Die Kopenhagener Interpretation ist einer der frühsten und meistens unterrichteten Interpretationen der Quant-Mechanik. Es meint, dass Quant-Mechanik keine Beschreibung einer objektiven Wirklichkeit nachgibt, aber sich nur mit Wahrscheinlichkeiten des Beobachtens, oder des Messens, der verschiedenen Aspekte von Energiequanten, Entitäten befasst, die weder die klassische Idee von Partikeln noch die klassische Idee von Wellen passen. Gemäß der Interpretation verursacht die Tat des Maßes den Satz von Wahrscheinlichkeiten zu sofort, und nehmen Sie zufällig nur einen der möglichen Werte an. Diese Eigenschaft der Mathematik ist als wavefunction Zusammenbruch bekannt. Die wesentlichen Konzepte der Interpretation wurden von Niels Bohr, Werner Heisenberg und anderen in den Jahren 1924-27 ausgedacht.

Hintergrund

Klassische Physik macht einen Unterschied zwischen Partikeln und Energie, meinend, dass nur die letzten Ausstellungsstück-Wellenform-Eigenschaften, wohingegen Quant-Mechanik auf der Beobachtung basiert, dass Sache sowohl Welle als auch Partikel-Aspekte hat und verlangt, dass der Staat jeder subatomaren Partikel durch einen wavefunction — eine mathematische Darstellung beschrieben werden kann, gepflegt haben, die Wahrscheinlichkeit zu berechnen, dass die Partikel, wenn gemessen, in einer gegebenen Position oder Staat der Bewegung sein wird.

In der frühen Arbeit von Max Planck, Albert Einstein und Niels Bohr, war die Existenz der Energie in getrennten Mengen verlangt worden, um bestimmte Paradoxe zu vermeiden, die entstehen, wenn klassische Physik zu Extremen gestoßen wird. Außerdem, während elementare Partikeln voraussagbare Eigenschaften in vielen Experimenten gezeigt haben, sind sie hoch unvorhersehbar in bestimmten Zusammenhängen zum Beispiel geworden, wenn ein versucht hat, ihre individuellen Schussbahnen durch einen einfachen physischen Apparat zu messen.

Die Kopenhagener Interpretation ist ein Versuch, die mathematischen Formulierungen der Quant-Mechanik und der entsprechenden experimentellen Ergebnisse zu erklären. Anfang Experimente des zwanzigsten Jahrhunderts auf der Physik von sehr kleinen Phänomenen hat zur Entdeckung von Phänomenen geführt, die auf der Grundlage von der klassischen Physik, und zur Entwicklung von neuen Modellen (Theorien) nicht vorausgesagt werden konnten, die beschrieben haben und sehr genau diese Mikroskala-Phänomene vorausgesagt haben. Diese Modelle konnten mit der Weise nicht leicht beigelegt werden, wie, wie man beobachtet, sich Gegenstände auf der Makroskala des täglichen Lebens benehmen. Die Vorhersagen, die sie häufig angeboten haben, sind gegenintuitiv geschienen und haben viel Betroffenheit unter den Physikern — häufig einschließlich ihrer Entdecker verursacht.

Ursprung des Begriffes

Werner Heisenberg war ein Helfer Niels Bohr an seinem Institut in Kopenhagen während eines Teils der 1920er Jahre gewesen, als sie geholfen haben, Quant mechanische Theorie hervorzubringen. 1929 hat Heisenberg eine Reihe von eingeladenen Vorträgen an der Universität Chicagos gegeben, das neue Feld der Quant-Mechanik erklärend. Die Vorträge haben dann als die Basis für sein Lehrbuch, Die Physischen Grundsätze der Quant-Theorie, veröffentlicht 1930 gedient. In der Einleitung des Buches hat Heisenberg geschrieben:

Der Begriff 'Kopenhagener Interpretation' deutet etwas mehr als gerade einen Geist wie ein bestimmtes Regelwerk an, für den mathematischen Formalismus der Quant-Mechanik zu interpretieren, vermutlich auf die 1920er Jahre zurückgehend. Jedoch besteht kein solcher Text, abgesondert von einigen informellen populären Vorträgen durch Bohr und Heisenberg, die einander auf mehreren wichtigen Problemen widersprechen. Es scheint, dass der besondere Begriff, mit seinem bestimmteren Sinn, von Heisenberg in den 1950er Jahren ins Leben gerufen wurde, während man abwechselnde "Interpretationen" kritisiert hat (z.B, David Bohm), der entwickelt worden war. Vorträge mit den Titeln 'Die Kopenhagener Interpretation der Quant-Theorie' und 'Kritiken und Gegenvorschläge zur Kopenhagener Interpretation', die Heisenberg 1955 geliefert hat, werden in der Sammlungsphysik und Philosophie nachgedruckt.

Grundsätze

Weil es aus den Ansichten besteht, die von mehreren Wissenschaftlern und Philosophen während des zweiten Viertels des 20. Jahrhunderts entwickelt sind, gibt es keine endgültige Behauptung der Kopenhagener Interpretation. So sind verschiedene Ideen damit vereinigt worden; Asher Peres hat bemerkt, dass sehr verschieden, manchmal gegenüber, Ansichten als "die Kopenhagener Interpretation" von verschiedenen Autoren präsentiert werden. Dennoch gibt es mehrere Kernprinzipien, die allgemein akzeptiert werden als, ein Teil der Interpretation zu sein:

1. Ein System wird durch eine Welle-Funktion völlig beschrieben, den Staat des Systems vertretend, das allmählich mit der Zeit, aber nach dem Maß wächst, plötzlich zu seiner ursprünglichen Größe zusammenbricht.
2. Die Beschreibung der Natur ist im Wesentlichen probabilistic mit der Wahrscheinlichkeit eines Ereignisses, das mit dem Quadrat des Umfangs der Welle-Funktion verbunden ist. (Die Geborene Regel, nach Max Born)
3. Es ist nicht möglich, den Wert aller Eigenschaften des Systems zur gleichen Zeit zu wissen; jene Eigenschaften, die genau nicht bekannt sind, müssen durch Wahrscheinlichkeiten beschrieben werden. (Der Unklarheitsgrundsatz von Heisenberg)
4. Sache stellt eine Dualität der Welle-Partikel aus. Ein Experiment kann die einer Partikel ähnlichen Eigenschaften der Sache oder die Welle ähnlichen Eigenschaften zeigen; in einigen Experimenten beide dieser Ergänzungsgesichtspunkte muss angerufen werden, um die Ergebnisse gemäß dem complementarity Grundsatz von Niels Bohr zu erklären.
5. Messgeräte sind im Wesentlichen klassische Geräte, und messen nur klassische Eigenschaften wie Position und Schwung.
6. Das Quant mechanische Beschreibung von großen Systemen wird der klassischen Beschreibung nah näher kommen. (Das ist der Ähnlichkeitsgrundsatz von Bohr und Heisenberg.)

Bedeutung der Welle-Funktion

Die Kopenhagener Interpretation bestreitet, dass die Welle-Funktion nichts mehr als ein theoretisches Konzept ist, oder mindestens darüber unverbindlich ist, dass es eine getrennte Entität oder ein wahrnehmbarer Bestandteil von einer getrennten Entität ist.

Die subjektive Ansicht, dass die Welle-Funktion bloß ein mathematisches Werkzeug ist, für die Wahrscheinlichkeiten in einem spezifischen Experiment zu berechnen, ist eine ähnliche Annäherung an die Ensemble-Interpretation.

Es gibt einige, die sagen, dass es objektive Varianten der Kopenhagener Interpretation gibt, die eine "echte" Welle-Funktion berücksichtigen, aber es ist zweifelhaft, ob diese Ansicht mit dem logischen Positivismus und/oder mit einigen von den Behauptungen von Bohr wirklich im Einklang stehend ist. Bohr hat betont, dass Wissenschaft mit Vorhersagen der Ergebnisse von Experimenten beschäftigt ist, und dass irgendwelche zusätzlichen angebotenen Vorschläge nicht wissenschaftlich, aber metaphysisch sind. Bohr war schwer unter Einfluss des Positivismus. Andererseits waren Bohr und Heisenberg nicht in der ganzen Abmachung, und sie haben verschiedene Ansichten zu verschiedenen Zeiten gehabt. Heisenberg wurde insbesondere aufgefordert, an Realismus heranzugehen.

Selbst wenn die Welle-Funktion als echt nicht betrachtet wird, gibt es noch ein Teilen zwischen denjenigen, die sie als bestimmt und völlig subjektiv, und diejenigen behandeln, die unverbindlich oder über das Thema agnostisch sind. Ein Beispiel der agnostischen Ansicht wird von Carl Friedrich von Weizsäcker angeführt, der, während er an einem Kolloquium an Cambridge teilgenommen hat, bestritten hat, dass die Kopenhagener Interpretation behauptet hat: "Was nicht beobachtet werden kann, besteht nicht." Er hat stattdessen vorgeschlagen, dass die Kopenhagener Interpretation dem Grundsatz folgt: "Was beobachtet wird, sicher besteht; worüber nicht beobachtet wird, sind wir noch frei, passende Annahmen zu machen. Wir verwenden diese Freiheit, Paradoxe zu vermeiden."

Natur des Zusammenbruchs

Alle Versionen der Kopenhagener Interpretation schließen mindestens eine formelle oder methodologische Version des Welle-Funktionszusammenbruchs ein, in dem unbemerkte eigenvalues von der weiteren Rücksicht entfernt werden. (Mit anderen Worten haben Copenhagenists immer die Annahme des Zusammenbruchs sogar in den frühen Tagen der Quant-Physik in der Weise gemacht, wie Anhänger der Vielweltinterpretation nicht haben.) In prosaischeren Begriffen sind diejenigen, die am Kopenhagener Verstehen halten, bereit zu sagen, dass eine Welle-Funktion die verschiedenen Wahrscheinlichkeiten einschließt, dass ein gegebenes Ereignis zu bestimmten verschiedenen Ergebnissen weitergehen wird. Aber wenn ein oder ein anderer von denjenigen, die - oder weniger wahrscheinliche Ergebnisse mehr sind, Manifest wird, hören die anderen Wahrscheinlichkeiten auf, jede Funktion in der echten Welt zu haben. So, wenn ein Elektron einen doppelten Schlitz-Apparat durchführt, gibt es verschiedene Wahrscheinlichkeiten dafür, wo auf dem Entdeckungsschirm, den individuelles Elektron schlagen wird. Aber sobald es geschlagen hat, gibt es nicht mehr jede Wahrscheinlichkeit überhaupt, dass es sonst wohin schlagen wird. Vielweltinterpretationen sagen, dass ein Elektron schlägt, wo auch immer es eine Möglichkeit gibt, dass es schlagen könnte, und dass jeder dieser Erfolge in einem getrennten Weltall vorkommt.

Ein Anhänger der subjektiven Ansicht, dass die Welle-Funktion nichts als Kenntnisse vertritt, würde eine ebenso subjektive Ansicht vom "Zusammenbruch" vertreten.

Einige behaupten, dass das Konzept des Zusammenbruchs einer "echten" Welle-Funktion von Heisenberg eingeführt und später von John Von Neumann 1932 entwickelt wurde.

Annahme unter Physikern

Gemäß einer Wahl auf einer Quant-Mechanik-Werkstatt 1997 ist die Kopenhagener Interpretation die am meisten weit akzeptierte spezifische Interpretation der Quant-Mechanik, die von der Vielweltinterpretation gefolgt ist. Obwohl aktuelle Tendenzen wesentliche Konkurrenz von alternativen Interpretationen im Laufe viel vom zwanzigsten Jahrhundert zeigen, hatte die Kopenhagener Interpretation starke Annahme unter Physikern. Astrophysiker- und Wissenschaftsschriftsteller John Gribbin beschreibt es als gefallen vom Primaten nach den 1980er Jahren.

Folgen

Die Natur der Kopenhagener Interpretation wird durch das Betrachten mehrerer Experimente und Paradoxe ausgestellt.

1. Die Katze von Schrödinger

:This hat gedacht, dass Experiment die Implikationen hervorhebt, dass das Annehmen der Unklarheit am mikroskopischen Niveau auf makroskopischen Gegenständen hat. Eine Katze wird in einem gesiegelten Kasten, mit seinem Leben oder Tod gemachter Abhängiger auf dem Staat einer subatomaren Partikel gebracht. So wird eine Beschreibung der Katze während des Kurses des Experimentes — mit dem Staat einer subatomaren Partikel verfangen worden sein — ein "Makel" des "Lebens und der toten Katze." Aber das kann nicht genau sein, weil es andeutet, dass die Katze wirklich sowohl tot als auch lebendig ist, bis der Kasten geöffnet wird, um darauf zu überprüfen. Aber die Katze, wenn er überlebt, wird sich nur merken, lebendig zu sein. Schrödinger widersetzt sich, "so naiv als gültig ein 'trübes Modell' akzeptierend, um Wirklichkeit zu vertreten." Wie kann die Katze sowohl lebendig als auch tot sein?

:: Die Welle-Funktion widerspiegelt unsere Kenntnisse des Systems. Die Welle-Funktion bedeutet, dass, sobald die Katze beobachtet wird, es eine 50-%-Chance gibt, wird es tote und 50-%-Chance sein es wird lebendig sein.

2. Der Freund von Wigner

:Wigner bringt seinen Freund in mit der Katze. Der Außenbeobachter glaubt, dass das System im Staat ist. Sein Freund ist jedoch überzeugt, dass Katze, d. h. für ihn lebendig ist, ist die Katze im Staat. Wie können Wigner und sein Freund verschiedene Welle-Funktionen sehen?

:: Der Freund von Wigner hebt die subjektive Natur der Wahrscheinlichkeit hervor. Jeder Beobachter (Wigner und sein Freund) hat verschiedene Information und deshalb verschiedene Welle-Funktionen. Die Unterscheidung zwischen der "objektiven" Natur der Wirklichkeit und der subjektiven Natur der Wahrscheinlichkeit hat zu sehr viel Meinungsverschiedenheit geführt. Vgl. Bayesian gegen Interpretationen von Frequentist der Wahrscheinlichkeit.

3. Beugung des doppelten Schlitzes

:Light führt doppelte Schlitze und auf einen Schirm durch, der auf ein Beugungsmuster hinausläuft. Ist Licht eine Partikel oder eine Welle?

:: Licht ist keiner. Ein besonderes Experiment kann Partikel (Foton) oder Welle-Eigenschaften, aber nicht beide zur gleichen Zeit (der Complementarity Grundsatz von Bohr) demonstrieren.

:The dasselbe Experiment kann in der Theorie, mit jedem physischen System durchgeführt werden: Elektronen, Protone, Atome, Moleküle, Viren, Bakterien, Katzen, Menschen, Elefanten, Planeten, usw. In der Praxis ist es für das Licht, die Elektronen, buckminsterfullerene, und einige Atome durchgeführt worden. Wegen der Kleinheit der Konstante von Planck ist es praktisch unmöglich, Experimente zu begreifen, die direkt die Welle-Natur jedes Systems offenbaren, das größer ist als einige Atome, aber, im Allgemeinen, betrachtet Quant-Mechanik die ganze Sache als besitzend sowohl Partikel als auch Welle-Handlungsweisen. Die größeren Systeme (wie Viren, Bakterien, Katzen, usw.) werden als "klassische", aber nur als eine Annäherung, nicht genau betrachtet.

4. EPR (Einstein-Podolsky-Rosen) Paradox

:Entangled "Partikeln" werden in einem einzelnen Ereignis ausgestrahlt. Bewahrungsgesetze stellen sicher, dass die gemessene Drehung einer Partikel das Gegenteil der gemessenen Drehung vom anderen sein muss, so dass, wenn die Drehung einer Partikel gemessen wird, die Drehung der anderen Partikel jetzt sofort bekannt ist. Der am meisten beunruhigende Aspekt dieses Paradoxes ist, dass die Wirkung sofortig ist, so dass etwas, was in einer Milchstraße geschieht, eine sofortige Änderung in einer anderen Milchstraße verursachen konnte. Aber, gemäß der Theorie von Einstein der speziellen Relativität, können kein Information tragendes Signal oder Entität an oder schneller reisen als die Geschwindigkeit des Lichtes, das begrenzt ist. So scheint es, als ob die Kopenhagener Interpretation mit der speziellen Relativität inkonsequent ist.

:: Annehmende Welle-Funktionen sind nicht echt, Zusammenbruch der Welle-Funktion wird subjektiv interpretiert. Der Moment ein Beobachter misst die Drehung einer Partikel, weiß er die Drehung über den anderen. Jedoch kann ein anderer Beobachter nicht Vorteil haben, bis die Ergebnisse dieses Maßes zu ihm, an weniger weitergegeben als oder zur Geschwindigkeit des Lichtes gleich worden sind.

:Copenhagenists behaupten, dass Interpretationen der Quant-Mechanik, wo die Welle-Funktion als echt betrachtet wird, Probleme mit EPR-Typ-Effekten haben, da sie andeuten, dass die Gesetze der Physik Einflüsse berücksichtigen, um sich mit Geschwindigkeiten fortzupflanzen, die größer sind als die Geschwindigkeit des Lichtes. Jedoch erhalten Befürworter von Vielen Welten und der Interpretation von Transactional (TI) aufrecht, dass Kopenhagener Interpretation tödlich nichtlokal ist.

:The behaupten, dass EPR Effekten den Grundsatz verletzen, dass Information schneller nicht reisen kann, als die Geschwindigkeit des Lichtes durch die Anmerkung entgegnet worden ist, dass sie nicht verwendet werden können, um zu signalisieren, weil kein Beobachter kontrollieren oder vorher bestimmen kann, was er beobachtet, und deshalb nicht manipulieren kann, was der andere Beobachter misst. Jedoch sollte es bemerkt werden, dass das ein etwas unechtes Argument ist, in dieser Geschwindigkeit von leichten Beschränkungen gilt für die ganze Information, nicht dafür, was kann oder nachher mit der Information nicht getan werden kann.

Weiteres Argument von:A ist, dass relativistische Schwierigkeiten über das Herstellen, welches Maß zuerst auch vorgekommen ist, die Idee untergraben, dass ein Beobachter verursacht, was der andere misst. Das ist seitdem völlig unecht, egal wer gemessen zuerst der andere die entgegengesetzte Drehung messen wird, ungeachtet der Tatsache dass (in der Theorie) der andere eine 50-%-'Wahrscheinlichkeit' (50:50 Chance) hat, dieselbe Drehung zu messen, wenn Daten über das erste Drehungsmaß irgendwie schneller nicht gegangen ist als Licht (natürlich kommt TI um die leichte Geschwindigkeitsbegrenzung herum, indem er Informationsreisen umgekehrt rechtzeitig stattdessen gehabt wird).

Kritik

Die Vollständigkeit der Quant-Mechanik (These 1) wurde durch das Gedanke-Experiment von Einstein-Podolsky-Rosen angegriffen, das beabsichtigt war, um zu zeigen, dass Quant-Physik keine ganze Theorie sein konnte.

Experimentelle Tests der Ungleichheit von Bell mit Partikeln haben das Quant mechanische Vorhersage der Verwicklung unterstützt.

Die Kopenhagener Interpretation gibt speziellen Status Maß-Prozessen, ohne sie klar zu definieren oder ihre eigenartigen Effekten zu erklären. In seinem Artikel betitelt "Kritik und Gegenvorschläge zur Kopenhagener Interpretation der Quant-Theorie," die Ansicht von Alexandrov entgegnend, dass (in der Paraphrase von Heisenberg) "die Welle-Funktion im Konfigurationsraum den objektiven Staat des Elektrons charakterisiert." Heisenberg, sagt

Viele Physiker und Philosophen haben gegen die Kopenhagener Interpretation protestiert, sowohl mit der Begründung, dass es nichtdeterministisch ist, als auch dass es einen unbestimmten Maß-Prozess einschließt, der Wahrscheinlichkeitsfunktionen in non-probabilistic Maße umwandelt. Die Anmerkungen von Einstein "Bin ich auf jeden Fall überzeugt, dass Er (Gott) Würfel nicht wirft." und "Denken Sie wirklich, dass der Mond nicht dort ist, wenn Sie darauf nicht schauen?" veranschaulichen Sie das. Bohr hat als Antwort "Einstein gesagt, erzählen Sie Gott nicht, was man tut".

Steven Weinberg in den "Fehlern von Einstein", Physik Heute, hat November 2005, Seite 31, gesagt:

Das Problem des Denkens in Bezug auf klassische Maße eines Quant-Systems wird besonders akut im Feld der Quant-Kosmologie, wo das Quant-System das Weltall ist.

E. T. Jaynes, aus einem Gesichtspunkt von Bayesian, hat darauf hingewiesen, dass Wahrscheinlichkeit ein Maß einer Information eines Menschen über die physische Welt ist. Die Quant-Mechanik unter der Kopenhagener Interpretation hat Wahrscheinlichkeit als ein physisches Phänomen interpretiert, das ist, was Jaynes einen Meinungsvorsprung-Scheinbeweis genannt hat. Eine ähnliche Ansicht wird in Quant-Informationstheorien angenommen.

Alternativen

Die Ensemble-Interpretation ist ähnlich; es bietet eine Interpretation der Welle-Funktion, aber nicht für einzelne Partikeln an. Die konsequente Geschichtsinterpretation kündigt sich als "Kopenhagen getanes Recht" an. Obwohl die Kopenhagener Interpretation häufig mit der Idee verwirrt ist, dass Bewusstsein Zusammenbruch verursacht, definiert es einen "Beobachter" bloß als das, was die Welle-Funktion zusammenbricht.

Wenn die Welle-Funktion als ontologisch echt betrachtet wird, und Zusammenbruch, viele Welttheorie-Ergebnisse völlig zurückgewiesen wird. Wenn Welle-Funktionszusammenbruch als ontologisch echt ebenso betrachtet wird, wird eine objektive Zusammenbruch-Theorie erhalten. Das Fallen des Grundsatzes, dass die Welle-Funktion eine ganze Beschreibung ist, läuft auf eine verborgene variable Theorie hinaus.

Viele Physiker haben die Instrumentalist-Interpretation der Quant-Mechanik unterschrieben, eine Position hat häufig dem Enthalten der ganzen Interpretation entsprochen. Es wird durch den Satz "Verschlossen zusammengefasst, und rechnen Sie!". Während dieser Slogan manchmal Paul Dirac oder Richard Feynman zugeschrieben wird, ist es tatsächlich wegen David Mermins.

Siehe auch

• Afshar experimentieren
• Bohr-Einstein diskutiert
• Bewusstsein verursacht Zusammenbruch
• Die fünfte Solvay Konferenz
• Interpretation der Quant-Mechanik
• Philosophische Interpretation der klassischen Physik
• Physische Ontologie
• Das Experiment der Popkornmaschine
• Theorie von De Broglie-Bohm

Zeichen und Verweisungen

Weiterführende Literatur

• G. Weihs u. a. Phys. Hochwürdiger. Lette. 81 (1998) 5039
• M. Rowe u. a. Natur 409 (2001) 791.
• J.A. Wheeler & W.H. Zurek (Hrsg.), Quant-Theorie und Maß, Universität von Princeton Presse 1983
• A. Petersen, Quant-Physik und die Philosophische Tradition, MIT Presse 1968
• H. Margeneau, Die Natur der Physischen Wirklichkeit, McGraw-Hügel 1950
• M. Chown, Für immer Quant, Neuer Wissenschaftler Nr. 2595 (2007) 37.
• T. Schürmann, Eine Einzelne Partikel-Unklarheitsbeziehung, Acta Physica Polonica B39 (2008) 587.

Links

• Kopenhagener Interpretation (Enzyklopädie von Stanford der Philosophie)
• Physik-Abteilung der häufig gestellten Fragen über die Ungleichheit von Bell
• Die Kopenhagener Interpretation der Quant-Mechanik
• Vorabdruck des Afshar-Experimentes
• Das Quant-Trugbild