Kopenhagener Interpretation - Copenhagen interpretation

Die Kopenhagener Interpretation ist eine Sammlung von Ansichten über die Bedeutung der Quantenmechanik, die hauptsächlich Niels Bohr und Werner Heisenberg zugeschrieben wird . Sie ist eine der ältesten von zahlreichen vorgeschlagenen Interpretationen der Quantenmechanik , da ihre Merkmale auf die Entwicklung der Quantenmechanik in den Jahren 1925-1927 zurückgehen, und sie bleibt eine der am häufigsten gelehrten. 

Es gibt keine definitive historische Aussage über die Kopenhagener Interpretation. Es gibt einige grundlegende Übereinstimmungen und Meinungsverschiedenheiten zwischen den Ansichten von Bohr und Heisenberg. Heisenberg betonte beispielsweise einen scharfen "Schnitt" zwischen dem Beobachter (oder dem Instrument) und dem beobachteten System, während Bohr eine von einem subjektiven Beobachter oder einer Messung oder einem Kollaps unabhängige Interpretation anbot, die auf einem "irreversiblen" oder effektiven irreversibler Prozess, der innerhalb des Quantensystems ablaufen könnte.

Gemeinsame Merkmale der Interpretationen vom Kopenhagener Typ sind die Idee, dass die Quantenmechanik intrinsisch indeterministisch ist, mit Wahrscheinlichkeiten, die nach der Born-Regel berechnet werden , und das Prinzip der Komplementarität , das besagt, dass Objekte bestimmte Paare von komplementären Eigenschaften haben, die nicht alle gleichzeitig beobachtet oder gemessen werden können. Darüber hinaus ist der Akt des "Beobachtens" oder "Messens" eines Objekts irreversibel, und einem Objekt kann keine Wahrheit zugeschrieben werden, außer den Ergebnissen seiner Messung . Kopenhagener Interpretationen halten Quantenbeschreibungen für objektiv, da sie von der mentalen Willkür der Physiker unabhängig sind.

Im Laufe der Jahre gab es viele Einwände gegen Aspekte der Interpretationen des Kopenhagener Typs, darunter die diskontinuierliche und stochastische Natur des "Beobachtungs"- oder "Mess"-Prozesses, die offensichtliche Subjektivität, einen Beobachter zu erfordern , die Schwierigkeit zu definieren, was als ein Messgerät und die scheinbare Abhängigkeit von der klassischen Physik bei der Beschreibung solcher Geräte.

Hintergrund

Ab 1900 zwangen Untersuchungen zu atomaren und subatomaren Phänomenen eine Revision der Grundkonzepte der klassischen Physik . Doch erst nach einem Vierteljahrhundert erreichte die Revision den Status einer kohärenten Theorie. In der Zwischenzeit, heute bekannt als die Zeit der „ alten Quantentheorie “, arbeiteten Physiker mit Annäherungen und heuristischen Korrekturen an die klassische Physik. Bemerkenswerte Ergebnisse aus dieser Zeit gehören Max Planck ‚s Berechnung der Schwarzkörperstrahlung Spektrum, Albert Einstein ‘ s Erklärung des photoelektrischen Effekts , Einstein und Peter Debye seine Arbeit auf der spezifischen Wärme von Feststoffen, Niels Bohr und Hendrika Johanna van Leeuwen 's Beweis, dass die klassische Physik den Diamagnetismus nicht erklären kann , Bohrs Modell des Wasserstoffatoms und Arnold Sommerfelds Erweiterung des Bohrschen Modells um relativistische Effekte . Von 1922 bis 1925 stieß diese Methode der heuristischen Korrekturen auf zunehmende Schwierigkeiten; zum Beispiel konnte das Bohr-Sommerfeld-Modell nicht von Wasserstoff auf den nächsteinfachsten Fall, das Heliumatom, erweitert werden .

Der Übergang von der alten Quantentheorie zur vollwertigen Quantenphysik begann 1925, als Werner Heisenberg eine Behandlung des Elektronenverhaltens vorstellte, die darauf beruhte, nur "beobachtbare" Größen zu diskutieren, dh für Heisenberg die Frequenzen des Lichts, die Atome absorbieren und emittieren. Max Born erkannte dann, dass in Heisenbergs Theorie die klassischen Variablen Ort und Impuls stattdessen durch Matrizen repräsentiert würden , mathematische Objekte, die wie Zahlen miteinander multipliziert werden können, mit dem entscheidenden Unterschied, dass die Reihenfolge der Multiplikation zählt. Erwin Schrödinger stellte eine Gleichung vor, die das Elektron als Welle behandelte, und Born entdeckte, dass die in der Schrödinger-Gleichung auftauchende Wellenfunktion erfolgreich interpretiert werden konnte, indem man Wahrscheinlichkeiten berechnete .

Die Quantenmechanik lässt sich nicht ohne weiteres mit der Alltagssprache und -beobachtung in Einklang bringen und erschien Physikern, einschließlich ihrer Erfinder, oft kontraintuitiv. Die Ideen, die als Kopenhagener Interpretation zusammengefasst sind, schlagen einen Weg vor, darüber nachzudenken, wie sich die Mathematik der Quantentheorie auf die physikalische Realität bezieht.

Herkunft und Verwendung des Begriffs

Das Niels-Bohr-Institut in Kopenhagen

Werner Heisenberg war während eines Teils der 1920er Jahre Assistent von Niels Bohr an seinem Institut in Kopenhagen , als sie bei der Entwicklung der quantenmechanischen Theorie halfen. Auf der Solvay-Konferenz 1927 erklärte ein Doppelvortrag von Max Born und Heisenberg: "Wir betrachten die Quantenmechanik als eine geschlossene Theorie, deren grundlegende physikalische und mathematische Annahmen keiner Modifikation mehr unterliegen." 1929 hielt Heisenberg eine Reihe von eingeladenen Vorlesungen an der University of Chicago, in denen er das neue Gebiet der Quantenmechanik erläuterte. Die Vorlesungen dienten dann als Grundlage für sein Lehrbuch The Physical Principles of the Quantum Theory , das 1930 veröffentlicht wurde. Im Vorwort des Buches schrieb Heisenberg:

Im Großen und Ganzen enthält das Buch nichts, was nicht in früheren Veröffentlichungen, insbesondere in den Untersuchungen von Bohr, zu finden wäre. Der Zweck des Buches scheint mir erfüllt, wenn es etwas zur Verbreitung des „Kopenhagener Geist der Quantentheorie“ beiträgt, wenn ich mich so ausdrücken darf, der die gesamte Entwicklung der Moderne geleitet hat Atomphysik.

Der Begriff „Kopenhagener Interpretation“ suggeriert etwas mehr als nur einen Geist, wie etwa ein bestimmtes Regelwerk zur Interpretation des mathematischen Formalismus der Quantenmechanik, das vermutlich auf die 1920er Jahre zurückgeht. Es existiert jedoch kein solcher Text, und die Schriften von Bohr und Heisenberg widersprechen sich in mehreren wichtigen Fragen. Es scheint, dass der spezielle Begriff in seiner genaueren Bedeutung in den 1950er Jahren von Heisenberg geprägt wurde, während er alternative "Interpretationen" (zB die von David Bohm ) kritisierte , die entwickelt worden waren. Vorlesungen mit den Titeln „Die Kopenhagener Interpretation der Quantentheorie“ und „Kritiken und Gegenvorschläge zur Kopenhagener Interpretation“, die Heisenberg 1955 hielt, werden in der Sammlung Physik und Philosophie nachgedruckt . Bevor das Buch zum Verkauf freigegeben wurde, drückte Heisenberg privat sein Bedauern aus, den Begriff verwendet zu haben, da er auf andere Interpretationen hindeutete, die er für "Unsinn" hielt.

Grundsätze

Es gibt keine eindeutig endgültige Aussage über die Kopenhagener Interpretation. Der Begriff umfasst die Ansichten, die von einer Reihe von Wissenschaftlern und Philosophen im zweiten Viertel des 20. Jahrhunderts entwickelt wurden. Bohr und Heisenberg waren sich nie ganz einig, wie der mathematische Formalismus der Quantenmechanik zu verstehen sei, und Bohr distanzierte sich von dem, was er für Heisenbergs subjektivere Interpretation hielt. Bohr bot eine Interpretation an, die unabhängig von einem subjektiven Beobachter oder einer Messung oder einem Zusammenbruch ist; stattdessen verursacht ein "irreversibler" oder effektiv irreversibler Prozess den Zerfall der Quantenkohärenz, der das klassische Verhalten der "Beobachtung" oder "Messung" verleiht.

Verschiedene Kommentatoren und Forscher haben verschiedene Ideen mit dem Begriff in Verbindung gebracht. Asher Peres bemerkte, dass sehr unterschiedliche, manchmal gegensätzliche Ansichten von verschiedenen Autoren als "die Kopenhagener Interpretation" präsentiert werden. N. David Mermin prägte den Satz "Halt die Klappe und kalkuliere!" um Kopenhagener Ansichten zusammenzufassen, ein Sprichwort, das Richard Feynman oft fälschlicherweise zugeschrieben wird und das Mermin später als unzureichend nuanciert fand.

Einige grundlegende Prinzipien, die im Allgemeinen als Teil der Interpretation akzeptiert werden, umfassen Folgendes:

  1. Die Quantenmechanik ist an sich indeterministisch.
  2. Das Korrespondenzprinzip : Die Quantentheorie ähnelt in der entsprechenden Grenze der klassischen Physik und reproduziert die klassischen Vorhersagen.
  3. Die Bornsche Regel : Die Wellenfunktion eines Systems liefert Wahrscheinlichkeiten für die Ergebnisse von Messungen an diesem System.
  4. Komplementarität : Bestimmte Eigenschaften können nicht gleichzeitig für dasselbe System gemeinsam definiert werden. Um über eine bestimmte Eigenschaft eines Systems zu sprechen, muss dieses System im Kontext einer bestimmten Laboranordnung betrachtet werden. Beobachtbare Größen, die sich gegenseitig ausschließenden Laboranordnungen entsprechen, können nicht zusammen vorhergesagt werden, aber die Berücksichtigung mehrerer solcher sich gegenseitig ausschließender Experimente ist notwendig, um ein System zu charakterisieren.

Hans Primas und Roland Omnès geben eine detailliertere Aufschlüsselung, die zusätzlich zu den obigen Angaben Folgendes enthält:

  1. Die Quantenphysik gilt für einzelne Objekte. Die von der Born-Regel berechneten Wahrscheinlichkeiten erfordern kein Ensemble oder eine Sammlung von "identisch vorbereiteten" Systemen, um sie zu verstehen.
  2. Die von Messgeräten gelieferten Ergebnisse sind im Wesentlichen klassisch und sollten in gewöhnlicher Sprache beschrieben werden. Dies wurde von Bohr besonders betont und von Heisenberg akzeptiert.
  3. Gemäß dem obigen Punkt muss das zur Beobachtung eines Systems verwendete Gerät in klassischer Sprache beschrieben werden, während das beobachtete System in Quantenbegriffen behandelt wird. Dies ist eine besonders subtile Frage, bei der Bohr und Heisenberg zu unterschiedlichen Schlussfolgerungen kamen. Nach Heisenberg kann die Grenze zwischen Klassik und Quante nach Belieben des Beobachters in beide Richtungen verschoben werden. Das heißt, der Beobachter hat die Freiheit, den sogenannten „ Heisenberg-Schnitt “ zu bewegen, ohne physikalisch sinnvolle Vorhersagen zu ändern. Andererseits argumentierte Bohr, dass eine vollständige Spezifikation der Laborapparatur den "Schnitt" fixieren würde. Darüber hinaus argumentierte Bohr, dass zumindest einige Konzepte der klassischen Physik auf beiden Seiten des "Schnitts" sinnvoll sein müssen.
  4. Während einer Beobachtung muss das System mit einem Laborgerät interagieren. Wenn dieses Gerät eine Messung durchführt, kollabiert die Wellenfunktion des Systems und reduziert sich irreversibel auf einen Eigenzustand der registrierten Observablen . Das Ergebnis dieses Prozesses ist eine greifbare Aufzeichnung des Ereignisses, die dadurch entsteht, dass eine Möglichkeit zur Wirklichkeit wird.
  5. Aussagen über Messungen, die nicht tatsächlich gemacht werden, haben keinen Sinn. Beispielsweise hat die Aussage, dass ein Photon den oberen Weg eines Mach-Zehnder-Interferometers durchlaufen hat, keinen Sinn, es sei denn, das Interferometer wäre tatsächlich so gebaut, dass der Weg des Photons erfasst und registriert wird.
  6. Wellenfunktionen sind objektiv, da sie nicht von persönlichen Meinungen einzelner Physiker oder anderen willkürlichen Einflüssen abhängen.

Ein weiteres wichtiges Thema, bei dem Bohr und Heisenberg uneins waren, ist die Welle-Teilchen-Dualität . Bohr behauptete, dass die Unterscheidung zwischen einer Wellenansicht und einer Teilchenansicht durch eine Unterscheidung zwischen experimentellen Aufbauten definiert wurde, während Heisenberg sie durch die Möglichkeit definierte, die mathematischen Formeln als Bezug auf Wellen oder Teilchen zu betrachten. Bohr dachte, dass ein bestimmter Versuchsaufbau entweder ein Wellenbild oder ein Teilchenbild zeigen würde, aber nicht beides. Heisenberg war der Meinung, dass jede mathematische Formulierung sowohl Wellen- als auch Teilcheninterpretationen ermöglicht.

Eine Schwierigkeit bei der Diskussion der philosophischen Position der „Kopenhagener Interpretation“ besteht darin, dass es keine einzige maßgebliche Quelle gibt, die festlegt, was die Interpretation ist. Eine weitere Komplikation besteht darin, dass der philosophische Hintergrund, der Einstein, Bohr, Heisenberg und Zeitgenossen vertraut war, Physikern und sogar Physikphilosophen in jüngerer Zeit viel weniger bekannt ist.

Natur der Wellenfunktion

Eine Wellenfunktion ist eine mathematische Einheit, die eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Ergebnisse jeder möglichen Messung in einem System bereitstellt. Die Kenntnis des Quantenzustands zusammen mit den Regeln für die zeitliche Entwicklung des Systems erschöpft alles, was über das Verhalten des Systems vorhergesagt werden kann. Im Allgemeinen leugnen Interpretationen vom Kopenhagener Typ, dass die Wellenfunktion ein direkt fassbares Bild eines gewöhnlichen materiellen Körpers oder einer erkennbaren Komponente eines solchen oder mehr als ein theoretisches Konzept liefert.

Wahrscheinlichkeiten nach der Born-Regel

Die Born-Regel ist für die Kopenhagener Interpretation wesentlich. Sie wurde 1926 von Max Born formuliert und gibt die Wahrscheinlichkeit an, dass eine Messung eines Quantensystems zu einem bestimmten Ergebnis führt. In seiner einfachsten Form besagt es, dass die Wahrscheinlichkeitsdichte, ein Teilchen an einem bestimmten Punkt zu finden, gemessen wird, proportional zum Quadrat der Größe der Wellenfunktion des Teilchens an diesem Punkt ist.

Zusammenbruch

Eine gängige Auffassung von "der" Kopenhagener Interpretation ist, dass ein wichtiger Teil davon der "Zusammenbruch" der Wellenfunktion ist. Beim Messvorgang, so wird postuliert, kann sich die Wellenfunktion eines Systems sprunghaft und diskontinuierlich ändern. Vor einer Messung beinhaltet eine Wellenfunktion die verschiedenen Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen möglichen Ergebnisse dieser Messung. Aber wenn der Apparat eines dieser Ergebnisse registriert, bleiben keine Spuren der anderen zurück.

Heisenberg sprach von der Wellenfunktion als Repräsentant des verfügbaren Wissens eines Systems und verwendete nicht den Begriff "Kollaps", sondern bezeichnete es stattdessen als "Reduktion" der Wellenfunktion auf einen neuen Zustand, der die Änderung des verfügbaren Wissens repräsentiert, die einmal auftritt Das Phänomen wird vom Gerät registriert. Laut Howard und Faye erwähnen die Schriften von Bohr den Kollaps der Wellenfunktion nicht.

Da sie behaupten, dass die Existenz eines beobachteten Wertes von der Fürsprache des Beobachters abhängt, werden Interpretationen vom Kopenhagener Typ manchmal als "subjektiv" bezeichnet. Dieser Begriff wird von vielen Kopenhagenern abgelehnt, weil der Beobachtungsprozess mechanisch ist und nicht von der Individualität des Beobachters abhängt. Wolfgang Pauli zum Beispiel bestand darauf, dass Messergebnisse mit "objektiven Registriergeräten" gewonnen und aufgezeichnet werden könnten. Wie Heisenberg schrieb:

Natürlich darf die Einführung des Beobachters nicht dahingehend missverstanden werden, dass in die Naturbeschreibung irgendwelche subjektiven Merkmale eingebracht werden sollen. Der Beobachter hat vielmehr nur die Funktion, Entscheidungen, dh Prozesse in Raum und Zeit, zu registrieren, und es spielt keine Rolle, ob der Beobachter ein Apparat oder ein Mensch ist; aber die Registrierung, dh der Übergang vom "Möglichen" zum "Wirklichen", ist hier unbedingt notwendig und kann bei der Interpretation der Quantentheorie nicht weggelassen werden.

In den 1970er und 1980er Jahren half die Dekohärenztheorie , das Auftreten quasi-klassischer Realitäten aus der Quantentheorie zu erklären, reichte jedoch nicht aus, um eine technische Erklärung für den scheinbaren Wellenfunktionskollaps zu liefern.

Vervollständigung durch versteckte Variablen?

In metaphysischer Hinsicht betrachtet die Kopenhagener Interpretation die Quantenmechanik als Wissen über Phänomene, aber nicht als Hinweis auf „wirklich existierende Objekte“, die sie als Überbleibsel der gewöhnlichen Intuition betrachtet. Dies macht es zu einer epistemischen Theorie. Dies kann im Gegensatz zu Einsteins Ansicht stehen, dass die Physik nach „wirklich existierenden Objekten“ suchen sollte, was sich selbst zu einer ontischen Theorie macht.

Die metaphysische Frage wird manchmal gestellt: "Könnte die Quantenmechanik erweitert werden, indem man dem mathematischen Formalismus sogenannte "versteckte Variablen" hinzufügt, um ihn von einer epistemischen in eine ontische Theorie umzuwandeln?" Die Kopenhagener Interpretation beantwortet dies mit einem starken „Nein“. Es wird manchmal behauptet, zum Beispiel von JS Bell , dass Einstein die Kopenhagener Interpretation ablehnte, weil er glaubte, dass die Antwort auf diese Frage der "versteckten Variablen" "ja" war. Im Gegensatz dazu schreibt Max Jammer : "Einstein hat nie eine Theorie der versteckten Variablen vorgeschlagen." Einstein untersuchte die Möglichkeit einer versteckten Variablentheorie und schrieb ein Papier, in dem seine Erforschung beschrieben wurde, zog es jedoch von der Veröffentlichung zurück, weil er der Meinung war, dass es fehlerhaft war.

Akzeptanz bei Physikern

In den 1930er und 1940er Jahren wurden Ansichten über die Quantenmechanik, die Bohr zugeschrieben wurden und die Komplementarität betonten, unter Physikern alltäglich. Die damaligen Lehrbücher hielten im Allgemeinen den Grundsatz aufrecht, dass der Zahlenwert einer physikalischen Größe keine Aussagekraft hat oder erst bei der Messung existiert. Prominente Physiker, die mit Kopenhagener Interpretationen in Verbindung gebracht wurden, waren Lev Landau , Wolfgang Pauli , Rudolf Peierls , Asher Peres und Léon Rosenfeld .

Während eines Großteils des 20. Jahrhunderts hatte die Kopenhagener Tradition unter Physikern eine überwältigende Akzeptanz. Laut einer sehr informellen Umfrage (einige Leute stimmten für mehrere Interpretationen), die 1997 auf einer Quantenmechanik-Konferenz durchgeführt wurde, blieb die Kopenhagener Interpretation das am weitesten verbreitete Etikett, das Physiker auf ihre eigenen Ansichten verwendeten. Ein ähnliches Ergebnis ergab eine Umfrage aus dem Jahr 2011.

Folgen

Das Wesen der Kopenhagener Deutung wird durch die Betrachtung einer Reihe von Experimenten und Paradoxien enthüllt.

1. Schrödingers Katze

Dieses Gedankenexperiment unterstreicht die Auswirkungen, die das Akzeptieren von Unsicherheit auf mikroskopischer Ebene auf makroskopische Objekte hat. Eine Katze wird in eine versiegelte Kiste gesteckt, deren Leben oder Tod vom Zustand eines subatomaren Teilchens abhängig gemacht wird. So wird eine Beschreibung der Katze im Verlauf des Experiments – verstrickt mit dem Zustand eines subatomaren Teilchens – zu einem „Unschärfe“ von „lebender und toter Katze“. Dies kann jedoch nicht genau sein, da dies impliziert, dass die Katze tatsächlich sowohl tot als auch lebendig ist, bis die Schachtel geöffnet wird, um sie zu überprüfen. Aber die Katze, wenn sie überlebt, wird sich nur daran erinnern, am Leben zu sein. Schrödinger wehrt sich dagegen, "so naiv ein 'unscharfes Modell' für die Darstellung der Wirklichkeit als gültig zu akzeptieren". Wie kann die Katze lebendig und tot sein?
Die Kopenhagener Interpretation : Die Wellenfunktion spiegelt unser Wissen über das System wider. Die Wellenfunktion bedeutet, dass die Katze, sobald sie beobachtet wird, mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % tot und mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % lebt.

2. Wigners Freund

Wigner bringt seinen Freund bei der Katze unter. Der externe Beobachter geht davon aus, dass das System in Ordnung ist . Sein Freund ist jedoch davon überzeugt, dass die Katze lebt, dh für ihn ist die Katze im Zustand . Wie können Wigner und sein Freund verschiedene Wellenfunktionen sehen?
Die Kopenhagener Interpretation : Die Antwort hängt von der Positionierung des Heisenberg-Schnitts ab , der beliebig platziert werden kann (zumindest nach Heisenberg, aber nicht nach Bohr). Befindet sich Wigners Freund auf derselben Seite des Schnitts wie der externe Beobachter, kollabieren seine Messungen die Wellenfunktion für beide Beobachter. Wenn er auf der Seite der Katze positioniert ist, gilt seine Interaktion mit der Katze nicht als Messung.

3. Doppelspaltbeugungs

Licht tritt durch Doppelspalte und auf einen Bildschirm, was zu einem Beugungsmuster führt. Ist Licht ein Teilchen oder eine Welle?
Die Kopenhagener Interpretation : Licht ist keines von beiden. Ein bestimmtes Experiment kann Teilchen- (Photonen) oder Welleneigenschaften zeigen, aber nicht beides gleichzeitig ( Bohrsches Komplementaritätsprinzip ).
Das gleiche Experiment kann theoretisch mit jedem physikalischen System durchgeführt werden: Elektronen, Protonen, Atomen, Molekülen, Viren, Bakterien, Katzen, Menschen, Elefanten, Planeten usw. In der Praxis wurde es mit Licht, Elektronen, Buckminsterfulleren und einigen durchgeführt Atome. Aufgrund der geringen Planck-Konstanten ist es praktisch unmöglich, Experimente durchzuführen, die die Wellennatur eines Systems, das größer als ein paar Atome ist, direkt aufdecken; aber im Allgemeinen betrachtet die Quantenmechanik alle Materie so, dass sie sowohl Teilchen- als auch Wellenverhalten besitzt. Größere Systeme (wie Viren, Bakterien, Katzen usw.) werden als "klassische" betrachtet, aber nur als Näherung, nicht exakt.

4. Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon

Verschränkte "Partikel" werden in einem einzigen Ereignis emittiert. Erhaltungssätze sorgen dafür, dass der gemessene Spin eines Teilchens das Gegenteil des gemessenen Spins des anderen sein muss, so dass, wenn der Spin eines Teilchens gemessen wird, der Spin des anderen Teilchens jetzt sofort bekannt ist. Da dieses Ergebnis nicht von der Quantenzufälligkeit getrennt werden kann, können auf diese Weise keine Informationen gesendet werden und es liegt keine Verletzung der speziellen Relativitätstheorie oder der Kopenhagener Interpretation vor.
Die Kopenhagener Interpretation : Unter der Annahme, dass Wellenfunktionen nicht real sind, wird der Wellenfunktionskollaps subjektiv interpretiert. In dem Moment, in dem ein Beobachter den Spin eines Teilchens misst, kennt er den Spin des anderen. Ein anderer Beobachter kann jedoch keinen Nutzen daraus ziehen, bis ihm die Ergebnisse dieser Messung mit weniger als oder gleich der Lichtgeschwindigkeit übermittelt wurden.

Kritik

Unvollständigkeit und Indeterminismus

Niels Bohr und Albert Einstein , hier im Haus von Paul Ehrenfest in Leiden (Dezember 1925) abgebildet , hatten einen langjährigen kollegialen Streit darüber, was die Quantenmechanik für das Wesen der Realität impliziert.

Einstein war ein früher und hartnäckiger Kritiker der Kopenhagener Schule. Bohr und Heisenberg vertraten die Position, dass keine physikalische Eigenschaft ohne einen Akt der Messung verstanden werden könne, während Einstein sich weigerte, dies zu akzeptieren. Abraham Pais erinnerte sich an einen Spaziergang mit Einstein, als die beiden über Quantenmechanik diskutierten: "Einstein blieb plötzlich stehen, drehte sich zu mir um und fragte, ob ich wirklich glaubte, dass der Mond nur existiert, wenn ich ihn ansehe." Während Einstein nicht daran zweifelte, dass die Quantenmechanik eine korrekte physikalische Theorie war, da sie korrekte Vorhersagen lieferte, behauptete er, dass sie keine vollständige Theorie sein könne. Das berühmteste Produkt seiner Bemühungen, die Unvollständigkeit der Quantentheorie zu argumentieren, ist das Einstein-Podolsky-Rosen-Gedankenexperiment , das zeigen sollte, dass physikalische Eigenschaften wie Ort und Impuls Werte haben, auch wenn sie nicht gemessen werden. Das Argument der EPR konnte andere Physiker im Allgemeinen nicht überzeugen.

Carl Friedrich von Weizsäcker bestritt während eines Kolloquiums in Cambridge, dass die Kopenhagener Deutung behauptete "Was nicht beobachtet werden kann, existiert nicht". Stattdessen schlug er vor, dass die Kopenhagener Interpretation dem Prinzip folgt: "Was beobachtet wird, existiert sicherlich; über das, was nicht beobachtet wird, sind wir immer noch frei, geeignete Annahmen zu treffen. Wir nutzen diese Freiheit, um Paradoxien zu vermeiden."

Auch Einstein war mit dem Indeterminismus der Quantentheorie unzufrieden. In Bezug auf die Möglichkeit des Zufalls in der Natur sagte Einstein, dass er "überzeugt sei, dass Er [Gott] nicht würfelt". Als Antwort darauf sagte Bohr, dass "es nicht an uns sein kann, Gott zu sagen, wie er die Welt regieren soll".

Die "verschänderte Spaltung"

Viel Kritik an Kopenhagener Interpretationen hat sich auf die Notwendigkeit eines klassischen Bereichs konzentriert, in dem sich Beobachter oder Messgeräte aufhalten können, und auf die Ungenauigkeit, wie die Grenze zwischen Quanten und Klassik definiert werden könnte. John Bell nannte dies den "shifty Split". Wie typischerweise dargestellt, beinhalten Interpretationen vom Kopenhagener Typ zwei verschiedene Arten der Zeitentwicklung für Wellenfunktionen, den deterministischen Fluss nach der Schrödinger-Gleichung und den probabilistischen Sprung während der Messung, ohne ein klares Kriterium dafür, wann jede Art zutrifft. Warum sollte es diese beiden unterschiedlichen Prozesse geben, wenn Physiker und Laborgeräte aus der gleichen Materie wie der Rest des Universums bestehen? Und wenn es irgendwie eine Aufteilung gibt, wo soll sie platziert werden? Steven Weinberg schreibt, dass die traditionelle Darstellung "keine Möglichkeit bietet, die Grenze zwischen den Bereichen zu lokalisieren, in denen [...] die Quantenmechanik gilt oder nicht gilt."

Das Problem des Denkens in klassischen Messungen eines Quantensystems wird im Bereich der Quantenkosmologie besonders akut , wo das Quantensystem das Universum ist. Wie steht ein Beobachter außerhalb des Universums, um es zu messen, und wer hat das Universum in seinen frühesten Stadien beobachtet? Befürworter von Kopenhagener Auslegungen haben die Ernsthaftigkeit dieser Einwände bestritten. Rudolf Peierls stellte fest, dass "der Beobachter nicht zeitgleich mit dem Ereignis sein muss"; zum Beispiel studieren wir das frühe Universum durch den kosmischen Mikrowellenhintergrund , und wir können die Quantenmechanik darauf genauso gut anwenden wie auf jedes elektromagnetische Feld. Ebenso Asher Peres argumentiert , dass Physiker sind , Konzeptionell außerhalb dieser Freiheitsgrade , dass Kosmologie Studien und Anwenden der Quantenmechanik auf den Radius des Universums , während die Physiker darin vernachlässigen von Quantisieren des elektrischen Stroms in einem nicht anders Supraleiters während die Vernachlässigung Details auf atomarer Ebene.

Sie können einwenden, dass es nur ein Universum gibt, aber ebenso gibt es nur einen SQUID in meinem Labor.

ET Jaynes , ein Befürworter der Bayesschen Wahrscheinlichkeit , argumentierte, dass die Wahrscheinlichkeit ein Maß für einen Informationsstand über die physikalische Welt ist, und sie als physikalisches Phänomen zu betrachten, wäre ein Beispiel für einen Denkfehler bei der Projektion . Jaynes beschrieb den mathematischen Formalismus der Quantenphysik als „eine eigentümliche Mischung, die teils Realitäten der Natur, teils unvollständige menschliche Informationen über die Natur beschreibt – alle von Heisenberg und Bohr zu einem Omelett zusammengewürfelt, das niemand zu entschlüsseln gesehen hat“.

Alternativen

Die Ensemble-Interpretation ist ähnlich; sie bietet eine Interpretation der Wellenfunktion, jedoch nicht für einzelne Teilchen. Die konsequente Geschichtsinterpretation wirbt mit "Kopenhagen richtig gemacht". Obwohl die Kopenhagener Interpretation oft mit der Idee verwechselt wird, dass Bewusstsein einen Kollaps verursacht , definiert sie einen "Beobachter" lediglich als den, der die Wellenfunktion kollabiert. In jüngerer Zeit haben Interpretationen, die von der Quanteninformationstheorie wie QBismus und der relationalen Quantenmechanik inspiriert sind, Unterstützung gefunden.

Unter Realismus und Determinismus ergibt sich eine Viel-Welten- Theorie , wenn die Wellenfunktion als ontologisch real betrachtet und der Kollaps vollständig abgelehnt wird . Wenn auch der Kollaps der Wellenfunktion als ontologisch reell angesehen wird, erhält man eine objektive Kollapstheorie . Die Bohmsche Mechanik zeigt, dass es möglich ist, die Quantenmechanik umzuformulieren, um sie deterministisch zu machen, um den Preis, sie explizit nichtlokal zu machen. Sie schreibt einem physikalischen System nicht nur eine Wellenfunktion zu, sondern zusätzlich eine reelle Position, die sich deterministisch unter einer nichtlokalen Leitgleichung entwickelt. Die Entwicklung eines physikalischen Systems ist zu allen Zeiten durch die Schrödinger-Gleichung zusammen mit der Leitgleichung gegeben; es gibt nie einen Kollaps der Wellenfunktion. Auch die transaktionale Interpretation ist explizit nichtlokal.

Einige Physiker vertraten Ansichten im „Kopenhagener Geist“ und traten dann für andere Interpretationen ein. Zum Beispiel schrieben David Bohm und Alfred Landé beide Lehrbücher, die Ideen in der Bohr-Heisenberg-Tradition darlegten, und förderten später nicht-lokale versteckte Variablen bzw. eine Ensemble-Interpretation . John Archibald Wheeler begann seine Karriere als „Apostel von Niels Bohr“; dann betreute er die Doktorarbeit von Hugh Everett, die die Viele-Welten-Interpretation vorschlug. Nachdem er Everetts Arbeit mehrere Jahre unterstützt hatte, begann er sich in den 1970er Jahren von der Viel-Welten-Interpretation zu distanzieren. Spät im Leben schrieb er, dass die Kopenhagener Interpretation, obwohl sie mit Recht "der Nebel aus dem Norden" genannt werden könnte, "die beste Interpretation des Quantens bleibt, die wir haben".

Andere Physiker, die zwar von der Kopenhagener Tradition beeinflusst sind, haben ihre Frustration darüber zum Ausdruck gebracht, wie sie den mathematischen Formalismus der Quantentheorie als gegeben annahmen, anstatt zu versuchen zu verstehen, wie er aus etwas Fundamentalerem entstehen könnte. Diese Unzufriedenheit hat neue Interpretationsvarianten sowie technische Arbeiten zu Quantenfundamenten motiviert .

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

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