Wat is de interpretatie van Kopenhagen?

Er is waarschijnlijk geen enkel gebied dat zo bizar en verwarrend is als het proberen om het gedrag van materie en energie op de kleinste schaal te begrijpen. In het begin van de twintigste eeuw, natuurkundigen zoals Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, en vele anderen legden de basis voor het begrijpen van dit bizarre rijk van de natuur: kwantumfysica.

De vergelijkingen en methoden van de kwantumfysica zijn de afgelopen eeuw verfijnd, wat verbazingwekkend maakt voorspellingen die nauwkeuriger zijn bevestigd dan enige andere wetenschappelijke theorie in de geschiedenis van de wereld. Kwantummechanica werkt door een analyse uit te voeren van de kwantumgolffunctie (gedefinieerd door een vergelijking genaamd de Schrodinger-vergelijking).

Het probleem is dat de regel over hoe de kwantumgolffunctie werkt, drastisch in strijd lijkt te zijn met de intuïties die we hebben ontwikkeld om onze dagelijkse macroscopische wereld te begrijpen. Het is veel moeilijker gebleken om de onderliggende betekenis van de kwantumfysica te begrijpen dan het gedrag zelf te begrijpen. De meest onderwezen interpretatie staat bekend als de Kopenhagen-interpretatie van de kwantummechanica... maar wat is het eigenlijk?

De centrale ideeën van de Kopenhagen-interpretatie zijn ontwikkeld door een kerngroep van kwantumfysica-pioniers rond Niels Bohr's Kopenhagen Instituut door de jaren 1920, een interpretatie van de kwantumgolffunctie aansturen die de standaardconceptie is geworden die in de kwantumfysica wordt onderwezen cursussen.

Een van de belangrijkste elementen van deze interpretatie is dat de Schrodinger-vergelijking de waarschijnlijkheid vertegenwoordigt dat een bepaald resultaat wordt waargenomen wanneer een experiment wordt uitgevoerd. In zijn boek The Hidden Reality, legt natuurkundige Brian Greene het als volgt uit:

'De standaardbenadering van de kwantummechanica, ontwikkeld door Bohr en zijn groep, en de Kopenhagen interpretatie stelt ter ere van hen voor dat elke keer dat je een waarschijnlijkheidsgolf probeert te zien, de observatie zelf je poging dwarsboomt. '

Het probleem is dat we alleen fysische verschijnselen op macroscopisch niveau waarnemen, dus het feitelijke kwantumgedrag op microscopisch niveau is niet direct voor ons beschikbaar. Zoals beschreven in het boek Quantum Enigma:

'Er is geen' officiële 'interpretatie van Kopenhagen. Maar elke versie grijpt de stier bij de horens en beweert dat een waarneming levert de waargenomen eigenschap op. Het lastige woord hier is 'observatie' ...

'De interpretatie van Kopenhagen beschouwt twee gebieden: er is het macroscopische, klassieke gebied van onze meetinstrumenten die worden beheerst door de wetten van Newton; en er is het microscopische, kwantumrijk van atomen en andere kleine dingen die worden beheerst door de Schrodinger-vergelijking. Het stelt dat we nooit handelen direct met de kwantumobjecten van het microscopische rijk. We hoeven ons dus geen zorgen te maken over hun fysieke realiteit of hun gebrek daaraan. Een 'bestaan' waarmee we hun effecten op onze macroscopische instrumenten kunnen berekenen, is voldoende om in overweging te nemen. "

Het ontbreken van een officiële interpretatie van Kopenhagen is problematisch, waardoor de exacte details van de interpretatie moeilijk vast te pinnen zijn. Zoals uitgelegd door John G. Cramer in een artikel getiteld "The Transactional Interpretation of Quantum Mechanics":

'Ondanks een uitgebreide literatuur die verwijst naar, discussieert over en kritiek levert op de interpretatie van Kopenhagen kwantummechanica, nergens lijkt er een beknopte verklaring te zijn die het volledige Kopenhagen definieert interpretatie."

Cramer probeert vervolgens enkele van de centrale ideeën te definiëren die consequent worden toegepast wanneer we spreken over de interpretatie van Kopenhagen, en komt tot de volgende lijst:

• Het onzekerheidsbeginsel: Dit is ontwikkeld door Werner Heisenberg in 1927 en geeft aan dat er paren van geconjugeerde variabelen bestaan ​​die niet beide met een willekeurig nauwkeurigheidsniveau kunnen worden gemeten. Met andere woorden, er wordt door de kwantumfysica een absoluut maximum gesteld aan de nauwkeurigheid van bepaalde paren van metingen kunnen worden uitgevoerd, meestal de metingen van positie en momentum tegelijkertijd tijd.
• De statistische interpretatie: Ontwikkeld door Max Born in 1926, interpreteert dit de Schrodinger-golffunctie als de waarschijnlijkheid van een uitkomst in een bepaalde staat. Het wiskundige proces hiervoor staat bekend als de Geboren regel.
• Het complementariteitsconcept: Dit is ontwikkeld door Niels Bohr in 1928, inclusief het idee van dualiteit van golfdeeltjes en dat de instorting van de golffunctie is gekoppeld aan het uitvoeren van een meting.
• Identificatie van de staatsvector met "kennis van het systeem": De Schrodinger-vergelijking bevat een reeks toestandsvectoren, en deze vectoren veranderen in de tijd en met waarnemingen om de kennis van een systeem op een bepaald moment weer te geven.
• Het positivisme van Heisenberg: Dit legt de nadruk op het bespreken van uitsluitend de waarneembare resultaten van de experimenten, in plaats van op de "betekenis" of onderliggende "realiteit". Dit is een impliciete (en soms expliciete) acceptatie van het filosofische concept van instrumentalisme.

Dit lijkt een vrij uitgebreide lijst van de belangrijkste punten achter de interpretatie van Kopenhagen, maar de interpretatie is niet zonder een aantal tamelijk ernstige problemen en heeft velen veroorzaakt kritiek... die de moeite waard zijn om afzonderlijk te bespreken.

Zoals hierboven vermeld, is de exacte aard van de interpretatie van Kopenhagen altijd een beetje vaag geweest. Een van de eerste verwijzingen naar het idee hiervan was in het boek van Werner Heisenberg uit 1930 De fysische principes van de kwantumtheorie, waarin hij verwees naar 'de Kopenhagen-geest van de kwantumtheorie'. Maar in die tijd was het ook echt de enkel en alleen interpretatie van de kwantummechanica (hoewel er enkele verschillen waren tussen de aanhangers), dus het was niet nodig om het met zijn eigen naam te onderscheiden.

Het werd pas "de Kopenhagen-interpretatie" genoemd wanneer alternatieve benaderingen, zoals de benadering van verborgen variabelen van David Bohm en die van Hugh Everett Veel wereldeninterpretatie, ontstond om de gevestigde interpretatie te betwisten. De term "interpretatie van Kopenhagen" wordt in het algemeen toegeschreven aan Werner Heisenberg toen hij in de jaren vijftig tegen deze alternatieve interpretaties sprak. Lezingen met de uitdrukking "Copenhagen Interpretation" verschenen in Heisenbergs verzameling essays uit 1958, Natuurkunde en filosofie.