Kategorier dette opslag er registreret under:
Arbejde  .  Videnskab  .  Naturvidenskab  .  Fysik
Begreber
DatoOpdatering
Indhold
Diskussionsforum
Send
Sidst ajourført: 14/10 2003
Læst af: 9.821
: :
Københavnerskolen (Københavnermodellen)

Københavnerskolen, den almindelige og mest udbredte fortolkning af kvantemekanik. Den blev udformet af fysikerne Niels Bohr og Werner Heisenberg, da disse omkring 1927 arbejdede sammen i København. Fortolkningen forsøger at give nogle svar på de forvirrende spørgsmål, der opstår som følge af partikel-bølge dualiteten indenfor kvantemekanikken.

I det klassiske dobbelt-spalte eksperiment, hvor lys passerer en dobbelt spalte før det projiceres på en skærm, opstår der skiftevis bånd af lyse og mørke områder. De kan forklares som områder hvor lysbølgerne henholdsvis forstærker, henholdsvis svækker hinanden - altså interfererer. Men i slutningen af det 19. århundrede viste eksperimenter desuden, at lys også besidder partikel-egenskaber. Samtidig udviste partikler som elektroner bølgeegenskaber, og kan ligeledes danne interferensmønstre.

Dette rejser en række interessante spørgsmål. Hvis man f.eks. udførte dobbelt-spalte eksperimentet og reducerede lysmængden, så der kun passerede en foton eller elektron gennem spalten ad gangen. Ved gennemførelsen af eksperimentet ville man så kunne se en foton eller elektron ramme skærmen ad gangen, men når man betragtede det samlede område hvor fotonerne (eller elektronerne) havde ramt over tid, så ville man se interferensmønstre, selvom der kun blev sendt en partikel igennem ad gangen.

De spørgsmål dette eksperiment rejser er følgende:

  1. Kvantemekanikken forklarer statistisk, hvor partiklerne vil ramme skærmen, og vil identificere de lyse bånd - hvor mange partikler har ramt - og de mørke - hvor kun få har ramt. Men kvantemekanikken kan ikke forudse, hvor partiklen vil ramme, når det kun er en enkelt partikel der sendes afsted. Hvilke regler kan opstilles til beregning af, hvor den enkelte partikel vil ramme?
  2. Hvad sker der med partiklen i tidsrummet fra den sendes afsted, til den faktisk rammer skærmen? Partiklen synes at interagere med begge spalter, og dette synes inkonsistent med opførslen af en punktformet partikel, men når den rammer skærmen optræder den alligevel som en punktformet partikel.
  3. Hvad er det, der får partiklen til tilsyneladende at skifte mellem at opføre sig statistisk og deterministisk? Når den bevæger sig gennem spalterne, synes dens opførsel bedst at kunne beskrives ved en ikke-lokaliseret bølgefunktion, der passerer begge spalter samtidig. Men når den observeres, optræder den aldrig som en diffus ikke-lokaliseret bølgepakke, men derimod som en punktformet partikel.

Københavnermodellen besvarer disse spørgsmål således:

  1. Kvantemekanikkens statistiske fordelingsfunktioner kan ikke reduceres. De er altså ikke udtryk for, at vi blot har en begrænset viden, og at der findes skjulte regulerende parametre, vi blot ikke har opdaget. Indenfor den klassiske fysik blev der også anvendt sandsynlighedsfordelinger til f.eks. beskrive resultatet af et terningekast, selvom handlingen indenfor den klassiske fysiks ramme var at opfatte som deterministisk. Sandsynlighedsfordelingen erstattede dermed den eksakte viden. Heroverfor siger Københavnermodellen, at indenfor kvantemekanikken er måleresultater fuldstændig ikke-deterministiske - altså statistiske.
  2. Fysik er videnskaben om resultatet af måleprocesser. Spekulationer derudover kan ikke retfærdiggøres. Spørgsmål som: «hvor var partiklen før jeg målte dens position», er indenfor Københavnermodellen derfor et meningsløst spørgsmål.
  3. Selve målingen fører til, at «bølgefunktionen» øjeblikkelig kollapser. Dette implicerer, at selve målingen tilfældigt vil registrere en af de mange sandsynligheder for bølgefunktionen, og at bølgefunktionen øjeblikkeligt ændres til at afspejle denne registrering.

Kritik

Tesen (1) om kvantemekanikkens fuldstændighed er blevet kritiseret i bl.a. Einstein-Podolsky-Rosen tankeeksperimentet, der havde til formål at vise, at der måtte eksistere skjulte variable, hvis ikke-lokale, øjeblikkelige «effekter over afstand» skal kunne udelukkes. Bells ulighed for måleresultaterne fra et sådan eksperiment blev udledt udfra en antagelse af, at sådanne skjulte variable eksisterer, og at ikke-lokale effekter ikke optræder. I 1982 gennemførte Aspect endelig dette eksperiment og fandt, at Bells ulighed ikke holdt. Dette eksperiment blev siden kritiseret, og nye eksperimenter udformet og gennemført, men de bekræftede alle Aspects resultat. Resultaterne viser, at fortolkninger der postulerer eksistensen af skjulte lokale variable - netop som Bell definerede dem - er ulogiske. Skjulte variable der ikke virker lokalt kan dog ikke dermed udelukkes.

Ud af de 3 teser ovenfor, er det nok den 3. der er den mest problematiske udfra en fysikers standpunkt, fordi den tildeler selve måleprocesserne en speciel status uden klart at definere dem eller forklare deres besynderlige effekter. Men i modsætning til nogle ukorrekte populariserede fremstillinger af kvantemekanikken, menes måleprocessen ikke at rumme bevidsthed. Det kan demonstreres, at sammenbruddet af bølgefunktionen også finder sted, når bølgefunktionen møder et ikke-bevidst måleinstrument. Netop denne egenskab ved kvantemekanikken finder praktisk anvendelse indenfor kvantekryptografien.

Mange fysikere og filosoffer har kritiseret Københavnermodellen, fordi den er ikke-deterministisk, og fordi den inkluderer en udefineret måleproces, der forvandler sandsynlighedsfunktioner til ikke-statistiske måleresultater. Einsteins citater: «Gud spiller ikke terninger» og «Tror du virkeligt at månen ikke eksisterer, når du ikke ser på den», er blot eksempler på disse kritikker. Schrödingers kat var oprindelig tænkt som et eksempel på, hvor absurd modellen var. Andre fysikere er endnu mere direkte: David Deutsch karakteriserer Københavnermodellen som meningsløst sludder.

Alternativer

Mange fysikere tilslutter sig holdningen om ikke at fortolke kvantemekanikken. Den er opsummeret i Feynmans berømte udtalelse: «Hold kæft og regn videre!» Ifølge dem mangler vi altså at videreudvikle teorien.

Siden 1980'erne har den teoretiske udvikling indenfor fysikken givet anledning til opkomsten af ideer om kvante-sammenfiltring og kvante-superpositionering, og disse har givet støtte til andre fortolkninger som bl.a. Everetts mange-verdens fortolkning. Denne fortolkning foretrækkes af nogle teoretikere, der arbejder indenfor grundlæggende fysik og kosmologi. Men så lang tid der ikke eksisterer nogen måde at skelne eksperimentelt mellem Københavnermodellens fortolkning og mange-verdens fortolkningen, så er valget mellem dem mest udtryk for personlig smag. Mange fysikere finder denne situation utilfredsstillende, og udformningen af eksperimenter der skal gøre det muligt at skelne mellem de forskellige fortolkninger er derfor et vigtigt forskningsområde. Et dramatisk men særdeles umuligt eksperiment der ville kunne anvendes til at skelne mellem de to fortolkninger er kvante-selvmords eksperimentet, der er blevet foreslået af Max Tegmark.

A.J.