ما هو تفسير كوبنهاجن؟

ربما لا يوجد مجال علمي أكثر غرابة وإرباكًا من محاولة فهم سلوك المادة والطاقة على أصغر المقاييس. في الجزء الأول من القرن العشرين ، قام علماء الفيزياء مثل ماكس بلانك ، البرت اينشتاين, نيلز بور، والعديد من الآخرين وضعوا الأساس لفهم هذا العالم الغريب للطبيعة: فيزياء الكم.

تم تحسين معادلات وطرق فيزياء الكم خلال القرن الماضي ، مما جعلها مذهلة التنبؤات التي تم تأكيدها بدقة أكبر من أي نظرية علمية أخرى في تاريخ العالمية. تعمل ميكانيكا الكم من خلال إجراء تحليل للموجة الكمومية (المحددة بواسطة معادلة تسمى معادلة شرودنغر).

تكمن المشكلة في أن القاعدة المتعلقة بكيفية عمل دالة الموجة الكمومية يبدو أنها تتعارض بشكل كبير مع الحدس الذي طورناه لفهم عالمنا الماكروسكوبي اليومي. لقد أثبتت محاولة فهم المعنى الأساسي لفيزياء الكم أنه أكثر صعوبة من فهم السلوكيات نفسها. يُعرف التفسير الأكثر شيوعًا باسم تفسير كوبنهاغن لميكانيكا الكم... ولكن ما هو عليه حقا؟

تم تطوير الأفكار المركزية لتفسير كوبنهاجن من قبل مجموعة أساسية من رواد فيزياء الكم تتمحور حول نيلز بورز في كوبنهاغن معهد خلال عشرينيات القرن الماضي ، يقود تفسيرًا للموجة الكمومية التي أصبحت المفهوم الافتراضي الذي يتم تدريسه في فيزياء الكم الدورات.

أحد العناصر الرئيسية لهذا التفسير هو أن معادلة شرودنغر تمثل احتمال ملاحظة نتيجة معينة عند إجراء التجربة. في كتابه الواقع المخفييشرح الفيزيائي بريان غرين ذلك على النحو التالي:

"إن النهج القياسي لميكانيكا الكم ، الذي طوره بور ومجموعته ، ودعا تفسير كوبنهاغن على شرفهم ، يتصور أنه كلما حاولت رؤية موجة احتمالية ، فإن فعل المراقبة نفسه يحبط محاولتك ".

تكمن المشكلة في أننا لا نلاحظ سوى أي ظواهر فيزيائية على المستوى الماكروسكوبي ، لذا فإن السلوك الكمي الفعلي على المستوى المجهري ليس متاحًا لنا مباشرة. كما هو موضح في الكتاب لغز الكم:

"لا يوجد تفسير كوبنهاجن" الرسمي ". لكن كل نسخة تمسك الثور من قرنيه وتؤكد ذلك المراقبة تنتج الممتلكات المرصودة. الكلمة الصعبة هنا هي "الملاحظة" ...

"إن تفسير كوبنهاغن يأخذ في الاعتبار عالمين: هناك العالم المجهري الكلاسيكي لأدوات القياس التي تحكمها قوانين نيوتن ؛ وهناك المجال المجهري الكمّي للذرات والأشياء الصغيرة الأخرى التي تحكمها معادلة شرودنغر. يجادل بأننا لا نتعامل أبدا مباشرة مع الأجسام الكمومية للعالم المجهري. لذلك لا داعي للقلق بشأن واقعهم المادي ، أو افتقارهم إليه. "الوجود" الذي يسمح بحساب آثارها على أجهزتنا الماكروسكوبية هو كافٍ بالنسبة لنا ".

يمثل عدم وجود تفسير رسمي لكوبنهاجن إشكالية ، مما يجعل التفاصيل الدقيقة للتفسير صعبة التحديد. كما أوضح جون جون. كريمر في مقال بعنوان "تفسير المعاملات ميكانيكا الكم":

"بالرغم من المؤلفات الواسعة التي تشير إلى وتناقش وتنتقد تفسير كوبنهاغن ميكانيكا الكم ، لا يبدو أن هناك أي بيان موجز يحدد كوبنهاغن الكاملة ترجمة."

يواصل كريمر محاولة تحديد بعض الأفكار المركزية التي يتم تطبيقها باستمرار عند الحديث عن تفسير كوبنهاجن ، والوصول إلى القائمة التالية:

• مبدأ عدم اليقين: تم تطويره بواسطة Werner Heisenberg في عام 1927 ، وهذا يشير إلى وجود أزواج من المتغيرات المترافقة التي لا يمكن قياسها على حد سواء إلى مستوى تعسفي من الدقة. وبعبارة أخرى ، هناك غطاء مطلق تفرضه فيزياء الكم على مدى دقة أزواج معينة يمكن إجراء القياسات ، الأكثر شيوعًا هي قياسات الموقع والزخم في نفس الوقت زمن.
• التفسير الإحصائي: تم تطويره بواسطة Max Born في عام 1926 ، وهذا يفسر وظيفة موجة شرودنجر على أنها تعطي احتمالية الحصول على نتيجة في أي حالة معينة. العملية الرياضية للقيام بذلك تعرف باسم حكم ولد.
• مفهوم التكامل: تم تطويره بواسطة Niels Bohr في عام 1928 ، وهذا يشمل فكرة ازدواجية موجة - جسيم وأن انهيار دالة الموجة مرتبط بفعل إجراء القياس.
• تحديد متجه الدولة مع "معرفة النظام": تحتوي معادلة شرودنغر على سلسلة من نواقل الحالة ، وتتغير هذه النواقل بمرور الوقت ومع الملاحظات لتمثيل معرفة النظام في أي وقت معين.
• الوضعية من هايزنبرغ: وهذا يمثل تركيزًا على مناقشة النتائج الملحوظة للتجارب فقط ، بدلاً من التركيز على "المعنى" أو "الواقع" الأساسي. هذا قبول ضمني (وأحيانًا صريح) للمفهوم الفلسفي للأداة.

تبدو هذه قائمة شاملة جدًا بالنقاط الرئيسية وراء تفسير كوبنهاجن ، لكن التفسير لا يخلو من بعض المشاكل الخطيرة إلى حد ما وقد أثار الكثير الانتقادات... التي تستحق المعالجة بمفردها.

كما ذكر أعلاه ، كانت الطبيعة الدقيقة لتفسير كوبنهاغن غامضة بعض الشيء دائمًا. كان أحد أقدم الإشارات إلى فكرة ذلك في كتاب Werner Heisenberg لعام 1930 المبادئ الفيزيائية لنظرية الكمحيث أشار إلى "روح كوبنهاغن لنظرية الكم". ولكن في ذلك الوقت كان حقا فقط تفسير ميكانيكا الكم (على الرغم من وجود بعض الاختلافات بين أتباعها) ، لذلك لم تكن هناك حاجة لتمييزها باسمها.

بدأ يُشار إليها فقط باسم "تفسير كوبنهاجن" عندما تقترب المناهج البديلة ، مثل نهج ديفيد بوم من المتغيرات الخفية و هيو إيفريت تفسير العديد من العوالم، نشأت لتحدي التفسير القائم. يُنسب مصطلح "تفسير كوبنهاجن" بشكل عام إلى ويرنر هايزنبرغ عندما كان يتحدث في الخمسينيات ضد هذه التفسيرات البديلة. ظهرت محاضرات باستخدام عبارة "تفسير كوبنهاجن" في مجموعة مقالات هايزنبرغ لعام 1958 ، الفيزياء والفلسفة.