндамасында "біз кванттық механиканы жабық теория деп санаймыз, оның негізгі физикалық және математикалық болжамдары енді ешқандай өзгертуге жарамайды" делінді. 1929 жылы Хайзенберг Чикаго университетінде шақырылған лекциялар сериясын оқып, кванттық механиканың жаңа саласын түсіндірді. Бұл лекциялар кейіннен оның 1930 жылы жарық көрген "Кванттық теорияның физикалық принциптері" атты оқулығының негізі болды. Кітаптың алғы сөзінде Гейзенберг былай деп жазды:
The 'Copenhagen' part of the term refers to the city of Copenhagen in Denmark. During the mid 1920s, Heisenberg had been an assistant to Bohr at his institute in Copenhagen. Together they helped originate quantum mechanical theory. At the 1927 Solvay Conference, a dual talk by Max Born and Heisenberg declared "we consider quantum mechanics to be a closed theory, whose fundamental physical and mathematical assumptions are no longer susceptible of any modification." In 1929, Heisenberg gave a series of invited lectures at the University of Chicago explaining the new field of quantum mechanics. The lectures then served as the basis for his textbook, The Physical Principles of the Quantum Theory, published in 1930. In the book's preface, Heisenberg wrote:
"Жалпы алғанда, кітапта бұрынғы жарияланымдарда, әсіресе Бордың зерттеулерінде кездеспейтін ештеңе жоқ. Кітаптың мақсаты орындалған болар, егер ол қазіргі заманғы атом физикасының бүкіл дамуына бағыт берген "кванттық теорияның копенгагендік рухын" таратуға қандай да бір үлес қосса, егер мен осылай айта алсам. "Копенгагендік түсіндірме" термині жай ғана рухтан гөрі көбірек нәрсені білдіреді, мысалы, кванттық механиканың математикалық формализмін түсіндірудің белгілі бір ережелер жиынтығы, шамамен 1920-жылдарға дейін жетеді. Алайда, мұндай мәтін жоқ, және Бор мен Гейзенбергтің жазбалары бірнеше маңызды мәселелерде бір-біріне қайшы келеді. 1955 жылы Хайзенбергтің "Кванттық теорияның Копенгагендік түсіндірмесі" және "Копенгагендік түсіндірмеге сын және қарсы ұсыныстар" атты лекциялары "Физика және философия" жинағында жарияланды. Кітап сатылымға шығарылғанға дейін Хайзенберг бұл терминді қолданғаны үшін өкініш білдірді, себебі ол басқа түсіндірмелердің бар екендігін көрсетеді, оларды "мағынасыздық" деп есептеді. 1960 жылы Хайзенбергтің кітабына жазған шолуында Бордың жақын әріптесі Леон Розенфельд бұл терминді "мағынасыз тіркес" деп атап, оны тастауды ұсынды. Алайда, бұл орындалмады, және термин кеңінен қолданысқа енді. Бұл термин 20-ғасырдың екінші ширегінде көптеген ғалымдар мен философтар ұсынған көзқарастарды қамтиды. Копенгагендік түсіндірмені бекітетін жалғыз, сенімді дереккөздің болмауы оны талқылаудағы бір қиындық; тағы бір күрделілік – Эйнштейнге, Борға, Гейзенбергке және олардың замандастарына таныс болған философиялық негіздер қазіргі физиктерге және тіпті физика философтарына әлдеқайда аз таныс. Бохр Гейзенбергтің субъективті түсіндірмесінен алшақтады. Әртүрлі комментаторлар мен зерттеушілер бұл терминмен әртүрлі идеяларды байланыстырды. Н. Дэвид Мермин Копенгагендік көзқарасты қорытындылап айту үшін "Жабылып, есептеуді баста!" деген фразаны ойлап тапты, бұл фраза көбінесе Рихард Фейнманға қате атрибуцияланады және кейіннен Мермин жеткілікті деңгейде емес деп тапты. Мермин Копенгагендік түсіндірмені әртүрлі "нұсқаларға", "түрлеріне" немесе "дәміне" бөліп қарастырды. Түсіндірменің бір бөлігі ретінде қабылданған негізгі принциптердің кейбіреулері: Гейзенберг: "Құбылыстардың, эксперименттердің және олардың нәтижелерінің кез келген сипаттамасы қарым-қатынастың жалғыз құралы ретінде тілге негізделген. Бұл тілдің сөздері күнделікті өмірдің ұғымдарын білдіреді, олар физиканың ғылыми тілінде классикалық физиканың ұғымдарына дейін тазартылуы мүмкін. Бұл ұғымдар оқиғалар туралы, эксперименттерді орнату туралы және олардың нәтижелері туралы түсініксіз қарым-қатынас жасаудың жалғыз құралы болып табылады". Жоғарыда айтылғандарға сәйкес, жүйені бақылау үшін қолданылатын құрылғы классикалық тілде сипатталуы керек, ал бақылаудағы жүйе кванттық терминдермен қарастырылады. Бұл Бор мен Гейзенбергтің әртүрлі тұжырымдарға келген ерекше күрделі мәселе. Гейзенбергтің айтуынша, классикалық және кванттық арасындағы шекараны бақылаушының қалауынша екі жаққа да жылжытуға болады. Яғни, бақылаушы физикалық мағынасы бар болжамдарды өзгертпей "Гейзенберг кесуі" деп аталатын нәрсені жылжытуға еркіндікке ие. Ал Бор кванттық жүйеде болатын "қайталанбайтын" немесе тиімді түрде қайталанбайтын процеске сүйенетін субъективті бақылаушыдан немесе өлшеуден немесе құлдыраудан тәуелсіз түсіндірмені ұсынды. Бор мен Гейзенберг келіспеген тағы бір маңызды мәселе – толқын-бөлшек дуализмі. Бор толқындық көрініс пен бөлшектік көрініс арасындағы айырмашылықты тәжірибелік орнатулардың айырмашылығымен анықтады, ал Гейзенберг математикалық формулалардың толқындарға немесе бөлшектерге сілтеме жасайтынының мүмкін екендігімен анықталғанын айтты. Бор белгілі бір тәжірибелік орнату толқындық немесе бөлшектік суретті көрсетеді, бірақ екеуін де емес деп ойлады. Гейзенберг математикалық формулировканың толқындық және бөлшектік интерпретацияларға қабілетті екенін ойлады.
On the whole, the book contains nothing that is not to be found in previous publications, particularly in the investigations of Bohr. The purpose of the book seems to me to be fulfilled if it contributes somewhat to the diffusion of that 'Kopenhagener Geist der Quantentheorie' [Copenhagen spirit of quantum theory] if I may so express myself, which has directed the entire development of modern atomic physics. The term 'Copenhagen interpretation' suggests something more than just a spirit, such as some definite set of rules for interpreting the mathematical formalism of quantum mechanics, presumably dating back to the 1920s. However, no such text exists, and the writings of Bohr and Heisenberg contradict each other on several important issues. while criticizing alternative "interpretations" (e. g., David Bohm's) that had been developed. Lectures with the titles 'The Copenhagen Interpretation of Quantum Theory' and 'Criticisms and Counterproposals to the Copenhagen Interpretation', that Heisenberg delivered in 1955, are reprinted in the collection Physics and Philosophy. Before the book was released for sale, Heisenberg privately expressed regret for having used the term, due to its suggestion of the existence of other interpretations, that he considered to be "nonsense". In a 1960 review of Heisenberg's book, Bohr's close collaborator Léon Rosenfeld called the term an "ambiguous expression" and suggested it be discarded. However, this did not come to pass, and the term entered widespread use. The term encompasses the views developed by a number of scientists and philosophers during the second quarter of the 20th century. This lack of a single, authoritative source that establishes the Copenhagen interpretation is one difficulty with discussing it; another complication is that the philosophical background familiar to Einstein, Bohr, Heisenberg, and contemporaries is much less so to physicists and even philosophers of physics in more recent times. and Bohr distanced himself from what he considered Heisenberg's more subjective interpretation. Different commentators and researchers have associated various ideas with the term. N. David Mermin coined the phrase "Shut up and calculate!" to summarize Copenhagen type views, a saying often misattributed to Richard Feynman and which Mermin later found insufficiently nuanced. Mermin described the Copenhagen interpretation as coming in different "versions", "varieties", or "flavors". Some basic principles generally accepted as part of the interpretation include the following: Heisenberg wrote, "Every description of phenomena, of experiments and their results, rests upon language as the only means of communication. The words of this language represent the concepts of ordinary life, which in the scientific language of physics may be refined to the concepts of classical physics. These concepts are the only tools for an unambiguous communication about events, about the setting up of experiments and about their results." Per the above point, the device used to observe a system must be described in classical language, while the system under observation is treated in quantum terms. This is a particularly subtle issue for which Bohr and Heisenberg came to differing conclusions. According to Heisenberg, the boundary between classical and quantum can be shifted in either direction at the observer's discretion. That is, the observer has the freedom to move what would become known as the "Heisenberg cut" without changing any physically meaningful predictions. while Bohr offered an interpretation that is independent of a subjective observer or measurement or collapse, which relies on an "irreversible" or effectively irreversible process, which could take place within the quantum system. Another issue of importance where Bohr and Heisenberg disagreed is wave–particle duality. Bohr maintained that the distinction between a wave view and a particle view was defined by a distinction between experimental setups, whereas Heisenberg held that it was defined by the possibility of viewing the mathematical formulas as referring to waves or particles. Bohr thought that a particular experimental setup would display either a wave picture or a particle picture, but not both. Heisenberg thought that every mathematical formulation was capable of both wave and particle interpretations.
Толқындық функцияның табиғаты
Толқындық функция – жүйедегі әрбір мүмкін өлшемнің нәтижелері үшін ықтималдық таралымын қамтамасыз ететін математикалық шама. Толқындық функцияны білу, жүйенің уақыт бойынша эволюция ережелерімен бірге, жүйенің мінез-құлқы туралы болжауға болатын барлық ақпаратты береді. Әдетте, Копенгагендік түсіндірулер толқындық функцияның ең қарапайым материалдық дененің немесе оның көзге көрінетін бөлігінің тікелей бейнесін, немесе одан артық, тек теориялық ұғым екенін жоққа шығарады.
A wave function is a mathematical entity that provides a probability distribution for the outcomes of each possible measurement on a system. Knowledge of the wave function together with the rules for the system's evolution in time exhausts all that can be predicted about the system's behavior. Generally, Copenhagen type interpretations deny that the wave function provides a directly apprehensible image of an ordinary material body or a discernible component of some such, or anything more than a theoretical concept.
Борон ережесі арқылы ықтималдықтар
Борн ережесі Копенгагендік түсіндірменің негізгі қағидасы болып табылады. Макс Борн 1926 жылы тұжырымдаған бұл ереже кванттық жүйенің өлшеу нәтижесінде белгілі бір мәнді беру ықтималдығын анықтайды. Ең қарапайым түрінде, бұл ереже белгілі бір нүктеде бөлшекті табу ықтималдығының тығыздығы, өлшеу кезінде, сол нүктедегі бөлшектің толқындық функциясының модулінің квадратына пропорционал екенін көрсетеді.
The Born rule is essential to the Copenhagen interpretation. Formulated by Max Born in 1926, it gives the probability that a measurement of a quantum system will yield a given result. In its simplest form, it states that the probability density of finding a particle at a given point, when measured, is proportional to the square of the magnitude of the particle's wave function at that point.
Құлау
Толқындық функцияның құлдырау тұжырымдамасы жүйенің толқындық функциясы өлшеу жасалғанда кенеттен және үзіліссіз өзгеріп қалу мүмкіндігін жобалайды. Өлшеу жасау алдында толқындық функция сол өлшеудің әртүрлі мүмкін нәтижелерінің сан алуан ықтималдықтарын қамтиды. Бірақ өлшеу құралы осы нәтижелердің бірін тіркеген кезде, қалғандарының ешқандай іздері сақталмайды. Бор толқындық функцияны физикалық нысан ретінде қарастырмағандықтан, ол ешқашан "құлдырау" туралы сөз қоздатпаған. Дегенмен, көптеген физиктер мен философтар құлдырауды Копенгагендік интерпретациямен байланыстырады.
The concept of wave function collapse postulates that the wave function of a system can change suddenly and discontinuously upon measurement. Prior to a measurement, a wave function involves the various probabilities for the different potential outcomes of that measurement. But when the apparatus registers one of those outcomes, no traces of the others linger. Since Bohr did not view the wavefunction as something physical, he never talks about "collapse". Nevertheless, many physicists and philosophers associate collapse with the Copenhagen interpretation.
Бақылаушының рөлі
Олар байқалатын мәннің болуы байқаушының араласуына байланысты дегенді айтқандықтан, Копенгаген түріндегі интерпретациялар кейде "субъективті" деп аталады. Копенгагеннің бастапқы жақтастарының барлығы бақылау процесін механикалық және байқаушының жеке ерекшеліктеріне тәуелсіз деп есептеді. Мысалы, Вольфганг Паули өлшеу нәтижелерін "объективті тіркегіш құралдар" арқылы алуға және тіркеуге болатынын мәлімдеді. Бірақ бұл толқындық функцияның күйреуіне техникалық түсіндірме беру үшін жеткіліксіз болды.
Because they assert that the existence of an observed value depends upon the intercession of the observer, Copenhagen type interpretations are sometimes called "subjective". All of the original Copenhagen protagonists considered the process of observation as mechanical and independent of the individuality of the observer. Wolfgang Pauli, for example, insisted that measurement results could be obtained and recorded by "objective registering apparatus". but was insufficient to provide a technical explanation for the apparent wave function collapse.
Жасырын айнымалылар арқылы толықтыру?
Метафизикалық тұрғыдан алғанда, Копенгагендік интерпретация кванттық механиканы құбылыстар туралы білім беру ретінде қарастырады, бірақ оны «нақты сақталатын объектілерге» сілтемейді, оларды кәдімгі сезімнің қалдықтары деп есептейді. Бұл оны эпистемологиялық теорияға айналдырады. Бұл Айнштейннің физика «нақты сақталатын объектілерді» іздеуі керек деген көзқарасына қайшы келеді, бұл оны онтологиялық теорияға айналдырады. Кейде мынадай метафизикалық сұрақ қойылады: «Кванттық механика математикалық формализмге «жасырын айнымалылар» деп аталатын нәрселерді қосу арқылы кеңейтіліп, эпистемологиялық теориядан онтологиялық теорияға айналдырылуы мүмкін бе?» Копенгагендік интерпретация бұл сұраққа қатты «Жоқ» деп жауап береді. Кейде, мысалы, Дж. С. Беллдің айтуынша, Эйнштейн Копенгагендік интерпретацияға қарсы болған, өйткені ол «жасырын айнымалылар» сұрағына «иә» деп жауап береді деп сенген. Ал Макс Жаммер «Эйнштейн ешқашан жасырын айнымалылар теориясын ұсынған емес» деп жазады. Эйнштейн жасырын айнымалылар теориясының мүмкіндігін зерттеді және оның зерттеуін сипаттайтын мақала жазды, бірақ оны жариялаудан бас тартты, өйткені ол бұл қате деп ойлады.
In metaphysical terms, the Copenhagen interpretation views quantum mechanics as providing knowledge of phenomena, but not as pointing to 'really existing objects', which it regards as residues of ordinary intuition. This makes it an epistemic theory. This may be contrasted with Einstein's view, that physics should look for 'really existing objects', making itself an ontic theory. The metaphysical question is sometimes asked: "Could quantum mechanics be extended by adding so called "hidden variables" to the mathematical formalism, to convert it from an epistemic to an ontic theory?" The Copenhagen interpretation answers this with a strong 'No'. It is sometimes alleged, for example by J. S. Bell, that Einstein opposed the Copenhagen interpretation because he believed that the answer to that question of "hidden variables" was "yes". By contrast, Max Jammer writes "Einstein never proposed a hidden variable theory." Einstein explored the possibility of a hidden variable theory, and wrote a paper describing his exploration, but withdrew it from publication because he felt it was faulty.
Физиктер арасында танылуы
1930 және 1940 жылдары Борға байланысты кванттық механика бойынша физиктер арасындағы көзқарастар, толықтыруға баса назар аудара отырып, кеңінен таралды. Сол кездегі оқулықтар физикалық шаманың сандық мәні өлшенгенге дейін мағынасыз немесе жоқ деп тұжырымдайтын қағиданы сақтады. Копенгагендік түсіндірмемен байланысты белгілі физиктер Лев Ландау, Вольфганг Паули, Ашер Перес болды.
During the 1930s and 1940s, views about quantum mechanics attributed to Bohr and emphasizing complementarity became commonplace among physicists. Textbooks of the time generally maintained the principle that the numerical value of a physical quantity is not meaningful or does not exist until it is measured. Prominent physicists associated with Copenhagen type interpretations have included Lev Landau, Wolfgang Pauli, Asher Peres,
20-шы ғасырдың көп бөлігінде Копенгагендік дәстүр физиктер арасында үлкен қолдауға ие болды. Копенгагендік түсіндірме физиктер өз көзқарастарын білдіру үшін ең көп қолданылған термин болып қала берді. 2011 жылы жасалған сауалнамада да осыған ұқсас нәтижелер байқалды.
Throughout much of the 20th century, the Copenhagen tradition had overwhelming acceptance among physicists. the Copenhagen interpretation remained the most widely accepted label that physicists applied to their own views. A similar result was found in a poll conducted in 2011.
Салдарлар
Копенгагендік интерпретацияның мәні бірнеше тәжірибелер мен парадокстарды қарастыру арқылы ашылады.
The nature of the Copenhagen interpretation is exposed by considering a number of experiments and paradoxes.
Шредингердің мысығы
Бұл ой-эксперимент микроскопиялық деңгейдегі белгісіздікті қабылдаудың макроскопиялық объектілерге тигізетін әсерін көрсетеді. Мысық герметикалық жәшікке қойылады, оның тірілігі немесе өлімі субатомдық бөлшектің күйіне байланысты болады. Мысық қалай бірден тірі де, өлі де болуы мүмкін? Копенгагендік көзқарастар бойынша, толқындық функция жүйе туралы білімімізді көрсетеді. Толқындық функция мысық байқағаннан кейін оның 50% мүмкіндікпен өліп, 50% мүмкіндікпен тірі болатынын білдіреді. (Копенгагендік интерпретацияның кейбір нұсқалары "мысық" деген күнделікті анықтамаға сай келетін физикалық жүйеге толқындық функция тағайындалуы мүмкін деген идеяны жоққа шығарады; осы көзқарас бойынша, мысық пен бөлшектік жүйенің дұрыс кванттық-механикалық сипаттамасы суперселекция ережесін қамтуы керек.) Вигнер достарын мысықпен бірге жәшікке қояды. Сыртқы бақылаушы жүйенің күйде екеніне сенеді, бірақ оның досы мысықтың тірі екеніне сенімді, яғни ол үшін мысық күйде. Гейзенбергтік көзқарас бойынша, жауап Гейзенберг кесімінің орналасуына байланысты, оны кез келген жерге орналастыруға болады (кем дегенде Гейзенбергке сәйкес, бірақ Борға сәйкес емес). Бордың толықтыру принципі бойынша, жарық толқын да емес, бөлшектер ағыны да емес. Нақты эксперимент бөлшектік мінез-құлқын (белгілі бір ойықтан өту) немесе толқындық мінез-құлқын (интерференция) көрсете алады, бірақ екеуін бір уақытта емес. Осы эксперимент жарық, электрон, атом және молекулалар үшін де орындалды. Үлкен массасы бар объектілердің өте кішкентай де Брогли толқын ұзындығы эксперименттерді күрделендіреді, бірақ жалпы кванттық механика барлық материяны бөлшектік және толқындық қасиеттерге ие деп қарастырады.
This thought experiment highlights the implications that accepting uncertainty at the microscopic level has on macroscopic objects. A cat is put in a sealed box, with its life or death made dependent on the state of a subatomic particle. How can the cat be both alive and dead? In Copenhagen type views, the wave function reflects our knowledge of the system. The wave function means that, once the cat is observed, there is a 50% chance it will be dead, and 50% chance it will be alive. (Some versions of the Copenhagen interpretation reject the idea that a wave function can be assigned to a physical system that meets the everyday definition of "cat"; in this view, the correct quantum mechanical description of the cat and particle system must include a superselection rule.) Wigner puts his friend in with the cat. The external observer believes the system is in state However, his friend is convinced that the cat is alive, i. e. for him, the cat is in the state How can Wigner and his friend see different wave functions? In a Heisenbergian view, the answer depends on the positioning of Heisenberg cut, which can be placed arbitrarily (at least according to Heisenberg, though not to Bohr Different Copenhagen type interpretations take different positions as to whether observers can be placed on the quantum side of the cut. According to Bohr's complementarity principle, light is neither a wave nor a stream of particles. A particular experiment can demonstrate particle behavior (passing through a definite slit) or wave behavior (interference), but not both at the same time. The same experiment has been performed for light, electrons, atoms, and molecules. The extremely small de Broglie wavelength of objects with larger mass makes experiments increasingly difficult, but in general quantum mechanics considers all matter as possessing both particle and wave behaviors.
Эйнштейн-Подольский-Розен парадоксы
Бұл ой эксперименті, кейін авторлар "байланысқан күй" деп атаған жағдайда дайындалған екі бөлшекті қамтиды. 1935 жылы Айнштейн, Борис Подольский және Натан Розен жариялаған мақаласында, егер бірінші бөлшектің орны өлшенсе, екінші бөлшектің орнын өлшеу нәтижесін болжауға болатынын көрсетті. Егер бірінші бөлшектің импульсі өлшенсе, екінші бөлшектің импульсін өлшеу нәтижесін де болжауға болады. Олар бірінші бөлшекке қатысты жасалған кез келген әрекет екінші бөлшекке дереу әсер ете алмайды деп мәлімдеді, себебі бұл жарық жылдамдығынан асып түсетін ақпарат таралуын білдіретін болар еді, ал мұндай нәрсе са салыстырмалылық теориясымен тыйым салынған. Олар кейін "Айнштейн-Подольский-Розен (EPR) шындық критерийі" деп аталған принципті пайдаланды: "Егер біз жүйеге ешқандай бұрмалау жасамай, физикалық шаманың мәнін нақтылықпен (яғни, бірлікке тең ықтималдықпен) болжасақ, онда осы шамаға сәйкес келетін шындық элементе бар". Осыдан олар екінші бөлшектің орны мен импульсінің өлшенбей тұрып, нақты мәндерге ие болуы керек деген қорытындыға келді. Бордың EPR мақаласына жауабы сол жылы Physical Review журналында жарияланды.
This thought experiment involves a pair of particles prepared in what later authors would refer to as an entangled state. In a 1935 paper, Einstein, Boris Podolsky, and Nathan Rosen pointed out that, in this state, if the position of the first particle were measured, the result of measuring the position of the second particle could be predicted. If instead the momentum of the first particle were measured, then the result of measuring the momentum of the second particle could be predicted. They argued that no action taken on the first particle could instantaneously affect the other, since this would involve information being transmitted faster than light, which is forbidden by the theory of relativity. They invoked a principle, later known as the "Einstein–Podolsky–Rosen (EPR) criterion of reality", positing that, "If, without in any way disturbing a system, we can predict with certainty (i. e., with probability equal to unity) the value of a physical quantity, then there exists an element of reality corresponding to that quantity". From this, they inferred that the second particle must have a definite value of position and of momentum prior to either being measured. Bohr's response to the EPR paper was published in the Physical Review later that same year.
Толық еместігі және анықталмауы
Эйнштейн объективті шындықты ерте және тұрақты түрде қолдады. Бор мен Гейзенберг физикалық қасиеттерді өлшеу арқылы ғана түсінуге болатынын алға тартты, бірақ Эйнштейн бұған келіспеді. Абрахам Пейс Эйнштейнмен кванттық механика тақырыбында сөйлескендегі бір оқиғаны еске алды: "Эйнштейн кенеттен тоқтап, маған бұрылып, айға тек қарағанда ғана бар екеніне сенерсің бе?" - деп сұрады. Эйнштейн кванттық механиканың дұрыс физикалық теория екеніне күмәнданбады, себебі ол дұрыс болжамдар жасады, бірақ ол толық теория бола алмайды деп санады. Оның кванттық теорияның толық еместігін көрсетуге жасаған ең белгілі әрекеті – Эйнштейн-Подольский-Розен ой эксперименті, ол физикалық қасиеттер, мысалы, орналасу және импульс өлшенбеген жағдайда да мәнге ие екенін көрсетуге бағытталған. ЭПР-дің аргументі басқа физиктерге көбінесе көндірмейтін еді. Бор жауап ретінде, әдетте, "Құдай әлемді қалай басқару керектігін бізге айтуға бізге құқық жоқ" деген екен.
Einstein was an early and persistent supporter of objective reality. Bohr and Heisenberg advanced the position that no physical property could be understood without an act of measurement, while Einstein refused to accept this. Abraham Pais recalled a walk with Einstein when the two discussed quantum mechanics: "Einstein suddenly stopped, turned to me and asked whether I really believed that the moon exists only when I look at it." While Einstein did not doubt that quantum mechanics was a correct physical theory in that it gave correct predictions, he maintained that it could not be a complete theory. The most famous product of his efforts to argue the incompleteness of quantum theory is the Einstein–Podolsky–Rosen thought experiment, which was intended to show that physical properties like position and momentum have values even if not measured. The argument of EPR was not generally persuasive to other physicists. Bohr, in response, reputedly said that "it cannot be for us to tell God, how he is to run the world".
Гейзенберг кесуі
Копенгагендік интерпретацияларға қатысты көптеген сын-ескертпелер бақылаушылар немесе өлшеу құрылғылары орналаса алатын классикалық доменнің қажеттілігіне, сондай-ақ кванттық және классикалық арасындағы шекараны қалай анықтаудың қиындығына бағытталған. Бұл шекара Хайзенберг кесігі деп аталды (ал Джон Белл оны "өзгермелі бөліну" деп атайды). Егер бөліну болса, оны қайда орналастыру керек? Стивен Вайнберг жазғандай, дәстүрлі ұсынылым "[ ] кванттық механика қолданылатын және қолданылмайтын салалар арасындағы шекараны анықтауға мүмкіндік бермейді". Кванттық жүйенің классикалық өлшемдері тұрғысынан ойлау мәселесі кванттық космология саласында ерекше күрделене түседі, онда кванттық жүйе – ғаламның өзі болып табылады. Ғаламды өлшеу үшін бақылаушы ғаламнан тысқары қалай тұра алады, ал ғаламның алғашқы кезеңдерінде оны бақылаушы кім болды? Копенгагендік сипаттағы интерпретацияларды жақтаушылар осы қарсылықтардың маңыздылығын жоққа шығарды. Рудольф Пейерлс "бақылаушы оқиғамен бір уақытта болуы міндетті емес" деп атап өтті; мысалы, біз ерте ғаламды ғарыштық микротолқындық фон арқылы зерттейміз және оған кез келген электромагниттік өріс сияқты кванттық механиканы да сәтті қолдана аламыз. Сіз бір ғана ғалам бар деп қарсылық білдіре аласыз, бірақ солайша менің зертханамада да бір ғана СКВИД бар. Соңғы уақытта кванттық ақпараттар теориясынан шабыттанған QBism және реляциялық кванттық механика сияқты интерпретациялар пайда болды. Кванттық негіздерге қатысты сарапшылар әлі де Копенгагендік интерпретацияны басқа баламаларға қарағанда жоғары бағалайды. Реализм және детерминизм тұрғысынан қарағанда, егер толқындық функция онтологиялық тұрғыдан нақты деп есептелсе және құлдырау толығымен қабылданбаса, көптеген әлемдердің интерпретациясы туындайды. Егер толқындық функцияның құлдырауы да онтологиялық тұрғыдан нақты деп есептелсе, объективті құлдырау теориясы пайда болады. Бохмиандық механика кванттық механиканы детерминистік етуге болатынын, бірақ оның анық емес болуына бағасын төлеуге болатынын көрсетеді. Ол физикалық жүйеге тек толқындық функцияны ғана емес, сонымен қатар нақты позицияны да тағайындайды, ол жергілікті емес басшылық теңдеу бойынша детерминистік түрде эволюциялайды. Физикалық жүйенің эволюциясы әрқашан Шредингер теңдеуімен және басшылық теңдеумен бірге беріледі; толқындық функцияның құлдырауы ешқашан болмайды. Транзакциялық интерпретация да анық емес. Кейбір физиктер "Копенгаген рухында" көзқарас ұстанады, содан кейін басқа интерпретацияларды жақтады. Мысалы, Дэвид Бом және Альфред Ланде екеуі де Бор-Гейзенберг дәстүріндегі идеяларды алға тартқан оқулықтар жазды, ал кейіннен жергілікті емес жасырын айнымалыларды және ансамбльдік интерпретацияны ұсынды. Кейін ол Хью Эверетт ұсынған көптеген әлемдердің интерпретациясын докторлық диссертациясы ретінде жетекшілік етті. Эверетттің жұмысын бірнеше жыл бойы қолдағаннан кейін, ол 1970-ші жылдары көптеген әлемдердің интерпретациясынан алшақтады. Өмірінің соңында ол Копенгагендік интерпретацияны "солтүстіктен келген тұман" деп атауға болатынын, бірақ ол "квантты түсінудің ең жақсы интерпретациясы болып қала беретінін" жазды. Басқа физиктер Копенгагендік дәстүрге ықпал еткенімен, кванттық теорияның математикалық формализмін қалай қабылдағанына наразылық білдірді, оның орнына оның неден туындауы мүмкін екенін түсінуге тырысудың орнына. (Э. Т. Джейнс кванттық физиканың математикалық формализмін "табиғаттың шынайылығының және табиғат туралы толық емес адам ақпаратының ерекше қоспасы" деп сипаттады, бәрі Хайзенберг пен Бормен бірге ешкім де қалай шешілетінін көрмеген омлетке араластырылған). Бұл қанағаттанбаушылық жаңа интерпретациялық нұсқаларға, сондай-ақ кванттық негіздердегі техникалық жұмыстарға ықпал етті.
Much criticism of Copenhagen type interpretations has focused on the need for a classical domain where observers or measuring devices can reside, and the imprecision of how the boundary between quantum and classical might be defined. This boundary came to be termed the Heisenberg cut (while John Bell derisively called it the "shifty split" And if there is somehow a split, where should it be placed? Steven Weinberg writes that the traditional presentation gives "no way to locate the boundary between the realms in which [ ] quantum mechanics does or does not apply." The problem of thinking in terms of classical measurements of a quantum system becomes particularly acute in the field of quantum cosmology, where the quantum system is the universe. How does an observer stand outside the universe in order to measure it, and who was there to observe the universe in its earliest stages? Advocates of Copenhagen type interpretations have disputed the seriousness of these objections. Rudolf Peierls noted that "the observer does not have to be contemporaneous with the event"; for example, we study the early universe through the cosmic microwave background, and we can apply quantum mechanics to that just as well as to any electromagnetic field. Blockquote|text=You may object that there is only one universe, but likewise there is only one SQUID in my laboratory. More recently, interpretations inspired by quantum information theory like QBism and relational quantum mechanics have appeared. Experts on quantum foundational issues continue to favor the Copenhagen interpretation over other alternatives. Under realism and determinism, if the wave function is regarded as ontologically real, and collapse is entirely rejected, a many worlds interpretation results. If wave function collapse is regarded as ontologically real as well, an objective collapse theory is obtained. Bohmian mechanics shows that it is possible to reformulate quantum mechanics to make it deterministic, at the price of making it explicitly nonlocal. It attributes not only a wave function to a physical system, but in addition a real position, that evolves deterministically under a nonlocal guiding equation. The evolution of a physical system is given at all times by the Schrödinger equation together with the guiding equation; there is never a collapse of the wave function. The transactional interpretation is also explicitly nonlocal. Some physicists espoused views in the "Copenhagen spirit" and then went on to advocate other interpretations. For example, David Bohm and Alfred Landé both wrote textbooks that put forth ideas in the Bohr–Heisenberg tradition, and later promoted nonlocal hidden variables and an ensemble interpretation respectively. he then supervised the PhD thesis of Hugh Everett that proposed the many worlds interpretation. After supporting Everett's work for several years, he began to distance himself from the many worlds interpretation in the 1970s. Late in life, he wrote that while the Copenhagen interpretation might fairly be called "the fog from the north", it "remains the best interpretation of the quantum that we have". Other physicists, while influenced by the Copenhagen tradition, have expressed frustration at how it took the mathematical formalism of quantum theory as given, rather than trying to understand how it might arise from something more fundamental. (E. T. Jaynes described the mathematical formalism of quantum physics as "a peculiar mixture describing in part realities of Nature, in part incomplete human information about Nature—all scrambled up together by Heisenberg and Bohr into an omelette that nobody has seen how to unscramble".) This dissatisfaction has motivated new interpretative variants as well as technical work in quantum foundations.