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哥本哈根学派

哥本哈根学派是由波耳海森堡于1927年在哥本哈根所创立的学派。

哥本哈根学派是由波耳海森堡于1927年在哥本哈根所创立的学派。 [1]

其中玻恩、海森伯、泡利以及狄拉克等都是这个学派的主要成员。哥本哈根学派对量子力学的创立和发展作出了杰出贡献,并且它对量子力学的解释被称为量子力学的“正统解释”。玻尔本人不仅对早期量子论的发展起过重大作用,而且他的认识论和方法论对量子力学的创建起了推动和指导作用,他提出的著名的“互补原理”是哥本哈根学派的重要支柱。玻尔领导的哥本哈根理论物理研究所成了量子理论研究中心,由此该学派成为当时世界上力量最雄厚的物理学派。 [1]

哥本哈根诠释(Copenhagen interpretation)是量子力学的一种诠释。根据哥本哈根诠释,在量子力学里,量子系统的量子态,可以用波函数来描述,这是量子力学的一个关键特色,波函数是个数学函数,专门用来计算粒子在某位置或处于某种运动状态的概率,测量的动作造成了波函数坍缩,原本的量子态概率地坍缩成一个测量所允许的量子态。

二十世纪早期,从一些关于小尺寸微观物理的实验里,物理学家发现了很多新颖的量子现象。对于这些实验结果,经典物理完全无法解释。替而代之,物理学家提出了一些崭新的理论。而这些理论能够非常精确地解释新发现的量子现象。但是,内嵌于这些经验理论的,是一种关于小尺度真实世界的新模型。它们所给予的预测,常使物理学家觉得相当地反直觉。甚至它们的发现者都感受到极其惊讶。哥本哈根诠释尝试着,在实验证据的范围内,给予实验结果和相关理论表述一个合理的解释。

哥本哈根诠释主要是由尼尔斯玻尔维尔纳海森堡于1927年在哥本哈根合作研究时共同提出的。此诠释延伸了由德国数学家、物理学家马克斯玻恩所提出的波函数的概率表述,之后发展为著名的不确定性原理。他们所提的诠释尝试要对一些量子力学所带来的复杂问题提出回答,比如波粒二象性以及测量问题。此后,量子理论中的概率特性便不再是猜想,而是作为一条定律而存在了。量子论以及这条诠释在整个自然科学以及哲学的发展和研究中都起着非常显著的作用。

哥本哈根诠释给予了量子系统的量子行为一个精简又易懂的解释。1997年,在一场量子力学研讨会上,举行了一个关于诠释论题的意向调查,根据这调查的结果,超过半数的物理学家对哥本哈根诠释感到满意;第二多的是多世界诠释。虽然当前的倾向显示出其它的诠释也具有相当的竞争力,在20世纪期间,大多数的物理学家都愿意接受哥本哈根诠释。

由于哥本哈根诠释是由几位物理学家的观点所构成的,哥本哈根诠释并不是一句话就可以论定的。著名的以色列物理学家Asher Peres在一篇论文中,特别提到,有两位物理学家,对于哥本哈根诠释,给予了有如天壤之别的定义。

哥本哈根诠释包含了几个重要的观点。

一个量子系统的量子态可以用波函数来完全地表述。波函数代表一个观察者对于量子系统所知道的全部信息。

按照玻恩定则,量子系统的描述是概率性的。一个事件的概率是波函数的绝对值平方。(马克斯玻恩

不确定性原理阐明,在量子系统里,一个粒子的位置和动量无法同时被确定。(海森堡

物质具有波粒二象性;根据互补原理,一个实验可以展示出物质的粒子行为,或波动行为;但不能同时展示出两种行为。(尼尔斯玻尔)

测量仪器是经典仪器,只能测量经典性质,像位置,动量等等。

对应原理:大尺度宏观系统的量子物理行为应该近似于经典行为。(尼尔斯玻尔海森堡)

哥本哈根诠释不认为波函数除了抽象的概念以外有任何真实的存在。至少,对于波函数是否是一个独立,可区别的实体的整体或一部分,哥本哈根诠释都不做任何表态。

有些物理学家主张,哥本哈根诠释的客观版本允许真实的波函数。但是,这观点是否与实证主义相符合,是否与玻尔的论点相符合,还是个问号。尼尔斯玻尔强调,科学只注重实验结果的预测,任何其它额外的命题都是不科学的,属于玄学范围。玻尔深深地受到实证主义影响。换个方面,玻尔和海森堡两个人的见解也不完全相同。有些时候,他们的观点有相当大的分歧。特别地,海森堡非常倾向实在论

即使波函数不被视为真实的,也仍旧可以找到至少两派意见不同的物理学家,主观派认为波函数只是一个计算实验概率的数学工具,没有别的意义。不可知派则认为波函数是不可知的,对于波函数不表示任何态度。

Carl Friedrich von Weizscker是不可知派一位著名的物理学家。在参与一个剑桥大学的学术报告会时,他否认哥本哈根诠释主张不能被观察到的事物绝对不存在。他提出哥本哈根诠释所信奉的原理是:能被观察到的事物当然存在,而不能被观察到的,仍旧可以自由地做适当的假设,利用这自由来避开佯谬

每一种版本的哥本哈根诠释,都会包括一个正式版本的波函数坍缩在内。借着这坍缩,未测量到的本征值会被删除。坍缩后的波函数是对应于测量到的本征值的本征态。(换句话说,哥本哈根诠释从来不曾否定坍缩这概念。甚至在量子力学早期,也没有像多世界诠释的拥护者一样地否定坍缩。)波函数牵涉到一个事件会走向各种可能的结果的概率。可是当其中一种结果变为事实,其它的结果就不可能存在于真实世界。

设定一个电子,通过一个双缝实验仪器,那么,这电子抵达于侦测屏障的地点,这位置是概率性的,跟电子的量子态有关。可是,一当电子抵达了侦测屏障的某一点,电子不可能再跑到别的点,抵达别的点的概率是零。多世界诠释认为电子会抵达任何它可能抵达的地点。每一种可能都发生于一个分离的宇宙。 [2]

阿弗沙尔实验

玻尔-爱因斯坦论战

量子力学诠释

量子脱散

贝尔不等式(Bell's inequality)

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