Kopenhag Yorumu, 1927'de bilim adamları Kopenhag'da birlikte çalışırken Niels Bohr ve Werner Heisenberg tarafından formüle edilen kuantum mekaniğinin bir açıklamasıdır. Bohr ve Heisenberg, M. Born tarafından formüle edilen fonksiyonun olasılık yorumunu geliştirmeyi başardılar ve dalga-parçacık ikiliği nedeniyle ortaya çıkan bir dizi soruyu cevaplamaya çalıştılar. Bu makale, kuantum mekaniğinin Kopenhag yorumunun ana fikirlerini ve bunların modern fizik üzerindeki etkilerini ele alacaktır.
Sorunlar
Kuantum mekaniğinin yorumları, maddi dünyayı tanımlayan bir teori olarak kuantum mekaniğinin doğası hakkında felsefi görüşler olarak adlandırılır. Onların yardımıyla, fiziksel gerçekliğin özü, onu inceleme yöntemi, nedenselliğin ve determinizmin doğası, ayrıca istatistiğin özü ve kuantum mekaniğindeki yeri hakkındaki soruları cevaplamak mümkün oldu. Kuantum mekaniği, bilim tarihindeki en yankı uyandıran teori olarak kabul edilir, ancak derin anlayışında hala bir fikir birliği yoktur. Kuantum mekaniğinin birçok yorumu vardır vebugün bunların en popülerleri ile tanışacağız.
Anahtar Fikirler
Bildiğiniz gibi, fiziksel dünya kuantum nesnelerinden ve klasik ölçüm cihazlarından oluşur. Ölçüm cihazlarının durumundaki değişiklik, mikro nesnelerin özelliklerini değiştirmenin geri döndürülemez bir istatistiksel sürecini tanımlar. Bir mikro-nesne, ölçüm cihazının atomları ile etkileşime girdiğinde, süperpozisyon bir duruma indirgenir, yani ölçüm nesnesinin dalga fonksiyonu azalır. Schrödinger denklemi bu sonucu açıklamaz.
Kopenhag yorumu açısından, kuantum mekaniği mikro nesnelerin kendilerini değil, gözlem sırasında tipik ölçüm cihazlarının yarattığı makro koşullarda kendilerini gösteren özelliklerini tanımlar. Atomik nesnelerin davranışı, fenomenlerin meydana gelmesi için koşulları belirleyen ölçüm cihazlarıyla etkileşimlerinden ayırt edilemez.
Kuantum mekaniğine bir bakış
Kuantum mekaniği statik bir teoridir. Bunun nedeni, bir mikro nesnenin ölçümünün durumunda bir değişikliğe yol açmasıdır. Dolayısıyla, dalga fonksiyonu tarafından tanımlanan, nesnenin ilk konumunun olasılıksal bir açıklaması vardır. Karmaşık dalga fonksiyonu, kuantum mekaniğinde merkezi bir kavramdır. Dalga fonksiyonu yeni bir boyuta geçer. Bu ölçümün sonucu, olasılıksal bir şekilde dalga fonksiyonuna bağlıdır. Sadece dalga fonksiyonunun modülünün karesi, çalışılanın olasılığını doğrulayan fiziksel bir öneme sahiptir.mikro nesne uzayda belirli bir yerde bulunur.
Kuantum mekaniğinde, nedensellik yasası, mekaniğin klasik yorumunda olduğu gibi parçacık hız koordinatlarına göre değil, başlangıçtaki koşullara bağlı olarak zamanla değişen dalga fonksiyonuna göre yerine getirilir. Sadece dalga fonksiyonunun modülünün karesinin fiziksel bir değere sahip olması nedeniyle, ilk değerleri prensipte belirlenemez, bu da kuantum sisteminin ilk durumu hakkında doğru bilgi edinmenin bazı imkansızlığına yol açar..
Felsefi temel
Felsefi bir bakış açısından, Kopenhag yorumunun temeli epistemolojik ilkelerdir:
- Gözlenebilirlik. Özü, doğrudan gözlemle doğrulanamayan ifadelerin fiziksel teoriden dışlanmasında yatar.
- Ekstralar. Mikrodünyanın nesnelerinin dalga ve parçacık tanımlarının birbirini tamamladığını varsayar.
- Belirsizlikler. Mikro nesnelerin koordinatlarının ve momentumlarının ayrı ayrı ve mutlak doğrulukla belirlenemeyeceğini söylüyor.
- Statik determinizm. Fiziksel sistemin mevcut durumunun, önceki durumları tarafından açık bir şekilde değil, yalnızca geçmişte ortaya konan değişim eğilimlerinin uygulanmasının belirli bir olasılığı ile belirlendiğini varsayar.
- Eşleştirme. Bu ilkeye göre, kuantum mekaniğinin yasaları, eylemin kuantumunun büyüklüğünü ihmal etmek mümkün olduğunda klasik mekaniğin yasalarına dönüştürülür.
Faydalar
Kuantum fiziğinde, deneysel düzeneklerle elde edilen atomik nesneler hakkındaki bilgiler, birbirleriyle özel bir ilişki içindedir. Werner Heisenberg'in belirsizlik ilişkilerinde, klasik mekanikte bir fiziksel sistemin durumunu belirleyen kinetik ve dinamik değişkenlerin sabitlenmesindeki yanlışlıklar arasında ters orantı vardır.
Kuantum mekaniğinin Kopenhag yorumunun önemli bir avantajı, doğrudan fiziksel olarak gözlemlenemeyen nicelikler hakkında ayrıntılı ifadelerle çalışmamasıdır. Ek olarak, minimum önkoşullarla, şu anda mevcut olan deneysel gerçekleri kapsamlı bir şekilde tanımlayan kavramsal bir sistem oluşturur.
Dalga fonksiyonunun anlamı
Kopenhag yorumuna göre, dalga fonksiyonu iki işleme tabi olabilir:
- Schrödinger denklemi ile tanımlanan üniter evrim.
- Ölçme.
Bilim camiasında ilk süreçten kimsenin şüphesi yoktu ve ikinci süreç tartışmalara neden oldu ve bir dizi yoruma yol açtı, hatta Kopenhag bilinci yorumu çerçevesinde bile. Bir yandan, dalga fonksiyonunun gerçek bir fiziksel nesneden başka bir şey olmadığına ve ikinci süreç sırasında çöktüğüne inanmak için her türlü neden vardır. Öte yandan, dalga fonksiyonu gerçek bir varlık değil, tek amacı olan yardımcı bir matematiksel araç olabilir.olasılığı hesaplayabilme yeteneği kazandırmaktır. Bohr, tahmin edilebilecek tek şeyin fiziksel deneylerin sonucu olduğunu, bu nedenle tüm ikincil konuların kesin bilimle değil, felsefeyle ilgili olması gerektiğini vurguladı. Gelişmelerinde, bilimin yalnızca gerçekten ölçülebilir şeyleri tartışmasını gerektiren felsefi pozitivizm kavramını dile getirdi.
Çift yarık deneyi
İki yarıklı bir deneyde, iki yarıktan geçen ışık ekrana düşer ve burada iki girişim saçağı belirir: karanlık ve aydınlık. Bu süreç, ışık dalgalarının bazı yerlerde karşılıklı olarak büyüyüp bazı yerlerde birbirini iptal etmesiyle açıklanır. Öte yandan deney, ışığın bir akış parçasının özelliklerine sahip olduğunu ve elektronların bir girişim deseni verirken dalga özellikleri sergileyebileceğini gösteriyor.
Deneyin, her seferinde yuvalardan yalnızca bir parçacığın geçeceği kadar düşük yoğunluklu bir foton (veya elektron) akışıyla gerçekleştirildiği varsayılabilir. Bununla birlikte, fotonların ekrana çarptığı noktalar eklenirken, deneyin sözde ayrı parçacıklarla ilgili olmasına rağmen, üst üste binen dalgalardan aynı girişim deseni elde edilir. Bunun nedeni, gelecekteki her olayın yeniden dağıtılmış bir olasılık derecesine sahip olduğu ve bir sonraki anda tamamen öngörülemeyen bir şeyin olma olasılığının oldukça küçük olduğu "olasılıklı" bir evrende yaşadığımızdır.
Sorular
Slit deneyimi böyle koyarsorular:
- Tek tek parçacıkların davranışı için kurallar ne olacak? Kuantum mekaniği yasaları, parçacıkların içinde olacağı ekranın konumunu istatistiksel olarak gösterir. Çok sayıda parçacık içermesi muhtemel olan ışık bantlarının ve daha az parçacığın düşmesi muhtemel olan koyu bantların yerini hesaplamanıza olanak tanırlar. Ancak, kuantum mekaniğini yöneten yasalar, tek bir parçacığın gerçekte nereye varacağını tahmin edemez.
- Emisyon ve kayıt arasındaki anda parçacığa ne olur? Gözlem sonuçlarına göre, parçacığın her iki yarık ile etkileşim halinde olduğu izlenimi oluşturulabilir. Görünüşe göre bu, bir nokta parçacığının davranışının düzenlilikleriyle çelişiyor. Ayrıca, bir parçacık kaydedildiğinde bir nokta haline gelir.
- Neyin etkisi altında bir parçacık davranışını statikten statik olmayana veya tam tersi şekilde değiştirir? Bir parçacık yarıklardan geçtiğinde, davranışı her iki yarıktan aynı anda geçen yerel olmayan bir dalga fonksiyonu tarafından belirlenir. Bir parçacığın kaydı anında, her zaman bir nokta olarak sabitlenir ve hiçbir zaman bulanık bir dalga paketi elde edilmez.
Cevaplar
Kopenhag kuantum yorumu teorisi, sorulan soruları şu şekilde yanıtlıyor:
- Kuantum mekaniğinin tahminlerinin olasılıksal doğasını ortadan kaldırmak temelde imkansızdır. Yani, herhangi bir gizli değişken hakkında insan bilgisinin sınırlılığını doğru bir şekilde gösteremez. Klasik fizik şunları ifade eder:zar atmak gibi bir süreci tanımlamanın gerekli olduğu durumlarda olasılık. Yani, olasılık eksik bilginin yerini alır. Kuantum mekaniğinin Heisenberg ve Bohr tarafından yapılan Kopenhag yorumu, aksine, kuantum mekaniğindeki ölçümlerin sonucunun temelde deterministik olmadığını belirtir.
- Fizik, ölçme süreçlerinin sonuçlarını inceleyen bir bilimdir. Bunların sonucunda ne olduğu hakkında spekülasyon yapmak yanlıştır. Kopenhag yorumuna göre, parçacığın kayıt anından önce nerede olduğu ile ilgili sorular ve benzeri diğer uydurmalar anlamsızdır ve bu nedenle yansımanın dışında tutulmalıdır.
- Ölçme eylemi, dalga fonksiyonunun anında çökmesine yol açar. Bu nedenle, ölçüm süreci, belirli bir durumun dalga fonksiyonunun izin verdiği olasılıklardan yalnızca birini rastgele seçer. Ve bu seçimi yansıtmak için dalga fonksiyonunun anında değişmesi gerekir.
Formlar
Kopenhag yorumunun orijinal biçimindeki formülasyonu çeşitli varyasyonlara yol açmıştır. Bunlardan en yaygın olanı, tutarlı olaylar yaklaşımına ve kuantum eşevresizliği gibi bir kavrama dayanmaktadır. Decoherence, makro ve mikro dünyalar arasındaki belirsiz sınırı hesaplamanıza olanak tanır. Kalan varyasyonlar, "dalga dünyasının gerçekçiliği" derecesine göre farklılık gösterir.
Eleştiri
Kuantum mekaniğinin geçerliliği (Heisenberg ve Bohr'un ilk soruya verdiği yanıt) Einstein, Podolsky veRosen (EPR paradoksu). Böylece bilim adamları, teorinin anlık ve yerel olmayan “uzun menzilli eyleme” yol açmaması için gizli parametrelerin varlığının gerekli olduğunu kanıtlamak istediler. Ancak, Bell'in eşitsizliklerinin mümkün kıldığı EPR paradoksunun doğrulanması sırasında, kuantum mekaniğinin doğru olduğu ve çeşitli gizli değişken teorilerinin deneysel bir doğrulaması olmadığı kanıtlandı.
Ancak en sorunlu cevap, Heisenberg ve Bohr'un, ölçüm süreçlerini özel bir konuma yerleştiren, ancak onlarda ayırt edici özelliklerin varlığını belirlemeyen üçüncü soruya verdiği cevaptı.
Hem fizikçi hem de filozof olan birçok bilim insanı, kuantum fiziğinin Kopenhag yorumunu kabul etmeyi açıkça reddetti. Bunun ilk nedeni, Heisenberg ve Bohr'un yorumunun deterministik olmamasıydı. İkincisi ise, olasılık fonksiyonlarını geçerli sonuçlara dönüştüren belirsiz bir ölçüm kavramı sunmasıdır.
Einstein, Heisenberg ve Bohr tarafından yorumlandığı şekliyle kuantum mekaniği tarafından verilen fiziksel gerçekliğin tanımının eksik olduğundan emindi. Einstein'a göre, Kopenhag yorumunda bir mantık buldu, ancak bilimsel içgüdüleri bunu kabul etmeyi reddetti. Böylece Einstein daha eksiksiz bir konsept aramayı bırakamadı.
Einstein, Born'a yazdığı mektubunda "Eminim ki Tanrı zar atmaz!" demiştir. Niels Bohr, bu ifadeyi yorumlayarak Einstein'a Tanrı'ya ne yapması gerektiğini söylememesini söyledi. Ve Abraham Pais ile yaptığı konuşmada Einstein, "Gerçekten ayın var olduğunu düşünüyorsunuz.sadece ona baktığında?”.
Erwin Schrödinger, atom altı sistemden mikroskobik sistemlere geçiş sırasında kuantum mekaniğinin yetersizliğini göstermek istediği bir kedi ile bir düşünce deneyi yaptı. Aynı zamanda, uzayda dalga fonksiyonunun gerekli çöküşü sorunlu kabul edildi. Einstein'ın görelilik kuramına göre, anlıklık ve eşzamanlılık yalnızca aynı referans çerçevesindeki bir gözlemci için anlamlıdır. Bu nedenle, herkes için bir olabilecek bir zaman yoktur, bu da anlık çöküşün belirlenemeyeceği anlamına gelir.
Dağıtım
1997'de akademide yürütülen resmi olmayan bir anket, yukarıda kısaca tartışılan daha önce baskın olan Kopenhag yorumunun, yanıt verenlerin yarısından azı tarafından desteklendiğini gösterdi. Ancak bireysel olarak diğer yorumlardan daha fazla taraftarı vardır.
Alternatif
Birçok fizikçi, kuantum mekaniğinin "hiçbiri" olarak adlandırılan başka bir yorumuna daha yakındır. Bu yorumun özü, David Mermin'in genellikle Richard Feynman veya Paul Dirac'a atfedilen "Kapa çeneni ve hesapla!" vecizesinde ayrıntılı bir şekilde ifade edilir.
