Կոպենհագենյան մեկնաբանություն

Կոպենհագենյան մեկնաբանություն, քվանտային մեխանիկայի մեկնաբանություն, որը մշակել են Նիլս Բորը և Վերներ Հայզենբերգը 1927 թվականին, Կոպենհագենում^[1]^[2]^[3]^[4]։ Բորը և Հայզենբերգը կատարելագործեցին ալիքային ֆունկցիայի հավանակային մեկնաբանությունը, որը տվել էր Մաքս Բոռնը, և փորձեցին պատասխանել քվանտային մեխանիկայի մասնիկ-ալիքային երկվությունից բխող մի շարք հարցերի, մասնավորապես՝ քվանտամեխանիկական չափումների հետ կապված հարցերին։

Մինչև հիմա կոպենհագենյան մեկնաբանությունը մնում է քվանտային մեխանիկայի ամենալայն ուսումնասիրված մեկնաբանություններից մեկը^[5]։

Համաձայն կոպենհագենյան մեկնաբանության՝ ֆիզիկական համակարգերը սովորաբար չունեն որոշակի հատկությունների մինչև դրանք չափելը, իսկ քվանտային մեխանիկան կարող է միայն կանխատեսել հավանականությունները, որ չափումները որոշակի արդյունք կտան։ Չափման գործողությունը ազդում է համակարգի վրա՝ պատճառ դառնալով, որ հավանականությունների համակարգը չափումից անմիջապես հետո նվազի մինչև մեկ հնարավոր արժեքը։ Այս երևույթը կոչվում է ալիքային ֆունկցիայի կոլապս։

Տարիների ընթացքում կոպենհագենյան մեկնաբանությանն ուղղված բազմաթիվ առարկություններ են եղել։ Կոպենհագենյան մեկնաբանության այլընտրանքներ են բազմաթիվ աշխարհների մեկնաբանությունը, դը Բրոյլ-Բոմի մեկնաբանությունը, քվանտային դեկոհերենտությունը։

Սկզբունքներ

Քանի որ կոպենհագենյան մեկնաբանությունը մշակել են բազմաթիվ փիլիսոփաներ և ֆիզիկոսներ, այն ձևակերպված չէ եզակի սահմանող դրույթով։ Ավելին, տարբեր մեկնաբանողներ և հետազոտողներ տարբեր գաղափարներ են առաջ քաշել․ Էշեր Պերեսը նշում է, որ շատ տարբեր, երբեմն հակադիր տեսակետներ են ներկայացվում կոպենհագենյան մեկնաբանության տարբեր հեղինակների կողմից^[6]։ Սակայն կան մի շարք հիմնական սկզբունքներ կան, որոնք համարվում են մեկնաբանության մաս․

$\Psi$ ալիքային ֆունկցիան ներկայացնում է համակարգի վիճակը։ Այն ընդգրկում է ամեն ինչ, որ հնարավոր է իմանալ համակարգի մասին մինչև դիտարկումը․ չկան հավելյալ «թաքնված պարամետրեր»^[7]։ Եթե ալիքային ֆունկցիան մեկուսացված է այլ համակարգերից, այն հարթ ծավալվում է ժամանակի մեջ։
Համակարգի հատկությունները ենթակա են անհամատեղելիության սկզբունքին։ Համակարգի որոշ հատկություններ չեն կարող միաժամանակ և միասին սահմանվել։ Անհամատեղելիությունը քանակապես արտահայտվում է Հայզենբերգի անորոշությունների սկզբունքով։ Օրինակ՝ եթե մասնիկը որոշակի պահի ունի որոշակի դիրք, ապա անիմաստ է խոսել այդ պահին նրա ունեցած իմպուլսի մասին։
Դիտարկման ընթացքում համակարգը պետք է փոխազդի չափիչ սարքի հետ։ Երբ սարքը չափում է կատարում, ասում են, որ համակարգի ալիքային ֆունկցիան կոլապսի է ենթարկվում՝ սեփական վիճակի անցնելով դիտորդի համար^[8]։
Չափիչ սարքիս ստացված արդյունքները հիմնականում դասական են և պետք է նկարագրվեն սովորական լեզվով։ Սա մասնավորապես շեշտել է Բորը, և ընդունել է Հայզենբերգը^[9]։
Ալիքային ֆունկցիայով տրվող նկարագրությունը հավանակային է։ Այս սկզբունքը կոչվում է Բոռնի կանոն՝ Մաքս Բոռնի անունով։
Ալիքային ֆունկցիան արտահայտում է անհրաժեշտ և հիմնարար մասնիկ-ալիքային երկվությունը։ Սա սովորական լեզվում պետք է արտահայտվի փորձի արդյունքներով։ Փորձը կարող է ցույց տալ մասնիկանման հատկություններ կամ ալիքանման հատկություններ՝ համաձայն Նիլս Բորի լրացման սկզբունքի^[10]։
Ատոմային և ներատոմային պրոցեսների ներքին գործունեությունը անհրաժեշտաբար և էականորեն մատչելի չեն ուղղակի դիտման համար, քանի որ դիտարկելու գործընթացը մեծապես ազդում է դրանց վրա։
Եթե քվանտային թվերը մեծ են, դրանք վերաբերում են այնպիսի հատկությունների, որոնք մոտավորապես համապատասխանում են դասական նկարագրությամբ տրվածին։ Սա Բորի և Հայզենբերգի համապատասխանության սկզբունքն է։

Հետևանքներ

Կոպենհագենյան մեկնաբանության բնույթը երևան է գալիս մի շարք փորձերի և պարադոքսների միջոցով։

1. Շրյոդինգերի կատու

Այս մտային փորձով ընդգծվում է այն ներիմաստը, որ միկրոսկոպիկ մակարդակում ընդունված անորոշությունը ունի մակրոսկոպիկ մարմինների վրա։ Փակ արկղում կատու է դրվում, և նրա կյանքն ու մահը կախված են ներատոմային մասնիկի վիճակից։ Այսպիսով փորձի ընթացքի ժամանակ ներատոմային մասնիկի վիճակի հետ կապված կատվի նկարագրությունը դառնում է «լղոզված» կամ «և ողջ, և մեռած կատու»։ Բայց սա չի կարող ճշգրիտ լինել, քանի որ ենթադրում է, որ կատուն փաստորեն միաժամանակ և ողջ է, և մեռած, քանի դեռ արկղը չի բացվել դա ստուգելու համար։ Բայց կատուն, եթե ողջ մնա, միայն հիշելու է ողջ լինելը։ Շրյոդինգերը հակառակվում էր «ներկայացվող իրականության համար այս լղոզված մոդելը այսքան պարզամտորեն ընդունելուն»^[11].«Ինչպե՞ս կարող է կատուն և՛ մեռած, և՛ կենդանի լինել»։

Կոպենհագենյան մեկնաբանությունը. ալիքային ֆունկցիան արտացոլում է մեր իմացությունը համակարգի մասին։

(|{\text{dead}}\rangle +|{\text{alive}}\rangle )/{\sqrt {2}}

ալիքային ֆունկցիան նշանակում է, որ հենց կատուն դիտարկման է ենթարկվում, 50% հավանականություն կա, որ այն ողջ կլինի, և 50% էլ՝ որ մեռած կլինի։

3. Կրկնակի ճեղքով դիֆրակցիա

Լույսն անցնում է կրկնակի ճեղքով, և տարբեր պայմաններում տարբեր դիֆրակցիոն պատկերներ են դիտվում։ Արդյոք լույսն ալի՞ք է, թե՞ մասնիկ։

Կոպենհագենյան մեկնաբանությունը. լույսը ոչ մեկն է, ոչ մյուսը։ Որոշակի փորձը կարող է ի հայտ հանել մասնիկային (ֆոտոն) կամ ալիքային հատկություններ, բայց ոչ այդ երկուսը՝ միաժամանակ (Բորի լրացման սկզբունք)։

ԱՅս փորձը կարելի է տեսականորեն անցկացնել ցանկացած ֆիզիկական համակարգով. էլեկտրոններով, պրոտոններով, ատոմներով, մոլեկուլներով, վիրուսներով, բակտերիաներով, կատուներով, մարդկանցով, փղերով, մոլորակներով և այլն։ Գործնականում այն անցկացվել է լույսի, էլեկտրոնների, սֆերիկ ֆուլերենի^[12]^[13], (անգլ.՝ Buckminsterfullerene ) և որոշ ատոմների համար։ Պլանկի հաստատունի փոքրության պատճառով գործնականում հնարավոր չէ փորձ անցկացնել, որը ուղղակիորեն երևան կհանի ատոմներից մեծ որևէ համակարգի ալիքային բնույթը, սակայն ընդհանրապես քվանտային մեխանիկան համարում է, որ ամբողջ նյութը դրսևորում է թե՛ ալիքային, թե՛ մասնիկային վարք։ Ավելի մեծ համակարգերը (ինչպես վիրուսները, բակտերիաները, կատուները և այլն) համարվում են «դասական», բայց միայն որպես մոտավորություն, ոչ թե ճշգրիտ։

4. Այնշտայն-Պոդոլսկի-Ռոզենի պարադոքս

«Խճճված մասնիկները» ճառագայթում են մեկ իրադարձության մեջ։ Ըստ պահպանման օրենքների՝ մի մասնիկի սպինը պետք է հակառակ լինի մյուսի չափվող սպինին, այնպես որ եթե մի մասնիկի սպինը չափվում է, մյուսինը անմիջապես հայտնի է դառնում։ Այս պարադոքսի անհարմար կողմն այն է, որ ազդեցությունն ակնթարթային է, այնպես որ եթե մի գալակտիկայում ինչ-որ բան է կատարվում, այն միանգամից փոփոխություններ է առաջացնում մյուսում։ Բայց համաձայն Այնշտայնի հարաբերականության հատուկ տեսության, տեղեկություն փոխադրող ազդանշան կամ ուրիշ ոչ մի բան չի կարող լույսից արագ, տարածվել, որը վերջավոր է։ Այսպիսով, կարծես թե կոպենհագենյան մեկնաբանությունը հակասում է հարաբերականության հատուկ տեսությանը։

Կոպենհագենյան մեկնաբանությունը. Ենթադրելով, որ ալիքային ֆունկցիաները իրական չեն, ալիքային ֆունկցիայի կոլապսը մեկնաբանվում է սուբյեկտիվորեն։ Այն պահին, երբ դիտորդը չափում է մի մասնիկի սպինը, նա իմանում է մյուսինը։ Սակայն մյուս դիտորդին դրանից օգուտ չկա, քանի դեռ չափման արդյունքները հաղորդվում են նրան լույսի արագությունից պակաս կամ լույսի արագությամբ։

Կոպենհագենյան մեկնաբանության կողմնակիցները պնդում են, որ քվանտային մեխանիկային այն մեկնաբանությունները, որտեղ ալիքային ֆունկցիան դիտարկվում է որպես իրական, խնդիրներ են ունենում ԱՊՌ տիպի էֆեկտների հետ, քանի որ դրանք ենթադրում են, որ ֆիզիկայի օրենքները թույլ են տալիս, որ ազդեցությունները տարածվեն լույսի արագությունից մեծ արագությամբ։ Սակայն բազմաթիվ աշխարհների^[14] և տրանզակցիոն^[15]^[16] մեկնաբանության կողմնակիցները պնդում են, որ կոպենհագենյան մեկնաբանությունը ոչ լոկալ է։

Ծանոթագրություններ

↑ Gribbin J. Q IS FOR QUANTUM: An Encyclopedia of Particle Physics. — 2000. — С. 4—8. — ISBN 978-0684863153
↑ Гейзенберг В. Развитие интерпретации квантовой теории // Нильс Бор и развитие физики / сб. под ред.Паули В. — М: ИЛ, 1958. — С. 23—45.
↑ Гейзенберг В. Воспоминания об эпохе развития квантовой механики // Теоретическая физика 20 века / сб. под ред.Смородинского Я. А. — М: ИЛ, 1962. — С. 53—59.
↑ Гейзенберг В. Физика и философия, 1989, էջ 19
↑ Hermann Wimmel (1992). Quantum physics & observed reality: a critical interpretation of quantum mechanics. World Scientific. էջ 2. ISBN 978-981-02-1010-6. Վերցված է 2011 թ․ մայիսի 9-ին.
↑ «Կարծես թե կան ամենաքիչը այնքան կոպենհագենյան մեկնաբանություններ, որքան այդ տերմինը կիրառող մարդիկ․ հավանաբար մեկնաբանություններն ավելի շատ են։ Օրինակ, քվանտային մեխանիկայի հիմքերի մասին երկու դասական հոդվածներում՝ Բալլենտինի (Ballentine, 1970) և Ստապի (Stapp, 1972) «կոպենհագենյանի» տրամագծորեն հակառակ սահմանումներ են տրվում», Asher Peres (2002). «Popper's experiment and the Copenhagen interpretation». Stud. History Philos. Modern Physics. 33 (23): 10078. arXiv:quant-ph/9910078. Bibcode:1999quant.ph.10078P.
↑ «․․․քանի որ Բոմի մեկնաբանության «թաքնված պարամետրերն» այնպիսի տիպի են, որ կարող են երբեք ի հայտ չգալ իրական պրոցեսների նկարագրություններում, եթե քվանտային տեսությունն անփոփոխ մնա», Heisenberg, W. (1955). The development of the quantum theory, pp. 12–29 in Niels Bohr and the Development of Physics, ed. W. Pauli with the assistance of L. Rosenfeld and V. Weisskopf, Pergamon, London, at p. 18.
↑ «Քաջ հայտնի է, որ "ալիքային փաթեթների կրճատումը" կոպենհագենյան մեկնաբանության մեջ առաջանում է, երբ կատարվում է հնարավորից դեպի իրականը անցում։ Հավանակային ֆունկցիան, որը հնարավորությունների լայն միջակայք է ծածկում, հանկարծակի նվազում է շատ ավելի նեղ միջակայքում՝ պայմանավորված այն փաստով, որ փորձը հանգել է որաշակի արդյունքի՝ որոշակի իրադարձություն է կատարվել։ Ֆորմալ տեսանկյունից այս նվազումը պահանջում է այսպես կոչված հավանականությունների ինտերֆերենցիա, որը քվանտային տեսության ամենաբնութագրական [sic] երևույթն է, ոչնչանում է համակարգի և չափող սարք ու մնացած աշխարհի հետ անդարձելի և մասնակիորեն անսահմանելի փոխազդեցության արդյունքում։»Heisenberg, W. (1959/1971). Criticism and counterproposals to the Copenhagen interpretation of quantum theory, Chapter 8, pp. 114–128, in Physics and Philosophy: the Revolution in Modern Science, third impression 1971, George Allen & Unwin, London, at p. 125.
↑ «Երևույթների, փորձերի և դրանց արդյունքների ամեն նկարագրություն հիմնվում է լեզվի՝ որպես հաղորդակցության միակ միջոցի վրա։ Այս լեզվի աշխարհը ներկայացնում է սովորական կյանքի հասկացությունները, ինչը ֆիզիկայի գիտական լեզվով կարելի է մշակել և արտահայտել դասական ֆիզիկայի հասկացություններով։ Այս հասկացությունները իրադարձությունների, փորձերի նախապատրաստման և դրանց արդյունքների մասին ոչ երկիմաստ հաղորդակցություն ունենալու միակ գործիքներն են։» Heisenberg, W. (1959/1971). Criticism and counterproposals to the Copenhagen interpretation of quantum theory, Chapter 8, pp. 114–128, in Physics and Philosophy: the Revolution in Modern Science, third impression 1971, George Allen & Unwin, London, at p. 127.
↑ «․․․ պատճառ չկա համարելու, որ նյութի ալիքները պակաս իրական են, քան մասնիկները», Heisenberg, W. (1959/1971). Criticism and counterproposals to the Copenhagen interpretation of quantum theory, Chapter 8, pp. 114–128, in Physics and Philosophy: the Revolution in Modern Science, third impression 1971, George Allen & Unwin, London, at p. 118.
↑ Erwin Schrödinger, in an article in the Proceedings of the American Philosophical Society, 124, 323–38.
↑ Nairz, Olaf; Brezger, Björn; Arndt, Markus; Zeilinger, Anton (2001). «Diffraction of Complex Molecules by Structures Made of Light». Physical Review Letters. 87 (16): 160401. arXiv:quant-ph/0110012. Bibcode:2001PhRvL..87p0401N. doi:10.1103/PhysRevLett.87.160401. PMID 11690188.
↑ Brezger, Björn; Hackermüller, Lucia; Uttenthaler, Stefan; Petschinka, Julia; Arndt, Markus; Zeilinger, Anton (2002). «Matter-Wave Interferometer for Large Molecules». Physical Review Letters. 88 (10): 100404. arXiv:quant-ph/0202158. Bibcode:2002PhRvL..88j0404B. doi:10.1103/PhysRevLett.88.100404. PMID 11909334.
↑ Michael price on nonlocality in Many Worlds
↑ «Relativity and Causality in the Transactional Interpretation». Արխիվացված է օրիգինալից 2008 թ․ դեկտեմբերի 2-ին. Վերցված է 2016 թ․ ապրիլի 2-ին.
↑ «Collapse and Nonlocality in the Transactional Interpretation». Արխիվացված է օրիգինալից 2012 թ․ նոյեմբերի 8-ին. Վերցված է 2016 թ․ ապրիլի 2-ին.

[Gribbin2000-1] Gribbin J. Q IS FOR QUANTUM: An Encyclopedia of Particle Physics. — 2000. — С. 4—8. — ISBN 978-0684863153

[2] Гейзенберг В. Развитие интерпретации квантовой теории // Нильс Бор и развитие физики / сб. под ред.Паули В. — М: ИЛ, 1958. — С. 23—45.

[3] Гейзенберг В. Воспоминания об эпохе развития квантовой механики // Теоретическая физика 20 века / сб. под ред.Смородинского Я. А. — М: ИЛ, 1962. — С. 53—59.

[Гейзенберг_В._Физика_и_философия—1989——19-4] Гейзенберг В. Физика и философия, 1989, էջ 19

[Wimmel1992-5] Hermann Wimmel (1992). Quantum physics & observed reality: a critical interpretation of quantum mechanics. World Scientific. էջ 2. ISBN 978-981-02-1010-6. Վերցված է 2011 թ․ մայիսի 9-ին.

[6] «Կարծես թե կան ամենաքիչը այնքան կոպենհագենյան մեկնաբանություններ, որքան այդ տերմինը կիրառող մարդիկ․ հավանաբար մեկնաբանություններն ավելի շատ են։ Օրինակ, քվանտային մեխանիկայի հիմքերի մասին երկու դասական հոդվածներում՝ Բալլենտինի (Ballentine, 1970) և Ստապի (Stapp, 1972) «կոպենհագենյանի» տրամագծորեն հակառակ սահմանումներ են տրվում», Asher Peres (2002). «Popper's experiment and the Copenhagen interpretation». Stud. History Philos. Modern Physics. 33 (23): 10078. arXiv:quant-ph/9910078. Bibcode:1999quant.ph.10078P.

[7] «․․․քանի որ Բոմի մեկնաբանության «թաքնված պարամետրերն» այնպիսի տիպի են, որ կարող են երբեք ի հայտ չգալ իրական պրոցեսների նկարագրություններում, եթե քվանտային տեսությունն անփոփոխ մնա», Heisenberg, W. (1955). The development of the quantum theory, pp. 12–29 in Niels Bohr and the Development of Physics, ed. W. Pauli with the assistance of L. Rosenfeld and V. Weisskopf, Pergamon, London, at p. 18.

[Heisenberg_reduction-8] «Քաջ հայտնի է, որ "ալիքային փաթեթների կրճատումը" կոպենհագենյան մեկնաբանության մեջ առաջանում է, երբ կատարվում է հնարավորից դեպի իրականը անցում։ Հավանակային ֆունկցիան, որը հնարավորությունների լայն միջակայք է ծածկում, հանկարծակի նվազում է շատ ավելի նեղ միջակայքում՝ պայմանավորված այն փաստով, որ փորձը հանգել է որաշակի արդյունքի՝ որոշակի իրադարձություն է կատարվել։ Ֆորմալ տեսանկյունից այս նվազումը պահանջում է այսպես կոչված հավանականությունների ինտերֆերենցիա, որը քվանտային տեսության ամենաբնութագրական [sic] երևույթն է, ոչնչանում է համակարգի և չափող սարք ու մնացած աշխարհի հետ անդարձելի և մասնակիորեն անսահմանելի փոխազդեցության արդյունքում։»Heisenberg, W. (1959/1971). Criticism and counterproposals to the Copenhagen interpretation of quantum theory, Chapter 8, pp. 114–128, in Physics and Philosophy: the Revolution in Modern Science, third impression 1971, George Allen & Unwin, London, at p. 125.

[9] «Երևույթների, փորձերի և դրանց արդյունքների ամեն նկարագրություն հիմնվում է լեզվի՝ որպես հաղորդակցության միակ միջոցի վրա։ Այս լեզվի աշխարհը ներկայացնում է սովորական կյանքի հասկացությունները, ինչը ֆիզիկայի գիտական լեզվով կարելի է մշակել և արտահայտել դասական ֆիզիկայի հասկացություններով։ Այս հասկացությունները իրադարձությունների, փորձերի նախապատրաստման և դրանց արդյունքների մասին ոչ երկիմաստ հաղորդակցություն ունենալու միակ գործիքներն են։» Heisenberg, W. (1959/1971). Criticism and counterproposals to the Copenhagen interpretation of quantum theory, Chapter 8, pp. 114–128, in Physics and Philosophy: the Revolution in Modern Science, third impression 1971, George Allen & Unwin, London, at p. 127.

[10] «․․․ պատճառ չկա համարելու, որ նյութի ալիքները պակաս իրական են, քան մասնիկները», Heisenberg, W. (1959/1971). Criticism and counterproposals to the Copenhagen interpretation of quantum theory, Chapter 8, pp. 114–128, in Physics and Philosophy: the Revolution in Modern Science, third impression 1971, George Allen & Unwin, London, at p. 118.

[11] Erwin Schrödinger, in an article in the Proceedings of the American Philosophical Society, 124, 323–38.

[12] Nairz, Olaf; Brezger, Björn; Arndt, Markus; Zeilinger, Anton (2001). «Diffraction of Complex Molecules by Structures Made of Light». Physical Review Letters. 87 (16): 160401. arXiv:quant-ph/0110012. Bibcode:2001PhRvL..87p0401N. doi:10.1103/PhysRevLett.87.160401. PMID 11690188.

[13] Brezger, Björn; Hackermüller, Lucia; Uttenthaler, Stefan; Petschinka, Julia; Arndt, Markus; Zeilinger, Anton (2002). «Matter-Wave Interferometer for Large Molecules». Physical Review Letters. 88 (10): 100404. arXiv:quant-ph/0202158. Bibcode:2002PhRvL..88j0404B. doi:10.1103/PhysRevLett.88.100404. PMID 11909334.

[14] Michael price on nonlocality in Many Worlds

[15] «Relativity and Causality in the Transactional Interpretation». Արխիվացված է օրիգինալից 2008 թ․ դեկտեմբերի 2-ին. Վերցված է 2016 թ․ ապրիլի 2-ին.

[16] «Collapse and Nonlocality in the Transactional Interpretation». Արխիվացված է օրիգինալից 2012 թ․ նոյեմբերի 8-ին. Վերցված է 2016 թ․ ապրիլի 2-ին.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]