Tafsiri ya Copenhagen ni maelezo ya mekanika ya quantum iliyoundwa na Niels Bohr na Werner Heisenberg mnamo 1927 wanasayansi walipokuwa wakifanya kazi pamoja huko Copenhagen. Bohr na Heisenberg waliweza kuboresha tafsiri ya uwezekano wa chaguo za kukokotoa iliyoundwa na M. Born na kujaribu kujibu maswali kadhaa ambayo hutokea kutokana na uwili wa chembe-mawimbi. Makala haya yatazingatia mawazo makuu ya tafsiri ya Copenhagen ya quantum mechanics, na athari zake kwa fizikia ya kisasa.
Matatizo
Tafsiri za mechanics ya quantum inayoitwa maoni ya kifalsafa juu ya asili ya mechanics ya quantum kama nadharia inayoelezea ulimwengu wa nyenzo. Kwa msaada wao, iliwezekana kujibu maswali kuhusu kiini cha ukweli wa kimwili, njia ya kujifunza, asili ya causality na determinism, pamoja na kiini cha takwimu na nafasi yake katika mechanics ya quantum. Mechanics ya quantum inachukuliwa kuwa nadharia yenye nguvu zaidi katika historia ya sayansi, lakini bado hakuna makubaliano katika ufahamu wake wa kina. Kuna idadi ya tafsiri za mechanics ya quantum, naleo tutafahamiana na maarufu zaidi kati yao.
Mawazo Muhimu
Kama unavyojua, ulimwengu halisi unajumuisha vitu vya kiasi na ala za kawaida za kupimia. Mabadiliko katika hali ya vyombo vya kupimia inaelezea mchakato wa takwimu usioweza kutenduliwa wa kubadilisha sifa za vitu vidogo. Wakati kitu kidogo kinapoingiliana na atomi za kifaa cha kupimia, superposition imepunguzwa kwa hali moja, yaani, kazi ya wimbi la kitu cha kupima imepunguzwa. Mlinganyo wa Schrödinger hauelezi matokeo haya.
Kwa mtazamo wa tafsiri ya Copenhagen, mechanics ya quantum haielezei vitu vidogo vyenyewe, lakini sifa zao, ambazo hujidhihirisha katika hali ya jumla iliyoundwa na vyombo vya kawaida vya kupimia wakati wa uchunguzi. Tabia ya vitu vya atomiki haiwezi kutofautishwa na mwingiliano wao na ala za kupimia ambazo hurekebisha hali ya kutokea kwa matukio.
Mtazamo wa quantum mechanics
Quantum mechanics ni nadharia tuli. Hii ni kutokana na ukweli kwamba kipimo cha kitu kidogo husababisha mabadiliko katika hali yake. Kwa hivyo kuna maelezo ya uwezekano wa nafasi ya awali ya kitu, iliyoelezewa na kazi ya wimbi. Utendakazi changamano wa wimbi ni dhana kuu katika mechanics ya quantum. Kitendaji cha wimbi kinabadilika hadi mwelekeo mpya. Matokeo ya kipimo hiki inategemea kazi ya wimbi, kwa njia ya uwezekano. Mraba pekee wa moduli ya kitendakazi cha mawimbi ndiyo yenye umuhimu wa kimwili, ambayo inathibitisha uwezekano kwamba iliyosomwa.kitu kidogo kiko mahali fulani katika nafasi.
Katika mechanics ya quantum, sheria ya causality inatimizwa kwa heshima na utendaji wa wimbi, ambao hutofautiana kwa wakati kulingana na hali ya awali, na si kwa heshima na viwianishi vya kasi ya chembe, kama katika tafsiri ya classical ya mechanics. Kwa sababu ya ukweli kwamba tu mraba wa moduli ya kazi ya wimbi imepewa dhamana ya kimwili, maadili yake ya awali hayawezi kuamua kwa kanuni, ambayo inasababisha kutowezekana kupata ujuzi sahihi juu ya hali ya awali ya mfumo wa quantum..
Msingi wa kifalsafa
Kwa mtazamo wa kifalsafa, msingi wa tafsiri ya Copenhagen ni kanuni za kielimu:
- Kuzingatiwa. Kiini chake kiko katika kutengwa na nadharia ya kimwili ya kauli hizo ambazo haziwezi kuthibitishwa kwa uchunguzi wa moja kwa moja.
- Ziada. Huchukulia kuwa wimbi na maelezo ya kina ya vipengee vya ulimwengu mdogo hukamilishana.
- Kutokuwa na uhakika. Inasema kwamba uratibu wa vitu vidogo na kasi yao haiwezi kubainishwa tofauti, na kwa usahihi kabisa.
- Uamuzi tuli. Inachukulia kwamba hali ya sasa ya mfumo wa kimwili imedhamiriwa na hali zake za awali si bila utata, lakini tu kwa kiwango fulani cha uwezekano wa utekelezaji wa mwelekeo wa mabadiliko uliowekwa hapo awali.
- Inalingana. Kulingana na kanuni hii, sheria za quantum mechanics zinabadilishwa kuwa sheria za mechanics classical inapowezekana kupuuza ukubwa wa quantum ya hatua.
Faida
Katika fizikia ya quantum, maelezo kuhusu vitu vya atomiki, vinavyopatikana kupitia usanidi wa majaribio, viko katika uhusiano wa kipekee. Katika mahusiano ya kutokuwa na uhakika ya Werner Heisenberg, kuna uwiano kinyume kati ya makosa katika kurekebisha vigeu vya kinetiki na vinavyobadilika ambavyo hubainisha hali ya mfumo wa kimaumbile katika mechanics ya kitambo.
Faida kubwa ya tafsiri ya Copenhagen ya quantum mechanics ni ukweli kwamba haifanyi kazi kwa maelezo ya kina moja kwa moja kuhusu kiasi kisichoweza kuzingatiwa. Kwa kuongeza, pamoja na mahitaji ya chini kabisa, huunda mfumo wa dhana ambao unaelezea kwa ukamilifu ukweli wa majaribio unaopatikana kwa sasa.
Maana ya kitendakazi cha wimbi
Kulingana na tafsiri ya Copenhagen, kitendakazi cha wimbi kinaweza kutegemea michakato miwili:
- Mageuzi ya Umoja, ambayo yanafafanuliwa na mlinganyo wa Schrödinger.
- Kupima.
Hakuna mtu aliyekuwa na mashaka kuhusu mchakato wa kwanza katika jumuiya ya kisayansi, na mchakato wa pili ulisababisha mijadala na kuibua idadi ya tafsiri, hata ndani ya mfumo wa tafsiri ya Copenhagen ya fahamu yenyewe. Kwa upande mmoja, kuna kila sababu ya kuamini kwamba kazi ya wimbi si kitu lakini kitu halisi cha kimwili, na kwamba huanguka wakati wa mchakato wa pili. Kwa upande mwingine, kazi ya wimbi inaweza kuwa sio chombo halisi, lakini chombo cha hesabu cha msaidizi, madhumuni pekee ambayoni kutoa uwezo wa kukokotoa uwezekano. Bohr alisisitiza kuwa jambo pekee linaloweza kutabiriwa ni matokeo ya majaribio ya kimwili, hivyo masuala yote ya sekondari haipaswi kuhusishwa na sayansi halisi, lakini kwa falsafa. Alidai katika maendeleo yake dhana ya kifalsafa ya uchanya, inayohitaji kwamba sayansi ijadili mambo yanayoweza kupimika pekee.
Jaribio la mgawanyiko mara mbili
Katika jaribio la mipasuko miwili, mwanga unaopita kwenye sehemu mbili huanguka kwenye skrini, ambapo miingilio miwili ya uingiliaji huonekana: nyeusi na nyepesi. Utaratibu huu unafafanuliwa na ukweli kwamba mawimbi ya mwanga yanaweza kukuza katika maeneo fulani, na kufuta kila mmoja kwa wengine. Kwa upande mwingine, jaribio linaonyesha kuwa mwanga una sifa ya sehemu ya mtiririko, na elektroni zinaweza kuonyesha sifa za mawimbi, huku zikitoa muundo wa kuingiliwa.
Inaweza kudhaniwa kuwa jaribio linafanywa kwa mtiririko wa fotoni (au elektroni) za kiwango cha chini sana hivi kwamba chembe moja pekee hupita kwenye nafasi kila wakati. Hata hivyo, wakati wa kuongeza pointi ambapo fotoni hugonga skrini, muundo sawa wa uingiliaji hupatikana kutoka kwa mawimbi yaliyowekwa juu zaidi, licha ya ukweli kwamba jaribio linahusu eti chembe tofauti. Hii ni kwa sababu tunaishi katika ulimwengu "unaowezekana", ambapo kila tukio la wakati ujao lina kiwango cha uwezekano kilichogawanywa upya, na uwezekano kwamba jambo lisilotazamiwa kabisa kutokea katika wakati unaofuata ni mdogo sana.
Maswali
Utumiaji wa Slit huweka hivyomaswali:
- Je, kanuni za tabia ya chembe binafsi zitakuwa zipi? Sheria za mechanics ya quantum zinaonyesha eneo la skrini ambayo chembe zitakuwa, kitakwimu. Wanakuwezesha kuhesabu eneo la bendi za mwanga, ambazo zina uwezekano wa kuwa na chembe nyingi, na bendi za giza, ambapo chembe chache zinaweza kuanguka. Hata hivyo, sheria zinazosimamia quantum mechanics haziwezi kutabiri ambapo chembe moja itaishia wapi.
- Ni nini kinatokea kwa chembe kwa sasa kati ya utoaji na usajili? Kwa mujibu wa matokeo ya uchunguzi, hisia inaweza kuundwa kwamba chembe inaingiliana na slits zote mbili. Inaonekana kwamba hii inapingana na utaratibu wa tabia ya chembe ya uhakika. Zaidi ya hayo, chembe inaposajiliwa, inakuwa uhakika.
- Chini ya ushawishi wa nini chembe hubadilisha tabia yake kutoka tuli hadi isiyo tuli, na kinyume chake? Wakati chembe inapita kwenye mipasuko, tabia yake imedhamiriwa na kazi ya wimbi isiyo ya ujanibishaji inayopitia slits zote mbili kwa wakati mmoja. Wakati wa usajili wa chembe, daima huwekwa kama nukta, na pakiti ya wimbi iliyotiwa ukungu haipatikani kamwe.
Majibu
Nadharia ya Copenhagen ya tafsiri ya quantum inajibu maswali yaliyoulizwa kama ifuatavyo:
- Kimsingi haiwezekani kuondoa asili ya uwezekano wa utabiri wa mechanics ya quantum. Hiyo ni, haiwezi kuonyesha kwa usahihi upungufu wa ujuzi wa kibinadamu kuhusu vigezo vyovyote vilivyofichwa. Fizikia ya classical inahusuuwezekano katika kesi hizo wakati ni muhimu kuelezea mchakato kama vile kutupa kete. Hiyo ni, uwezekano unachukua nafasi ya ujuzi usio kamili. Tafsiri ya Copenhagen ya mekanika za quantum na Heisenberg na Bohr, kinyume chake, inasema kwamba matokeo ya vipimo katika mechanics ya quantum kimsingi hayana uamuzi.
- Fizikia ni sayansi inayochunguza matokeo ya michakato ya kupima. Ni makosa kubashiri juu ya kile kinachotokea kama matokeo yao. Kulingana na tafsiri ya Copenhagen, maswali kuhusu mahali chembe hiyo ilikuwa kabla ya wakati wa usajili wake, na uzushi mwingine kama huo hayana maana, na kwa hivyo yanapaswa kutengwa katika kutafakari.
- Kitendo cha kipimo husababisha kuporomoka papo hapo kwa utendaji kazi wa wimbi. Kwa hiyo, mchakato wa kipimo huchagua kwa nasibu moja tu ya uwezekano ambao kazi ya wimbi la hali fulani inaruhusu. Na ili kuonyesha chaguo hili, kitendakazi cha wimbi lazima kibadilike papo hapo.
Fomu
Uundaji wa tafsiri ya Copenhagen katika muundo wake wa asili umetokeza tofauti kadhaa. Ya kawaida zaidi ni msingi wa mbinu ya matukio thabiti na dhana kama vile ujumuishaji wa quantum. Decoherence inakuwezesha kuhesabu mpaka usio na fuzzy kati ya macro- na microworlds. Tofauti zilizosalia hutofautiana katika kiwango cha "uhalisia wa ulimwengu wa mawimbi."
Ukosoaji
Uhalali wa quantum mechanics (jibu la Heisenberg na Bohr kwa swali la kwanza) ulitiliwa shaka katika jaribio la mawazo lililofanywa na Einstein, Podolsky naRosen (kitendawili cha EPR). Kwa hivyo, wanasayansi walitaka kudhibitisha kuwa uwepo wa vigezo vilivyofichwa ni muhimu ili nadharia isiongoze kwa "hatua ya muda mrefu" ya papo hapo na isiyo ya kawaida. Hata hivyo, wakati wa uthibitishaji wa kitendawili cha EPR, kilichowezeshwa na ukosefu wa usawa wa Bell, ilithibitishwa kuwa mechanics ya quantum ni sahihi, na nadharia mbalimbali zilizofichwa hazina uthibitisho wa majaribio.
Lakini jibu lenye matatizo zaidi lilikuwa jibu la Heisenberg na Bohr kwa swali la tatu, ambalo liliweka michakato ya kipimo katika nafasi maalum, lakini halikubainisha uwepo wa vipengele bainifu ndani yao.
Wanasayansi wengi, wanafizikia na wanafalsafa, walikataa katakata kukubali tafsiri ya Copenhagen ya fizikia ya quantum. Sababu ya kwanza ya hii ilikuwa kwamba tafsiri ya Heisenberg na Bohr haikuwa ya kuamua. Na ya pili ni kwamba ilianzisha wazo lisilo wazi la kipimo ambalo liligeuza chaguo za kukokotoa za uwezekano kuwa matokeo halali.
Einstein alikuwa na uhakika kwamba maelezo ya uhalisia wa kimwili yaliyotolewa na mechanics ya quantum kama yalivyofasiriwa na Heisenberg na Bohr hayakuwa kamili. Kulingana na Einstein, alipata mantiki fulani katika tafsiri ya Copenhagen, lakini silika yake ya kisayansi ilikataa kuikubali. Kwa hivyo Einstein hakuweza kuacha kutafuta dhana kamili zaidi.
Katika barua yake kwa Born, Einstein alisema: "Nina hakika kwamba Mungu hatupi kete!". Niels Bohr, akitoa maoni yake juu ya kifungu hiki, alimwambia Einstein asimwambie Mungu cha kufanya. Na katika mazungumzo yake na Abraham Pais, Einstein alisema hivi: “Unafikiri kweli mwezi upoukiitazama tu?”.
Erwin Schrödinger alikuja na jaribio la mawazo na paka, ambalo alitaka kuonyesha hali duni ya mechanics ya quantum wakati wa mageuzi kutoka kwa mifumo ndogo hadi ndogo. Wakati huo huo, kuanguka kwa lazima kwa kazi ya wimbi katika nafasi ilionekana kuwa tatizo. Kulingana na nadharia ya Einstein ya uhusiano, papo hapo na samtidiga huwa na maana kwa mtazamaji aliye katika fremu sawa ya marejeleo. Kwa hivyo, hakuna wakati ambao unaweza kuwa kitu kimoja kwa wote, ambayo ina maana kwamba kuanguka papo hapo hakuwezi kubainishwa.
Usambazaji
Utafiti usio rasmi uliofanywa katika wasomi mwaka wa 1997 ulionyesha kuwa tafsiri kuu ya awali ya Copenhagen, iliyojadiliwa kwa ufupi hapo juu, iliungwa mkono na chini ya nusu ya waliohojiwa. Hata hivyo, ina wafuasi wengi zaidi kuliko tafsiri nyinginezo kibinafsi.
Mbadala
Wanafizikia wengi wako karibu na tafsiri nyingine ya quantum mechanics, ambayo inaitwa "hakuna". Kiini cha tafsiri hii kinaonyeshwa kwa ukamilifu katika kauli ya David Mermin: "Nyamaza na uhesabu!", ambayo mara nyingi inahusishwa na Richard Feynman au Paul Dirac.
