Was ist die Kopenhagener Interpretation?

Es gibt wahrscheinlich keinen bizarreren und verwirrenderen Bereich der Wissenschaft, als zu versuchen, das Verhalten von Materie und Energie auf kleinstem Raum zu verstehen. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts haben Physiker wie Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohrund viele andere legten den Grundstein für das Verständnis dieses bizarren Naturbereichs: Quantenphysik.

Die Gleichungen und Methoden der Quantenphysik wurden im letzten Jahrhundert verfeinert, was erstaunlich ist Vorhersagen, die genauer bestätigt wurden als jede andere wissenschaftliche Theorie in der Geschichte der Welt. Die Quantenmechanik führt eine Analyse der Quantenwellenfunktion durch (definiert durch eine Gleichung namens Schrödinger-Gleichung).

Das Problem ist, dass die Regel, wie die Quantenwellenfunktion funktioniert, drastisch mit den Intuitionen zu kollidieren scheint, die wir entwickelt haben, um unsere alltägliche makroskopische Welt zu verstehen. Der Versuch, die zugrunde liegende Bedeutung der Quantenphysik zu verstehen, hat sich als viel schwieriger erwiesen als das Verständnis der Verhaltensweisen selbst. Die am häufigsten gelehrte Interpretation ist die Kopenhagener Interpretation der Quantenmechanik... aber was ist das wirklich?

Die zentralen Ideen der Kopenhagener Interpretation wurden von einer Kerngruppe von Pionieren der Quantenphysik entwickelt, die sich um Niels Bohrs Kopenhagen drehten Institut durch die 1920er Jahre, eine Interpretation der Quantenwellenfunktion, die zur Standardkonzeption in der Quantenphysik geworden ist Kurse.

Eines der Schlüsselelemente dieser Interpretation ist, dass die Schrödinger-Gleichung die Wahrscheinlichkeit darstellt, ein bestimmtes Ergebnis zu beobachten, wenn ein Experiment durchgeführt wird. In seinem Buch Die verborgene RealitätDer Physiker Brian Greene erklärt es wie folgt:

"Der von Bohr und seiner Gruppe entwickelte Standardansatz zur Quantenmechanik, der als Kopenhagener Interpretation stellt sich zu ihren Ehren vor, dass immer, wenn Sie versuchen, eine Wahrscheinlichkeitswelle zu sehen, der Akt der Beobachtung Ihren Versuch vereitelt. "

Das Problem ist, dass wir physikalische Phänomene immer nur auf makroskopischer Ebene beobachten, sodass uns das tatsächliche Quantenverhalten auf mikroskopischer Ebene nicht direkt zur Verfügung steht. Wie im Buch beschrieben Quantenrätsel:

"Es gibt keine 'offizielle' Kopenhagener Interpretation. Aber jede Version packt den Stier bei den Hörnern und behauptet das Eine Beobachtung erzeugt die beobachtete Eigenschaft. Das knifflige Wort hier ist "Beobachtung".

"Die Kopenhagener Interpretation betrachtet zwei Bereiche: Es gibt den makroskopischen, klassischen Bereich unserer Messinstrumente, der den Newtonschen Gesetzen unterliegt; und da ist der mikroskopische Quantenbereich von Atomen und anderen kleinen Dingen, die von der Schrödinger-Gleichung bestimmt werden. Es wird argumentiert, dass wir uns nie befassen direkt mit den Quantenobjekten des mikroskopischen Bereichs. Wir brauchen uns daher keine Sorgen um ihre physische Realität oder ihren Mangel daran zu machen. Eine 'Existenz', die die Berechnung ihrer Auswirkungen auf unsere makroskopischen Instrumente ermöglicht, reicht aus, um sie in Betracht zu ziehen. "

Das Fehlen einer offiziellen Kopenhagener Interpretation ist problematisch, so dass es schwierig ist, die genauen Details der Interpretation festzuhalten. Wie von John G. erklärt. Cramer in einem Artikel mit dem Titel "Die Transaktionsinterpretation der Quantenmechanik":

"Trotz einer umfangreichen Literatur, die sich auf die Kopenhagener Interpretation von bezieht, diskutiert und kritisiert Quantenmechanik, nirgends scheint es eine präzise Aussage zu geben, die das gesamte Kopenhagen definiert Deutung."

Cramer versucht weiter, einige der zentralen Ideen zu definieren, die konsequent angewendet werden, wenn von der Kopenhagener Interpretation gesprochen wird, und gelangt zu folgender Liste:

• Das Unsicherheitsprinzip: Dies wurde 1927 von Werner Heisenberg entwickelt und weist darauf hin, dass es Paare konjugierter Variablen gibt, die nicht beide mit einer beliebigen Genauigkeit gemessen werden können. Mit anderen Worten, die Quantenphysik legt fest, wie genau bestimmte Paare genau sind von Messungen können durchgeführt werden, am häufigsten die Messungen von Position und Impuls gleichzeitig Zeit.
• Die statistische Interpretation: Entwickelt von Max Born im Jahr 1926, interpretiert dies die Schrödinger-Wellenfunktion so, dass sie die Wahrscheinlichkeit eines Ergebnisses in einem bestimmten Zustand ergibt. Der mathematische Prozess dafür ist als der bekannt Geborene Regel.
• Das Komplementaritätskonzept: Dies wurde 1928 von Niels Bohr entwickelt und beinhaltet die Idee von Welle-Teilchen-Dualität und dass der Wellenfunktionskollaps mit dem Vorgang des Messens verbunden ist.
• Identifikation des Zustandsvektors mit "Kenntnis des Systems": Die Schrödinger-Gleichung enthält eine Reihe von Zustandsvektoren, und diese Vektoren ändern sich im Laufe der Zeit und mit Beobachtungen, um das Wissen eines Systems zu einem bestimmten Zeitpunkt darzustellen.
• Der Positivismus von Heisenberg: Dies bedeutet, dass nur die beobachtbaren Ergebnisse der Experimente diskutiert werden und nicht die "Bedeutung" oder die zugrunde liegende "Realität". Dies ist eine implizite (und manchmal explizite) Akzeptanz des philosophischen Konzepts des Instrumentalismus.

Dies scheint eine ziemlich umfassende Liste der wichtigsten Punkte hinter der Kopenhagener Interpretation zu sein. Aber die Interpretation ist nicht ohne ernsthafte Probleme und hat viele ausgelöst Kritik... die es wert sind, einzeln angesprochen zu werden.

Wie oben erwähnt, war die genaue Art der Kopenhagener Interpretation immer etwas nebulös. Einer der frühesten Hinweise auf diese Idee war in Werner Heisenbergs Buch von 1930 Die physikalischen Prinzipien der Quantentheorie, wobei er sich auf "den Kopenhagener Geist der Quantentheorie" bezog. Aber damals war es auch wirklich das nur Interpretation der Quantenmechanik (obwohl es einige Unterschiede zwischen ihren Anhängern gab), so dass es nicht notwendig war, sie mit ihrem eigenen Namen zu unterscheiden.

Es wurde erst als "Kopenhagener Interpretation" bezeichnet, wenn alternative Ansätze wie der Hidden-Variable-Ansatz von David Bohm und der von Hugh Everett verwendet wurden Interpretation vieler Weltenentstand, um die etablierte Interpretation in Frage zu stellen. Der Begriff "Kopenhagener Interpretation" wird allgemein Werner Heisenberg zugeschrieben, als er in den 1950er Jahren gegen diese alternativen Interpretationen sprach. Vorträge mit dem Satz "Kopenhagener Interpretation" erschienen 1958 in Heisenbergs Aufsatzsammlung, Physik und Philosophie.