The Copenhagen Interpretation adalah penjelasan mekanika kuantum yang dirumuskan oleh Niels Bohr dan Werner Heisenberg pada tahun 1927 ketika para ilmuwan bekerja sama di Kopenhagen. Bohr dan Heisenberg mampu meningkatkan interpretasi probabilistik dari fungsi yang dirumuskan oleh M. Born dan mencoba menjawab sejumlah pertanyaan yang muncul akibat dualitas gelombang-partikel. Artikel ini akan membahas gagasan utama interpretasi Kopenhagen tentang mekanika kuantum, dan dampaknya terhadap fisika modern.
Masalah
Interpretasi mekanika kuantum menyebut pandangan filosofis tentang sifat mekanika kuantum sebagai teori yang menggambarkan dunia material. Dengan bantuan mereka, dimungkinkan untuk menjawab pertanyaan tentang esensi realitas fisik, metode mempelajarinya, sifat kausalitas dan determinisme, serta esensi statistik dan tempatnya dalam mekanika kuantum. Mekanika kuantum dianggap sebagai teori yang paling bergema dalam sejarah sains, tetapi masih belum ada konsensus dalam pemahamannya yang mendalam. Ada sejumlah interpretasi mekanika kuantum, danhari ini kita akan berkenalan dengan yang paling populer di antara mereka.
Ide Utama
Seperti yang Anda ketahui, dunia fisik terdiri dari objek kuantum dan alat ukur klasik. Perubahan keadaan alat ukur menggambarkan proses statistik ireversibel mengubah karakteristik objek mikro. Ketika objek mikro berinteraksi dengan atom alat pengukur, superposisi dikurangi menjadi satu keadaan, yaitu fungsi gelombang objek pengukur berkurang. Persamaan Schrödinger tidak menjelaskan hasil ini.
Dari sudut pandang interpretasi Kopenhagen, mekanika kuantum tidak menjelaskan objek mikro itu sendiri, tetapi sifat-sifatnya, yang memanifestasikan dirinya dalam kondisi makro yang diciptakan oleh alat ukur tipikal selama pengamatan. Perilaku objek atom tidak dapat dibedakan dari interaksinya dengan alat ukur yang menentukan kondisi terjadinya fenomena.
Tinjau mekanika kuantum
Mekanika kuantum adalah teori statis. Ini disebabkan oleh fakta bahwa pengukuran objek mikro menyebabkan perubahan keadaannya. Jadi ada deskripsi probabilistik dari posisi awal objek, dijelaskan oleh fungsi gelombang. Fungsi gelombang kompleks adalah konsep sentral dalam mekanika kuantum. Fungsi gelombang berubah ke dimensi baru. Hasil pengukuran ini tergantung pada fungsi gelombang, secara probabilistik. Hanya kuadrat dari modulus fungsi gelombang yang memiliki signifikansi fisik, yang menegaskan probabilitas bahwa yang dipelajariobjek mikro terletak di tempat tertentu di luar angkasa.
Dalam mekanika kuantum, hukum kausalitas terpenuhi sehubungan dengan fungsi gelombang, yang bervariasi dalam waktu tergantung pada kondisi awal, dan tidak sehubungan dengan koordinat kecepatan partikel, seperti dalam interpretasi klasik mekanika. Karena kenyataan bahwa hanya kuadrat dari modulus fungsi gelombang yang memiliki nilai fisik, nilai awalnya tidak dapat ditentukan pada prinsipnya, yang menyebabkan beberapa ketidakmungkinan untuk memperoleh pengetahuan yang akurat tentang keadaan awal sistem kuantum..
Dasar filosofis
Dari sudut pandang filosofis, dasar penafsiran Kopenhagen adalah prinsip-prinsip epistemologis:
- Observabilitas. Esensinya terletak pada pengecualian dari teori fisika dari pernyataan-pernyataan yang tidak dapat diverifikasi dengan pengamatan langsung.
- Ekstra. Diasumsikan bahwa gelombang dan deskripsi sel dari objek-objek dunia mikro saling melengkapi.
- Ketidakpastian. Mengatakan bahwa koordinat objek mikro dan momentumnya tidak dapat ditentukan secara terpisah, dan dengan akurasi mutlak.
- determinisme statis. Diasumsikan bahwa keadaan sistem fisik saat ini ditentukan oleh keadaan sebelumnya tidak jelas, tetapi hanya dengan tingkat probabilitas tertentu dari implementasi tren perubahan yang ditetapkan di masa lalu.
- Pencocokan. Menurut prinsip ini, hukum mekanika kuantum diubah menjadi hukum mekanika klasik jika besaran kuantum aksi dapat diabaikan.
Manfaat
Dalam fisika kuantum, informasi tentang objek atom, yang diperoleh melalui pengaturan eksperimental, memiliki hubungan yang aneh satu sama lain. Dalam hubungan ketidakpastian Werner Heisenberg, terdapat proporsionalitas terbalik antara ketidakakuratan dalam menetapkan variabel kinetik dan dinamis yang menentukan keadaan sistem fisik dalam mekanika klasik.
Keuntungan yang signifikan dari interpretasi Kopenhagen tentang mekanika kuantum adalah fakta bahwa interpretasi tersebut tidak beroperasi dengan pernyataan terperinci secara langsung tentang kuantitas yang tidak dapat diamati secara fisik. Selain itu, dengan prasyarat minimum, ia membangun sistem konseptual yang secara mendalam menggambarkan fakta eksperimental yang tersedia saat ini.
Arti dari fungsi gelombang
Menurut interpretasi Kopenhagen, fungsi gelombang dapat mengalami dua proses:
- Evolusi kesatuan, yang dijelaskan oleh persamaan Schrödinger.
- Mengukur.
Tidak ada yang meragukan proses pertama dalam komunitas ilmiah, dan proses kedua menyebabkan diskusi dan memunculkan sejumlah interpretasi, bahkan dalam kerangka interpretasi kesadaran Kopenhagen itu sendiri. Di satu sisi, ada banyak alasan untuk percaya bahwa fungsi gelombang tidak lain adalah objek fisik yang nyata, dan ia runtuh selama proses kedua. Di sisi lain, fungsi gelombang mungkin bukan entitas nyata, tetapi alat bantu matematika, satu-satunya tujuan yangadalah untuk memberikan kemampuan untuk menghitung probabilitas. Bohr menekankan bahwa satu-satunya hal yang dapat diprediksi adalah hasil eksperimen fisik, sehingga semua masalah sekunder tidak boleh dikaitkan dengan sains eksakta, tetapi dengan filsafat. Dia menyatakan dalam perkembangannya konsep filosofis positivisme, yang mengharuskan sains hanya membahas hal-hal yang benar-benar terukur.
Percobaan celah ganda
Dalam percobaan dua celah, cahaya yang melewati dua celah jatuh di layar, di mana dua pita interferensi muncul: gelap dan terang. Proses ini dijelaskan oleh fakta bahwa gelombang cahaya dapat saling menguatkan di beberapa tempat, dan saling meniadakan di tempat lain. Di sisi lain, percobaan menggambarkan bahwa cahaya memiliki sifat bagian aliran, dan elektron dapat menunjukkan sifat gelombang, sambil memberikan pola interferensi.
Dapat diasumsikan bahwa eksperimen dilakukan dengan aliran foton (atau elektron) dengan intensitas rendah sehingga hanya satu partikel yang melewati celah setiap kali. Namun demikian, ketika menambahkan titik-titik di mana foton mengenai layar, pola interferensi yang sama diperoleh dari gelombang yang ditumpangkan, terlepas dari kenyataan bahwa eksperimen tersebut berkaitan dengan partikel yang dianggap terpisah. Ini karena kita hidup di alam semesta "probabilistik", di mana setiap peristiwa di masa depan memiliki tingkat kemungkinan yang terdistribusi ulang, dan kemungkinan bahwa sesuatu yang sama sekali tidak terduga akan terjadi pada saat berikutnya agak kecil.
Pertanyaan
Pengalaman celah menempatkan seperti itupertanyaan:
- Apa aturan untuk perilaku partikel individu? Hukum mekanika kuantum menunjukkan lokasi layar di mana partikel akan berada, secara statistik. Mereka memungkinkan Anda untuk menghitung lokasi pita cahaya, yang kemungkinan mengandung banyak partikel, dan pita gelap, di mana lebih sedikit partikel yang mungkin jatuh. Namun, hukum yang mengatur mekanika kuantum tidak dapat memprediksi di mana partikel individu akan benar-benar berakhir.
- Apa yang terjadi pada partikel pada saat antara emisi dan registrasi? Menurut hasil pengamatan, dapat dibuat kesan bahwa partikel tersebut berinteraksi dengan kedua celah. Tampaknya ini bertentangan dengan keteraturan perilaku partikel titik. Terlebih lagi, ketika sebuah partikel didaftarkan, itu menjadi sebuah titik.
- Di bawah pengaruh apa partikel mengubah perilakunya dari statis menjadi non-statis, dan sebaliknya? Ketika sebuah partikel melewati celah, perilakunya ditentukan oleh fungsi gelombang tak terlokalisasi yang melewati kedua celah pada waktu yang sama. Pada saat pendaftaran sebuah partikel, itu selalu tetap sebagai titik, dan paket gelombang kabur tidak pernah diperoleh.
Jawaban
Teori interpretasi kuantum Kopenhagen menjawab pertanyaan yang diajukan sebagai berikut:
- Pada dasarnya tidak mungkin untuk menghilangkan sifat probabilistik dari prediksi mekanika kuantum. Artinya, tidak dapat secara akurat menunjukkan keterbatasan pengetahuan manusia tentang variabel laten apa pun. Fisika klasik mengacu padaprobabilitas dalam kasus-kasus ketika perlu untuk menggambarkan proses seperti melempar dadu. Artinya, probabilitas menggantikan pengetahuan yang tidak lengkap. Interpretasi Kopenhagen tentang mekanika kuantum oleh Heisenberg dan Bohr, sebaliknya, menyatakan bahwa hasil pengukuran dalam mekanika kuantum pada dasarnya non-deterministik.
- Fisika adalah ilmu yang mempelajari hasil proses pengukuran. Adalah salah untuk berspekulasi tentang apa yang terjadi sebagai akibat dari mereka. Menurut interpretasi Kopenhagen, pertanyaan tentang di mana partikel itu sebelum saat pendaftarannya, dan rekayasa serupa lainnya tidak ada artinya, dan oleh karena itu harus dikeluarkan dari refleksi.
- Tindakan pengukuran menyebabkan keruntuhan seketika dari fungsi gelombang. Oleh karena itu, proses pengukuran secara acak memilih hanya satu kemungkinan yang dimungkinkan oleh fungsi gelombang dari keadaan tertentu. Dan untuk mencerminkan pilihan ini, fungsi gelombang harus berubah seketika.
Formulir
Formulasi tafsir Kopenhagen dalam bentuk aslinya telah menimbulkan beberapa variasi. Yang paling umum dari mereka didasarkan pada pendekatan peristiwa yang konsisten dan konsep seperti dekoherensi kuantum. Dekoherensi memungkinkan Anda menghitung batas fuzzy antara dunia makro dan mikro. Variasi yang tersisa berbeda dalam tingkat "realisme dunia gelombang."
Kritik
Keabsahan mekanika kuantum (jawaban Heisenberg dan Bohr untuk pertanyaan pertama) dipertanyakan dalam eksperimen pemikiran yang dilakukan oleh Einstein, Podolsky danRosen (paradoks EPR). Dengan demikian, para ilmuwan ingin membuktikan bahwa keberadaan parameter tersembunyi diperlukan agar teori tidak mengarah pada "aksi jangka panjang" yang instan dan non-lokal. Namun, selama verifikasi paradoks EPR, yang dimungkinkan oleh ketidaksetaraan Bell, terbukti bahwa mekanika kuantum benar, dan berbagai teori variabel tersembunyi tidak memiliki konfirmasi eksperimental.
Tetapi jawaban yang paling bermasalah adalah jawaban Heisenberg dan Bohr untuk pertanyaan ketiga, yang menempatkan proses pengukuran pada posisi khusus, tetapi tidak menentukan adanya ciri khas di dalamnya.
Banyak ilmuwan, baik fisikawan maupun filsuf, dengan tegas menolak untuk menerima interpretasi Kopenhagen tentang fisika kuantum. Alasan pertama untuk ini adalah bahwa interpretasi Heisenberg dan Bohr tidak deterministik. Dan yang kedua adalah memperkenalkan gagasan pengukuran yang tidak jelas yang mengubah fungsi probabilitas menjadi hasil yang valid.
Einstein yakin bahwa deskripsi realitas fisik yang diberikan oleh mekanika kuantum seperti yang ditafsirkan oleh Heisenberg dan Bohr tidak lengkap. Menurut Einstein, dia menemukan beberapa logika dalam interpretasi Kopenhagen, tetapi naluri ilmiahnya menolak untuk menerimanya. Jadi Einstein tidak bisa berhenti mencari konsep yang lebih lengkap.
Dalam suratnya kepada Born, Einstein berkata: "Saya yakin Tuhan tidak melempar dadu!". Niels Bohr, mengomentari frasa ini, mengatakan kepada Einstein untuk tidak memberi tahu Tuhan apa yang harus dilakukan. Dan dalam percakapannya dengan Abraham Pais, Einstein berseru: “Kamu benar-benar berpikir bahwa bulan itu adahanya ketika Anda melihatnya?”.
Erwin Schrödinger datang dengan eksperimen pemikiran dengan seekor kucing, di mana ia ingin menunjukkan inferioritas mekanika kuantum selama transisi dari sistem subatomik ke sistem mikroskopis. Pada saat yang sama, keruntuhan yang diperlukan dari fungsi gelombang di ruang angkasa dianggap bermasalah. Menurut teori relativitas Einstein, instanitas dan simultanitas hanya masuk akal bagi pengamat yang berada dalam kerangka acuan yang sama. Jadi, tidak ada waktu yang bisa menjadi satu untuk semua, yang berarti keruntuhan seketika tidak dapat ditentukan.
Distribusi
Sebuah survei informal yang dilakukan di dunia akademis pada tahun 1997 menunjukkan bahwa interpretasi Kopenhagen yang sebelumnya dominan, yang dibahas secara singkat di atas, didukung oleh kurang dari setengah responden. Namun, ia memiliki lebih banyak penganut daripada interpretasi lain secara individual.
Alternatif
Banyak fisikawan yang lebih dekat dengan interpretasi lain dari mekanika kuantum, yang disebut "tidak ada". Inti dari interpretasi ini diungkapkan secara mendalam dalam diktum David Mermin: "Diam dan hitung!", yang sering dikaitkan dengan Richard Feynman atau Paul Dirac.
