Копенгагены тайлбар нь 1927 онд Копенгаген хотод эрдэмтэд хамтран ажиллаж байх үед Нильс Бор, Вернер Хайзенберг нарын боловсруулсан квант механикийн тайлбар юм. Бор, Гейзенберг нар М. Борныг томъёолсон функцийн магадлалын тайлбарыг сайжруулж чадсан бөгөөд долгион-бөөмсийн хоёрдмол байдлаас үүдэлтэй хэд хэдэн асуултад хариулахыг оролдсон. Энэ нийтлэлд квант механикийн Копенгагены тайлбарын гол санаа, тэдгээрийн орчин үеийн физикт үзүүлэх нөлөөг авч үзэх болно.
Асуудал
Квантын механикийн тайллыг материаллаг ертөнцийг дүрсэлсэн онол болгон квант механикийн мөн чанарын талаарх философи үзэл гэж нэрлэдэг. Тэдгээрийн тусламжтайгаар физик бодит байдлын мөн чанар, түүнийг судлах арга, учир шалтгаан ба детерминизмын мөн чанар, түүнчлэн статистикийн мөн чанар, квант механик дахь байр суурийн талаархи асуултуудад хариулах боломжтой болсон. Квант механик нь шинжлэх ухааны түүхэн дэх хамгийн их цуурайтсан онол гэж тооцогддог боловч түүний гүн гүнзгий ойлголтод нэгдсэн санал нэг ч алга. Квант механикийн хэд хэдэн тайлбар байдаг баӨнөөдөр бид тэдний хамгийн алдартай нь танилцах болно.
Гол санаа
Таны мэдэж байгаагаар физик ертөнц нь квант биетүүд болон сонгодог хэмжих хэрэгслүүдээс бүрддэг. Хэмжих хэрэгслийн төлөв байдлын өөрчлөлт нь бичил объектын шинж чанарыг өөрчлөх эргэлт буцалтгүй статистик үйл явцыг тодорхойлдог. Бичил биет нь хэмжих хэрэгслийн атомуудтай харилцан үйлчлэх үед суперпозиция нь нэг төлөвт буурдаг, өөрөөр хэлбэл хэмжих объектын долгионы функц буурдаг. Шрөдингерийн тэгшитгэл нь энэ үр дүнг тайлбарлахгүй.
Копенгагены тайлбарын үүднээс авч үзвэл квант механик нь бичил биетүүдийг бус харин ажиглалтын явцад ердийн хэмжих хэрэгслээр бий болсон макро нөхцөлд илэрдэг шинж чанарыг нь тодорхойлдог. Атомын биетүүдийн зан төлөвийг үзэгдэл үүсэх нөхцөлийг тогтоодог хэмжих хэрэгсэлтэй харьцахаас нь ялгах боломжгүй.
Квант механикийн талаархи ойлголт
Квантын механик бол статик онол юм. Энэ нь бичил объектын хэмжилт нь түүний төлөв байдлыг өөрчлөхөд хүргэдэгтэй холбоотой юм. Тиймээс долгионы функцээр дүрслэгдсэн объектын анхны байрлалын магадлалын тодорхойлолт байдаг. Нарийн долгионы функц нь квант механикийн гол ойлголт юм. Долгионы функц шинэ хэмжээс рүү шилждэг. Энэ хэмжилтийн үр дүн нь магадлалын хувьд долгионы функцээс хамаарна. Зөвхөн долгионы функцийн модулийн квадрат нь физик ач холбогдолтой бөгөөд энэ нь судлагдсан байх магадлалыг баталж байна.бичил биет нь орон зайн тодорхой газар байрладаг.
Квантын механикт учир шалтгааны хууль нь механикийн сонгодог тайлбар шиг бөөмийн хурдны координатын хувьд бус харин анхны нөхцлөөс хамааран цаг хугацааны хувьд өөрчлөгддөг долгионы функцийн хувьд биелдэг. Зөвхөн долгионы функцийн модулийн квадрат нь физик утгыг агуулдаг тул түүний анхны утгыг зарчмын хувьд тодорхойлох боломжгүй бөгөөд энэ нь квант системийн анхны төлөв байдлын талаар тодорхой мэдлэг олж авах боломжгүй болоход хүргэдэг..
Философийн үндэс
Философийн үүднээс авч үзвэл Копенгагены тайлбарын үндэс нь эпистемологийн зарчмууд юм:
- Ажиглалт. Үүний мөн чанар нь шууд ажиглалтаар баталгаажуулах боломжгүй эдгээр мэдэгдлийг физикийн онолоос хассанд оршдог.
- Нэмэлт. Бичил ертөнцийн объектуудын долгион ба корпускуляр дүрслэл нь бие биенээ нөхөж байна гэж үздэг.
- Тодорхойгүй байдал. Бичил биетүүдийн координат ба тэдгээрийн импульсыг тусад нь, туйлын нарийвчлалтайгаар тодорхойлох боломжгүй гэж хэлсэн.
- Статик детерминизм. Энэ нь физик системийн одоогийн төлөвийг өмнөх төлөвүүд нь хоёрдмол утгагүй биш, зөвхөн өнгөрсөн хугацаанд бий болсон өөрчлөлтийн чиг хандлагыг хэрэгжүүлэх тодорхой магадлалаар тодорхойлдог гэж үздэг.
- Тохиромжтой. Энэ зарчмын дагуу үйл ажиллагааны квантын хэмжээг үл тоомсорлож болох үед квант механикийн хуулиуд сонгодог механикийн хуулиуд болон хувирдаг.
Ашиг тус
Квантын физикийн хувьд туршилтын аргаар олж авсан атомын биетүүдийн талаарх мэдээлэл нь хоорондоо өвөрмөц харилцаатай байдаг. Вернер Хейзенбергийн тодорхойгүй байдлын хамаарал дээр сонгодог механик дахь физик системийн төлөвийг тодорхойлдог кинетик болон динамик хувьсагчдыг тогтоох алдааны хооронд урвуу пропорциональ байна.
Квантын механикийн Копенгагены тайлбарын чухал давуу тал нь физикийн хувьд ажиглагдахгүй хэмжигдэхүүнүүдийн талаар нарийвчилсан мэдэгдлүүдтэй шууд ажилладаггүй явдал юм. Нэмж дурдахад, хамгийн бага урьдчилсан нөхцөлтэйгээр энэ нь одоогоор байгаа туршилтын баримтуудыг бүрэн дүрсэлсэн үзэл баримтлалын системийг бий болгодог.
Долгионы функцийн утга
Копенгагены тайлбарын дагуу долгионы функц нь хоёр процесст хамаарна:
- Шредингерийн тэгшитгэлээр тодорхойлсон нэгдмэл хувьсал.
- Хэмжилт.
Шинжлэх ухааны нийгэмлэгт эхний үйл явцын талаар хэн ч эргэлзэж байгаагүй бөгөөд хоёр дахь үйл явц нь ухамсрын тухай Копенгагены тайлбарын хүрээнд ч хэлэлцүүлэг өрнүүлж, хэд хэдэн тайлбарыг бий болгосон. Нэг талаас, долгионы функц нь бодит физик объектоос өөр юу ч биш бөгөөд хоёр дахь процессын явцад нурдаг гэж үзэх бүх үндэслэл бий. Нөгөөтэйгүүр, долгионы функц нь бодит биет биш, харин туслах математикийн хэрэгсэл байж болох бөгөөд түүний цорын ганц зорилго ньмагадлалыг тооцох чадварыг олгох явдал юм. Урьдчилан таамаглаж болох цорын ганц зүйл бол физикийн туршилтын үр дүн тул хоёрдогч бүх асуудал яг шинжлэх ухаантай холбоогүй, харин гүн ухаантай холбоотой байх ёстой гэж Бор онцлон тэмдэглэв. Тэрээр шинжлэх ухаанд зөвхөн үнэхээр хэмжигдэхүйц зүйлсийг л хэлэлцэхийг шаарддаг позитивизм хэмээх философийн үзэл баримтлалыг хөгжүүлэлтэндээ тунхагласан.
Давхар ангархай туршилт
Хоёр ангархай туршилтын үед хоёр ангархайгаар дамжин өнгөрч буй гэрэл дэлгэцэн дээр унах ба үүн дээр харанхуй ба гэрэл гэсэн хоёр интерференцийн ирмэг гарч ирдэг. Энэ үйл явц нь гэрлийн долгион нь зарим газарт харилцан бие биенээ нэмэгдүүлж, зарим газарт бие биенээ үгүйсгэдэгтэй холбон тайлбарладаг. Нөгөөтэйгүүр, туршилт нь гэрэл нь урсгалын шинж чанартай бөгөөд электронууд нь интерференцийн хэв маягийг өгөхийн зэрэгцээ долгионы шинж чанарыг харуулж чаддаг болохыг харуулж байна.
Туршилтыг ийм бага эрчимтэй фотонуудын (эсвэл электронуудын) урсгалаар хийсэн бөгөөд тэр бүрт зөвхөн нэг бөөмс дамжин өнгөрдөг гэж үзэж болно. Гэсэн хэдий ч фотонуудын дэлгэцэн дээр хүрэх цэгүүдийг нэмэхэд туршилт нь тусдаа бөөмстэй холбоотой байсан ч давхардсан долгионоос ижил интерференцийн загварыг олж авдаг. Учир нь бид ирээдүйн үйл явдал бүр дахин хуваарилагдсан боломжийн зэрэгтэй, дараагийн агшинд огт таамаглаагүй зүйл тохиолдох магадлал харьцангуй бага байдаг "магадлалын" орчлонд амьдарч байгаатай холбоотой юм.
Асуулт
Слитийн туршлага ийм зүйл тавьдагасуултууд:
- Бөөмийн бие даасан үйл ажиллагааны дүрэм ямар байх вэ? Квант механикийн хуулиуд нь тоосонцор байх дэлгэцийн байршлыг статистик байдлаар заадаг. Эдгээр нь олон тоосонцор агуулагдах магадлалтай гэрлийн зурвас, цөөн тоосонцор унах магадлалтай бараан туузны байршлыг тооцоолох боломжийг танд олгоно. Гэсэн хэдий ч квант механикийг удирддаг хуулиуд нь бие даасан бөөмс хаана дуусахыг урьдчилан таамаглах боломжгүй.
- Ягаралт болон бүртгэлийн хоорондох үед бөөмс юу болох вэ? Ажиглалтын үр дүнгээс үзэхэд бөөмс нь хоёр ангархайтай харилцан үйлчлэлцэж байгаа мэт сэтгэгдэл төрүүлж болно. Энэ нь цэгэн бөөмийн зан үйлийн зүй тогтолтой зөрчилдөж байх шиг байна. Тэгээд ч бөөмс бүртгэгдэх үед цэг болдог.
- Бөмс юуны нөлөөн дор өөрийн зан төлөвийг статикаас статик бус болон эсрэгээр өөрчилдөг вэ? Бөөм нь ангархай дундуур өнгөрөхөд түүний зан төлөвийг хоёр ангархайг нэгэн зэрэг дайран өнгөрөх орон нутгийн бус долгионы функцээр тодорхойлно. Бөөмийг бүртгэх үед энэ нь үргэлж цэг хэлбэрээр тогтдог бөгөөд бүдэгэрсэн долгионы пакет хэзээ ч гарч ирдэггүй.
Хариулт
Квантын тайлбарын Копенгагены онол нь дараах асуултуудад хариулдаг:
- Квант механикийн таамаглалын магадлалын шинж чанарыг арилгах нь үндсэндээ боломжгүй юм. Энэ нь аливаа далд хувьсагчийн талаарх хүний мэдлэгийн хязгаарлалтыг үнэн зөв зааж чадахгүй. Сонгодог физикийг хэлдэгшоо шидэх гэх мэт үйл явцыг тайлбарлах шаардлагатай тохиолдолд магадлал. Энэ нь магадлал нь бүрэн бус мэдлэгийг орлодог. Хейзенберг, Бор нарын квант механикийн Копенгагены тайлбарт эсрэгээр квант механик дахь хэмжилтийн үр дүн үндсэндээ детерминистик биш гэж заасан байдаг.
- Физик бол хэмжилтийн үйл явцын үр дүнг судалдаг шинжлэх ухаан юм. Үүний үр дүнд юу болох талаар таамаглах нь буруу юм. Копенгагены тайлбарын дагуу бөөмс бүртгэгдэхээс өмнө хаана байсан тухай асуултууд болон бусад ижил төстэй зохиомол зүйлүүд нь утгагүй тул тусгалаас хасах хэрэгтэй.
- Хэмжилтийн үйлдэл нь долгионы функцийг агшин зуур уналтад хүргэдэг. Тиймээс хэмжилтийн үйл явц нь тухайн төлөвийн долгионы функцийг зөвшөөрдөг боломжуудаас зөвхөн нэгийг нь санамсаргүй байдлаар сонгодог. Мөн энэ сонголтыг тусгахын тулд долгионы функц нэн даруй өөрчлөгдөх ёстой.
Маягт
Копенгагены тайлбарыг анхны хэлбэрээр нь гаргасан нь хэд хэдэн өөрчлөлтийг бий болгосон. Тэдгээрийн хамгийн түгээмэл нь тууштай үйл явдлуудын хандлага, квант декогерент гэх мэт ойлголт дээр суурилдаг. Decoherence нь макро болон бичил ертөнцийн хоорондох тодорхой бус хил хязгаарыг тооцоолох боломжийг олгодог. Үлдсэн хувилбарууд нь "долгионы ертөнцийн бодит байдлын" зэрэглэлээр ялгаатай.
Шүүмжлэл
Квант механикийн хүчинтэй эсэхийг (Гейзенберг, Бор нарын эхний асуултад өгсөн хариулт) Эйнштейн, Подольский,Розен (EPR парадокс). Тиймээс эрдэмтэд онол нь агшин зуурын болон орон нутгийн бус "алсын зайн үйлдэл" -д хүргэхгүйн тулд далд параметрүүд зайлшгүй шаардлагатай гэдгийг нотлохыг хүссэн. Гэсэн хэдий ч Беллийн тэгш бус байдлын ачаар боломжтой болсон EPR парадоксыг шалгах явцад квант механик зөв болох нь батлагдсан бөгөөд янз бүрийн далд хувьсагчийн онолууд туршилтаар баталгаажаагүй байна.
Гэхдээ хамгийн асуудалтай хариулт бол Хэйзенберг, Бор нарын гурав дахь асуултад өгсөн хариулт байсан бөгөөд энэ нь хэмжилтийн үйл явцыг онцгой байрлалд оруулсан боловч тэдгээрт ялгарах шинж тэмдэг байгаа эсэхийг тогтоогоогүй болно.
Олон эрдэмтэд, физикч, философич хоёулаа квант физикийн Копенгагены тайлбарыг хүлээн зөвшөөрөхөөс эрс татгалзсан. Үүний эхний шалтгаан нь Гейзенберг, Бор нарын тайлбар нь детерминистик биш байсантай холбоотой юм. Хоёр дахь нь магадлалын функцийг хүчинтэй үр дүн болгон хувиргасан хэмжилтийн тодорхой бус ойлголтыг оруулсан явдал юм.
Эйнштейн Хейзенберг, Бор нарын тайлбарласнаар квант механикийн өгсөн физик бодит байдлын тайлбар бүрэн бус гэдэгт итгэлтэй байсан. Эйнштейний хэлснээр тэрээр Копенгагены тайлбараас ямар нэгэн логик олсон боловч түүний шинжлэх ухааны зөн совин нь үүнийг хүлээн зөвшөөрөхөөс татгалзжээ. Тиймээс Эйнштейн илүү бүрэн гүйцэд ойлголт хайхаа зогсоож чадсангүй.
Эйнштейн Борн-д бичсэн захидалдаа: "Бурхан шоо хаядаггүй гэдэгт би итгэлтэй байна!" гэжээ. Нилс Бор энэ хэллэгийг тайлбарлахдаа Эйнштейнд Бурханд юу хийхийг битгий хэлээрэй гэж хэлсэн. Эйнштейн Абрахам Пайстай ярилцахдаа: "Та үнэхээр сар байдаг гэж бодож байна. Зөвхөн та үүнийг харахад л?".
Эрвин Шрөдингер мууртай сэтгэн бодох туршилт хийж, түүгээрээ атомын субатаас микроскоп систем рүү шилжих үеийн квант механикийн доогуур байгааг харуулахыг хүссэн. Үүний зэрэгцээ сансар огторгуй дахь долгионы функцийн зайлшгүй уналт нь асуудалтай гэж үзсэн. Эйнштейний харьцангуйн онолын дагуу агшин зуурын болон нэгэн зэрэг байх нь зөвхөн нэг л лавлагааны хүрээнд байгаа ажиглагчид л утга учиртай байдаг. Тиймээс бүх нийтийн нэг болох цаг гэж байхгүй, энэ нь агшин зуурын уналтыг тодорхойлох боломжгүй гэсэн үг.
Тохируулга
1997 онд эрдэм шинжилгээний байгууллагуудад хийсэн албан бус судалгаагаар дээр товч хэлэлцсэн өмнө нь давамгайлж байсан Копенгагены тайлбарыг судалгаанд оролцогчдын талаас бага хувь нь дэмжсэн болохыг харуулсан. Гэсэн хэдий ч энэ нь тус тусдаа бусад тайлбаруудаас илүү олон баримтлагчтай.
Хувилбар
Олон физикчид квант механикийн өөр нэг тайлбарт илүү ойр байдаг бөгөөд үүнийг "байхгүй" гэж нэрлэдэг. Энэхүү тайлбарын мөн чанарыг Ричард Фэйнман эсвэл Пол Дирак нартай холбодог Дэвид Мермин "Амийгаа тат, тооцоол!" гэсэн үгэнд бүрэн дүүрэн илэрхийлэгддэг.
