Kopenhagos dvigubo plyšio eksperimentas. Kopenhaga ir ansamblinės kvantinės mechanikos interpretacijos

Pagrindinės Kopenhagos interpretacijos idėjos

Fizinis pasaulis susideda iš kvantinių (mažų) objektų ir klasikinių matavimo priemonių.

Kvantinė mechanika yra statistinė teorija dėl to, kad matavimas pradines sąlygas mikroobjektas keičia savo būseną ir veda į tikimybinis pradinės mikroobjekto padėties aprašymas, kuris apibūdinamas bangine funkcija. Centrinė koncepcija Kvantinė mechanika yra sudėtinga bangų funkcija. Ar galite apibūdinti pasikeitimą? bangos funkcijaį naują dimensiją. Jo laukiamas rezultatas tikimybiškai priklauso nuo bangos funkcijos. Fiziškai reikšmingas yra tik bangos funkcijos kvadratinis modulis, reiškiantis tikimybę rasti tiriamą mikroobjektą kurioje nors erdvės vietoje.

Kvantinės mechanikos priežastingumo dėsnis tenkinamas banginės funkcijos atžvilgiu, kurios laiko pokytį visiškai lemia jos pradinės sąlygos, o ne dalelių koordinačių ir greičių atžvilgiu, kaip klasikinė mechanika. Dėl to, kad tik bangos funkcijos kvadratinis modulis turi fizinę reikšmę, pradines vertes Iš principo negalima visiškai rasti bangos funkcijos, o tai lemia žinių apie pradinę kvantinės sistemos būseną neapibrėžtumą.

...Heizenbergo neapibrėžtumo santykiai...suteikia ryšį ( atvirkštinis proporcingumas) tarp tų kinematinių ir dinaminių kintamųjų, kurie lemia fizinės sistemos būseną klasikinėje mechanikoje, leistinos fiksacijos kvantinėje mechanikoje netikslumų.

Rimtas Kopenhagos aiškinimo pranašumas yra tas, kad jame nenaudojami išsamūs teiginiai apie dydžius, kurie nėra tiesiogiai fiziškai stebimi, ir, naudojant minimalias prielaidas, sukuriama sąvokų sistema, išsamiai apibūdinanti šiandien turimus eksperimentinius faktus.

Banginės funkcijos reikšmė

Kopenhagos interpretacija rodo, kad bangos funkciją gali paveikti du procesai:

• unitarinė evoliucija pagal Šriodingerio lygtį
• matavimo procesas

Dėl pirmojo proceso nesutariama, tačiau dėl antrojo yra daug skirtingų interpretacijų, net ir pačioje Kopenhagos interpretacijoje. Viena vertus, galime manyti, kad bangos funkcija yra reali fizinis objektas ir kad antrojo proceso metu ji žlunga, kita vertus, galime manyti, kad banginė funkcija yra tik pagalbinis matematinis įrankis (o ne realus subjektas), kurio vienintelis tikslas yra suteikti mums galimybę apskaičiuoti tikimybes. . Bohras pabrėžė, kad vienintelis dalykas, kurį galima nuspėti, yra fizinių eksperimentų rezultatai papildomų klausimų priklauso ne mokslui, o filosofijai. Boras pasidalino filosofinė koncepcija pozityvizmas, reikalaujantis, kad mokslas kalbėtų tik apie tikrai išmatuojamus dalykus.

Iliustruodamas tai, Einšteinas Bornui parašė: „ Esu įsitikinęs, kad Dievas kauliukų nemeta“, - taip pat sušuko pokalbyje su Abraomu Paisu: Ar tikrai manote, kad mėnulis egzistuoja tik tada, kai į jį žiūrite?“ N. Bohras jam atsakė: „Einšteinai, nesakyk Dievui, ką daryti“. Erwinas Schrödingeris sugalvojo garsųjį minties eksperimentą apie Šriodingerio katę, kuriuo norėjo parodyti kvantinės mechanikos neužbaigtumą pereinant nuo subatominių sistemų prie makroskopinių.

Panašiai problematiškas yra būtinas „momentinis“ bangos funkcijos žlugimas visoje erdvėje. Einšteino reliatyvumo teorija teigia, kad momentiškumas, vienalaikiškumas turi prasmę tik toje pačioje atskaitos sistemoje esantiems stebėtojams – nėra vieno laiko visiems, todėl momentinis kolapsas taip pat lieka neapibrėžtas.

Paplitimas tarp mokslininkų

Kopenhagos interpretacija kvantinė teorija atitolino fizikus nuo paprastų materialistinių pažiūrų, vyravusių XIX amžiaus gamtos moksluose. Kadangi šios pažiūros buvo ne tik labai glaudžiai susijusios su to meto gamtos mokslais, bet ir labai nuodugniai analizuojamos kai kuriose filosofinėse sistemose ir dėl to labai giliai įsiskverbė į patį žmonijos mąstymą, visiškai suprantama, kad buvo daug bandymų. padaryta kritikuoti Kopenhagos interpretaciją ir pakeisti ją kita, labiau atitinkančia klasikinės fizikos ir materialistinės filosofijos idėjas.

Šie bandymai atliekami iš pozicijų, kurias galima suskirstyti į tris skirtingas grupes. Pirmosios grupės atstovai, nors ir visiškai pritaria Kopenhagos eksperimentų interpretacijai, bent jau kiek tai susiję su iki šiol atliktais eksperimentais, nėra patenkinti vartojama kalba, t. y. pagrindine filosofija, ir pakeičia ją kita. Kitaip tariant; jie bando pakeisti filosofiją nekeisdami fizikos. Kai kuriuose šios pirmosios grupės atstovų darbuose pritarimas Kopenhagos interpretacijai apsiriboja eksperimentinėmis šios interpretacijos prognozėmis dėl visų iki šiol atliktų arba tik su įprasta elektronų fizika susijusių eksperimentų.

Antrosios grupės atstovai aiškiai supranta, kad Kopenhagos interpretacija yra vienintelė priimtina interpretacija, jei eksperimentiniai duomenys iš tiesų atitinka šios interpretacijos prognozes. Todėl šios grupės darbu bandoma pakeisti kvantinę teoriją tam tikruose kritiniuose taškuose. Galiausiai, trečiosios grupės atstovai tiesiog išreiškia savo bendrą nepasitenkinimą kvantine teorija, nepateikdami konkrečių priešpriešinių pasiūlymų, nesvarbu, ar jie būtų fizinio ar filosofinio pobūdžio. Šios grupės atstovai yra Einšteinas, Laue ir Schrödingeris. Istoriškai prieštaravimų Kopenhagos interpretacijai pirmiausia išreiškė ši grupė.

Tačiau visi kvantinės teorijos priešininkai yra vieningi viename taške. Norėtųsi, jų nuomone, grįžti prie klasikinei fizikai būdingos tikrovės sampratos arba, kalbant plačiau. filosofine kalba, į materializmo ontologiją, tai yra į tikslo idėją, realus pasaulis, kurių mažiausios dalys egzistuoja taip pat objektyviai kaip akmenys ir medžiai, nepriklausomai nuo to, ar mes juos stebime, ar ne.

Tačiau, kaip paaiškinta viename iš ankstesni skyriai, tai neįmanoma arba, bet kuriuo atveju, dėl atominių reiškinių prigimties tai nėra visiškai įmanoma. Mūsų užduotis negali būti išreikšti norus dėl to, kokie turėtų būti, griežtai tariant, atominiai reiškiniai. Mūsų užduotis gali būti tik juos suprasti.

Analizuojant pirmosios grupės atstovų darbus, svarbu nuo pat pradžių turėti omenyje, kad šiuose darbuose pateiktų interpretacijų negalima paneigti eksperimentu, nes jie tik atkartoja Kopenhagos interpretaciją kita kalba. Žvelgiant griežtai pozityvistiniu požiūriu, galima net sakyti, kad čia kalbama visai ne apie prieštaravimus, pateiktus prieš Kopenhagos interpretaciją, o su tiksliu jų pakartojimu kita kalba. Todėl galima tik ginčytis dėl šios kalbos tinkamumo. Ši priešpriešinių pasiūlymų grupė naudoja „paslėptų parametrų“ idėją. Kadangi kvantinės teorijos dėsniai numato eksperimento rezultatus, paprastai tariant, tik statistiškai, tai remiantis klasikinis taškasŽvelgiant, galima manyti, kad yra paslėptų parametrų, kurie, būdami nepastebimi jokiame įprastame eksperimente, iš tikrųjų lemia eksperimento rezultatą, kaip visada buvo tikima pagal priežastingumo principą. Todėl kai kuriuose darbuose buvo bandoma išrasti tokius parametrus kvantinės mechanikos rėmuose.

Pavyzdžiui, šiuo klausimu Bohmas pateikė savo prieštaravimus Kopenhagos interpretacijai, kurios idėjas neseniai tam tikru mastu palaikė ir de Broglie 10 . Bohmo interpretacija yra parengta iki smulkmenų. Todėl čia jis gali būti diskusijų pagrindas. Bohmas daleles vertina kaip objektyviai egzistuojančias struktūras, pvz materialūs taškai klasikinė mechanika. Bangos įeina konfigūracijos erdvė taip pat „objektyviai egzistuoja“ jo interpretacijoje, kaip elektriniai laukai. Tiesa, konfigūracijos erdvė yra daugelio matmenų erdvė, susijusi su skirtingomis visų priklausančių dalelių sistemų koordinatėmis. Šiuo atžvilgiu iškyla pirmasis sunkumas: ką jie reiškia, kai jie vadina bangas konfigūracijos erdvėje „tikrai egzistuojančiomis“? Konfigūravimo erdvė yra labai abstrakti erdvė. Žodis „tikras“ kilęs iš Lotyniškas žodis„res“ reiškia „objektas“, „daiktas“. Tačiau daiktai egzistuoja įprastoje, trimatėje erdvėje, o ne abstrakčioje konfigūracijos erdvėje. Laikyti bangas konfigūracijos erdvėje objektyviomis būtų pateisinama tik tuo atveju, jei šiuo samprotavimu norėtume pasakyti, kad šios bangos nepriklauso nuo stebėtojo. Tačiau vargu ar juos galima vadinti tikrai egzistuojančiais ar tikrais, nebent norime savavališkai pakeisti žodžių reikšmę. Tada Bohm apibrėžia linijas, kertančias pastovių fazių paviršius stačiu kampu kaip galimos trajektorijos dalelės. Kuri iš šių linijų pasirodo esanti tikroji dalelės trajektorija, pasak Bohro, priklauso nuo sistemos istorijos ir matavimo prietaiso savybių, todėl šio klausimo neįmanoma išspręsti nežinant daugiau apie sistemą ir matavimo prietaisas, nei iš tikrųjų galima žinoti. Šioje istorijoje (sistemos ir įrenginio) šiuo atveju iš tikrųjų yra „paslėptų parametrų“, būtent tikroji elektrono trajektorija prieš pradedant eksperimentą.

Viena iš šio aiškinimo pasekmių, kaip pabrėžė Pauli, yra ta, kad daugelio atomų elektronai stacionari būsena turi būti ramybės būsenoje, todėl jie neturėtų daryti jokių judesių orbitose aplink atomo branduolį. Tai iš pirmo žvilgsnio atrodo prieštaraujantis eksperimentui, nes matuojant elektronų greitį pradinėje būsenoje (pavyzdžiui, naudojant Komptono efektą) visada gaunamas tam tikras pagrindinės būsenos elektronų greičio pasiskirstymas, kuris pagal taisykles kvantinė mechanika, gaunama iš erdvės greičio (impulsų) bangos funkcijos kvadrato. Tačiau šiuo atveju Bohm gali atsakyti, kad matavimas nebegali būti vertinamas remiantis ankstesniais dėsniais. Todėl, nors įprastas įvertinimas matavimo rezultatas kaip greičio pasiskirstymas bus bangos funkcijos kvadratas greičio (impulso) erdvėje, tačiau jei, svarstydami matavimo įrangą, atsižvelgsime į kvantinę teoriją ir ypač į ad hoc kvantinius mechaninius potencialus, kuriuos pristatė Bohr. , tada daroma išvada, kad elektronai iš tikrųjų yra nejudančioje būsenoje, visada ilsisi – tai vis tiek būtų leistina. Tai atitinka faktą, kad Bohro įvesti kvantiniai potencialai turi labai keistų savybių; pavyzdžiui, bet kuriame savavališkame lygyje jie nėra nuliniai ilgas atstumas. Už tokią kainą Bohmas tikisi galįs tvirtinti: „Mums nebūtina kvantinės teorijos srityje atsisakyti tikslaus, racionalaus ir objektyvaus atskirų sistemų aprašymo“. Tačiau toks objektyvus aprašymas parodo save kaip tam tikrą ideologinį antstatą, tik labai mažai susijusį su tiesioginiu fizinė tikrovė. Mat paslėpti parametrai Bohro interpretacijoje yra tokie, kad jų niekada negalima rasti aprašant realius procesus, nes kvantinė teorija išlieka nepakitusi.

Norėdamas išvengti šio sunkumo, Bohr išreiškė viltį, kad būsimuose eksperimentuose (pavyzdžiui, mažesniais nei 10–13 cm atstumais) paslėpti parametrai vis tiek turės fizinę reikšmę, todėl kvantinė teorija gali pasirodyti klaidinga. Boras, išreikšdamas tokias viltis, dažniausiai sako, kad jų struktūra yra maždaug panaši į šį teiginį: „Galima tikėtis, kad vėliau paaiškės, kad kai kuriais atvejais 2 X 2 = 5, nes tai būtų naudinga mūsų finansams“. Tiesą sakant, Boro vilčių išsipildymas pakenktų ne tik kvantinei mechanikai, bet ir Bohro interpretacijai. Žinoma, tuo pat metu reikia pabrėžti, kad aukščiau pateikta analogija, nors ir atrodo visiška, logikos požiūriu nėra įtikinamas argumentas prieš galimą kvantinės teorijos pasikeitimą Bohro pasiūlyta kryptimi. . Nes iš esmės galima įsivaizduoti, kad, pavyzdžiui, vėlesnė raida matematinė logika gali suteikti tam tikrą prasmę teiginiui, kad išskirtiniais atvejais 2X2 gali būti lygus 5 ir kad tokiu atveju ši apibendrinta matematika netgi gali būti naudojama skaičiavimams ekonomikos srityje. Ir vis dėlto, remdamiesi faktais, net nesigriebdami įtikinamų loginių argumentų, esame įsitikinę, kad tokie matematikos pokyčiai niekuo nepadės mūsų finansams. Todėl taip pat neaišku, kaip jie gali būti naudojami apibūdinti fiziniai reiškiniai tie matematikos idėjos, kurią Bohmas nurodo kaip galimą savo vilčių išsipildymą.

Jei ignoruosime šį galimą kvantinės teorijos pokytį, tai Bohmo kalba, kaip jau buvo minėta, fizikos atžvilgiu nesako nieko kito, nei Kopenhagos interpretacijos kalba. Šiuo atveju lieka vienintelis klausimas, ar ši kalba tinkama. Kartu su tuo, ką jau pažymėjome apie dalelių trajektorijas, kai laikėme šiuos svarstymus nereikalingais ideologinis antstatas, taip pat reikėtų pažymėti, kad Bohmo kalba naikina koordinačių ir greičių simetriją arba, tiksliau, koordinates ir momentą, būdingą kvantinei teorijai. Kadangi simetrijos savybės visada yra susijusios su vidiniu fizinis subjektas teorijos, lieka neaišku, ką gauname pašalinę juos atitinkama kalba.

Panašus prieštaravimas, šiek tiek kitokia forma, gali būti pateiktas prieš statistinę Boppo interpretaciją ir šiek tiek kitokią Fenyeso interpretaciją. Boppas pagrindiniu kvantiniu mechaniniu procesu laiko tikrų dalelių kūrimą ir sunaikinimą klasikine prasmežodžiai, būtent materialistinės ontologijos prasme, o kvantinės mechanikos dėsniai laikomi ypatingas atvejis koreliacijos statistika, kuri čia taikoma dalelių atsiradimo ir susidarymo procesams. Šis aiškinimas, kaip parodė Boppas, gali būti atliktas be prieštaravimų, ir jis atskleidžia įdomių ryšių tarp kvantinės teorijos ir koreliacijos statistika. SU fizinis taškasŽvelgiant iš perspektyvos, tai leidžia daryti tokias pačias išvadas kaip ir Kopenhagos interpretacija. Todėl pozityvistine prasme ji vėlgi yra izomorfinė šiai interpretacijai, kaip ir Bohmo interpretacija. Tačiau jo kalba bangų ir dalelių simetrija, kuri dažniausiai yra ypač būdingas bruožas matematinė kvantinės teorijos schema. Jau 1928 m. Jordanas, Kleinas ir Wigneris parodė, kad ši matematinė schema gali būti interpretuojama ne tik kaip dalelių judėjimo kvantavimas, bet ir kaip trimačių medžiagų bangų kvantavimas. Todėl nėra jokios priežasties laikyti materijos bangas mažiau tikrovėmis nei dalelės. Bangų ir dalelių simetrija galėtų būti išsaugota Boppo interpretacijoje, jei atitinkama koreliacijos statistika būtų sukurta taikant materialias bangas erdvėje ir laike ir jei tokiu būdu būtų išspręstas klausimas, ar dalelės ar bangos turėtų būti laikomos tikra realybe.

Realaus dalelių egzistavimo prielaida materialistinės ontologijos prasme visada būtinai veda prie bandymų manyti, kad bent iš principo galimi nukrypimai nuo neapibrėžtumo santykio. Pavyzdžiui, Fenyesas teigia, kad neapibrėžtumo ryšio, kurį jis taip pat sieja su tam tikrais statistiniais ryšiais, egzistavimas jokiu būdu neatmeta galimybės vienu metu ir savavališkai tiksliai išmatuoti koordinates ir greitį. Tačiau Fenyesas nenurodo, kaip tokie matavimai turėtų atrodyti praktiškai, todėl jo samprotavimai, matyt, lieka abstraktūs ir matematiški.

Weitzel, kurio pasiūlymai yra susiję su Bohmo ir Fenyeso pasiūlymais, ieškomus paslėptus parametrus sieja su naujos rūšies dalelėmis, kurias sugalvojo ad hoc, nuliais, kurių niekaip nepavyksta pastebėti. Tokio pobūdžio idėja yra kupina pavojaus, kad realių dalelių sąveika su nuliais sukels energijos išsklaidymą per daugybę nulių lauko laisvės laipsnių, todėl visa termodinamika pavirs chaosu. Weitzelis nepaaiškino, kaip jis galėtų įveikti šį pavojų.

Požiūrį, kuriuo visos iki šiol aptartos fizikų grupės kritikavo Kopenhagos interpretaciją, galbūt geriausiai galima apibūdinti prisiminus diskusiją, skirtą specialiajai reliatyvumo teorijai. Tie, kurie nebuvo patenkinti Einšteino absoliučios erdvės ir absoliutaus laiko pašalinimu, galėtų ginčytis taip. Specialioji reliatyvumo teorija niekaip neįrodė, kad absoliuti erdvė neegzistuoja ir absoliutus laikas. Tai tik parodė, kad tikroji erdvė ir tikrasis laikas pasireiškia ne visuose įprastuose eksperimentuose. Bet jei teisingai atsižvelgsime į atitinkamus gamtos dėsnius ir taip įvesime teisingus matomus judančių koordinačių sistemų laikus, niekas neprieštaraus absoliučios erdvės prielaidai. Netgi būtų galima manyti, kad mūsų Galaktikos svorio centras (bent jau apytiksliai) yra absoliučioje erdvėje. Specialiosios reliatyvumo teorijos kritikas taip pat gali pridurti, kad galima tikėtis, kad ateityje matavimai leis nustatyti absoliučią erdvę, vadinamąjį „paslėptą reliatyvumo teorijos parametrą“, ir tokiu būdu reliatyvumo teorija. būti paneigta.

Šis argumentas, kaip iš karto aišku, negali būti paneigtas eksperimentiškai, nes nepateikiami jokie teiginiai, besiskiriantys nuo specialiosios reliatyvumo teorijos teiginių. Tačiau toks reliatyvumo teorijos aiškinimas, bent jau vartojama kalba, pažeistų būtent svarbiausią reliatyvumo teorijos simetrijos savybę, būtent invarianciją pagal Lorenco transformacijas, todėl tai turėtų būti laikoma nepriimtina.

Analogija tarp diskusijų apie specialųjį reliatyvumą ir diskusijų apie kvantinę teoriją yra akivaizdi. Kvantinės mechanikos dėsniai yra tokie, kad paslėptų parametrų, įvestų ad hoc, niekada negalima stebėti. Be to, svarbiausias savybes simetrijos būtų pažeistos, jei į teorijos aiškinimą įtrauktume paslėptus parametrus kaip fiktyvius dydžius.

Blokhincevo ir Aleksandrovo darbuose esantys prieštaravimai savo formuluote labai skiriasi nuo aptartų aukščiau. Nuo pat pradžių šie prieštaravimai apsiriboja tik filosofine klausimo puse. Fizine prasme Blokhincevas ir Aleksandrovas be jokių išlygų sutinka su Kopenhagos interpretacija. Juo labiau atšiaurios išorinės polemikos formos: „Tarp pačių įvairiausių idealistinių šiuolaikinės fizikos krypčių reakcingiausia yra vadinamoji „Kopenhagos mokykla“. Šis straipsnis skirtas atskleisti idealistines ir agnostines šios mokyklos spėliones apie esmines kvantinės mechanikos problemas“, – vieno iš savo straipsnių įžangoje rašo Blokhintsevas. Polemikos aštrumas rodo, kad čia kalbama ne tik apie mokslą, bet ir apie tikėjimą. Kritikos tikslas išreiškiamas straipsnio pabaigoje su citata iš Lenino veikalo: „Kad ir koks keistas būtų, žiūrint Sveikas protas» nesvariojo eterio pavertimas sunkia medžiaga ir atgal, kad ir koks „keistas“ elektronui trūksta bet kokios kitos masės, išskyrus elektromagnetinę, kad ir koks neįprastas būtų apribojimas mechaniniai dėsniai judėjimas tik vienoje gamtos reiškinių sferoje ir jų pavaldumas gilesniems elektromagnetinių reiškinių dėsniams ir pan. – visa tai tiesiog nereikalinga patvirtinimas dialektinis materializmas“. Nors todėl Blokhintsevo ir Aleksandrovo darbo prielaidos yra už gamtos mokslų srities, jų argumentų aptarimas vis tiek yra labai pamokantis.

IN tokiu atveju Pagrindinis uždavinys – išsaugoti materialistinę ontologiją, todėl pirmiausia puolama stebėti stebėtojo įvedimą į kvantinės teorijos interpretaciją. Aleksandrovas rašo: „Todėl matavimo rezultatas kvantinėje mechanikoje turi būti suprantamas kaip objektyvus elektrono sąveikos su tinkamu objektu poveikis. Kalbos apie stebėtoją turi būti pašalintos ir mes turime nagrinėti objektyvias sąlygas ir objektyvius padarinius, fizinis dydis yra objektyvi reiškinio savybė, o ne stebėjimo rezultatas. Banginė funkcija, anot Aleksandrovo, apibūdina objektyvią elektrono būseną.

Aleksandrovas savo pristatyme pasigenda sistemos sąveikos su matavimo prietaisu tuo atveju, kai prietaisas ir sistema laikomi izoliuotais nuo likusio pasaulio ir paprastai laikomi pagal Kvantinė mechanika, kaip taisyklė, nesukelia konkretaus rezultato (pavyzdžiui, tam tikrame taške pajuoduoja fotografinė plokštelė). Kai pateikiamas teiginys prieš šias išvadas: „Bet iš tikrųjų plokštelė po sąveikos tam tikroje vietoje vis tiek pasidarė juoda“, taigi iš kvantinės mechaninės svarstymo. izoliuota sistema, sudarytas iš elektrono ir plokštės, atsisakoma. Tai yra tikrasis įvykio pobūdis, kurį galima apibūdinti naudojant sąvokas Kasdienybė, nėra tiesiogiai įtrauktas į matematinį kvantinės teorijos formalizmą ir įtrauktas į Kopenhagos interpretaciją dėl stebėtojo sąvokos įvedimo. Žinoma, nereikėtų klaidingai suprasti stebėtojo įvedimo į gamtos aprašymą įtraukiant kai kuriuos subjektyvius bruožus. Stebėtojas atlieka veikiau funkcijosįrašymo „įrenginys“, tai yra, registruoja procesus erdvėje ir laike; Be to, esmė ne ta, ar stebėtojas yra aparatas, ar gyva būtybė; tačiau registracija, tai yra perėjimas nuo galimo prie tikrojo, šiuo atveju tikrai būtinas ir negali būti pašalintas iš kvantinės teorijos aiškinimo. Šiuo metu kvantinė teorija yra glaudžiausiai susijusi su termodinamika, nes kiekvienas stebėjimo veiksmas pagal savo prigimtį yra negrįžtamas procesas. Tik per tokius negrįžtami procesai kvantinės teorijos formalizmas gali būti nuosekliai siejamas su faktiniais procesais erdvėje ir laike. Kita vertus, negrįžtamumas, jei vėl būtų išverstas į kalbą matematinis vaizdasįvykiai, yra neišsamių žinių, kurias stebėtojas turi apie sistemą, pasekmė, todėl tai nėra kažkas visiškai objektyvaus.

Blokhincevo formuluotės šiek tiek skiriasi nuo Aleksandrovo. „Kvantinėje mechanikoje dalelės būsena iš tikrųjų apibūdinama ne „savyje“, o dalelės priklausymu vienam ar kitam ansambliui (mišriai ar grynai). Ši priklausomybė yra visiškai objektyvus pobūdis ir nepriklauso nuo stebėtojo informacijos“. Tokios formuluotės iš tikrųjų labai toli (net per toli) veda nuo materializmo ontologijos. Faktas yra tas, kad, pavyzdžiui, klasikinėje termodinamikoje situacija yra kitokia. Nustatydamas sistemos temperatūrą, stebėtojas daro prielaidą, kad sistema reprezentuoja tik vieną pavyzdį, parinktą iš kanoninio ansamblio, todėl jis gali manyti, kad sistema turi skirtingą energiją. Tačiau iš tikrųjų klasikinėje fizikoje tam tikru laiko momentu sistema turi tik tam tikrą energetinę vertę, visos kitos vertybės nėra realizuojamos. Todėl stebėtojas suklys, jei manys, kad tam tikru momentu egzistuoja kitokia energijos vertė. Vadinasi, kanoniniame ansamblyje yra teiginių ne tik apie pačią sistemą, bet ir apie stebėtojo informacijos apie sistemą neišsamumą. Kai Blokhintsevas kvantinėje teorijoje bando sistemos priklausymą ansambliui laikyti kažkuo visiškai objektyviu, jis žodį „objektyvus“ vartoja ta prasme, kuri skiriasi nuo vartosenos klasikinėje fizikoje, nes jame šis priklausymas reiškia, kaip jau minėta. , teiginys ne tik apie sistemą, bet ir apie tai, kiek stebėtojas išmano sistemą. Svarstant kvantinę teoriją, būtina trumpai paminėti vieną išimtį. Jei ansamblis kvantinėje teorijoje apibūdinamas tik viena bangine funkcija konfigūracijos erdvėje (o ne, kaip įprasta, statistine matrica), tada sukuriama ypatinga situacija (vadinamasis „grynasis atvejis“), aprašymas tam tikra prasme gali būti vadinamas objektyviu ir kuriame neišsamių žinių elementas tiesiogiai neatskleidžiamas. Bet kadangi kiekvienas matavimas (dėl su juo susijusių negrįžtamų procesų) vėl įveda neišsamių žinių elementą, ši „grynojo atvejo“ situacija vis tiek iš esmės nesiskiria nuo kito, anksčiau aptarto bendresnio atvejo.

Iš visko, kas buvo aptarta aukščiau, visų pirma aišku, kaip sunku į seną ankstesnės filosofijos sąvokų sistemą įsprausti naujas idėjas arba, naudojant seną posakį, kaip sunku užpildyti senas vynines nauju vynu. Tokie bandymai visada nemalonūs, nes verčia vėl ir vėl leisti laiką, lopant neišvengiamas skylutes senose vyninėse, o ne mėgautis nauju vynu. Sveiko proto požiūriu negalima tikėtis, kad prieš daugiau nei šimtą metų dialektinį materializmą sukūrę mąstytojai galėjo numatyti kvantinės teorijos raidą. Jų idėjos apie materiją ir tikrovę negali būti pritaikytos mūsų šiuolaikinių sudėtingų eksperimentinių metodų rezultatams.

Čia galbūt reikėtų pateikti keletą papildomų pastabų apie gamtotyrininko poziciją tam tikros pasaulėžiūros atžvilgiu. Nėra skirtumo, ar kalbame apie religinę, ar apie politinę pasaulėžiūrą. Esminis skirtumas tarp religinės ir politinės pasaulėžiūros slypi tame, kad pastaroji yra susijusi su tiesiogine mus supančio pasaulio materialia tikrove, o pirmosios objektas yra kita tikrovė, glūdi kitoje pusėje. materialus pasaulis, šioje formuluotėje problema nėra reikšminga. Čia reikėtų aptarti pačią tikėjimo problemą. Iš to, kas buvo pasakyta iki šiol, išplaukia, kad mokslininkas niekada neturėtų pasikliauti jokia viena doktrina, niekada neturėtų apriboti savo mąstymo metodų viena vienintele filosofija. Mokslininkas turi būti pasirengęs, kad dėl naujų eksperimentinių duomenų gali pasikeisti patys jo žinių pagrindai. Tačiau šis reikalavimas dėl dviejų priežasčių vėlgi būtų pernelyg didelis mūsų gyvenimo situacijos supaprastinimas.

Pirmiausia reikia atsižvelgti į tai, kad visas mūsų mąstymo būdas formuojasi mūsų jaunystėje, idėjų, su kuriomis mes tada susiduriame, arba mūsų kontakto su iškilios asmenybės iš kurių mokomės. Toks mąstymo būdas turės lemiamos įtakos visam tolesniam mūsų darbui, todėl gali kilti sunkumų prisitaikant prie visiškai skirtingų idėjų ir mąstymo sistemų. Antras aspektas – mes visada priklausome kokiai nors visuomenei ar bendruomenei. Ši bendruomenė yra susieta bendros idėjos, bendrasis moralinių vertybių kriterijus arba tarpusavio kalba, kur kalbama apie bendras gyvenimo problemas. Šias bendras idėjas gali paremti bažnyčios, partijos ar valstybės autoritetas, ir net jei taip nėra, vis tiek labai sunku nukrypti nuo visuotinai priimtų idėjų, nesupriešinus savęs su visuomene. Tačiau mokslinio mąstymo rezultatai gali prieštarauti kai kurioms visuotinai priimtoms idėjoms. Be jokios abejonės, būtų neprotinga reikalauti, kad mokslininkas apskritai nebūtų lojalus visuomenės narys, kad jis iš esmės atsisakytų visų privalumų, kuriuos galima gauti priklausydamas kolektyvui, taip pat būtų neprotinga norėti. kad bendrosios kolektyvo ar visuomenės idėjos, kurios su mokslinis taškas Požiūris visada būtinai yra supaprastinimas, turėtų būti pakeistas iš karto po kitos sėkmingos mokslo žinios, kad šios bendros idėjos turi būti tokios pat keičiamos kaip mokslines teorijas. Todėl savo laiku mes vėl ateiname į sena problema tiesos dvilypumas, ne kartą iškilęs epochos krikščionių religijos istorijoje vėlyvieji viduramžiai. Tuo metu iškilo labai prieštaringa doktrina, kad pozityvi religija, kad ir kokia forma ji būtų, yra būtina didžiajai daugumai žmonių, o mokslininkas tikrosios tiesos ieško už religijos ribų ir gali ją rasti tik ten.

Mokslas yra ezoterinis mokymas, todėl buvo sakoma, skirtas tik nedaugeliui. Mūsų laikais kai kuriose šalyse pozityviosios religijos funkcijas perėmė politines doktrinas Ir visuomenines organizacijas, tačiau problema iš esmės išlieka ta pati. Pirmasis mokslininko reikalavimas visada turėtų būti intelektualinis sąžiningumas, o visuomenė dažnai paprašys mokslininko dėl mokslo kintamumo palaukti bent kelis dešimtmečius, kol viešai išreikš savo prieštaringą nuomonę. Tikriausiai nėra paprasto šios problemos sprendimo – jei vien tolerancijos neužtenka. Bet galbūt paguodą galima rasti tame, kad čia mes kalbame apie, neabejotinai, apie gana seną problemą, susijusią su visų laikų žmogaus gyvenimu.

Dabar vėl grįžkime prie Kopenhagos kvantinės teorijos interpretacijos ir apsvarstykime antrosios grupės atstovų priešpriešinius pasiūlymus. Šiuose priešpriešiniuose pasiūlymuose bandymas sukonstruoti kitokią filosofinę interpretaciją netgi siejamas su noru pakeisti kvantinę teoriją. Sąžiningai šia kryptimi pabandė Janosi, kuris suprato, kad griežto kvantinės mechanikos galiojimo prielaida verčia mus nutolti nuo idėjų apie klasikinės fizikos tikrovę. Todėl jis bando pakeisti kvantinę mechaniką taip, kad daugelis jos rezultatų liktų galioti, tačiau jos struktūra priartėtų prie klasikinės fizikos struktūros. Savo atakos kryptimi jis pasirinko vadinamąjį bangų paketo mažinimą, tai yra tai, kad sistemą apibūdinanti bangos funkcija staigiai pasikeičia tuo momentu, kai stebėtojas sužino apie stebėjimo rezultatą. Janosi teigia, kad šis sumažinimas negali būti išvestas iš Schrödingerio lygties, ir mano, kad iš to galime daryti išvadą, kad yra „ortodoksinio“ aiškinimo nenuoseklumas. Kaip žinoma, bangų paketo redukcija Kopenhagos interpretacijoje atsiranda visada tais atvejais (formalizmo kalba - visada „statistiniam būsenų mišiniui“), kai baigiamas perėjimas nuo galimo prie tikro, t. , kai faktinis pasirenkamas iš galimo, ką, pagal įprastą aprašymą, daro stebėtojas. Tai pagrįsta prielaida, kad trukdžių terminai iš dalies panaikinami dėl nekontroliuojamos matavimo prietaiso sąveikos su sistema ir likusiu pasauliu (formalizmo kalba, sąveika „paruošia“ mišinį). Šiuo metu Janosi bando, įvesdamas slopinimą, pakeisti kvantinę mechaniką taip, kad trukdžių terminai išnyktų savaime po riboto laiko. Net jei tai būtų tiesa – o visi iki šiol atlikti eksperimentai tam neduoda jokio pagrindo – tokiu aiškinimu, kaip pastebi pats Janošis, vis tiek atsirastų nemažai nepageidaujamų pasekmių (pavyzdžiui, bangos sklinda greičiau nei šviesos greitis, laiko sekos pasikeitimas priežastys ir pasekmės judančiam stebėtojui, tai yra tam tikrų atskaitos sistemų identifikavimas ir pan.). Todėl vargu ar sutiksime paaukoti kvantinės teorijos paprastumą vardan tokių idėjų, kol eksperimentas neprivers to daryti.

Tarp kitų „ortodoksinės“ kvantinės teorijos interpretacijos priešininkų tam tikra prasme išskirtinę vietą užima Schrödingeris, nes objektyvią tikrovę jis norėtų priskirti ne dalelėms, o bangoms ir nesutinka bangų interpretuoti tik kaip. tikimybių bangos. Savo darbe „Ar egzistuoja kvantiniai šuoliai? jis bando visiškai atmesti kvantinius šuolius. Tačiau Schrödingerio kūryboje visų pirma yra tam tikras įprastos interpretacijos nesupratimas. Jis nepastebi fakto, kad tikimybių bangos įprastu aiškinimu yra tik bangos konfigūracijos erdvėje – tai, ką matematine kalba galima vadinti transformacijos matricomis, o ne trimatės materijos ar spinduliuotės bangos. Pastarosios yra objektyviai realios tokiu pat dideliu ir tokiu pat mažu laipsniu kaip ir dalelės, nors ir neturi nieko bendro su tikimybių bangomis, tačiau turi, kaip ir Maksvelo laukas, nuolatinį energijos ir impulso tankį. Žinoma, Schrödingeris yra teisus, pabrėždamas, kad šie procesai gali būti laikomi tęstinesniais nei paprastai. Tačiau Schrödingeris taip negali pašalinti iš pasaulio nenuoseklumo elemento, kuris, pavyzdžiui, yra visur atominėje fizikoje, labai aiškiai - scintiliaciniame ekrane. Įprastoje kvantinės teorijos interpretacijoje šis elementas yra perėjimas nuo galimo prie tikrojo. Pats Schrödingeris nepateikia jokių priešingų pasiūlymų, kaip jis įsivaizduoja, pavyzdžiui, visur pastebimą nenuoseklumo elementą įvedamas kitaip, nei daroma įprastu aiškinimu.

Galiausiai, įvairiuose Einsteino, Laue ir kitų darbuose aptinkama kritika yra susijusi su klausimu, ar Kopenhagos interpretacija pateikia nedviprasmišką, objektyvų fizinių faktų aprašymą. Jos labiausiai svarbius argumentus galima išreikšti apytiksliai sekančią formą. Atrodo, kad kvantinės teorijos matematinė schema yra visiškai pakankamas atominių reiškinių statistikos aprašymas. Tačiau net jei jos teiginiai apie atominių procesų tikimybę yra gana teisingi, šis aiškinimas vis tiek nepateikia jokio aprašymo to, kas iš tikrųjų vyksta, nepriklausomai nuo stebėjimų ar tarp mūsų stebėjimų. Tačiau kažkas turi įvykti – tuo neabejojame. Šis „kažkas“ negali būti apibūdintas nei elektronu, nei banga, nei šviesos kvantu, bet kadangi jis niekaip neaprašytas, fizikos užduotis dar nebaigta. To negalima leisti kvantinė fizika nurodo tik stebėjimo veiksmą. Fizikas savo moksle turi daryti prielaidą, kad jis tyrinėja pasaulį, kurio pats nesukūrė ir kuris egzistuotų ir be jo ir iš esmės lygiai toks pat. Todėl Kopenhagos interpretacija nesuteikia jokio tikro supratimo apie atominius procesus.

Nesunku suprasti, kad ši kritika tiesiog reikalauja grįžti prie senosios materialistinės ontologijos. Kaip galima atsakyti į šią kritiką Kopenhagos interpretacijos požiūriu?

Galima sakyti, kad fizika yra gamtos mokslų dalis, todėl turėtų stengtis apibūdinti ir suprasti gamtą. Tačiau bet koks supratimas, nesvarbu, mokslinis ar ne, priklauso nuo mūsų kalbos, nuo to, ar galime perduoti savo mintis. Bet koks reiškinių, eksperimentų ir jų rezultatų aprašymas taip pat remiasi kalba kaip vienintele supratimo priemone. Šios kalbos žodžiai išreiškia kasdienio gyvenimo sampratas, kurios mokslinėje fizikos kalboje gali būti išgrynintos iki klasikinės fizikos sąvokų. Šios sąvokos yra vienintelė priemonė vienareikšmiškai perduoti pranešimus apie procesus, instrumentų vietą eksperimentuose ir jų rezultatus. Todėl, kai atomo fiziko prašoma apibūdinti, kas iš tikrųjų vyksta jo eksperimentuose, žodžiai „apibūdinimas“, „tikrovė“ ir „atsitinka“ gali reikšti tik kasdienio gyvenimo ar klasikinės fizikos sąvokas. Kai tik fizikas pabandytų atsisakyti šio pagrindo, jis prarastų galimybę vienareikšmiškai pasiaiškinti ir negalėtų toliau plėtoti savo mokslo. Todėl bet koks teiginys apie tai, kas iš tikrųjų vyksta ar atsitiko, yra teiginys, naudojant klasikinės fizikos sąvokas. Dėl savo prigimties, dėl termodinamikos dėsnių ir neapibrėžtumo ryšio, jis pasirodo neišsamus tų atominių procesų detalių, kurios šiuo atveju aptariamos, atžvilgiu. Reikalavimas apibūdinti ir tai, kas vyksta kvantiniame mechaniniame procese tarp dviejų nuoseklių stebėjimų, yra contradictio in adjecto, nes žodis „apibūdinti“ yra susijęs tik su taikymu. klasikinės sąvokos, tuo tarpu šios sąvokos negali būti taikomos intervalais tarp dviejų stebėjimų. Jie gali būti naudojami tik stebėjimo metu.

Taip pat reikia pabrėžti, kad Kopenhagos kvantinės teorijos interpretacija jokiu būdu nėra pozityvistinė. Nors pozityvizmas kyla iš jusliniai suvokimai būties elementais, Kopenhagos interpretacija bet kokio fizinio paaiškinimo pagrindu laiko objektus ir procesus, aprašytus klasikinėmis sąvokomis, tai yra faktą. Kartu pripažįstama, kad statistinis mikrofizikos dėsnių pobūdis negali būti pašalintas, nes bet koks „fakto“ žinojimas dėl kvantinės mechaninės gamtos dėsnių yra neišsamios žinios.

Materializmo ontologija rėmėsi iliuzija, kad į atominę sritį galima ekstrapoliuoti egzistavimo būdą, kurį tiesiogiai suteikia mus supantis pasaulis. Tačiau ši ekstrapoliacija neįmanoma.

Galima būtų pridėti keletą papildomų pastabų dėl formalios priešpriešinių Kopenhagos aiškinimo pasiūlymų struktūros. Visi iki šiol pateikti priešpriešiniai pasiūlymai Kopenhagos interpretacijai yra susiję su esminių kvantinės teorijos simetrijos savybių aukojimu. Todėl visiškai įmanoma manyti, kad Kopenhagos aiškinimas yra būtinas, jei šios simetrijos savybės, kaip ir nekintamumo savybė Lorenco transformacijose, yra laikomos esminėmis gamtos savybėmis. Visi iki šiol atlikti eksperimentai kalba už tai.

Kopenhagos interpretacija- kvantinės mechanikos interpretacija (interpretacija), kurią suformulavo Nielsas Bohras ir Werneris Heisenbergas bendradarbiaujant Kopenhagoje apie 1927 m. Bohras ir Heisenbergas patobulino M. Borno pateiktą banginės funkcijos tikimybinę interpretaciją ir bandė atsakyti į daugybę klausimų, kylančių dėl kvantinei mechanikai būdingo bangos ir dalelės dvilypumo, ypač į matavimo klausimą.

Enciklopedinis „YouTube“.

• 1 / 5

  Fizinis pasaulis susideda iš kvantinių (mažų) objektų ir klasikinių matavimo priemonių.

  Kvantinė mechanika yra statistinė teorija dėl to, kad matuojant pradines mikroobjekto sąlygas, pasikeičia jo būsena ir atsiranda tikimybinis pradinės mikroobjekto padėties aprašymas, kuris apibūdinamas bangine funkcija. Pagrindinė kvantinės mechanikos sąvoka yra sudėtinga bangų funkcija. Galima apibūdinti banginės funkcijos pasikeitimą į naują dimensiją. Jo laukiamas rezultatas tikimybiškai priklauso nuo bangos funkcijos. Fiziškai reikšmingas yra tik bangos funkcijos kvadratinis modulis, reiškiantis tikimybę rasti tiriamą mikroobjektą kurioje nors erdvės vietoje.

  Priežastingumo dėsnis kvantinėje mechanikoje įvykdomas banginės funkcijos, kurios laiko kitimą visiškai nulemia pradinės jos sąlygos, atžvilgiu, o ne dalelių koordinačių ir greičių atžvilgiu, kaip klasikinėje mechanikoje. Dėl to, kad tik bangos funkcijos kvadratinis modulis turi fizinę reikšmę, pradinės bangos funkcijos reikšmės iš esmės negali būti visiškai randamos, o tai lemia žinių apie pradinę kvantinės sistemos būseną neapibrėžtumą.

  ...Heizenbergo neapibrėžtumo ryšiai...suteikia ryšį (atvirkštinį proporcingumą) tarp tų kinematinių ir dinaminių kintamųjų fiksavimo netikslumų, kurie klasikinėje mechanikoje lemia fizinės sistemos būseną, leistina kvantinėje mechanikoje.

  Rimtas Kopenhagos aiškinimo pranašumas yra tas, kad jame nenaudojami išsamūs teiginiai apie dydžius, kurie nėra tiesiogiai fiziškai stebimi, ir, naudojant minimalias prielaidas, sukuriama sąvokų sistema, išsamiai apibūdinanti šiandien turimus eksperimentinius faktus.

  Banginės funkcijos reikšmė

  Kopenhagos aiškinimas rodo, kad bangos funkciją gali paveikti du procesai:

  • unitarinė evoliucija pagal Šriodingerio lygtį
  • matavimo procesas

  Dėl pirmojo proceso nesutariama, tačiau dėl antrojo yra daug skirtingų interpretacijų, net ir pačioje Kopenhagos interpretacijoje. Viena vertus, galime daryti prielaidą, kad bangos funkcija yra realus fizinis objektas ir kad antrojo proceso metu ji žlunga, kita vertus, galime manyti, kad bangos funkcija yra tik pagalbinė matematinė priemonė (o ne reali subjektas), kurio vienintelis tikslas yra suteikti mums galimybę apskaičiuoti tikimybes. Bohras pabrėžė, kad nuspėti galima tik fizikinių eksperimentų rezultatus, todėl papildomi klausimai susiję ne su mokslu, o su filosofija. Bohras dalijosi filosofine pozityvizmo samprata, kuri reikalauja, kad mokslas kalbėtų tik apie tikrai išmatuojamus dalykus.

  Iliustruodamas tai, Einšteinas Bornui parašė: „ Esu įsitikinęs, kad Dievas kauliukų nemeta“, - taip pat sušuko pokalbyje su Abraomu Paisu: Ar tikrai manote, kad mėnulis egzistuoja tik tada, kai į jį žiūrite?“ N. Bohras jam atsakė: „Einšteinai, nesakyk Dievui, ką daryti“. Erwinas Schrödingeris sugalvojo garsųjį minties eksperimentą apie Šriodingerio katę, kuriuo norėjo parodyti kvantinės mechanikos neužbaigtumą pereinant nuo subatominių sistemų prie makroskopinių.

  Panašiai problemas sukelia būtinas „akimirkinis“ bangos funkcijos žlugimas visoje erdvėje. Einšteino reliatyvumo teorija teigia, kad momentiškumas, vienalaikiškumas turi prasmę tik stebėtojams, esantiems toje pačioje atskaitos sistemoje – nėra vieno visiems.

  Fizikai iš Austrijos ir JAV paskelbė savo kolegų apklausos apie jų supratimą apie kvantinę mechaniką rezultatus. Rezultatai pasirodė prieštaringi – nepaisant to, kad klasikinė Kopenhagos interpretacija vis dar jaučiasi gana energinga, kvantinės informacijos teorija pamažu prie jos artėja. Daugelio pasaulių hipotezė praranda savo pozicijas.

  Problemos šaknys

  Kvantinės mechanikos istorija prasideda m pabaigos XIXšimtmečius, kai statistinė fizika susidūrė su paradoksu, vadinamu ultravioletine katastrofa. Šis susidūrimas buvo dar labiau netikėtas, nes buvo kalbama apie iš pažiūros paprastą fizinė problema: spinduliuotės, susijusios su kūno šildymu – ar tai būtų metalas, akmuo ar anglis židinyje, aprašymas. Pavyzdžiui, gerai žinoma, kad įkaitinto metalo švytėjimas keičiasi nuo raudonos iki šviesiai mėlynos, kylant temperatūrai. Kodėl taip yra?

  Paaiškėjo, kad šios problemos sprendimas susijęs su vadinamojo absoliučiai juodo kūno spinduliuotės tyrimu, abstrakcija, vaizduojančia kūną, kuris sugeria visą ant jo patenkančią spinduliuotę. Pavadinimas, kaip paaiškėjo, buvo pasirinktas gana prastai - pavyzdžiui, pakankamai tiksliai absoliučiai juodas kūnas gali būti laikomas Saule.

  Ir tą akimirką fizikai susidūrė su tuo: radiacijos modelis, kurį jie turėjo rankose (vadinamasis Rayleigh-Jeans dėsnis), gana gerai apibūdino spinduliuotę. ilgos bangos, bet trumpiems jis visai nepasiteisino. Be to, tai davė neįmanomą rezultatą: kūno skleidžiama energija lygi begalybei. Šis paradoksas vadinamas ultravioletine katastrofa.

  1900 m. Maxas Planckas pasiūlė visiškai neakivaizdų paaiškinimą, kad eksperimentų su trumpos bangos prieštarauja teorijai - tačiau pats terminas " ultravioletinė katastrofa„pasirodė tik 1911 m., o energijos begalybę atrado Rayleigh ir Jeans, pasirodžius Plancko paaiškinimui. Planckas teigė, kad spinduliuotė skleidžiama ne nuolat, kaip manyta anksčiau, o dalimis (kvantais). Pasirodo, kad kiekvieno kvanto energija yra susijusi su spinduliavimo dažniu pagal paprastą tiesinį dėsnį. Remdamasis šiomis prielaidomis, jis išvedė savo radiacijos dėsnį, kuris puikiai sutapo su eksperimentiniais duomenimis ir atnešė Plancką. Nobelio premija fizikoje 1918 m.

  Atrasto dėsnio nepavyko paaiškinti to meto fizikos požiūriu, kuris griežtai atskyrė dvi pagrindines esybes – laukus ir daleles. Iškilo nebanalus ir gana filosofinis klausimas: jei fizika apibūdina mūsų įprastą tikrovę, tai kokią tikrovę apibūdina naujosios lygtys? Taigi, kartu su kvantine mechanika (nuo Plancko darbo publikavimo momento daugelis skaičiuoja naujojo istoriją fizinė teorija) atsirado ir kvantinės mechanikos interpretavimo problema.

  Iš pradžių, žinoma, Plancko lygčių keistumas tarp fizikų didelio jaudulio nesukėlė – jiems atrodė, kad fizikos pastatymas yra nepajudinamas, todėl keistos lygtys ras paaiškinimų rėmuose. klasikinė teorija(Patys fizikai, žinoma, dar nelaikė savo fizikos klasikine - Maksvelo lygtims tuo metu nebuvo net 20 metų). Be to, fizikai jau susidūrė su dalimis: mintimi apie mažiausios nedalomos dalies egzistavimą. elektros krūvis, lygus krūviui elektronas, tuo metu buvo visuotinai priimtas.

  Padėtis su kvantais pablogėjo 1905 m. Faktas yra tas, kad XIX amžiaus 90-aisiais fizikai aktyviai tyrinėjo fotoelektrinį efektą - reiškinį, kai medžiaga, veikiama šviesos, išskiria elektronus. Remdamiesi eksperimentais, jie sugebėjo nustatyti keletą empirinių dėsnių. 1905 m. Albertas Einšteinas pasiūlė visų šių dėsnių paaiškinimą, išplėtęs Plancko spinduliuotės sprogimo teoriją į šviesą. Gauta teorija vėl puikiai suderino eksperimentinius duomenis ir vėl netilpo į klasikinį pasaulio vaizdą.

  Kopenhagos interpretacija

  Žodžiu, po 20 metų mokslo pasaulis buvo nesutaikomos konfrontacijos būsenoje. Nesutarimo esmė kilo iki klausimo, kaip kvantinė teorija apibūdina tikrovę (pačios lygtys ir tai, kad jos puikiai veikia, niekam prieštaravimų nesukėlė). Jaunosios fizikos priešininkai teigė, kad visi šie dalelių-bangų dualizmai (medžiagos savybės būti dalele ir banga vienu metu) ir kiti prieštarauja tuometiniam sveikam protui. fizinę reikšmę objektai yra tiesiog matematinio aparato netobulumo pasekmė. Einšteinas, Plankas ir Schrödingeris kovojo klasikų pusėje. Pastarasis, beje, sugalvojo savo katę, kad tik pademonstruotų absurdą nauja teorija.

  1935 m. Albertas Einšteinas, Borisas Podolskis ir Natanas Rosenas paskelbė straipsnį, kuriame aprašė minties eksperimentą, vadinamą Einšteino-Podolskio-Roseno paradoksu. Paradokso esmė buvo ta, kad kvantiniame pasaulyje egzistuoja susipainiojimo reiškinys. Dėl šios priežasties kai kuriais atvejais vieno objekto būsenos matavimas leidžia nustatyti kito objekto, nutolusio nuo pirmojo, būseną savavališku atstumu. Tokiu atveju atrodo, kad priežasties ir pasekmės ryšys nutrūksta. Šis paradoksas buvo pasiūlytas kaip kvantinio mechaninio pasaulio aprašymo neišsamumo įrodymas. Paradoksą išsprendžia tai, kad perdavimui žinomos informacijos apie antrą objektą, reikalingas ryšio kanalas, kuris nepažeidžia priežasties ir pasekmės ryšio. Vėliau įsipainiojimo reiškinys ne kartą buvo pastebėtas praktikoje.

  Kvantinės mechanikos šalininkai gynė viso to tikrovę paslaptingi reiškiniai(nors vėliau paaiškėjo, kad tarp šių mokslininkų buvo ir rimtų nesutarimų). 1924–1927 m. Nielsas Bohras ir Werneris Heisenbergas, vienas iš pagrindinių „ nauja fizika“, suformulavo pagrindinius „tikrovės“ principus kvantinės mechanikos prasme. Šios sąvokos plačiajai mokslo bendruomenei buvo pristatytos 1927 m., kai Heisenbergas Čikagos universitete skaitė paskaitų ciklą apie tai, kas yra kvantinė mechanika. Taip gimė Kopenhagos kvantinės mechanikos interpretacija (ir Bohras, ir Heisenbergas tuo metu dirbo Kopenhagos universitete) – bene labiausiai paplitusi ir populiariausia interpretacija.

  Pagrindinis skirtumas tarp mikropasaulio ir makropasaulio, prie kurio esame įpratę, buvo tikimybinis ten vykstančių procesų pobūdis. Medžiaga demonstruoja bangų ir dalelių dvilypumą. Pagrindiniu sistemos aprašymo objektu tapo banginė funkcija, apibūdinanti tam tikros būsenos sistemos aptikimo tam tikroje būsenoje tikimybės amplitudę. konkretus taškas. Laikui bėgant bangos funkcija evoliucionuoja, ir ši raida apibūdinama vadinamąja Šriodingerio lygtimi. Iš esmės sistemos būsenos yra „išteptos“ per laiką ir erdvę. Tradiciškai tai aiškinama kaip kvantinė sistema, esanti keliose būsenose vienu metu.

  Matavimo atveju bangos funkcija susitraukia į vieną iš klasikinių būsenų. Taip yra dėl to, kad visi matavimo prietaisai ir visi fizikos matavimai laikomi klasikiniais. Dėl šios priežasties, be kitų priežasčių, neįmanoma gauti visų galima informacija apie sistemą. Pastarosios pozicijos iliustracija yra garsusis Heisenbergo neapibrėžtumo principas, kuris teigia, kad neapibrėžčių sandauga matuojant kai kurių impulsų impulsą ir koordinates. mechaninė sistema visada yra didesnis už kokią nors nulinę reikšmę. Galiausiai, paskutinis reikalavimas yra pakankamai didelės sistemos kvantinis aprašymas artima klasikai.

  Kopenhagos interpretacija leido fizikai susitaikyti su daugeliu paradoksalių stebėjimų rezultatų. Kaip pavyzdį galime laikyti vadinamąjį dvigubo plyšio eksperimentą. Įsivaizduokime ekraną, kuris nuo šviesos šaltinio yra atitvertas šviesai nepralaidžiu paviršiumi, kuriame išpjauti du plyšiai. Kai šviesa praeina pro plyšius, ekrane atsiranda šviesių ir tamsių pakraščių seka – tipiškas trukdžių modelis. Taip yra dėl to, kad šviesa yra banga ir, eidama pro plyšius, yra padalinta į bangų porą, kurios sąveikauja viena su kita. Be to, toks vaizdas stebimas ir pavienių fotonų praėjimo atveju.

  Jei prie abiejų plyšių yra įtaisyti detektoriai, kurie registruos pro juos praeinančius fotonus, tada visada veiks tik vienas iš detektorių. Tai yra bangų ir dalelių dvilypumo demonstravimas. Be to, jei vienas iš detektorių pašalinamas ir fotono praėjimas neaptinkamas, trikdžių raštas ekrane vis tiek išnyksta. Kopenhagos interpretacijos požiūriu tai yra tiesioginis įrodymas, kad matavimo metu (net ir esant neigiamam rezultatui) bangos funkcija žlunga.

  

  Naujos realybės

  XX amžiaus viduryje Kopenhagos interpretacija buvo laikoma standartiniu kvantinės mechanikos paaiškinimu. Situacija pasikeitė amžiaus pabaigoje – fizikoje ėmė kilti klausimų, kurių klasikams net nekilo mintis. Pavyzdžiui, kas yra bangų funkcija? Patogus įrankis aprašymui ar tikrai egzistuojantis objektas? Arba, tarkime, kaip su kvantiniu susipynimu?

  Šiuo metu interpretacijos klausimas laikomas labiau filosofiniu nei fiziniu. Garsus fizikas Ašeris Perezas – to paties pavadinimo paradokso autorius – mano, kad interpretacijos yra ne kas kita, kaip eksperimentinių duomenų valdymo taisyklių rinkinys, todėl vienintelis reikalavimas interpretacijoms yra, kad šie taisyklių rinkiniai būtų lygiaverčiai. vienas kitam (be kita ko, taip yra dėl to, kad, kaip minėta aukščiau, visų interpretacijų matematinis aparatas yra visiškai vienodas).

  Šiais laikais, be Kopenhagos interpretacijos, egzistuoja kelios anksčiau laikytos šiek tiek beprotiškomis ar net mokslinės fantastikos alternatyvos, kurios laikui bėgant užtikrintai pastūmėjo klasiką į priekį. Ir tai neskaitant tipiškai instrumentalistinės Davido Mermino interpretacijos, išreikštos garsiuoju aforizmu „Užsičiaupk ir skaičiuok“.

  Populiariausia iš alternatyvų yra vadinamoji daugelio pasaulių interpretacija, kuri priklauso Hugh Everett. Pastebėtina, kad Everetas paliko fiziką po kelių darbų, be kita ko, dėl kritikos, kuriai mokslo bendruomenė skyrė jo požiūrį. Daugelio pasaulių interpretacijos pagrindas yra banginės funkcijos žlugimo tikrovės neigimas, tai yra sąveikų padalijimas į klasikinę ir kvantinę.

  Norėdami tai padaryti, Everett pristatė kvantinės dekoherencijos sąvoką, kurios esmė, gana sutartinai (bandant paaiškinti formules žodžiais, visada susiduriama su kai kuriais neišvengiamais supaprastinimais), yra ta, kad tiriama sistema ir stebėtojas - matavimo prietaisas. sujungta į vieną didžiulę (pagal mikropasaulio standartus) sistemą. Šio įtraukimo faktas sukelia akivaizdų „klasikiškumo“ jausmą – juk ši interpretacija nepaneigia tezės, kad didelės sistemos turi būti panašios į klasikines. Tuo pačiu metu kiekvienas iš galimi variantai realizuojamas sistemos įjungimas. Dvigubo plyšio eksperimento požiūriu, jei už vieno iš plyšių yra detektorius, tai fotonui priartėjus prie paviršiaus su plyšiais, Visata išsišakoja. Dėl to vienoje iš realybių stebėtojas užregistruoja fotoną, o kitoje – ne. Šiuo atveju visos nesuskaičiuojamos Visatos yra tam tikro pasaulinio kvantinio pasaulio dalis, kuri niekada nepraranda savo darnos.

  Be daugelio pasaulių interpretacijos, yra ir informacinė interpretacija – tiksliau, net kelios tokio pobūdžio interpretacijos. Jie pagrįsti idėja, kad matuodamas stebėtojas ištraukia tam tikrą informaciją iš sistemos. Ši informacija, viena vertus, suvokiama kaip stebėjimo rezultatas, kita vertus, ji keičia patį matavimą. kvantinė sistema, nes praranda informaciją. Šios idėjos yra idealistinės, nes jose informacija, o ne materija, yra tikrovės pagrindas.

  Galiausiai paskutinis paminėjimo vertas aiškinimas (iš tikrųjų jų yra daug daugiau) yra Penrose'o interpretacija. Jame banginės funkcijos žlugimas pripažįstamas objektyvia realybe, tai yra fiziniu procesu. Pagal šią teoriją kolapsas įvyksta atsitiktinai, o pats stebėtojas šiame procese nevaidina jokio vaidmens.

  Sumišimas ir svyravimas

  1997 metais garsus fizikas ir kosmologas Maxas Tegmarkas apklausė 48 konferencijos „Fundamental Problems in Quantum Theory“ dalyvius, kad išsiaiškintų, kuris šios teorijos aiškinimas jiems atrodo priimtinesnis. Nors apklausa iš esmės buvo neoficiali, Tegmarkas nustatė, kad daugelio pasaulių kvantinės mechanikos interpretacija buvo prastesnė už Kopenhagos interpretaciją, tačiau nedaug (13 balsų prieš aštuonis). Tai gana netikėtas rezultatas, turint omenyje, kad vienu metu, kaip minėta aukščiau, daugelio pasaulių interpretacijos teorijos autorius Everetas buvo priverstas palikti mokslą.

  Dabar trys fizikai iš Austrijos ir JAV pakartojo Tegmarko tyrimą. Jos vieta buvo pasirinkta 2011 m. liepą Austrijoje vykusi konferencija „Kvantinė mechanika ir tikrovės prigimtis“. Kiekvienas kongreso dalyvis turėjo pasirinkti iš siūlomų atsakymų į 16 klausimų. Patys mokslininkai pripažįsta, kad, kaip ir Tegmarko apklausa, jų tyrimas nebuvo labai formalus. Pavyzdžiui, mokslininkams buvo leista pateikti kelis atsakymus į vieną klausimą. Be to, tyrime dalyvavo 33 žmonės – tai yra 15 mažiau nei ankstesnėje apklausoje.

  

  Paaiškėjo, kad 64 procentai apklaustųjų yra tikri: tikimybė yra pagrindinė nuosavybė gamta. Tuo pačiu metu 48 procentai teigė, kad objekto savybės nebuvo nustatytos prieš matavimą. Tai yra pagrindinės Kopenhagos aiškinimo nuostatos. Kalbant apie matavimo problemą – matomą ir negrįžtamą banginės funkcijos žlugimą – nuomonės labai skiriasi. Paaiškėjo, kad 27 procentai respondentų tai laiko pseudoproblema (tai yra matematiniu artefaktu), dar 15 procentų mano, kad dekoherencijos sąvoka pašalina matavimų klausimą, 39 procentai mano, kad ši problema išspręsta, o 24 procentai. procentų mano, kad ši problema yra rimtas kvantinio mokslo sunkumas. Iš viso daugiau nei 100 procentų, bet taip yra būtent todėl, kad buvo galima pateikti daugiau nei vieną atsakymo variantą, o procentai buvo skaičiuojami kaip atsakymų skaičiaus ir dalyvių skaičiaus santykis, padaugintas iš 100.

  Įdomiausi buvo atsakymai į klausimus apie kvantinę informaciją – paaiškėjo, kad 76 procentai respondentų kvantinės informacijos idėją laiko „gaivaus oro kvėpavimu“ kvantinės mechanikos pagrindams. Gana neįprastas poslinkis fizikams, žinomiems dėl savo užkietėjusio materializmo. Jie taip pat klausė fizikų, kada tai pasirodys kvantinis kompiuteris, o 42 procentai respondentų teigė, kad tai įvyks po 10-25 metų.

  Kalbant apie svarbiausią klausimą: „kurios interpretacijos laikotės? – tada rezultatai buvo tokie. Paaiškėjo, kad 42 procentai pritaria Kopenhagos interpretacijai, 24 procentai – kvantinės informacijos teorijai ir tik 18 procentų – daugelio pasaulių kvantinės mechanikos interpretacijai. Dar 9 procentai laikosi Penrose’o banginės funkcijos žlugimo objektyvumo interpretacijos.

  Vietoj išvados

  Čia, žinoma, reikėtų daryti išvadą apie netikėtą klasikų pozicijų sustiprėjimą, kurį, matyt, nulemia laipsniškas susidomėjimo daugelio pasaulių interpretacija mažėjimas. Galima būtų pastebėti ir kvantinės informacijos populiarumą, kuris, žinoma, artimiausiu metu tik augs – juk tokį požiūrį daugelis vadina perspektyviu.

  Tačiau daryti šias išvadas yra beprasmiška. Atrodo, kad ir patys mokslininkai laikosi tos pačios nuomonės – paklausus „ar po 50 metų bus konferencijų apie kvantinės mechanikos pagrindus? 48 procentai respondentų atsakė „taip“, o dar 24 – „kas žino“. Tikrai, kas žino?

  Kopenhagos kvantinės teorijos interpretacija

  W. Heisenbergas

  Kopenhagos kvantinės teorijos aiškinimas prasideda paradoksu. Kiekvienas fizinis eksperimentas, nesvarbu, ar jis susijęs su kasdienio gyvenimo reiškiniais, ar su atominės fizikos reiškiniais, turi būti aprašytas klasikinės fizikos terminais. Klasikinės fizikos sąvokos sudaro kalbą, kuria aprašome savo eksperimentus ir rezultatus. Šių sąvokų negalime pakeisti niekuo kitu, o jų pritaikymą riboja neapibrėžtumo santykis. Turime nepamiršti riboto klasikinių sąvokų pritaikomumo ir nebandyti peržengti šio apribojimo. O norint geriau suprasti šį paradoksą, būtina palyginti klasikinės ir kvantinės fizikos patirties interpretaciją.

  Pavyzdžiui, niutono kalba dangaus mechanika pradedame nuo planetos, kurios judėjimą ketiname tirti, padėties ir greičio. Stebėjimo rezultatai išversti į matematinė kalba dėl to, kad planetos koordinačių ir impulso reikšmės gaunamos iš stebėjimų. Tada iš judesio lygties naudojant šiuos skaitinės reikšmės koordinates ir impulsą šiuo momentu laiką, gaukite koordinačių reikšmes ar kitas sistemos savybes tolesniems laiko taškams. Tokiu būdu astronomas numato sistemos judėjimą. Pavyzdžiui, jis gali numatyti tikslus laikas saulės užtemimas.

  Kvantinėje teorijoje viskas vyksta kitaip. Tarkime, mus domina elektrono judėjimas debesų kameroje ir per tam tikrą stebėjimą nustatėme elektrono koordinates ir greitį. Tačiau šis apibrėžimas gali būti netikslus. Jame yra bent jau netikslumų dėl neapibrėžtumo ryšio, o tikriausiai bus ir dar didesnių netikslumų dėl eksperimento sudėtingumo. Pirmoji netikslumų grupė leidžia stebėjimo rezultatą išversti į kvantinės teorijos matematinę schemą. Tikimybių funkcija, apibūdinanti eksperimentinę situaciją matavimo metu, parašyta atsižvelgiant į galimus matavimo netikslumus. Ši tikimybės funkcija yra dviejų derinys įvairių elementų: iš vienos pusės – faktas, kita vertus – mūsų žinojimo apie faktą laipsnis. Ši funkcija apibūdina faktiškai patikimą, nes pradinei situacijai priskiria tikimybę, lygią vienetui. Akivaizdu, kad elektronas stebimame taške juda stebimu greičiu. „Pastebimas“ čia reiškia stebimą eksperimentinio tikslumo ribose. Ši funkcija apibūdina mūsų žinių tikslumo laipsnį, nes galbūt kitas stebėtojas būtų dar tiksliau nustatęs elektrono padėtį. Bent jau tam tikru mastu eksperimentinė klaida ar eksperimentinis netikslumas vertinamas ne kaip elektronų savybė, o kaip mūsų žinių apie elektroną trūkumas. Šis žinių trūkumas taip pat išreiškiamas naudojant tikimybių funkciją.

  Klasikinėje fizikoje tikslaus tyrimo metu atsižvelgiama ir į stebėjimo klaidas. Rezultatas yra pradinių koordinačių ir greičių verčių tikimybių pasiskirstymas, ir tai turi tam tikrų panašumų su kvantinės mechanikos tikimybių funkcija. Tačiau specifinio netikslumo, kurį sukelia neapibrėžtumo ryšys, klasikinėje fizikoje nėra.

  Jei kvantinėje teorijoje pradinio momento tikimybės funkcija nustatoma iš stebėjimo duomenų, tai bet kurio paskesnio laiko momento tikimybės funkcija gali būti apskaičiuota remiantis šios teorijos dėsniais. Taigi galima iš anksto nustatyti tikimybę, kad matuojant dydis turės tam tikrą vertę. Pavyzdžiui, galite nurodyti tikimybę, kad tam tikru vėlesniu metu elektronas bus rastas tam tikrame debesų kameros taške. Reikia pabrėžti, kad tikimybių funkcija nenusako pačios įvykių eigos laikui bėgant. Jis apibūdina įvykio tendenciją, įvykio galimybę arba mūsų žinias apie įvykį. Tikimybių funkcija su tikrove siejama tik tada, kai įvykdoma viena esminė sąlyga: identifikuoti tam tikra nuosavybė sistema, reikia atlikti naujus stebėjimus ar matavimus. Tik šiuo atveju tikimybės funkcija leidžia apskaičiuoti tikėtiną naujo matavimo rezultatą. Čia vėlgi matavimo rezultatas pateikiamas klasikinės fizikos požiūriu. Todėl teorinis aiškinimas apima tris įvairūs etapai. Pirma, pradinė eksperimentinė situacija paverčiama tikimybės funkcija. Antra, nustatomas šios funkcijos pokytis laikui bėgant. Trečia, atliekamas naujas matavimas, o jo laukiamas rezultatas nustatomas pagal tikimybių funkciją. Pirmajame etape būtina sąlyga yra neapibrėžtumo ryšio galimybė. Antrojo etapo negalima apibūdinti klasikinės fizikos terminais; neįmanoma nurodyti, kas vyksta su sistema tarp pradinis matavimas ir vėlesnius. Tik trečiasis etapas leidžia pereiti nuo galimo prie realiai įgyvendinamo.

  Šiuos tris žingsnius paaiškinsime paprastu minties eksperimentu. Jau buvo pažymėta, kad atomas susideda iš atomo branduolio ir elektronų, kurie juda aplink branduolį. Taip pat buvo nustatyta, kad koncepcija elektronų orbita tam tikra prasme abejotinas. Tačiau, priešingai nei paskutinis teiginys, galima teigti, kad elektroną stebėti jo orbitoje bent jau iš principo vis dar įmanoma. Galbūt pamatytume elektrono judėjimą jo orbitoje, jei galėtume stebėti atomą per mikroskopą, turintį didelę skiriamąją gebą. Tačiau tokios skiriamosios gebos negalima gauti mikroskopu naudojant įprastą šviesą, nes šiam tikslui tiks tik mikroskopas, kuriame naudojami g-spinduliai, kurių bangos ilgis yra mažesnis už atomo dydį. Toks mikroskopas dar nesukurtas, tačiau techniniai sunkumai neturėtų atgrasyti nuo šio minties eksperimento aptarimo. Ar galima stebėjimo rezultatus paversti tikimybių funkcija pirmajame etape? Tai įmanoma, jei neapibrėžties santykis patenkinamas po eksperimento. Elektrono padėtis žinoma tokiu tikslumu, kuris nustatomas pagal r spindulių bangos ilgį. Tarkime, kad prieš stebėjimą elektronas yra praktiškai ramybės būsenoje. Stebėjimo proceso metu bent vienas g-spindulių kvantas būtinai praeis pro mikroskopą ir dėl susidūrimo su elektronu pakeis jo judėjimo kryptį. Todėl elektronas taip pat patirs kvanto įtaką. Tai pakeis jo pagreitį ir greitį. Galima parodyti, kad šio pokyčio neapibrėžtumas yra toks, kad neapibrėžtumo ryšio pagrįstumas po poveikio yra garantuotas. Todėl pirmasis žingsnis nesukelia jokių sunkumų. Tuo pačiu metu galima nesunkiai parodyti, kad neįmanoma stebėti elektronų judėjimo aplink branduolį. Antrasis etapas – kiekybinis tikimybės funkcijos skaičiavimas – rodo, kad bangų paketas juda ne aplink branduolį, o tolyn nuo branduolio, nes jau pirmasis šviesos kvantas išmuša elektroną iš atomo. G-kvanto impulsas yra žymiai didesnis nei pradinis elektrono impulsas, jei g-spindulių bangos ilgis yra daug mažesnis už atomo dydį. Todėl jau pakanka pirmojo šviesos kvanto, kad išmuštų elektroną iš atomo. Todėl niekada negalima stebėti daugiau nei vieno taško elektrono trajektorijoje; todėl teiginys, kad įprasta prasme nėra elektrono trajektorijos, neprieštarauja patirčiai. Kitas stebėjimas – trečioji pakopa – aptinka elektroną, kai jis išeina iš atomo. Neįmanoma vizualiai apibūdinti, kas vyksta tarp dviejų nuoseklių stebėjimų. Žinoma, galima sakyti, kad elektronas turi būti kažkur tarp dviejų stebėjimų ir atrodo, kad jis apibūdina tam tikrą trajektorijos panašumą, net jei šios trajektorijos nustatyti neįmanoma. Toks samprotavimas klasikinės fizikos požiūriu yra prasmingas. Kvantinėje teorijoje toks samprotavimas yra nepateisinamas piktnaudžiavimas kalba. Šiuo metu galime palikti atvirą klausimą, ar šis pasiūlymas susijęs su teiginio apie atominius procesus forma, ar su pačiais procesais, tai yra, ar jis susijęs su epistemologija ar ontologija. Bet kuriuo atveju, formuluodami teiginius, susijusius su atominių dalelių elgesiu, turime būti labai atsargūs.

  Tiesą sakant, mes iš viso negalime kalbėti apie daleles. Daugelyje eksperimentų prasminga kalbėti, pavyzdžiui, apie materijos bangas stovinti banga aplink šerdį. Toks aprašymas, žinoma, prieštaraus kitam aprašymui, jei neatsižvelgsime į neapibrėžtumo santykio nustatytas ribas. Šis apribojimas pašalina prieštaravimą. „Materijos bangos“ sąvokos taikymas yra tinkamas, kai kalbame apie atomo spinduliuotę. Tam tikro dažnio ir intensyvumo spinduliuotė suteikia mums informaciją apie kintantį krūvių pasiskirstymą atome; šiuo atveju banginis vaizdas yra arčiau tiesos nei korpuskulinis vaizdas. Todėl Bohr patarė naudoti abi nuotraukas. Jis pavadino juos papildomais. Abu paveikslėliai natūraliai atskiria vienas kitą, nes tam tikras objektas tuo pačiu metu negali būti ir dalelė (tai yra medžiaga, apribota nedideliu tūriu), ir banga (tai yra laukas, sklindantis dideliu tūriu). Tačiau abi nuotraukos viena kitą papildo. Jei naudosime abi nuotraukas, judėdami iš vienos į kitą ir vėl atgal, galiausiai gausime teisingą supratimą apie nuostabią tikrovę, kuri slypi už mūsų eksperimentų su atomais.

  Bohras aiškindamas kvantinę teoriją skirtingus aspektus taiko papildomumo sąvoką. Žinant dalelės padėtį reikia žinoti ne tik jos greitį ar impulsą. Jei tam tikrą dydį žinome labai tiksliai, tai negalime tokiu pat tikslumu nustatyti kito (papildomo) dydžio, neprarasdami pirmųjų žinių tikslumo. Tačiau norint apibūdinti sistemos elgesį, reikia žinoti abu dydžius. Atominių procesų erdvinis ir laikinas aprašymas, be jų priežastinio ar deterministinio aprašymo. Kaip ir Niutono mechanikos koordinačių funkcija, tikimybių funkcija atitinka judėjimo lygtį. Jo kitimą laikui bėgant visiškai lemia kvantinės mechaninės lygtys, tačiau jis nepateikia jokio sistemos erdvės ir laiko aprašymo. Kita vertus, stebėjimas reikalauja erdvinio ir laiko aprašymo. Tačiau stebėjimas, keisdamas mūsų žinias apie sistemą, keičia teoriškai apskaičiuotą tikimybių funkcijos elgesį.

  Apskritai dualizmas tarp dviejų skirtingų tos pačios tikrovės aprašymų nebėra laikomas esminiu sunkumu, nes iš matematinės teorijos formuluotės žinoma, kad teorijoje nėra prieštaravimų. Abiejų vienas kitą papildančių paveikslų dualizmas aiškiai atsiskleidžia matematinio formalizmo lankstumu. Paprastai šis formalizmas parašytas taip, kad jis panašus į Niutono mechaniką su dalelių koordinačių ir greičių judėjimo lygtimis. Autorius paprastas konvertavimasšis formalizmas gali būti pavaizduotas trimačių materijos bangų bangine lygtimi, tik šios bangos turi ne paprastų lauko dydžių, o matricų ar operatorių pobūdį. Tai paaiškina, kad galimybė naudoti įvairius papildomus paveikslus turi savo analogiją įvairiose matematinio formalizmo transformacijose ir Kopenhagos interpretacijoje nėra siejama su jokiais sunkumais. Sunkumų suprasti Kopenhagos interpretaciją visada kyla, kai užduodamas gerai žinomas klausimas: kas iš tikrųjų vyksta atominiame procese? Visų pirma, kaip minėta aukščiau, matavimas ir stebėjimo rezultatas visada aprašomi klasikinės fizikos terminais. Tai, kas daroma iš stebėjimo, yra tikimybės funkcija. Ji atstovauja matematinė išraiška kad teiginiai apie galimybę ir tendenciją derinami su teiginiais apie mūsų žinojimą apie faktą. Todėl negalime iki galo nustatyti stebėjimo rezultato. Negalime apibūdinti, kas vyksta tarp šio stebėjimo ir kito stebėjimo. Visų pirma, atrodo, kad į teoriją įtraukėme subjektyvų elementą, tarsi sakome, kad tai, kas vyksta, priklauso nuo to, kaip mes stebime tai vykstantį, arba bent jau priklauso nuo paties fakto, kad stebime tai vykstantį. Prieš nagrinėjant šį prieštaravimą, būtina aiškiai suprasti, kodėl susiduriama su tokiais sunkumais bandant apibūdinti, kas vyksta tarp dviejų nuoseklių stebėjimų. Šiuo atžvilgiu tikslinga aptarti šį minties eksperimentą. Tarkime, taškinis monochromatinės šviesos šaltinis skleidžia šviesą į juodą ekraną, kuriame yra dvi mažos skylės. Skylės skersmuo yra panašus į šviesos bangos ilgį, o atstumas tarp skylių žymiai viršija šviesos bangos ilgį. Tam tikru atstumu už ekrano praeinanti šviesa krenta ant fotografinės plokštės. Jei šis eksperimentas apibūdinamas bangų modeliu, galime pasakyti, kad pirminė banga praeina per abi skyles. Vadinasi, susidaro dvi antrinės sferinės bangos, kurios, kilusios iš skylių, trukdo viena kitai. Dėl trukdžių fotografinėje plokštelėje atsiras stipraus ir silpno intensyvumo juostos – vadinamieji trukdžių pakraščiai. Juodėjimas lėkštėje reiškia cheminis procesas, kurį sukelia atskiri šviesos kvantai.

  Todėl taip pat svarbu eksperimentą aprašyti idėjų apie šviesos kvantus požiūriu. Jei būtų galima kalbėti apie tai, kas atsitinka su atskiru šviesos kvantu intervale nuo jo išėjimo iš šaltinio ir patekimo į fotografinę plokštelę, tuomet būtų galima ginčytis taip. Atskiras šviesos kvantas gali praeiti arba tik per pirmąją, arba tik per antrąją skylę. Jei jis praeina per pirmąją skylę, tada tikimybė, kad ji atsitrenks į tam tikrą fotografinės plokštelės tašką, nepriklauso nuo to, ar antroji skylė uždaryta, ar atvira. Tikimybių pasiskirstymas ant plokštelės bus toks, lyg būtų atidaryta tik pirmoji skylė. Jei eksperimentas kartojamas daug kartų ir apima visus atvejus, kai šviesos kvantas praėjo pro pirmąją skylę, tai plokštelės juodėjimas turėtų atitikti šį tikimybių pasiskirstymą. Jei atsižvelgsime tik į tuos šviesos kvantai kuri praėjo per antrąją skylę, tada pajuodavimas atitiks tikimybių pasiskirstymą, gautą iš prielaidos, kad atidaryta tik antroji skylė. Todėl bendras pajuodinimas turi būti tiksli abiejų pajuodimų suma, kitaip tariant, neturėtų būti trukdžių modelio. Tačiau mes žinome, kad eksperimentas suteikia trukdžių modelį. Todėl teiginys, kad šviesos kvantas eina per pirmąją arba antrąją skylę, yra abejotinas ir sukelia prieštaravimų. Iš šio pavyzdžio aišku, kad tikimybės funkcijos sąvoka nepateikia įvykio, vykstančio intervale tarp dviejų stebėjimų, erdvėlaikio aprašymo. Kiekvienas bandymas rasti tokį aprašymą sukelia prieštaravimų. Tai reiškia, kad „įvykio“ sąvoka jau turi apsiriboti stebėjimu. Ši išvada yra gana reikšminga, nes atrodo, kad ji rodo, kad stebėjimas atlieka lemiamą vaidmenį atominiame įvykyje ir kad tikrovė skiriasi priklausomai nuo to, ar mes ją stebime, ar ne. Kad šis teiginys būtų aiškesnis, paanalizuokime stebėjimo procesą.

  Dera prisiminti, kad gamtos moksle mus domina ne visa Visata, kuri apima mus pačius, o tik tam tikra jos dalis, kurią darome savo tyrimo objektu. Atominėje fizikoje ši pusė paprastai yra labai mažas objektas, būtent atominės dalelės arba tokių dalelių grupės. Bet tai net ne dydžio klausimas; Esminis dalykas yra tai, kad didžioji Visatos dalis, įskaitant mus pačius, nepriklauso stebėjimo objektui. Teorinis eksperimento aiškinimas prasideda abiejų, jau aptartų, etapų lygiu. Pirmajame etape eksperimento aprašymas pateikiamas klasikinės fizikos požiūriu. Galiausiai šis aprašymas šiame etape susiejamas su pirmuoju stebėjimu, o aprašymas suformuluojamas naudojant tikimybių funkciją. Tikimybių funkcija paklūsta kvantinės mechanikos dėsniams, jos kitimas laikui bėgant yra nuolatinis ir apskaičiuojamas naudojant pradines sąlygas. Tai antras etapas. Tikimybių funkcija sujungia objektyvius ir subjektyvius elementus. Jame yra teiginių apie tikimybę arba, dar geriau, apie tendenciją (aristotelio filosofijoje potenciją), ir šie teiginiai yra visiškai objektyvūs. Jie nepriklauso nuo jokių stebėjimų. Be to, tikimybės funkcijoje yra teiginių apie mūsų žinias apie sistemą, kurios yra subjektyvios, nes gali skirtis tarp skirtingų stebėtojų. Palankiais atvejais subjektyvusis tikimybių funkcijos elementas tampa nežymiai mažas, palyginti su objektyviuoju elementu, tada kalbama apie „grynąjį atvejį“.

  Pereinant prie kito stebėjimo, kurio rezultatas nuspėjamas iš teorijos, svarbu išsiaiškinti, ar objektas prieš stebėjimą arba bent jau stebėjimo momentu sąveikavo su likusiu pasauliu, pvz. eksperimentinė sąranka su matavimo prietaisu ir tt Tai reiškia, kad tikimybės funkcijos judėjimo lygtis apima sąveikos efektą, kurį sistemai daro matavimo prietaisas. Ši įtaka įveda naują neapibrėžtumo elementą, nes matavimo prietaisas apibūdinamas klasikinės fizikos terminais. Tokiame aprašyme yra visi mums iš termodinamikos žinomi netikslumai dėl prietaiso mikroskopinės struktūros. Be to, kadangi įrenginys yra prijungtas prie likusio pasaulio, aprašyme iš tikrųjų yra netikslumų, susijusių su viso pasaulio mikroskopine struktūra. Šiuos netikslumus galima laikyti objektyviais, nes jie yra paprasčiausia pasekmė to, kad eksperimentas aprašytas klasikinės fizikos terminais, ir dėl to, kad jie detaliai nepriklauso nuo stebėtojo. Juos galima laikyti subjektyviais, nes jie rodo mūsų neišsamias žinias apie pasaulį. Kai sąveika įvyksta, net jei tai yra „gryno atsitiktinumo“ klausimas, tikimybės funkcijoje bus objektyvus tendencijos arba galimybės elementas ir subjektyvus neišsamių žinių elementas. Dėl šios priežasties negalima tiksliai numatyti viso stebėjimo rezultato. Numatoma tik tam tikro stebėjimo rezultato tikimybė, o šį tikimybės teiginį galima patikrinti daug kartų kartojant eksperimentą. Tikimybių funkcija, priešingai nei Niutono mechanikos matematinė schema, aprašo ne konkretų įvykį, o, bent jau stebėjimo procese, visą galimų įvykių aibę (ansamblį). Pats stebėjimas tikimybių funkciją keis nepertraukiamai: iš visų galimų įvykių parenka tą, kuris iš tikrųjų įvyko. Kadangi mūsų žinios nuolat kinta stebint, dydžiai, įtraukti į jų matematinį vaizdą, kinta nepertraukiamai, todėl mes kalbame apie „kvantinį šuolį“. Jei kas nors bando kritikuoti kvantinę teoriją remdamasis senu posakiu: „Natura non facit saltus“, galima atsakyti, kad mūsų žinios neabejotinai keičiasi nepertraukiamai. Būtent šis faktas – nenutrūkstamas mūsų žinių pasikeitimas – pateisina sąvokos „kvantinis šuolis“ vartojimą. Vadinasi, perėjimas nuo galimybės prie tikrovės vyksta stebėjimo procese. Jei aprašome tai, kas vyksta kokiame nors atominiame įvykyje, turime daryti prielaidą, kad žodis „įvyksta“ reiškia tik patį stebėjimą, o ne situaciją tarp dviejų stebėjimų. Be to, tai reiškia ne psichologinį, o fizinį stebėjimo procesą, ir mes turime teisę teigti, kad perėjimas iš galimybės į realybę įvyko iškart, kai tik objektas sąveikavo su matavimo prietaisu, o prietaiso pagalba – su likęs pasaulis. Šis perėjimas nėra susijęs su stebėjimo rezultato registravimu stebėtojo galvoje. Tačiau nenutrūkstamas tikimybės funkcijos pokytis įvyksta dėl registracijos veiksmo, nes šiuo atveju klausimas susijęs su nenutrūkstamu mūsų žinių pasikeitimu. Pastarąjį stebėjimo momentu atspindi nuolatinis tikimybių funkcijos pokytis. Kiek mes pagaliau priėjome prie objektyvaus pasaulio ir ypač atominių reiškinių aprašymo? Klasikinė fizika rėmėsi prielaida – arba, galima sakyti, iliuzija –, kad įmanoma apibūdinti pasaulį ar bent jo dalį, jau nekalbant apie mus pačius. Iš tiesų, didžiąja dalimi tai buvo įmanoma. Pavyzdžiui, žinome, kad Londono miestas egzistuoja, nesvarbu, ar jį matome, ar ne. Galima sakyti, kad klasikinė fizika pateikia būtent pasaulio idealizavimą, kurio pagalba galime kalbėti apie pasaulį ar jo dalį, neatsižvelgdami į save. Jo sėkmė paskatino visuotinį objektyvaus pasaulio aprašymo idealą. Objektyvumas ilgą laiką buvo aukščiausias vertės kriterijus mokslo atradimai. Ar Kopenhagos kvantinės teorijos interpretacija atitinka šį idealą? Labai tikėtina, kad turime teisę teigti, kad kiek įmanoma kvantinė teorija atitinka šį idealą. Žinoma, kvantinėje teorijoje nėra jokių tikrai subjektyvių bruožų ir ji visiškai nelaiko fiziko proto ar sąmonės atominio įvykio dalimi. Tačiau tai prasideda pasaulio padalijimu į objektus ir likusį pasaulį bei su sąlyga, kad šis likęs pasaulis apibūdinamas klasikinės fizikos terminais. Pats padalijimas tam tikru mastu yra savavališkas. Tačiau istoriškai tai yra tiesioginė praėjusių amžių mokslinio metodo pasekmė. Todėl klasikinių sąvokų taikymas galiausiai yra bendro žmonijos dvasinio vystymosi rezultatas. Tam tikru būdu tai veikia mus pačius, todėl mūsų aprašymas negali būti vadinamas visiškai objektyviu.

  Pradžioje buvo sakoma, kad Kopenhagos kvantinės teorijos interpretacija prasideda paradoksu. Viena vertus, tai išplaukia iš pozicijos, kad eksperimentus turime apibūdinti klasikinės fizikos terminais, ir, kita vertus, iš pripažinimo, kad šios sąvokos nevisiškai atitinka prigimtį. Šių pradinių nuostatų nenuoseklumas lemia statistinį kvantinės teorijos pobūdį. Dėl to buvo pasiūlyta visiškai atsisakyti klasikinių sąvokų, matyt, tikintis, kad radikalus eksperimentą apibūdinančių sąvokų pakeitimas lems nestatistinį, visiškai objektyvų gamtos aprašymą. Tačiau šie samprotavimai yra pagrįsti nesusipratimu. Klasikinės fizikos sąvokos yra išgrynintos mūsų kasdienio gyvenimo sampratos ir sudaro svarbiausią kalbos komponentą, kuris yra būtina sąlyga visam gamtos mokslui. Mūsų tikroji padėtis gamtos moksle yra tokia, kad eksperimentui apibūdinti iš tikrųjų naudojame arba turėtume naudoti klasikines sąvokas. Kitaip nesuprasime vienas kito. Kvantinės teorijos uždavinys yra būtent šiuo pagrindu paaiškinti eksperimentą. Nėra prasmės aiškinti, ką būtų galima padaryti, jei būtume kitokios prigimties, nei esame iš tikrųjų. Šiuo atžvilgiu, Weizsäckerio žodžiais tariant, turime aiškiai suprasti, kad „gamta buvo anksčiau už žmogų, bet žmogus buvo prieš gamtos mokslą“. Pirmoji teiginio pusė pateisina klasikinę fiziką visiško objektyvumo idealais. Antroji pusė paaiškina, kodėl negalime išsivaduoti iš kvantinės teorijos paradoksų ir būtinybės taikyti klasikines sąvokas. Tuo pačiu metu reikėtų pasakyti keletą pastabų apie tikrąjį kvantinės teorinės atominių įvykių aiškinimo metodą. Anksčiau buvo pažymėta, kad mes visada susiduriame su poreikiu padalinti pasaulį į tiriamus objektus ir likusį pasaulį, įskaitant mus pačius. Šis skirstymas yra šiek tiek savavališkas. Tačiau tai neturėtų lemti galutinių rezultatų skirtumų. Pavyzdžiui, sujungkime matavimo prietaisą ar jo dalį su objektu ir pritaikykime kvantinės teorijos dėsnį šiam sudėtingesniam objektui. Galima parodyti, kad toks teorinio požiūrio modifikavimas iš tikrųjų nepakeičia prognozių apie eksperimento rezultatus. Tai matematiškai išplaukia iš to, kad kvantinės teorijos dėsniai reiškiniams, kuriuose Planko konstanta laikoma labai maža reikšme, yra beveik identiški klasikiniams dėsniams. Tačiau būtų klaidinga manyti, kad toks kvantinės teorijos dėsnių taikymas gali atmesti esminius paradoksus.

  Tik tada matavimo prietaisas nusipelno savo paskirties, kai yra glaudžiai susijęs su likusiu pasauliu, kai yra fizinė matavimo prietaiso ir stebėtojo sąveika. Todėl netikslumas dėl mikroskopinio pasaulio elgesio, kaip ir pirmojo aiškinimo atveju, įsiskverbia į kvantinį mechaninį pasaulio aprašymą. Jei matavimo prietaisas būtų izoliuotas nuo likusio pasaulio, jo nebūtų galima apibūdinti klasikine fizika.

  Šia proga Bohras teigė, kad greičiausiai būtų teisingiau sakyti kitaip, būtent: pasaulio skirstymas į objektus ir likusį pasaulį nėra savavališkas. Tiriant atominius procesus, mūsų tikslas yra suprasti tam tikrus reiškinius ir nustatyti, kaip jie išplaukia iš bendrųjų dėsnių. Todėl reiškinyje dalyvaujanti materijos ir spinduliuotės dalis yra natūralus teorinio aiškinimo objektas ir turi būti atskirtas nuo naudojamo aparato. Taigi į atominių procesų aprašymą vėl įtraukiamas subjektyvus elementas, nes matavimo prietaisą sukūrė stebėtojas. Turime atsiminti, kad tai, ką mes stebime, yra ne pati gamta, o gamta, tokia, kokia ji atsiranda mums užduodant klausimus. Mokslinis darbas fizikoje yra kelti klausimus apie gamtą mūsų vartojama kalba ir bandyti gauti atsakymą eksperimente, atliktame naudojant mūsų turimas priemones. Kartu prisimename Bohro žodžius apie kvantinę teoriją: jei ieškome gyvenime harmonijos, niekada neturime pamiršti, kad gyvenimo žaidime esame ir žiūrovai, ir dalyviai. Akivaizdu, kad moksliniame santykyje su gamta svarbi tampa mūsų pačių veikla, kai tenka susidurti su gamtos sritimis, į kurias galima patekti tik sudėtingiausiomis techninėmis priemonėmis.