코펜하겐 해석

Copenhagen interpretation
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코펜하겐 해석은 닐스 보어, 베르너 하이젠베르크, 막스 보른 [1]등의 연구에서 비롯된 양자역학의 의미에 대한 견해의 모음입니다."코펜하겐 해석"이라는 용어는 1950년대에 Heisenberg가 1925년에서 1927년 사이에 개발된 아이디어를 언급하기 위해 만든 것으로 보입니다.[2][3]따라서 그 해석이 무엇을 의미하는지에 대한 명확한 역사적 진술은 없습니다.코펜하겐 해석의 여러 버전에서 공통적으로 나타나는 특징은 양자역학이 본질적으로 불확정적이라는 생각과 보른 규칙을 사용하여 확률을 계산한다는 것, 그리고 보어의 원리를 포함합니다.모든 물체를 동시에 [4]관찰하거나 측정할 수 없는 특정 쌍의 보완적인 특성을 가지고 있다는 것을 의미합니다.게다가 대상을 '관찰'하거나 '측정'하는 행위는 돌이킬 수 없고, 그 측정 결과에 따라 그 어떤 진실도 대상에게 귀속될 수 없습니다.코펜하겐 유형의 해석은 양자 기술이 물리학자들의 개인적인 믿음과 다른 임의적인 정신적 [5]: 85–90 요인으로부터 독립적이라는 점에서 객관적이라고 주장합니다.

지난 몇 년간 코펜하겐 유형 해석의 측면에 대해 많은 이의가 제기되어 왔습니다. 예를 들어, "관찰" 또는 "측정" 과정의 불연속적이고 확률적인 특성, 관찰자를 필요로 하는 명백한 주관성, 측정 장치로 간주될 수 있는 것을 정의하는 것의 어려움 등이 포함됩니다.그리고 그러한 장치를 설명하는 데 있어 고전 물리학에 의존하는 것처럼 보입니다.여전히 모든 변형을 포함하여 해석은 가장 일반적으로 가르치는 [6]것 중 하나로 남아 있습니다.

배경

주요 기사:구 양자론

1900년을 시작으로 원자와 아원자 현상에 대한 연구는 고전 물리학의 기본 개념에 수정을 강요했습니다.그러나 수정은 25년이 지나서야 일관된 이론의 상태에 도달했습니다.현재 "구 양자 이론"의 시대로 알려진 그 사이의 기간 동안 물리학자들은 고전 물리학에 대한 근사와 발견적 교정 작업을 했습니다.이 시기의 주목할 만한 결과로는 맥스 플랑크의 흑체복사 스펙트럼 계산, 알베르트 아인슈타인의 광전효과 설명, 아인슈타인과 피터 데비의 고체의 특정 열에 대한 연구, 닐스 보어와 헨드리카 요한나 반 리우웬의 고전물리학이 반자성을 설명할 수 없다는 증명,수소 원자의 보어 모형과 아놀드 조머펠트의 보어 모형은 상대론적 효과를 포함하도록 보어 모형을 확장한 것입니다.1922년부터 1925년까지, 이 방법의 휴리스틱 수정은 증가하는 어려움에 직면했습니다. 예를 들어, 보어-소머펠트 모델은 수소에서 다음으로 간단한 경우인 헬륨 [7]원자로 확장될 수 없었습니다.

오래된 양자 이론에서 본격적인 양자 물리학으로의 전환은 1925년 베르너 하이젠베르크가 "관측 가능한" 양만을 논의하는 것에 기초한 전자 행동의 처리를 제시한 것에서 시작되었는데, 이는 하이젠베르크에게 원자가 흡수하고 [8]방출하는 빛의 진동수를 의미합니다.그리고 나서 막스 보른은 하이젠베르크의 이론에서 위치와 운동량의 고전적인 변수들이 대신 행렬, 즉 곱셈의 순서가 중요한 결정적인 차이를 가진 수처럼 함께 곱해질 수 있는 수학적인 물체로 표현된다는 것을 깨달았습니다.에르빈 슈뢰딩거는 전자를 파동으로 다루는 방정식을 제시했고, 보른은 슈뢰딩거 방정식에 나타난 파동함수를 성공적으로 해석하는 방법이 [9]확률을 계산하는 도구라는 것을 발견했습니다.

양자역학은 일상적인 언어와 관찰을 쉽게 조화시킬 수 없으며,[note 1] 발명가를 포함한 물리학자들에게는 직관에 어긋나는 것으로 여겨져 왔습니다.코펜하겐 해석으로 함께 분류된 아이디어는 양자 이론의 수학이 물리적 현실과 어떻게 관련되는지에 대해 생각할 수 있는 방법을 제시합니다.

용어의 유래 및 사용

코펜하겐의 닐스 보어 연구소

그 용어는 덴마크의 코펜하겐 시를 가리키며, [10]1950년대에 만들어진 것으로 보입니다.1920년대 중반, 하이젠베르크는 코펜하겐에 있는 자신의 연구소에서 보어의 조수로 일했고, 그곳에서 그들은 양자역학 [11][12]이론을 창시하는 것을 도왔습니다.1927년 솔베이 회의에서 막스 보른과 하이젠베르크의 이중 강연은 "양자역학은 더 이상 물리적, 수학적 가정이 [13][14]변형되지 않는 닫힌 이론으로 간주합니다."라고 선언했습니다.1929년에 하이젠버그는 시카고 대학에서 양자역학의 새로운 분야를 설명하는 일련의 초청 강연을 했습니다.그 강의는 [15]1930년에 출판된 그의 교과서 양자 이론의 물리적 원리의 기초가 되었습니다.하이젠베르크는 책의 서문에서 다음과 같이 썼습니다.

전반적으로, 이 책에는 이전 출판물, 특히 보어에 대한 조사에서 발견할 수 없는 어떤 것도 포함되어 있습니다.이 책은 현대 원자물리학의 전체 발전을 지휘해온 나 자신을 그렇게 표현한다면 '오픈하겐 가이스트 퀀텀이론'[코펜하겐 양자이론 정신]의 확산에 어느 정도 기여한다면 그 책의 목적은 성취된 것처럼 보입니다.

'코펜하겐 해석'이라는 용어는 아마도 1920년대로 [16]거슬러 올라가는 양자역학의 수학적 형식주의를 해석하기 위한 몇 가지 확실한 규칙들과 같은 단순한 정신 이상의 것을 암시합니다.그러나 그러한 문헌은 존재하지 않으며, 보어와 하이젠베르크의 글들은 몇 가지 [3]중요한 문제들에서 서로 모순됩니다.1955년경 하이젠베르크가 [18][19]개발한 대안적인 해석(예: 데이비드[17] 봄스)[10]을 비판하면서 좀 더 명확한 의미를 가진 이 용어를 만든 것으로 보입니다.하이젠베르크가 1955년 발표한 '양자이론의 코펜하겐 해석'과 '코펜하겐 해석에 대한 비판과 반론'이라는 제목의 강의는 '물리학과 철학'[20]집에 다시 실려 있습니다.이 책이 판매되기 전, 하이젠베르크는 그가 "말도 안 되는"[21] 것으로 여겼던 다른 해석의 존재를 암시하는 것 때문에 그 용어를 사용한 것에 대해 개인적으로 유감을 표명했습니다.1960년 하이젠베르크의 책에 대한 리뷰에서, 보어의 절친한 협력자 레온 로젠펠트는 이 용어를 "모호한 표현"이라고 불렀고,[22] 이 용어를 폐기할 것을 제안했습니다.하지만, 이것은 통과되지 못했고, 그 용어는 널리 [10][19]쓰이게 되었습니다.

원칙

코펜하겐 [3][23][24][25]해석에 대한 독특한 명확한 진술은 없습니다.이 용어는 20세기 [26]2/4분기 동안 많은 과학자들과 철학자들에 의해 개발된 견해를 포함합니다.코펜하겐 해석을 확립하는 하나의 권위 있는 원천이 없는 것은 그것을 논의하는 데 있어서 하나의 어려움입니다. 또 다른 복잡함은 아인슈타인, 보어, 하이젠베르크, 그리고 동시대에 친숙한 철학적 배경이 물리학자들과 심지어 더 최근의 [7]물리학 철학자들에게는 훨씬 덜하다는 것입니다.보어와 하이젠베르크는 양자역학의 [27]수학적 형식주의를 이해하는 방법에 대해 완전히 동의하지 않았고, 보어는 하이젠베르크의 보다 주관적인 [2]해석과 거리를 두었습니다.보어는 주관적인 관찰자, 즉 측정 또는 붕괴와는 독립적인 해석을 제시했고, 대신에 "돌이킬 수 없는" 또는 효과적으로 비가역적인 과정은 "관찰" 또는 "측정"[28][29][30][31]의 고전적인 행동을 부여하는 양자 일관성의 붕괴를 야기했습니다.

여러 평론가들과 연구원들은 다양한 아이디어를 그 [14]용어와 연관 지었습니다.아셔 페레스(Asher Peres)는 매우 다른, 때로는 상반된 견해를 다른 [note 2]저자들에 의해 "코펜하겐 해석"으로 제시한다고 말했습니다.N. 데이비드 머민(David Mermin)은 코펜하겐 유형의 견해를 요약하기 위해 "닥치고 계산해!"라는 문구를 만들었습니다. 이 문구는 종종 리차드 파인만(Richard Feynman)에게 잘못 귀속되며 이후 머민은 이 문구가 충분히 [33][34]미묘하지 않다고 여겼습니다.머민(Mermin)은 코펜하겐 해석을 "버전", "다양성", 또는 "맛"[35]이 다른 것으로 묘사했습니다.

해석의 일부로 일반적으로 받아들여지는 몇 가지 기본 원칙은 [2]다음과 같습니다.

  1. 양자역학은 본질적으로 불확정적입니다.
  2. 대응 원리: 적절한 한계에서, 양자 이론은 고전 물리학과 닮게 되고 고전적인 예측을 재현합니다.
  3. Born 규칙: 시스템의 파동 함수는 해당 시스템에 대한 측정 결과에 대한 확률을 산출합니다.
  4. 보완성: 특정 속성은 동일한 시스템에 대해 동시에 공동으로 정의할 수 없습니다.시스템의 특정 속성에 대해 이야기하기 위해서는 해당 시스템이 특정 실험실 배치의 맥락 내에서 고려되어야 합니다.상호 배타적인 실험실 배치에 해당하는 관측 가능한 양을 함께 예측할 수는 없지만, 그러한 상호 배타적인 실험을 여러 개 고려하는 것이 시스템을 특성화하기 위해 필요합니다.

한스 프리마스(Hans Primas)와 롤랑 옴네스(Roland Omnès)는 위의 내용 외에도 다음과 [5]: 85 같은 내용을 상세히 설명하고 있습니다.

  1. 양자 물리학은 개별 사물에 적용됩니다.Born 규칙에 의해 계산된 확률은 이해하기 위해 "동일하게 준비된" 시스템의 앙상블이나 집합을 필요로 하지 않습니다.
  2. 측정 장치가 제공하는 결과는 기본적으로 고전적이며 일반 언어로 설명해야 합니다.이것은 보어에 의해서 특히 강조되었고, [note 3]하이젠베르크에 의해서 받아들여졌습니다.
  3. 위의 점에 따르면, 시스템을 관찰하는 데 사용되는 장치는 고전 언어로 설명되어야 하며, 관찰 중인 시스템은 양자 용어로 설명되어야 합니다.이것은 보어와 하이젠베르크가 다른 결론을 내린 특히 미묘한 문제입니다.하이젠베르크에 따르면 고전과 양자의 경계는 관측자의 재량에 따라 어느 방향으로든 이동될 수 있습니다.즉, 관찰자는 물리적으로 의미 있는 [5]: 86 예측을 변경하지 않고 "하이젠베르크 컷"으로 알려진 것을 움직일 자유가 있습니다.반면에, 보어는 두 계 모두 원칙적으로 양자이며, 물체-악기의 구별("컷")은 실험 배열에 의해 지시된다고 주장했습니다.보어에게 있어서 "컷"은 문제의 시스템을 지배하는 동적 법칙의 변화가 아니라 시스템에 [3][38]적용되는 언어의 변화였습니다.
  4. 관찰하는 동안 시스템은 실험실 장치와 상호 작용해야 합니다.이 장치가 측정을 수행하면 시스템의 파동 함수가 붕괴되어 등록된 관측 가능한 고유 상태로 비가역적으로 감소합니다.이 과정의 결과는 가능성이 [note 4]현실로 나타나면서 만들어진, 사건에 대한 구체적인 기록입니다.
  5. 실제로 이루어지지 않은 측정에 대한 설명은 의미가 없습니다.예를 들어 간섭계가 실제로 광자에 의해 선택된 경로를 감지하고 [5]: 88 등록하는 방식으로 만들어지지 않는 한 광자가 마하-젠더 간섭계의 상부 경로를 통과했다는 진술에는 의미가 없습니다.
  6. 파동함수는 개별 물리학자들의 개인적인 의견이나 다른 [5]: 509–512 임의적인 영향에 의존하지 않는다는 점에서 객관적입니다.

보어와 하이젠베르크의 견해 사이에는 몇 가지 근본적인 합의와 이견이 있습니다.예를 들어, 하이젠베르크는 관측자(또는 기구)와 [39]: 133 관측되는 계 사이의 날카로운 "컷"을 강조한 반면, 보어는 "돌이킬 수 없는" 또는 효과적으로 비가역적인 과정에 의존하는, 주관적인 관측자 또는 측정 또는 붕괴와 무관한 해석을 제시했습니다.양자계 [28]안에서 일어날 수 있는 일입니다

보어와 하이젠베르크가 의견을 달리한 또 다른 중요한 문제는 파동-입자 이중성입니다.보어는 파동 뷰와 입자 뷰의 구분이 실험 설정 간의 구분에 의해 정의된다고 주장한 반면 하이젠베르크는 수학 공식을 파동 또는 입자를 지칭하는 것으로 볼 수 있는 가능성에 의해 정의된다고 주장했습니다.보어는 특정한 실험 장치가 파동 사진이나 입자 사진을 보여주지만 둘 다 보여주지는 않는다고 생각했습니다.하이젠베르크는 모든 수학적 공식이 파동과 입자 해석 [40][41]둘 다 가능하다고 생각했습니다.

파동함수의 성질

파동 함수는 시스템에서 가능한 각 측정 결과에 대한 확률 분포를 제공하는 수학적 개체입니다.파동 함수에 대한 지식과 시스템의 시간적 진화에 대한 규칙은 시스템의 동작에 대해 예측할 수 있는 모든 것을 소진시킵니다.일반적으로 코펜하겐 유형의 해석은 파동 함수가 일반적인 물질체의 직접적으로 이해할 수 있는 이미지 또는 그러한 것의 [42][43]식별 가능한 구성 요소, 또는 이론적 개념 이상의 것을 제공한다는 것을 부인합니다.

Born 규칙을 통한 확률

본 기사 : 본 룰

보른 규칙은 코펜하겐 [44]해석에 필수적인 것입니다.1926년에 막스 보른이 공식화한 이는 양자계의 측정이 주어진 결과를 가져올 확률을 제공합니다.가장 간단한 형태로, 그것은 측정했을 때, 특정 지점에서 입자를 발견할 확률 밀도가 그 [note 5]지점에서 입자의 파동 함수 크기의 제곱에 비례한다고 말합니다.

붕괴

주요 기사:파동함수붕괴

코펜하겐 해석의 일반적인 인식은 중요한 부분이 파동함수의 "[2]붕괴"라는 것입니다.측정하는 행위에서, 시스템의 파동함수는 갑자기 그리고 불연속적으로 변할 수 있다고 가정합니다.측정 전에 파동 함수는 해당 측정의 다양한 잠재적 결과에 대한 다양한 확률을 포함합니다.하지만 그 장치가 그 결과 중 하나를 등록하면 다른 결과의 흔적은 남지 않습니다.

하이젠베르크는 파동함수를 시스템에 대한 이용 가능한 지식을 나타내는 것으로 말하고 "붕괴"라는 용어를 사용하지는 않았지만, 대신 파동함수를 특정 현상이 [49]장치에 의해 등록되면 발생하는 이용 가능한 지식의 변화를 나타내는 새로운 상태로 "감소"라고 명명했습니다.하워드와 페이에 따르면, 보어의 글은 파동함수 [10][2]붕괴에 대해 언급하지 않았습니다.

관측값의 존재는 관측자의 중재에 의존한다고 주장하기 때문에 코펜하겐 유형의 해석은 때때로 "주관적"이라고 불립니다.관측 과정이 기계적이고 [50]관측자의 개성에 의존하지 않기 때문에 많은 코펜하겐 학자들은 이 용어를 거부합니다.예를 들어, 볼프강 파울리는 측정 결과를 "객관적 등록 장치"[39]: 117–123 에 의해 얻고 기록할 수 있다고 주장했습니다.하이젠버그가 썼듯이,

물론 관찰자의 도입이 자연의 기술에 어떤 종류의 주관적인 특징을 도입해야 한다는 것을 암시하는 것으로 오해되어서는 안됩니다.관찰자는 오히려 결정을 등록하는 기능, 즉 시공간에서의 과정만을 가지고 있으며, 관찰자가 기구인지 인간인지는 중요하지 않습니다. 그러나 등록, 즉 "가능한" 것에서 "실체"로의 이행," 는 여기서 절대적으로 필요하며 양자 [20]: 137 이론의 해석에서 빠질 수 없습니다.

1970년대와 1980년대에 비간섭성 이론은 양자 [51]이론에서 나오는 준고전적 현실의 모습을 설명하는 데 도움이 되었지만, 명백한 파동 함수 [52]붕괴에 대한 기술적인 설명을 제공하기에는 부족했습니다.

숨겨진 변수에 의한 완성?

주요 기사:히든변수론

형이상학적인 측면에서 코펜하겐 해석은 양자역학을 현상에 대한 지식을 제공하는 것으로 간주하지만, 일반적인 직관의 잔재로 간주하는 '실제로 존재하는 물체'를 가리키는 것으로 보지는 않습니다.이것은 인식론으로 만듭니다.이것은 물리학이 존재하는 물체를 찾아야 한다는 아인슈타인의 견해와 대조될 수 있으며, 그 자체를 존재론적 [53]이론으로 만듭니다.

"양자역학이 수학적 형식주의에 소위 "숨겨진 변수"를 추가하여 인식론에서 비존재론으로 전환함으로써 확장될 수 있는가?"라는 형이상학적 질문이 제기되기도 합니다.코펜하겐 해석은 이에 강력한 '아니오'[54]로 답합니다.예를 들어 J.S. 벨은 아인슈타인이 코펜하겐 해석을 반대했다고 주장하기도 하는데, 그 이유는 그가 "숨겨진 변수"에 대한 질문에 대한 대답이 "그렇다"라고 믿었기 때문입니다.이와는 대조적으로 맥스 재머는 "아인슈타인은 숨겨진 변수 [55]이론을 제안한 적이 없다"고 썼습니다.아인슈타인은 숨겨진 변수 이론의 가능성을 탐구했고, 그의 탐험을 기술하는 논문을 썼지만,[56][57] 그것이 잘못되었다고 느껴 출판을 철회했습니다.

물리학자들 사이의 수용

1930년대와 1940년대 사이에 보어의 양자역학에 대한 견해와 상보성을 강조하는 것은 물리학자들 사이에서 흔한 일이 되었습니다.당시의 교과서들은 대체로 물리량의 수치가 [58]: 248 측정되기 전까지는 의미가 없거나 존재하지 않는다는 원칙을 유지하고 있었습니다.코펜하겐 유형의 해석과 관련된 저명한 물리학자로는 레프 란다우,[58][59] 볼프강 파울리,[59] 루돌프 파이얼스,[60] 아셔 페레스,[61] 레온 로젠펠트,[3] 레이 스트리터 [62]등이 있습니다.

20세기 전반에 걸쳐 코펜하겐 전통은 물리학자들 [58][63]사이에서 압도적으로 받아들여졌습니다.1997년 [64]양자역학 회의에서 실시한 매우 비공식적인 여론조사(일부 사람들은 여러 해석에 투표했다)에 따르면 코펜하겐 해석은 물리학자들이 자신의 견해에 적용하는 가장 널리 받아들여지는 라벨로 남아 있었습니다.2011년 [65]실시된 여론조사에서도 비슷한 결과가 나왔습니다.

결과들

코펜하겐 해석의 본질은 여러 실험과 역설을 고려함으로써 드러납니다.

슈뢰딩거고양이

주요 기사:슈뢰딩거고양이

이 사고 실험은 미시적 수준에서 불확실성을 수용하는 것이 거시적 대상에 미치는 영향을 강조합니다.고양이는 아원자 입자의 [5]: 91 상태에 따라 생사가 좌우되는 밀폐된 상자에 담겨집니다.따라서 실험 과정에서 고양이에 대한 묘사는 아원자 입자의 상태와 얽혀 "살아있는 고양이와 죽은 고양이"의 "흐릿함"이 됩니다.하지만 이는 고양이가 상자를 열어 확인하기 전까지는 사실상 죽었으면서 살아있다는 것을 의미하기 때문에 정확할 수는 없습니다.하지만 이 고양이는 살아있다면 살아있는 것만 기억할 것입니다.슈뢰딩거는 [66]"현실을 표현하는 '흐린 모델'을 천진적으로 받아들이는 것"에 저항합니다.어떻게 고양이가 살아있으면서 죽을 수가 있죠?

코펜하겐 유형의 뷰에서 파동 함수는 시스템에 대한 우리의 지식을 반영합니다.파동함수( ⟩ + ⟩) / {\ {\ / {\ {2는 일단 고양이가 관찰되면 죽은 확률이 50%이고 살아있을 확률이 50%임을 의미합니다. (코펜하겐 해석의 일부 버전에서는 파동함수가 물리적인 시스템에 할당될 수 있다는 아이디어를 거부합니다."cat"의 일상적인 정의를 충족하는 tem; 이 관점에서, cat-and-mechanical system의 정확한 양자-기계적 설명은 초선택 규칙을 포함해야 합니다.)[62]: 51

위그너의 친구

주요 기사:위그너의 친구

"위그너의 친구"는 전통적으로 위그너와 그의 [5]: 91–92 친구로 알려진 두 개의 의식적인 존재를 포함함으로써 슈뢰딩거의 고양이에 대한 생각을 더 인상적으로 만들기 위한 사고 실험입니다. (더 최근의 문헌에서는 정보 이론의 프로토콜을 설명하는 관습에 따라 그들은 앨리스와 밥으로도 알려져 있습니다.)[67]위그너는 그의 친구를 고양이와 함께 넣어줍니다.외부 관찰자는 시스템이 상태 ⟩ + ⟩) / {\{\ ) / {\라고 믿습니다. 그러나 그의 친구는 고양이가 살아 있다고 확신합니다. 즉, 고양이는 살아 있다고 합니다 ⟩ {\위그너와 그의 친구는 어떻게 다른 파동함수를 볼 수 있을까요?

하이젠베르크의 관점에서, 답은 하이젠베르크 컷의 위치에 따라 달라지는데, 하이젠베르크 컷은 임의로 배치될 수 있습니다 (적어도 보어는 아니지만 하이젠베르크에[3] 따르면).만약 위그너의 친구가 외부 관측자와 같은 면에 위치한다면, 그의 측정은 두 관측자 모두에 대한 파동함수를 붕괴시킵니다.고양이의 옆에 있으면 고양이와의 상호작용은 [68]측정치로 간주되지 않습니다.관찰자가 [68]절단의 양자적 측면에 배치될 수 있는지 여부에 대해 상이한 코펜하겐 유형 해석이 상이합니다.

이중슬릿 실험

주요 기사:이중슬릿 실험

이 실험의 기본 버전에서 레이저 빔과 같은 광원은 두 개의 평행한 슬릿으로 뚫린 플레이트를 비추고, 슬릿을 통과한 빛은 플레이트 뒤의 스크린에서 관찰됩니다.빛의 파동성은 두 개의 슬릿을 통과하는 빛의 파동을 방해하여 화면에 밝고 어두운 띠를 생성합니다. 이는 빛이 고전적인 입자로 구성되어 있다면 예상할 수 없었던 결과입니다.그러나 개별 입자(파도가 아닌)와 같이 항상 스크린에서 빛이 흡수되는 점이 발견됩니다. 간섭 패턴은 스크린에 도달하는 이러한 입자의 밀도 변화를 통해 나타납니다.또한 슬릿에 검출기가 포함된 실험 버전에서는 검출된 광자가 하나의 슬릿(고전 입자처럼)을 통과하고 두 개의 슬릿(파동처럼)을 통과하지 않는다는 것을 발견했습니다.이러한 실험은 입자가 어떤 슬릿을 [69]: 73–76 통과하는지 감지하면 간섭 패턴이 형성되지 않는다는 것을 보여줍니다.

보어의 상보성 원리에 따르면, 빛은 파동도 아니고 입자의 흐름도 아닙니다.특정 실험은 입자 거동(특정 슬릿 통과) 또는 파동 거동(간섭)을 입증할 수 있지만 둘 다 [70]동시에 입증할 수는 없습니다.

빛, 전자, 원자, [71][72]분자에 대해서도 동일한 실험이 수행되었습니다.질량이 더 큰 물체의 드브로이 파장이 극도로 작기 때문에 실험이 점점 [73]더 어려워지고 있지만, 일반적으로 양자역학은 모든 물질이 입자와 파동의 행동을 모두 가지고 있다고 간주합니다.

아인슈타인-포돌스키-로젠 역설

주요 기사: EPR 역설

이 사고 실험은 후대의 저자들이 말하는 얽힘 상태에서 준비된 한 쌍의 입자를 포함합니다.아인슈타인, 보리스 포돌스키, 네이선 로젠은 1935년 논문에서 이 상태에서 첫 번째 입자의 위치를 측정하면 두 번째 입자의 위치를 측정한 결과를 예측할 수 있다고 지적했습니다.대신 첫 번째 입자의 운동량을 측정하면 두 번째 입자의 운동량을 측정한 결과를 예측할 수 있습니다.그들은 첫 번째 입자에 대해 취한 어떤 행동도 즉각적인 다른 입자에 영향을 미칠 수 없다고 주장했는데, 이것은 상대성 이론에 의해 금지된 빛보다 더 빨리 전달되는 정보를 포함하기 때문입니다.그들은 후에 "아인슈타인-포돌스키-로젠(EPR) 현실의 기준"으로 알려진 원칙을 언급하며, "계를 방해하는 어떠한 방법 없이 확실하게 물리량의 값을 예측할 수 있다면, 그 양에 해당하는 현실의 요소가 존재할 것입니다."라고 가정합니다.이로부터,[74] 그들은 두 번째 입자가 측정되기 전에 위치와 운동량의 확실한 값을 가져야 한다고 추론했습니다.

EPR 논문에 대한 보어의 반응은 같은 [75]해 말에 Physical Review에 발표되었습니다.그는 EPR이 잘못된 논리를 폈다고 주장했습니다.위치 측정과 운동량 측정은 상호 보완적이기 때문에 하나를 측정하기로 결정하면 다른 하나를 측정할 가능성이 배제됩니다.결과적으로, 실험실 장치의 한 배치에 관하여 추론된 사실은 다른 배치에 의하여 추론된 사실과 결합될 수 없으므로, 제2 입자에 대하여 미리 결정된 위치 및 운동량 값의 추론은 타당하지 않았습니다.보어는 EPR의 주장이 "양자 기술이 본질적으로 [75]불완전하다는 결론을 정당화하지는 않는다"고 결론 내렸습니다.

비평

불완전성과 불확정성

1925년 12월 폴 에렌페스트의 자택에서 찍은 닐스 보어와 알베르트 아인슈타인은 양자역학이 현실의 본질을 암시하는 것에 대해 오랜 기간에 걸쳐 집단적 논쟁을 벌였습니다.

아인슈타인은 객관적인 현실을 일찍부터 지속적으로 지지해왔습니다.아인슈타인이 이를 받아들이지 않은 반면, 보어와 하이젠베르크는 측정 행위 없이는 어떤 물리적 성질도 이해할 수 없다는 입장을 내놨습니다.아브라함 파이스(Abraham Pais)는 두 사람이 양자역학에 대해 논의했을 때 아인슈타인과의 산책을 회상했습니다. "아인슈타인은 갑자기 멈추고, 나에게 돌아서서 내가 달을 [76]바라볼 때만 존재한다고 정말로 믿는지 물었습니다."아인슈타인은 양자역학이 정확한 예측을 제공한다는 점에서 정확한 물리 이론이라는 것을 의심하지 않았지만, 그것이 완전한 이론이 될 수는 없다고 주장했습니다.양자 이론의 불완전성을 주장하려는 그의 노력의 가장 유명한 산물은 아인슈타인-포돌스키-로젠의 사고 실험인데, 이 실험은 위치와 운동량 같은 물리적 특성이 [note 6]측정되지 않더라도 값을 갖는다는 것을 보여주기 위한 것이었습니다.EPR의 주장은 일반적으로 [58]: 189–251 다른 물리학자들에게 설득력이 없었습니다.

칼 프리드리히 폰 바이제커는 케임브리지에서 열린 콜로키움에 참가하면서 코펜하겐 해석이 "관찰할 수 없는 것은 존재하지 않는다"고 주장했다는 것을 부인했습니다.대신, 그는 코펜하겐 해석이 "관측된 것은 확실히 존재한다; 관측되지 않은 것에 대해 우리는 여전히 적절한 가정을 자유롭게 할 수 있다"는 원칙을 따를 것을 제안했습니다.우리는 [23]역설을 피하기 위해 그 자유를 사용합니다."

아인슈타인도 마찬가지로 양자이론의 불확정성에 불만이 있었습니다.자연의 무작위성의 가능성에 대해, 아인슈타인은 "하나님은 [81]주사위를 던지지 않는다고 확신한다"고 말했습니다.이에 대해 보어는 "우리는 하나님께 [note 7]그가 어떻게 세상을 운영하고 있는지 말할 수 없다"고 말했습니다.

하이젠베르크 컷

코펜하겐 유형 해석에 대한 많은 비판은 관찰자나 측정 장치가 상주할 수 있는 고전적 영역의 필요성과 양자와 고전 사이의 경계가 어떻게 정의될 수 있는지에 대한 부정확성에 초점을 맞추고 있습니다.이 경계는 하이젠베르크의 경계라고 불리게 되었습니다.(존 벨은 이 경계를 "시프트 스플릿"[28]이라고 조롱하며 불렀습니다.)전형적으로 묘사된 바와 같이 코펜하겐 유형의 해석은 파동함수에 대한 두 가지 다른 종류의 시간 진화, 즉 슈뢰딩거 방정식에 따른 결정론적 흐름과 측정 중 확률적 점프를 포함하며, 각 종류가 언제 적용되는지에 대한 명확한 기준이 없습니다.물리학자와 실험실 장비가 [82]우주의 나머지 부분과 같은 물질로 구성되어 있는데 왜 이 두 가지 다른 과정이 존재해야 합니까?그리고 어떻게든 갈라진 부분이 있다면 어디에 놓아야 할까요?스티븐 와인버그(Steven Weinberg)는 전통적인 표현은 "양자역학이 적용되거나 [83]적용되지 않는 영역 사이의 경계를 찾을 방법이 없다"고 말합니다.

양자계의 고전적인 측정의 관점에서 생각하는 문제는 양자계가 [84][85]우주인 양자 우주론 분야에서 특히 첨예해집니다.관찰자는 우주를 측정하기 위해 어떻게 우주 밖에 서 있으며, 우주의 초기 단계를 관찰하는 사람은 누구입니까?코펜하겐식 해석의 옹호자들은 이러한 반대의 심각성에 이의를 제기했습니다.루돌프 파이얼스는 "관측자가 사건과 동시에 발생할 필요는 없다"고 언급했습니다. 예를 들어, 우리는 우주 마이크로파 배경을 통해 초기 우주를 연구하고, 양자역학을 어떤 전자기장에도 [60]적용할 수 있습니다.마찬가지로, 애셔 페레스(Asher Peres)는 물리학자들이 우주론이 연구하는 자유도 밖에 있고, 양자역학을 우주의 반지름에 적용하는 것은 초전도체의 전류를 양자화하는 것과 다를 바 없으며, 원자 수준의 [38]세부 사항을 무시하는 것이라고 주장했습니다.

당신은 우주가 하나밖에 없다고 반대할 수 있지만, 마찬가지로 내 [38]실험실에도 SQUID가 하나밖에 없습니다.

대안

자세한 정보:양자역학의 해석

코펜하겐 해석의 일부 측면을 공유하는 동시에 다른 측면에 대한 대안을 제공하는 많은 대안 해석이 등장했습니다.앙상블 해석은 유사합니다. 단일 입자에 대해서는 아니지만 파동 함수에 대한 해석을 제공합니다.일관된 역사 해석은 스스로를 "Copenhagen done right"[86]라고 광고합니다.최근에는 QBism과[87] 관계형 양자역학과[88] 같은 양자정보이론에서 영감을 받은 해석이 등장했습니다.양자적 기초 문제에 대한 전문가들은 다른 [65]대안들보다 코펜하겐 해석을 계속 선호하고 있습니다.코펜하겐의 전통이 세워지거나 확장될 필요가 있다고 제안한 물리학자들로는 루돌프 하그와 안톤 [85][89]자일링거가 있습니다.

사실주의와 결정론 하에서 파동함수가 존재론적으로 실재하는 것으로 간주되고 붕괴가 완전히 거부된다면 다세계 해석이 발생합니다.파동함수 붕괴가 존재론적으로도 실재하는 것으로 간주된다면, 객관적 붕괴 이론이 얻어집니다.보미안 역학은 양자역학을 재구성하여 결정론적으로 만드는 것이 명백하게 비국소적으로 만드는 대가로 가능하다는 것을 보여줍니다.파동 함수는 물리적 시스템뿐만 아니라 비국소 안내 방정식 하에서 결정적으로 진화하는 실제 위치에 기인합니다.물리적 시스템의 진화는 항상 안내 방정식과 함께 슈뢰딩거 방정식에 의해 주어집니다; 파동 [90]함수의 붕괴는 결코 없습니다.트랜잭션 해석 또한 명시적으로 [91]비로컬입니다.

일부 물리학자들은 "코펜하겐 정신"에 대한 견해를 옹호하고 다른 해석을 옹호했습니다.예를 들어, 데이비드 봄과 알프레드 란데는 둘 다 보어-하이젠베르크 전통에서 아이디어를 제시하는 교과서를 썼고, 나중에 각각 [58]: 453 비국소 숨은 변수와 앙상블 해석을 장려했습니다.존 아치볼드 휠러(John Archibald Wheeler)는 닐스 보어(Niels Bohr)[92]의 사도로서 경력을 시작했고, 그 후 다세계 해석을 제안한 휴 에버렛(Hugh Everett)의 박사 논문을 감독했습니다.몇 년 동안 에버렛의 작품을 지원한 후, 그는 1970년대에 [93][94]다세계적인 해석과 거리를 두기 시작했습니다.말년에 그는 코펜하겐 해석을 "북쪽에서 온 안개"라고 부를 수 있지만, "우리가 가지고 [95]있는 양자에 대한 최고의 해석으로 남아 있다"고 썼습니다.

다른 물리학자들은 코펜하겐 전통에 영향을 받았지만 양자 이론의 수학적 형식주의가 어떻게 더 근본적인 것에서 발생할 수 있는지 이해하려고 노력하기 보다는 어떻게 주어진 것으로 받아들였는지에 대해 좌절감을 표현했습니다. (E. T. 제인스는 양자 물리학의 수학적 형식주의를 "다음을 설명하는 특이한 혼합물"이라고 설명했습니다.자연의 현실에서, 자연에 대한 불완전한 인간의 정보에서, 하이젠베르크와 보어는 이 모든 것을 오믈렛으로 만들어 버렸는데, 이 오믈렛을 만드는 방법은 아무도 본 적이 없습니다.")[96]이러한 불만은 양자 [63][97]기반의 기술적 작업뿐만 아니라 새로운 해석적 변형을 유발했습니다.

참고 항목

메모들

  1. ^ 하이젠베르크가 물리학과 철학(1958)에서 다음과 같이 썼습니다: "저는 매우 늦은 밤까지 많은 시간을 겪었고 거의 절망 상태로 끝났던 보어와의 토론을 기억합니다. 그리고 토론이 끝날 때마다 저는 혼자서 이웃 공원으로 산책을 하러 갔을 때 저는 제 자신에게 다음과 같은 질문을 반복했습니다: 자연이 보기처럼 그렇게 황당할 수 있을까요?이런 원자 실험에서 우리에게 묻혔다고요?"
  2. ^ "코펜하겐에는 적어도 그 용어를 사용하는 사람들만큼 다양한 해석이 있는 것 같습니다. 아마도 더 많을 것입니다.예를 들어, 양자역학의 기초에 관한 두 고전적인 기사에서 발렌틴(1970)과 슈타프(1972)는 '코펜하겐'에 대해 정반대의 정의를 내립니다.'"[32]
  3. ^ 보어(Bohr)는 "우선 측정은 조사대상물의 일부 속성을 다른 시스템의 상응하는 속성과 명확하게 비교하는 것 외에 다른 의미가 없다는 것을 인식해야 합니다.그리고 이 성질은 일상 언어의 정의나 [36]고전 물리학의 용어에 따라 직접적으로 결정될 수 있습니다."하이젠베르크는 "현상, 실험과 그 결과에 대한 모든 설명은 유일한 의사소통 수단으로서 언어에 달려 있습니다.이 언어의 단어들은 물리학의 과학적인 언어로 고전물리학의 개념들로 정제될 수 있는 평범한 삶의 개념들을 나타냅니다.이 개념들은 이벤트, 실험 설정 및 [37]: 127 결과에 대한 명확한 의사소통을 위한 유일한 도구입니다."
  4. ^ 하이젠베르크는 "'파동 패킷의 감소'는 가능한 것에서 실제로의 전환이 완료될 때 코펜하겐 해석에 항상 나타난다는 것은 잘 알려져 있습니다.광범위한 가능성을 다루던 확률함수는 실험이 어떤 사건이 일어났다는 확실한 결과로 이어졌다는 사실에 의해 갑자기 훨씬 더 좁은 범위로 줄어듭니다.형식주의에서 이러한 감소는 양자 이론의 가장 특징적인 현상인 소위 확률의 간섭이 측정 장치 및 [37]: 125 세계의 나머지와 계의 부분적으로 정의할 수 없고 비가역적인 상호 작용에 의해 파괴되는 것을 요구합니다."보어는 비가역성이 "관측 개념의 특징"이라고 제안하였는데, 이 개념은 바이츠제커가 나중에 열역학을 이용하여 비가역성에 대한 엄밀한 수학적 개념을 만들고, 따라서 비가역성이 [3]세계의 고전적인 근사치로 이어진다는 것을 보여주는 것입니다.스텐홀름 [30]참조.
  5. ^ 보른 자신이 자신의 기여를 파동함수의 [45][46]"통계적 해석"으로 설명했지만, "통계적 해석"이라는 용어는 앙상블 [47][48]해석의 동의어로도 사용되었습니다.
  6. ^ EPR 주장의 출판된 형태는 포돌스키 때문이었고, 아인슈타인 자신은 그것에 만족하지 않았습니다.그의 출판물과 서신에서, 아인슈타인은 양자역학이 불완전한 [77][78][79][80]이론이라고 주장하기 위해 다른 주장을 사용했습니다.
  7. ^ 보어는 1927년 솔베이 대회에서 아인슈타인에 대한 그의 에세이 "원자 물리학의 인식론적 문제에 대한 아인슈타인과의 토론"에서 아인슈타인에 대한 그의 대답을 떠올렸습니다.Paul Arthur Shilpp, Harper, 1949, p. 211: "...접근방식과 의견의 다양성에도 불구하고, 가장 유머러스한 정신이 토론을 활기차게 만들었습니다.그의 편에서 아인슈타인은 우리가 정말로 임시정부가 주사위 놀이("Obder liebe Gottwürfelt")에 의존했다고 믿을 수 있는지를 조롱하듯 물었고, 나는 이에 대해 고대 사상가들에 의해 이미 요구된 큰 주의를 일상 언어로 섭리에 귀속시키는 것으로 지적함으로써 대답했습니다."회의에 함께 참석한 베르너 하이젠베르크는 1983년 프린스턴 대학 출판부 아인슈타인과의 만남에서 "그러나 그는 여전히 '신은 주사위 놀이를 하지 않는다'라는 말로 옷을 입힌 자신의 표어를 지켰다"고 회상했습니다.보어는 이렇게 대답할 수밖에 없었습니다. '그러나 그가 세상을 어떻게 운영하고 있는지는 우리가 하나님께 말할 수 없습니다.'"

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