Interpretazione di Copenhagen della meccanica quantistica

Come la teoria dell’atomo, la meccanica quantistica è forse la teoria di maggior successo nella storia della scienza. Consente a fisici, chimici e tecnici di calcolare e prevedere il risultato di un vasto numero di esperimenti e di creare una tecnologia nuova e avanzata basata sull’intuizione del comportamento degli oggetti atomici. Ma è anche una teoria che sfida la nostra immaginazione. Sembra violare alcuni principi fondamentali della fisica classica, principi che alla fine sono diventati una parte del buon senso occidentale dal sorgere della moderna visione del mondo nel Rinascimento. Lo scopo di ogni interpretazione metafisica della meccanica quantistica è di spiegare queste violazioni.

L’interpretazione di Copenaghen fu il primo tentativo generale di comprendere il mondo degli atomi poiché questo è rappresentato dalla meccanica quantistica. Il padre fondatore era principalmente il fisico danese Niels Bohr, ma anche Werner Heisenberg, Max Born e altri fisici hanno dato un contributo importante alla comprensione generale del mondo atomico associato al nome della capitale della Danimarca.

Infatti, Bohr e Heisenberg non erano mai completamente d’accordo su come capire il formalismo matematico della meccanica quantistica, e nessuno dei due usava mai il termine “interpretazione di Copenaghen” come un nome comune per le loro idee. Infatti, una volta Bohr prese le distanze da quella che considerava l’interpretazione più soggettiva di Heisenberg. Il termine è piuttosto un’etichetta introdotta da persone che si oppongono all’idea di complementarità di Bohr, per identificare ciò che hanno visto come le caratteristiche comuni dietro l’interpretazione di Bohr-Heisenberg come è emerso alla fine degli anni ’20. Oggi l’interpretazione di Copenaghen è per lo più considerata come sinonimo di indeterminismo, principio di corrispondenza di Bohr, interpretazione statistica della funzione d’onda di Born, e interpretazione di complementarietà di Bohr di certi fenomeni atomici.

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1. Introduzione

Nel 1900 Max Planck scoprì che lo spettro di radiazioni dei corpi neri si verifica solo con energie discrete separate dal valore  , dove ν è la frequenza eh è una nuova costante, la cosiddetta costante di Planck. Secondo la fisica classica l’intensità di questa radiazione continua crescerebbe illimitatamente con frequenze crescenti, dando luogo a quella che fu chiamata la catastrofe ultravioletta. Ma il suggerimento di Planck era che se i corpi neri scambiavano energia con il campo di radiazione in una proporzione uguale a quel problema scomparirebbe. Il fatto che l’assorbimento e l’emissione di energia sia discontinua è in conflitto con i principi della fisica classica. Alcuni anni dopo Albert Einstein utilizzò questa scoperta nella sua spiegazione dell’effetto fotoelettrico. Egli suggerì che le onde luminose erano quantizzate e che la quantità di energia che ogni quanto di luce poteva fornire agli elettroni del catodo era esattamente . Il passo successivo arrivò nel 1911 quando Ernest Rutherford eseguì alcuni esperimenti sparando particelle alfa in una lamina d’oro. Sulla base di questi risultati, poteva creare un modello dell’atomo in cui l’atomo consisteva in un nucleo pesante con una carica positiva circondata da elettroni carichi negativamente come un piccolo sistema solare. Anche questo modello era in conflitto con le leggi della fisica classica. Secondo la meccanica classica e l’elettrodinamica, ci si potrebbe aspettare che gli elettroni che orbitano attorno a un nucleo caricato positivamente emettano continuamente radiazioni in modo che il nucleo possa inghiottire rapidamente gli elettroni.

A questo punto, Niels Bohr entrò in scena e presto divenne il principale fisico degli atomi. Nel 1913 Bohr, visitando Rutherford a Manchester, proporre un modello matematico dell’atomo che ha fornito il primo supporto teorico per il modello di Rutherford e potrebbe spiegare lo spettro di emissione di idrogeno (serie di Balmer). La teoria era basata su due postulati:

  1. Un sistema atomico è stabile solo in un certo insieme di stati, chiamati stati stazionari, ogni stato essendo associato con un’energia discreto, e ogni cambio di energia corrisponde ad una transizione completa da uno stato all’altro.
  2. La possibilità per l’atomo di assorbire e emettere radiazioni è determinata da una legge secondo la quale l’energia della radiazione è dato dalla differenza di energia tra due stati stazionari essendo uguale a hn .

Alcune caratteristiche del modello semi-classico di Bohr erano davvero molto strane rispetto ai principi della fisica classica. Introdusse un elemento di discontinuità e indeterminismo estraneo alla meccanica classica:

  1. Apparentemente non tutti i punti dello spazio erano accessibili a un elettrone che si muoveva attorno a un nucleo di idrogeno. Un elettrone si muoveva in orbite classiche, ma durante la sua transizione da un’orbita all’altra non era in alcun posto definito tra queste orbite. Quindi, un elettrone poteva essere solo nel suo stato fondamentale (l’orbita dell’energia più bassa) o uno stato eccitato (se un impatto di un’altra particella l’aveva costretto a lasciare il suo stato fondamentale).
  2. Era impossibile prevedere quando sarebbe avvenuta la transizione e come avrebbe avuto luogo. Inoltre, non c’erano cause esterne (o interne) che determinassero di nuovo il “salto”. Qualsiasi elettrone eccitato potrebbe, in linea di principio, muoversi spontaneamente verso uno stato inferiore o verso il basso allo stato fondamentale.
  3. Rutherford ha sottolineato che se, come ha fatto Bohr, uno postula che la frequenza della luce ν , che un elettrone emette in una transizione, dipende dalla differenza tra il livello di energia iniziale e il livello di energia finale, sembra che l’elettrone debba ” sapere “a quale livello di energia finale si sta dirigendo per emettere luce con la giusta frequenza.
  4. Einstein fece un’altra strana osservazione. Era curioso di sapere in quale direzione il fotone decidesse di spostarsi dall’elettrone.

Tra il 1913 e il 1925 Bohr, Arnold Sommerfeld e altri furono in grado di migliorare il modello di Bohr e, insieme all’introduzione dello spin e al principio di esclusione di Wolfgang Pauli, fornì una descrizione abbastanza buona degli elementi chimici di base. Il modello ha comunque incontrato dei problemi quando si è tentato di applicarlo a spettri diversi da quello dell’idrogeno. Quindi c’era un sentimento generale tra tutti i principali fisici che il modello di Bohr doveva essere sostituito da una teoria più radicale. Nel 1925 Werner Heisenberg, all’epoca assistente di Bohr a Copenaghen, stabilì i principi di base di una meccanica quantistica completa. Nella sua nuova teoria della matrice ha sostituito le variabili di pendolarismo classiche con quelle non pendolari. L’anno seguente, Erwin Schrödinger ha dato una formulazione più semplice della teoria in cui ha introdotto un’equazione differenziale di secondo ordine per una funzione d’onda. Egli stesso ha tentato un’interpretazione largamente classica della funzione d’onda. Tuttavia, già lo stesso anno Max Born ha proposto un’interpretazione statistica coerente in cui il quadrato del valore assoluto di questa funzione d’onda esprime un’ampiezza di probabilità per l’esito di una misurazione.

2. Fisica classica

Bohr vide la meccanica quantistica come una generalizzazione della fisica classica anche se viola alcuni dei principi ontologici di base su cui poggia la fisica classica. Alcuni di questi principi sono:

  • I principi degli oggetti fisici e la loro identità :
    • Gli oggetti fisici (sistemi di oggetti) esistono nello spazio e nel tempo e i processi fisici avvengono nello spazio e nel tempo, cioè, è una caratteristica fondamentale di tutti i cambiamenti e movimenti di oggetti fisici (sistemi di oggetti) che avvengono su uno sfondo di spazio E tempo;
    • Gli oggetti fisici (sistemi) sono localizzabili, cioè non esistono ovunque nello spazio e nel tempo; piuttosto, sono confinati in luoghi e tempi precisi;
    • Un luogo particolare può essere occupato solo da un oggetto dello stesso tipo alla volta;
    • Due oggetti fisici dello stesso tipo esistono separatamente; cioè, due oggetti che appartengono allo stesso tipo non possono avere la stessa posizione in un tempo identico e devono quindi essere separati nello spazio e nel tempo;
    • Gli oggetti fisici sono numerabili, cioè due oggetti allusionati dello stesso tipo contano numericamente come uno se entrambi condividono la stessa posizione alla volta e conta numericamente come due se occupano posizioni diverse alla volta;
  • Il principio delle proprietà separate , cioè, due oggetti (sistemi) separati nello spazio e nel tempo hanno ciascuno stati o proprietà intrinseci indipendenti;
  • Il principio della determinatezza del valore , cioè tutti gli stati o proprietà inerenti hanno un valore o una grandezza specifici indipendenti dal valore o dalla grandezza di altre proprietà;
  • Il principio di causalità , cioè ogni evento, ogni cambiamento di un sistema, ha una causa;
  • Il principio di determinazione , cioè, ogni stato successivo di un sistema è determinato in modo univoco da qualsiasi stato precedente;
  • Il principio di continuità , cioè tutti i processi che presentano una differenza tra lo stato iniziale e quello finale, devono passare attraverso ogni possibile stato di intervento; in altre parole, l’evoluzione di un sistema è un percorso ininterrotto attraverso il suo spazio statale; e infine
  • Il principio della conservazione dell’energia , cioè l’energia di un sistema chiuso può essere trasformato in varie forme ma non viene mai acquisito, perso o distrutto.

Grazie a questi principi è possibile, per esempio, all’interno della meccanica classica, definire uno stato di un sistema in qualsiasi momento successivo rispetto a uno stato in qualsiasi momento precedente. Quindi, ogni volta che conosciamo lo stato iniziale costituito dalla posizione e dall’impulso del sistema e conosciamo tutte le forze esterne che agiscono su di esso, sappiamo anche quali saranno i suoi stati successivi. La conoscenza dello stato iniziale viene generalmente acquisita osservando le proprietà di stato del sistema nel momento selezionato come momento iniziale. Inoltre, l’osservazione di un sistema non influenza il suo comportamento successivo o, se l’osservazione in qualche modo dovrebbe influenzare questo comportamento, è sempre possibile incorporare l’effetto nella previsione dello stato successivo del sistema. Così, nella fisica classica possiamo sempre fare una netta distinzione tra lo stato dello strumento di misura usato su un sistema e lo stato del sistema fisico stesso. Ciò significa che la descrizione fisica del sistema è oggettiva perché la definizione di uno stato successivo non dipende dalle condizioni di misurazione o da altre condizioni di osservazione.

Gran parte della filosofia di Kant può essere vista come un tentativo di fornire soddisfacenti basi filosofiche per la base oggettiva della meccanica di Newton contro lo scetticismo humeano. Kant sostenne quindi che la meccanica classica è in accordo con le condizioni trascendentali per la conoscenza oggettiva. La filosofia di Kant influenzò indubbiamente Bohr in vari modi, come hanno notato molti studiosi negli ultimi anni (Hooker 1972, Folse 1985, Honnor 1987, Faye 1991, Kaiser 1992 e Chevalley 1994). Bohr non era né un soggettivista né un filosofo positivista, come affermano Karl Popper (1967) e Mario Bunge (1967). Ha esplicitamente respinto l’idea che l’esito sperimentale sia dovuto all’osservatore. Come ha detto: “Non è certamente possibile per l’osservatore influenzare gli eventi che possono apparire nelle condizioni che ha organizzato” (APHK, p.51). Non diversamente da Kant, Bohr pensava che potremmo avere una conoscenza oggettiva solo nel caso in cui possiamo distinguere tra il soggetto esperienziale e l’oggetto sperimentato. È una precondizione per la conoscenza di un fenomeno come qualcosa di distinto dal soggetto sensoriale, che possiamo riferirci ad esso come un oggetto senza coinvolgere l’esperienza dell’oggetto dell’oggetto. Per separare l’oggetto dal soggetto stesso, il soggetto esperienziale deve essere in grado di distinguere tra la forma e il contenuto delle sue esperienze. Questo è possibile solo se il soggetto usa concetti causali e spazio-temporali per descrivere il contenuto sensoriale, collocando i fenomeni in connessione causale nello spazio e nel tempo, poiché è la descrizione causale spazio-temporale delle nostre percezioni che costituisce il criterio della realtà per loro .i concetti classici . Credeva anche che i concetti di base di cui sopra esistessero già come precondizioni di una comunicazione non ambigua e significativa, costruita come regole del nostro linguaggio ordinario. Quindi, secondo Bohr, le condizioni per una descrizione oggettiva della natura data dai concetti di fisica classica erano semplicemente un raffinamento delle precondizioni della conoscenza umana.

3. La regola della corrispondenza

Il principio guida dietro il lavoro di Bohr e poi di Heisenberg nello sviluppo di una teoria coerente degli atomi era la regola della corrispondenza. La regola completa afferma che una transizione tra stati stazionari è consentita se, e solo se, c’è una componente armonica corrispondente nel movimento classico ( CW Vol 3, p. 479). Bohr inoltre si rese conto che, secondo la sua teoria dell’atomo di idrogeno, le frequenze della radiazione dovuta alla transizione dell’elettrone tra stati stazionari con numeri quantici elevati, cioè stati lontani dallo stato fondamentale, coincidono approssimativamente con i risultati dell’elettrodinamica classica. Quindi nella ricerca di una teoria della meccanica quantistica è diventato un requisito metodologico per Bohr che qualsiasi ulteriore teoria dell’atomo dovrebbe prevedere valori in domini di numeri quantici elevati che dovrebbero essere una stretta approssimazione ai valori della fisica classica. La regola della corrispondenza era un principio euristico per assicurarsi che nelle aree in cui l’influenza della costante di Planck potesse essere trascurata, i valori numerici previsti da tale teoria dovrebbero essere gli stessi di quelli previsti dalla teoria della radiazione classica.

Il modello di base della struttura atomica di Bohr-Sommerfeld entrò in crisi all’inizio degli anni ’20 a causa del fatto che non poteva gestire un numero crescente di fenomeni spettroscopici. Nel 1924 Wolfgang Pauli introdusse un nuovo grado di libertà in base al quale due elettroni con gli stessi numeri quantici noti non potevano essere nello stesso stato. Un anno dopo, nel 1925, Ralph Kronig, Georg Uhlenbeck e Samuel Goudsmit spiegarono questo nuovo grado di libertà introducendo il concetto non classico di spin elettronico. È stato suggerito, tuttavia, che la proposta di Pauli ha significato un colpo letale non solo per il modello di Bohr-Sommerfeld, ma anche per il principio di corrispondenza perché “come conciliare i classici moti periodici presupposti dal principio di corrispondenza con la Zweideutigkeit classicamente non descrivibiledel momento angolare dell’elettrone? “(Massimi 2005, 73)

Sebbene la regola di esclusione e l’introduzione dello spin si rompessero con il tentativo di spiegare la struttura degli elementi di base lungo le linee dell’argomento della corrispondenza (come ha sottolineato Pauli in una lettera a Bohr), Bohr continuò a considerarlo un importante principio metodologico nel tentativo di stabilire una teoria quantistica coerente. Infatti, ha ripetutamente espresso l’opinione che la meccanica delle matrici di Heisenberg è venuta alla luce sotto la guida di questo stesso principio. Ad esempio, nel suo Faraday Lectures del 1932, Bohr sottolinea: “Un passo fondamentale verso la creazione di una meccanica quantistica corretta fu assunto nel 1925 da Heisenberg che mostrò come sostituire i concetti cinematici ordinari, nello spirito dell’argomento della corrispondenza, simboli che si riferiscono ai processi elementari e alla probabilità del loro verificarsi “(CC , p. 48). Bohr ha riconosciuto, tuttavia, che l’argomento della corrispondenza ha fallito anche in quei casi in cui particolari concetti non classici devono essere introdotti nella descrizione degli atomi. Ma pensava ancora che l’argomento della corrispondenza fosse indispensabile sia per ragioni strutturali che semantiche nella costruzione di una teoria quantistica adeguata come teoria generalizzata dalla meccanica classica.

In effetti, lo spin è una proprietà quantistica degli elettroni che non può essere intesa come un momento angolare classico. Inutile dire che Bohr lo ha capito perfettamente. Ma non pensava che questa scoperta escludesse l’uso della regola della corrispondenza come guida per trovare una teoria quantistica soddisfacente. Una lunga citazione dal saggio di Bohr “Il problema di causalità nella fisica atomica” (1938) fornisce prove a riguardo:

Infatti, adeguati quanto i postulati quantici sono nella descrizione fenomenologica delle reazioni atomiche, sono indispensabili i concetti di base della meccanica e dell’elettrodinamica per la specificazione delle strutture atomiche e per la definizione delle proprietà fondamentali delle agenzie con cui reagiscono. Lungi dall’essere un compromesso temporaneo in questo dilemma, il ricorso a considerazioni essenzialmente statistiche è il nostro unico modo concepibile per giungere a una generalizzazione del modo consueto di descrizione sufficientemente ampio da rendere conto delle caratteristiche dell’individualità espresse dai postulati quantistici e ridurre al classico teoria nel caso limite in cui tutte le azioni coinvolte nell’analisi dei fenomeni sono grandi rispetto a un singolo quanto. Nella ricerca della formulazione di una tale generalizzazione, la nostra unica guida è stata la cosiddetta discussione della corrispondenza, che dà espressione all’esigenza di sostenere l’uso dei concetti classici nella misura più ampia possibile compatibile con i postulati quantici. (CC , p.96)

Ciò dimostra che, secondo Bohr, la meccanica quantistica, come formulata da Heisenberg, era una generalizzazione razionale della meccanica classica quando si prendeva in considerazione il quanto di azione e la proprietà dello spin.

La regola della corrispondenza era un importante principio metodologico. All’inizio aveva un chiaro significato tecnico per Bohr. È ovvio, tuttavia, che non ha senso confrontare i valori numerici della teoria degli atomi con quelli della fisica classica a meno che il significato dei termini fisici in entrambe le teorie sia commensurabile. La regola della corrispondenza era basata sull’idea epistemologica che i concetti classici erano indispensabili per la nostra comprensione della realtà fisica, ed è solo quando i fenomeni classici e i fenomeni quantistici sono descritti in termini degli stessi concetti classici che possiamo confrontare diverse esperienze fisiche. Era questo senso più ampio della regola della corrispondenza che Bohr aveva spesso in mente in seguito. Teoria atomica e descrizione della natura :

La necessità di fare un uso esteso … dei concetti classici, da cui dipende in definitiva l’interpretazione di ogni esperienza, ha dato origine alla formulazione del cosiddetto principio di corrispondenza che esprime i nostri sforzi per utilizzare tutti i concetti classici dando loro una adeguata reinterpretazione quantico-teorica ( ATDN , p.8 )

La metodologia pratica di Bohr si trova quindi in diretta opposizione con la visione storica di Thomas Kuhn e Paul Feyerabend secondo cui le teorie successive, come la meccanica classica e la meccanica quantistica, sono incommensurabili. In contrasto con le loro affermazioni filosofiche di vuoti di significato e parziale mancanza di razionalità nella scelta tra teorie incommensurabili, Bohr non credeva solo retrospettivamente che la meccanica quantistica fosse una generalizzazione naturale della fisica classica, ma lui e Heisenberg seguivano in pratica i requisiti della regola della corrispondenza . Così, nella mente di Bohr, il significato dei concetti classici non è cambiato, ma la loro applicazione è stata limitata. Questa è stata la lezione della complementarità.

4. Complementarità

Dopo che Heisenberg era riuscito a formulare una meccanica quantistica coerente nel 1925, sia lui che Bohr iniziarono la loro lotta per trovare un’interpretazione coerente per il formalismo matematico. Heisenberg e Bohr hanno seguito approcci un po ‘diversi. Laddove Heisenberg guardò al formalismo e sviluppò il suo famoso principio di indeterminazione o relazione di indeterminazione, Bohr scelse di analizzare concreti accordi sperimentali, specialmente l’esperimento della doppia fenditura. In un certo senso Bohr si limitò a considerare la relazione di Heisenberg come un’espressione della sua idea generale che la nostra comprensione dei fenomeni atomici si basa su descrizioni complementari. A Como, nel 1927, presentò per la prima volta le sue idee secondo le quali alcune descrizioni diverse sarebbero complementari.

Bohr indicò due serie di descrizioni che egli considerava complementari. Da un lato, ci sono quelli che attribuiscono all’atomo proprietà cinematiche o dinamiche; cioè, “descrizioni spazio-temporali” sono complementari alle “pretese di causalità”, in cui Bohr interpretava le affermazioni causali in fisica in termini di conservazione dell’energia e della quantità di moto. D’altra parte, ci sono quelle descrizioni che attribuiscono le proprietà delle onde o delle particelle a un singolo oggetto. In che modo questi due tipi di serie complementari di descrizioni sono collegate a qualcosa che Bohr non ha mai indicato (Murdoch 1987). Anche tra le persone, come Rosenfeld e Pais, che sostenevano di parlare per conto di Bohr, non c’è accordo. Il fatto è che la descrizione della luce come particelle o onde era già un dilemma classico, che nemmeno Einstein ” La definizione di un fotone veramente risolto dal momento del fotone come una particella dipende dalla frequenza della luce come un’onda. Inoltre, alla fine Bohr si rese conto che l’attribuzione di proprietà cinematiche e dinamiche a un oggetto è complementare perché l’attribuzione di entrambe queste variabili coniugali si basa su esperimenti mutuamente esclusivi. L’attribuzione delle proprietà delle particelle e delle onde a un oggetto può tuttavia verificarsi in un singolo esperimento; per esempio, nell’esperimento a doppia fenditura in cui il modello di interferenza è costituito da singoli punti. Così, meno di dieci anni dopo la sua conferenza di Como, Bohr ha tacitamente abbandonato la “complementarietà delle particelle d’onda” in favore dell’esclusività della “complementarità cinematica-dinamica” (Held 1994).

Era chiaro a Bohr che qualsiasi interpretazione del mondo atomico doveva prendere in considerazione un fatto empirico importante. La scoperta della quantizzazione dell’azione significava che la meccanica quantistica non poteva soddisfare i principi di fisica classica sopra descritti. Ogni volta che misuriamo, diciamo, la posizione di un elettrone, l’apparato e l’elettrone interagiscono in modo incontrollabile, così che non siamo in grado di misurare lo slancio dell’elettrone allo stesso tempo. Fino alla metà degli anni ’30, quando Einstein, Podolsky e Rosen pubblicarono il loro famoso esperimento di pensiero con l’intenzione di mostrare che la meccanica quantistica era incompleta, Bohr parlò come se l’apparato di misura disturbasse l’elettrone. Questo documento ha avuto un’influenza significativa sulla linea di pensiero di Bohr. Apparentemente, Bohr si rese conto che parlare di disturbo sembrava indicare – come alcuni dei suoi avversari potevano averlo capito – che gli oggetti atomici erano particelle classiche con proprietà cinematiche e dinamiche intrinseche definite. Dopo il documento EPR, ha affermato chiaramente: “l’intera situazione della fisica atomica priva di ogni significato tali attributi intrinseci come l’idealizzazione della fisica classica attribuirebbe a tali oggetti”.

Anche dopo la relazione EPR, Bohr ha parlato della “relazione di indeterminazione” di Heisenberg come indicante le conseguenze ontologiche della sua affermazione che le variabili cinematiche e dinamiche sono mal definite a meno che non si riferiscano a un risultato sperimentale. In precedenza aveva spesso definito la “relazione di incertezza” di Heisenberg, come se si trattasse di una limitazione meramente epistemologica. Inoltre, Bohr non menzionava più le descrizioni come complementari, ma piuttosto fenomeni o informazioni. Ha introdotto la definizione di un “fenomeno” come richiedendo una descrizione completa dell’intera disposizione sperimentale, e ha considerato un fenomeno come una misura dei valori delle proprietà cinematiche o dinamiche.

La visione più matura di Bohr, cioè la sua opinione dopo il documento EPR, sulla complementarità e l’interpretazione della meccanica quantistica possono essere riassunti nei seguenti punti:

  1. L’interpretazione di una teoria fisica deve fare affidamento su una pratica sperimentale.
  2. La pratica sperimentale presuppone una certa pratica pre-scientifica di descrizione, che stabilisce la norma per l’apparato sperimentale di misurazione, e di conseguenza ciò che conta come esperienza scientifica.
  3. La nostra pratica pre-scientifica di comprendere il nostro ambiente è un adattamento all’esperienza sensoriale di separazione, orientamento, identificazione e reidentificazione nel tempo di oggetti fisici.
  4. Questa esperienza pre-scientifica è colta in termini di categorie comuni come la posizione della cosa e il cambiamento di posizione, durata e cambiamento di durata, e la relazione di causa ed effetto, termini e principi che sono ora parti del nostro linguaggio comune.
  5. Queste categorie comuni producono i presupposti per una conoscenza oggettiva, e ogni descrizione della natura deve usare questi concetti per essere obiettivi.
  6. I concetti di fisica classica sono solo specifiche esatte delle categorie di cui sopra.
  7. I concetti classici – e non la stessa fisica classica – sono quindi necessari in ogni descrizione dell’esperienza fisica per capire cosa stiamo facendo e per essere in grado di comunicare i nostri risultati agli altri, in particolare nella descrizione dei fenomeni quantici che si presentano in esperimenti;
  8. La scoperta empirica di Planck della quantizzazione dell’azione richiede una revisione delle basi per l’uso dei concetti classici, perché non sono tutti applicabili allo stesso tempo. Il loro uso è ben definito solo se si applicano a interazioni sperimentali in cui la quantizzazione dell’azione può essere considerata trascurabile.
  9. Nei casi sperimentali in cui la quantizzazione dell’azione gioca un ruolo significativo, l’applicazione di un concetto classico non si riferisce alle proprietà indipendenti dell’oggetto; piuttosto l’attribuzione di proprietà cinematiche o dinamiche all’oggetto in quanto esiste indipendentemente da una specifica interazione sperimentale è mal definita.
  10. La quantizzazione dell’azione richiede una limitazione dell’uso dei concetti classici, in modo che questi concetti si applichino solo a un fenomeno, che Bohr intese come manifestazione macroscopica di una misurazione sull’oggetto, cioè l’interazione incontrollabile tra l’oggetto e l’apparato.
  11. La descrizione quantistica meccanica dell’oggetto differisce dalla descrizione classica dell’apparato di misurazione, e ciò richiede che l’oggetto e il dispositivo di misurazione siano separati nella descrizione, ma la linea di separazione non è quella tra strumenti macroscopici e oggetti microscopici. È stato argomentato in dettaglio (Howard 1994) che Bohr ha sottolineato che parti del dispositivo di misurazione possono talvolta essere trattate come parti dell’oggetto nella descrizione della meccanica quantistica.
  12. Il formalismo quantistico non fornisce ai fisici una rappresentazione “pittorica”: la funzione ψnon rappresenta, come aveva sperato Schrödinger, un nuovo tipo di realtà. Invece, come ha suggerito Born, il quadrato del valore assoluto della ψ -funzione esprime un’ampiezza di probabilità per il risultato di una misurazione. Dato che l’equazione delle onde coinvolge una quantità immaginaria, questa equazione può avere solo un carattere simbolico, ma il formalismo può essere usato per prevedere l’esito di una misurazione che stabilisce le condizioni in cui si applicano concetti come posizione, quantità di moto, tempo ed energia al fenomeno.
  13. L’attribuzione di questi concetti classici al fenomeno delle misure si basa sul contesto sperimentale dei fenomeni, così che l’intera configurazione ci fornisce le condizioni definitive per l’applicazione di concetti cinematici e dinamici nel dominio della fisica quantistica.
  14. Tali fenomeni sono complementari nel senso che le loro manifestazioni dipendono da misurazioni reciprocamente esclusive, ma che le informazioni acquisite attraverso questi vari esperimenti esauriscono tutte le possibili conoscenze oggettive dell’oggetto.

Bohr pensava che l’atomo fosse reale. Gli atomi non sono né costruzioni euristiche né logiche. Un paio di volte ha sottolineato questo direttamente usando argomenti di esperimenti in un modo molto simile a Ian Hacking e Nancy Cartwright molto più tardi. Ciò che non credeva era che il formalismo quantistico fosse vero, nel senso che ci dava una rappresentazione letterale (“pittorica”) piuttosto che simbolica del mondo quantistico. Ha molto senso caratterizzare Bohr in termini moderni come un realista di entità che si oppone al realismo della teoria (Folse 1987). È a causa dei quantitativi immaginarie in meccanica quantistica (dove la regola di commutazione per canonicamente coniugato variabile, p e q , introduce la costante di Planck nel formalismo da qp – pqih / 2π che la meccanica quantistica non ci dà una rappresentazione ‘pittorica’ del mondo. Neppure la teoria della relatività, sosteneva Bohr, ci fornisce una rappresentazione letterale, poiché la velocità della luce è introdotta con un fattore di i nella definizione della quarta coordinata in una varietà quadridimensionale ( CC , 86 e p 105). Invece queste teorie possono essere usate solo simbolicamente per prevedere osservazioni in condizioni ben definite. Quindi Bohr era un antirealista o uno strumentista quando si tratta di teorie.

In generale, Bohr considerava le richieste di complementarità in meccanica quantistica per essere logicamente alla pari con i requisiti della relatività nella teoria della relatività. Credeva che entrambe le teorie fossero il risultato di nuovi aspetti del problema dell’osservazione, vale a dire il fatto che l’osservazione in fisica dipende dal contesto. Questo di nuovo è dovuto all’esistenza di una velocità massima di propagazione di tutte le azioni nel dominio della relatività e un minimo di qualsiasi azione nel campo della meccanica quantistica. Ed è a causa di questi limiti universali che è impossibile, nella teoria della relatività, fare una separazione inequivocabile tra tempo e spazio senza riferimento all’osservatore (il contesto) e impossibile in meccanica quantistica per fare una netta distinzione tra il comportamento del oggetto e la sua interazione con i mezzi di osservazione (CC , p. 105).

Nel sottolineare la necessità di concetti classici per la descrizione dei fenomeni quantistici, Bohr fu influenzato dal Kant o dal neo-kantismo. Ma era un kantiano naturalizzato o pragmatico. I concetti classici sono solo esplicazioni di concetti comuni che sono già il risultato del nostro adattamento al mondo. Questi concetti e le condizioni della loro applicazione determinano le condizioni per una conoscenza oggettiva. La scoperta della quantizzazione dell’azione ci ha rivelato, tuttavia, che non possiamo applicare questi concetti agli oggetti quantici come abbiamo fatto nella fisica classica. Ora le proprietà cinematiche e dinamiche (rappresentate dalle variabili coniugate) possono essere significativamente attribuite all’oggetto solo in relazione ad alcuni risultati sperimentali effettivi, mentre la fisica classica attribuisce tali proprietà all’oggetto indipendentemente dal fatto che le osserviamo o meno effettivamente. In altre parole, Bohr negò che i concetti classici potessero essere usati per attribuire proprietà a un mondo fisico in sé stesso dietro ai fenomeni, cioè a proprietà diverse da quelle osservate. Al contrario, la fisica classica si basa su un’idealizzazione, ha affermato, nel senso che presuppone che il mondo fisico abbia queste proprietà in sé, cioè come proprietà intrinseche, indipendenti dalla loro osservazione effettiva.

La complementarità è prima di tutto una lettura semantica ed epistemologica della meccanica quantistica che comporta certe implicazioni ontologiche. Il punto di vista di Bohr era, per dirla con un moderno linguaggio filosofico, che le condizioni di verità delle frasi che attribuiscono un certo valore cinematico o dinamico a un oggetto atomico dipendono dall’apparato coinvolto, in modo tale che queste condizioni di verità debbano includere un riferimento a l’impostazione sperimentale e il risultato reale dell’esperimento. Questa affermazione è chiamata tesi di indefinibilità di Bohr(Murdoch 1987, Faye 1991). Quindi, quei fisici che accusano questa interpretazione di operare con un misterioso collasso della funzione d’onda durante le misurazioni non hanno capito bene. Bohr accettò l’interpretazione statistica di Born perché credeva che ilψ -funzione ha solo un significato simbolico e non rappresenta nulla di reale. Ha senso parlare di un collasso della funzione d’onda solo se, come dice Bohr, la funzione ψ può avere una rappresentazione pittorica, qualcosa che lui ha fortemente negato.

In effetti, Bohr, Heisenberg e molti altri fisici consideravano la complementarità l’unica interpretazione razionale del mondo quantistico. Pensavano che ci fornisse la comprensione dei fenomeni atomici in accordo con le condizioni per qualsiasi descrizione fisica e la possibile conoscenza oggettiva del mondo. Bohr credeva che gli atomi fossero reali, ma rimane un punto molto dibattuto nella letteratura recente di quale genere di realtà egli credesse che loro avessero, indipendentemente dal fatto che fossero o meno qualcosa di diverso da ciò che si è osservato. Henry Folse sostiene che Bohr deve operare con una distinzione tra un oggetto fenomenico e un oggetto trascendentale. La ragione è che questo è l’unico modo in cui ha senso parlare del disturbo fisico dell’oggetto atomico dallo strumento di misura come fece Bohr per un po ‘(Folse 1985, 1994). Ma Jan Faye ha risposto che Bohr ha rinunciato alla metafora del disturbo in connessione con la sua discussione sull’esperimento del pensiero EPR perché si è reso conto che era fuorviante. Inoltre, negli scritti di Bohr non ci sono ulteriori prove che indicano che Bohr avrebbe attribuito proprietà dello stato intrinseco e indipendente dalla misura agli oggetti atomici (sebbene inintelligibili e inaccessibili per noi) oltre a quelli classici che si manifestano nella misurazione (Faye 1991).

5. Compromessi della complementarità

La complementarità è stata comunemente fraintesa in vari modi, alcuni dei quali devono essere delineati in questa sezione. Prima di tutto, le precedenti generazioni di filosofi e scienziati hanno spesso accusato l’interpretazione di Bohr di essere positivista o soggettivista. Oggi i filosofi hanno quasi raggiunto il consenso che non è né l’uno né l’altro. Ci sono, come molti hanno notato, sia elementi tipicamente realisti che antirealisti coinvolti in esso, e ha affinità con Kant o neo-kantismo. L’influenza del pensiero di Kant o di Kantian sulla filosofia di Bohr sembra avere diverse fonti. Alcuni hanno indicato la tradizione di Hermann von Helmholtz (Chevalley 1991, 1994; Brock 2003); altri hanno considerato il filosofo danese Harald Høffding l’anello mancante del kantismo (Faye 1991).

Ma poiché la visione di Bohr sulla complementarietà è stata erroneamente associata al positivismo e al soggettivismo, molta confusione sembra ancora attenersi all’interpretazione di Copenaghen. Don Howard (2004) sostiene, tuttavia, che ciò che è comunemente noto come interpretazione di Copenaghen della meccanica quantistica, considerato come rappresentativo di un punto di vista unitario di Copenaghen, differisce significativamente dall’interpretazione della complementarietà di Bohr. Egli sostiene che “l’interpretazione di Copenaghen è un’invenzione della metà degli anni ’50, per la quale Heisenberg è il principale responsabile, [e che] vari altri fisici e filosofi, tra cui Bohm, Feyerabend, Hanson e Popper, hanno ulteriormente promosso il invenzione al servizio dei propri programmi filosofici “(p.669).

Più recentemente, Mara Beller (1999) ha sostenuto che le affermazioni di Bohr sono intelligibili solo se si presume che fosse un operazionalista radicale o un positivista dalla mentalità semplice. In effetti, la complementarità fu stabilita come l’interpretazione ortodossa della meccanica quantistica negli anni ’30, un periodo in cui il positivismo era prevalente nella filosofia della scienza, e alcuni commentatori hanno portato i due ad essere strettamente associati. Durante gli anni ’30, Bohr era anche in contatto con alcuni dei principali neopositivisti o empiristi logici come Otto Neurath, Philip Frank e il filosofo danese Jørgen Jørgensen. Sebbene il loro approccio anti-metafisico alla scienza possa aver avuto qualche influenza su Bohr (specialmente intorno al 1935 durante la sua discussione finale con Einstein sulla completezza della meccanica quantistica), bisogna ricordare che Bohr vedeva sempre la complementarità come una risposta necessaria alla descrizione indeterministica della meccanica quantistica dovuta al quanto di azione. Il quanto d’azione era una scoperta empirica, non una conseguenza di una certa teoria epistemologica, e Bohr pensava che l’indeterminismo fosse il prezzo da pagare per evitare i paradossi. Mai Bohr ha fatto appello a una teoria verificazionista del significato; né ha preteso che i concetti classici fossero definiti dal punto di vista operativo. Ma non si può negare che alcuni empiristi logici abbiano giustamente o erroneamente appoggiato la propria filosofia nell’interpretazione di Bohr e che a volte Bohr li abbia confermati nelle loro impressioni (Faye 2008). non una conseguenza di una certa teoria epistemologica, e Bohr pensava che l’indeterminismo fosse il prezzo da pagare per evitare i paradossi. Mai Bohr ha fatto appello a una teoria verificazionista del significato; né ha preteso che i concetti classici fossero definiti dal punto di vista operativo. Ma non si può negare che alcuni empiristi logici abbiano giustamente o erroneamente appoggiato la propria filosofia nell’interpretazione di Bohr e che a volte Bohr li abbia confermati nelle loro impressioni (Faye 2008). non una conseguenza di una certa teoria epistemologica, e Bohr pensava che l’indeterminismo fosse il prezzo da pagare per evitare i paradossi. Mai Bohr ha fatto appello a una teoria verificazionista del significato; né ha preteso che i concetti classici fossero definiti dal punto di vista operativo. Ma non si può negare che alcuni empiristi logici abbiano giustamente o erroneamente appoggiato la propria filosofia nell’interpretazione di Bohr e che a volte Bohr li abbia confermati nelle loro impressioni (Faye 2008).

Secondo, molti fisici e filosofi vedono la riduzione della funzione d’onda come una parte importante dell’interpretazione di Copenaghen. Ma Bohr non ha mai parlato del crollo del pacchetto d’onde. Né aveva senso per lui farlo perché ciò significherebbe che si deve capire la funzione d’onda come riferita a qualcosa fisicamente reale. Bohr ha parlato del formalismo matematico della meccanica quantistica, incluso il vettore di stato o la funzione d’onda, come rappresentazione simbolica. Bohr associava l’uso di una rappresentazione pittorica a ciò che può essere visualizzato nello spazio e nel tempo. I sistemi quantistici non sono vizualizzabili perché i loro stati non possono essere rintracciati nello spazio e nel tempo come i sistemi classici. La ragione è, secondo Bohr, che un sistema quantistico non ha uno stato cinematico o dinamico prima di alcuna misurazione.CC , p. 144). Quindi, il vettore di stato è simbolico. Qui “simbolico” significa che la funzione di rappresentazione del vettore di stato non dovrebbe essere presa alla lettera, ma essere considerata uno strumento per il calcolo delle probabilità di osservabili.

Terzo, Bohr ha negato categoricamente la tesi ontologica secondo cui il soggetto ha un impatto diretto sul risultato di una misurazione. Quindi, quando occasionalmente menzionava il carattere soggettivo dei fenomeni quantistici e le difficoltà di distinguere l’oggetto dal soggetto nella meccanica quantistica, non lo pensava come un problema limitato all’osservazione degli atomi da solo. Ad esempio, affermò che già “la teoria della relatività ci ricorda il carattere soggettivo di tutti i fenomeni fisici” ( ATDN , p.116 ). Piuttosto, riferendosi al carattere soggettivo dei fenomeni quantistici, stava esprimendo la tesi epistemologica secondo cui tutte le osservazioni in fisica sono in realtà dipendenti dal contesto. Secondo Bohr, non esiste nessuna vista dal nulla in virtù della quale gli oggetti quantistici possano essere descritti.

In quarto luogo, sebbene Bohr avesse parlato di “disturbare i fenomeni mediante l’osservazione”, in alcuni dei suoi primi documenti sulla complementarità, non aveva mai in mente il collasso indotto dall’osservatore del pacchetto d’onde. Più tardi ha sempre parlato dell’interazione tra l’oggetto e l’apparato di misurazione che è stato considerato completamente obiettivo. Quindi, il Gatto di Schrödinger non ha posto alcun enigma a Bohr. Il gatto sarebbe morto o vivo molto prima di aprire la scatola per scoprirlo. Ciò che Bohr sosteneva era, tuttavia, che lo stato dell’oggetto e lo stato dello strumento fossero dinamicamente inseparabili durante l’interazione. Inoltre,

Era la stessa analisi applicata da Bohr nel rispondere alla sfida della carta EPR. La risposta di Bohr era che non possiamo separare le proprietà dinamiche e cinematiche di un sistema articolare di due particelle fino a quando non abbiamo effettivamente effettuato una misurazione e quindi impostato le condizioni sperimentali per l’attribuzione di un determinato valore di stato ( CC, p. 80). Il modo in cui Bohr affrontò il puzzle fu di sottolineare che gli stati individuali di una coppia di particelle accoppiate non possono essere considerati isolatamente, nello stesso modo in cui lo stato dell’oggetto e lo stato dello strumento sono dinamicamente inseparabili durante le misurazioni. Quindi, sulla base della nostra conoscenza di un particolare valore di stato del corpo ausiliario A, essendo un oggetto atomico o uno strumento, possiamo quindi dedurre il valore di stato dell’oggetto B con cui A ha interagito una volta (Faye 1991, pp. 182-183 ). Ha quindi senso quando Howard (2004, p.671) sostiene che Bohr considerava lo stato articolare post-misurazione dell’oggetto e l’apparato di misura da impigliare come in qualsiasi altra interazione quantica che coinvolge una coppia entangled.

Infine, quando Bohr insistette sull’uso di concetti classici per comprendere i fenomeni quantistici, non credette, come talvolta viene suggerito, che gli oggetti macroscopici o l’apparato di misurazione debbano sempre essere descritti in termini di leggi dinamiche della fisica classica. L’uso dei concetti classici è necessario, secondo Bohr, perché da questi abbiamo imparato a comunicare agli altri la nostra esperienza fisica. I concetti classici sono semplicemente una raffinatezza dei concetti quotidiani di posizione e azione nello spazio e nel tempo. Tuttavia, l’uso dei concetti classici non è lo stesso nella meccanica quantistica come nella fisica classica. Bohr era ben consapevole del fatto che, a dispetto di incoerenza, i concetti classici devono avere “una adeguata reinterpretazione quantico-teorica,ATDN , p. 8).

6. Opinioni divergenti

L’interpretazione di Copenaghen non è una visione omogenea. Questa intuizione ha cominciato ad emergere tra storici e filosofi della scienza negli ultimi dieci-quindici anni. Sia James Cushing (1994) che Mara Beller (1999) danno per scontata l’esistenza di un’interpretazione unitaria di Copenaghen nella loro spiegazione sociale e istituzionale del dominio un tempo totale dell’ortodossia di Copenaghen; un punto di vista trovano personalmente poco convincente e superato in parte perché leggono il punto di vista di Bohr sulla meccanica quantistica attraverso l’esposizione di Heisenberg. Ma storici e filosofi della scienza hanno gradualmente compreso che le immagini di complementarità di Bohr e di Heisenberg sulla superficie possono apparire simili ma sotto la superficie divergono in modo significativo. Don Howard (2004, p.680) arriva a concludere che “fino a quando Heisenberg coniò il termine nel 1955, non esisteva un’interpretazione unitaria di Copenaghen della meccanica quantistica. “Il termine sembra apparentemente per la prima volta in Heisenberg (1955). Inoltre, Howard sostiene anche che è stata l’esposizione di complementarietà di Heisenberg, e non quella di Bohr, con la sua enfasi su un ruolo privilegiato per il collasso del pacchetto d’onda indotto dall’osservatore e dall’osservatore che è diventato identico a tale interpretazione. Dice: “Qualunque sia la motivazione di Heisenberg, la sua invenzione di una visione unitaria di Copenaghen sull’interpretazione, al centro della quale è stata la sua visione distintamente soggettivista del ruolo dell’osservatore, ha rapidamente trovato un pubblico” (p.677). Questo pubblico includeva persone come Bohm, Feyerabend, Hanson e Popper che hanno usato la presentazione di complementarità di Heisenberg come bersaglio per le loro critiche alla visione ortodossa.

Seguendo la ricerca di Don Howard, Kristian Camilleri (2006, 2007) sottolinea il fatto che la complementarità era originariamente pensata da Bohr (nel suo libro di Como) per esistere tra la descrizione spazio-temporale e la descrizione causale degli stati stazionari degli atomi – e non tra diversi esiti sperimentali dell’elettrone libero. Quindi la formulazione della complementarità era limitata al concetto di stati stazionari perché solo lì il sistema ha uno stato di energia ben definito indipendente da qualsiasi misurazione. Questa osservazione merita un riconoscimento generale. Ma quando Bohr, piuttosto presto dopo aver iniziato ad analizzare l’esperimento della doppia fenditura nella sua discussione con Einstein (1930), ha dovuto estendere la sua interpretazione per coprire l’elettrone in interazione con l’apparato di misurazione.

Camilleri mostra poi come la visione di complementarità di Heisenberg, nonostante la testimonianza di Heisenberg, differisca radicalmente da quella di Bohr. Come Heisenberg ha compreso la complementarità tra la descrizione spazio-temporale e la descrizione causale, essa si colloca tra la descrizione classica dei fenomeni sperimentali e la descrizione dello stato del sistema in termini di funzione d’onda. Una citazione di Heisenberg (1958, p.50) mostra quanto abbia frainteso Bohr nonostante il loro precedente rapporto di lavoro.

Bohr utilizza il concetto di “complementarità” in diversi punti nell’interpretazione della teoria dei quanti … La descrizione spazio-temporale degli eventi atomici è complementare alla loro descrizione deterministica. La funzione di probabilità obbedisce a un’equazione del moto così come le coordinate della meccanica newtoniana; il suo cambiamento nel corso del tempo è completamente determinato dall’equazione della meccanica quantistica; non consente una descrizione nello spazio e nel tempo ma interrompe la determinata continuità della funzione di probabilità modificando la nostra conoscenza del sistema.

Così, dove Bohr ha identificato la descrizione causale con la conservazione dell’energia, Heisenberg ha visto come l’evoluzione deterministica di di Schrödinger ψ -funzione. In altre parole, Heisenberg, a differenza di Bohr, riteneva che l’equazione delle onde fornisse una descrizione causale, anche se probabilistica, dell’elettrone libero nello spazio di configurazione. Spiega anche perché così tanti filosofi e fisici hanno identificato l’interpretazione di Copenaghen con il misterioso collasso del pacchetto d’onde. La transizione da una descrizione causale in termini dell’evoluzione della ψ -funzione a una descrizione spazio-temporale classica è caratterizzata dal cambiamento discontinuo che si verifica con l’atto di misurazione. Secondo Heisenberg, queste due modalità di descrizione sono complementari.

In un altro studio Ravi Gomatam (2007) concorda con l’esposizione di Howard nel sostenere che l’interpretazione di Bohr della complementarità e l’interpretazione di Copenhagen da manuale (cioè la dualità onda-particella e il collasso del pacchetto d’onde) sono incompatibili. Di recente, Henderson (2010) ha raggiunto una conclusione simile. Fa una distinzione tra diverse versioni delle interpretazioni di Copenaghen basate su affermazioni di alcuni dei personaggi principali. Da un lato dello spettro c’è Bohr che non pensava alla misura quantistica in termini di un collasso della funzione d’onda (per una visione contrastante si veda Jens Hebor 2005); nel mezzo troviamo Heisenberg che parla del collasso come un processo fisico oggettivo ma pensa che questo non possa essere ulteriormente analizzato a causa della sua natura indeterministica, e al lato opposto Johann von Neumann ed Eugene Wigner sostenevano che la mente umana ha un’influenza diretta sulla riduzione del pacchetto d’onda. Sfortunatamente, la visione dualistica di von Neumann è diventata parte della mitologia di Copenaghen da persone che si oppongono a questa interpretazione.

7. Il problema della misurazione e la distinzione classico-quantistica

Apparentemente, viviamo in un mondo quantico poiché tutto è costituito da particelle atomiche e subatomiche. Quindi la fisica classica sembra essere semplicemente un’approssimazione utile a un mondo che è meccanico quantistico su tutte le scale. Un tale punto di vista, che molti fisici moderni supportano, può essere chiamato fondamentalismo quantico (Zinkernagel in arrivo). Può essere definito come una posizione che contiene due componenti: (1) tutto nell’Universo è fondamentalmente di natura quantistica (la componente ontologica); e (2) tutto nell’Universo è in definitiva descrivibile in termini di meccanica quantistica (la componente epistemologica). Quindi, potremmo definire il fondamentalismo quantico come la posizione che sostiene che ogni cosa nel mondo è essenzialmente quantizzata e che la teoria quantistica ci fornisce una descrizione letterale di questa natura. L’assunto di base dietro al fondamentalismo quantistico è che la struttura del formalismo, in questo caso la funzione d’onda, corrisponde a come il mondo è strutturato. Ad esempio, secondo la descrizione della funzione d’onda, ogni sistema quantistico può trovarsi in una sovrapposizione di stati diversi perché una combinazione di vettori di stato è anche un vettore di stato. Ora, supponendo che sia l’oggetto quantico che l’apparato di misura siano sistemi quantici che ciascuno può essere descritto da una funzione d’onda, ne consegue che il loro stato entangled sarebbe parimenti rappresentato da un vettore di stato. Quindi la sfida è, naturalmente, come possiamo spiegare perché il puntatore di uno strumento di misura entra in una posizione definita (e non in una sovrapposizione), come ci dice l’esperienza, ogni volta che l’apparato interagisce con l’oggetto. In poche parole, questo è il problema di misurazione.

L’interpretazione di Copenaghen viene spesso presa per sottoscrivere una soluzione al problema della misurazione che è stata offerta in termini di postulato di proiezione di John von Neumann. Nel 1932 suggerì che lo stato impigliato dell’oggetto e dello strumento collassa in uno stato determinato ogni volta che avviene una misurazione. Questo processo di misurazione (un processo di tipo 1 come lo chiamava) non poteva essere descritto dalla meccanica quantistica; la meccanica quantistica poteva solo descrivere i processi di tipo 2 (cioè lo sviluppo di un sistema quantistico in termini di equazione di Schrödinger). Secondo von Neumann, il passaggio da un processo di tipo 2 a un processo di tipo 1 avviene soltanto in presenza della coscienza dell’osservatore. Quindi ciò che causa questo collasso sembra essere la mente dell’osservatore. Ma von Neumann non ha mai spiegato come fosse possibile che qualcosa di mentale producesse un effetto materiale come il collasso di un sistema quantico. Ciò ha portato al famoso paradosso del gatto di Schrödinger. Sebbene la posizione di von Neumann sia solitamente associata all’interpretazione di Copenaghen, tale opinione non era sicuramente quella di Bohr come vedremo tra un momento.

I fondamentalisti quantistici devono essere pronti a spiegare perché il mondo macroscopico appare classico. Un’alternativa al postulato della proiezione di von Neumann è l’interpretazione a molti-mondo che afferma che il formalismo dovrebbe essere letto alla lettera e che le misurazioni (esiti classici) non descrivono il mondo come realmente è. Il costo è ontologicamente orrendo. In una interpretazione il mondo si divide in tanti mondi quanti sono i possibili risultati di misurazione ogni volta che un sistema viene osservato o interagisce con un altro sistema. Altri fondamentalisti avevano sperato che il programma di decoerenza potesse fornire una spiegazione appropriata. La teoria della decoerenza vede che l’entanglement esiste non solo tra oggetto e misura, ma anche come qualcosa che include l’ambiente. Se Bohr avesse conosciuto l’idea di decoerenza, probabilmente non avrebbe avuto obiezioni ad esso. Tuttavia, è generalmente accettato che la decoerenza non risolva il problema della misurazione (Zinkernagel 2011). Tuttavia, l’intento del fondamentalismo quantistico sembra annullare l’affermazione di Bohr che i concetti classici sono necessari per la descrizione delle misure in meccanica quantistica. Nonostante ciò non c’è un accordo generale su quanto Bohr si opponga al fondamentalismo quantistico.

Più volte Bohr ha sottolineato che la distinzione epistemologica tra lo strumento e l’oggetto è necessaria perché questo è l’unico modo in cui è possibile dare un senso a una misurazione. Inoltre, è generalmente riconosciuto che non ha trattato il mondo classico dello strumento di misura come separato dall’oggetto quantistico lungo la linea di una divisione microscopica e macroscopica. A volte includeva parti dello strumento di misura a cui dovrebbe essere applicata la descrizione della meccanica quantistica. Don Howard (1994) conclude quindi che Bohr non era solo un fondamentalista quantistico ontologico, ma in realtà anche una specie di epistemologia. Crede di poter fare Bohr ‘ s requisito che gli apparecchi di misura ei risultati sperimentali debbano essere descritti in un linguaggio ordinario integrato con la terminologia della fisica classica compatibile con il fondamentalismo quantistico ontologico. Secondo lui, Bohr non considerò mai lo strumento di misura come un oggetto classico. Inoltre, egli ritiene che ciò implichi che Bohr abbia dovuto comprendere l’uso dei concetti classici in modo diverso da quello che gli studiosi di solito pensano. Reinterpreta Bohr in termini di stati quantici chiamati “miscele”. Howard crede che rispetto a un contesto sperimentale in cui uno strumento interagisce con un oggetto, Bohr non li ha compresi come in uno stato entangled ma separati in uno stato misto.

Ma, come hanno sottolineato Maximilian Schlosshauer e Kristian Camilleri (2008 (Altre risorse Internet), 2011, questo non risolve il problema della misurazione. Howard non spiega in quali circostanze si può passare da un sistema quantistico in uno stato non separabile a una miscela di stati separati. Pertanto non si può essere sicuri che l’apparecchio di misurazione sia in uno stato definito e il suo puntatore in un punto definito. Alcuni filosofi sembrano sostenere che Bohr era un fondamentalista quantistico ontologico ma non epistemologico. Ad esempio, “Bohr credeva nella natura fondamentale e universale della meccanica quantistica e considerava la classica descrizione dell’apparato come una mossa puramente epistemologica, che esprimeva il fatto che un dato sistema quantistico viene usato come strumento di misura” (Landsman 2007 ); e in una vena simile: “Si rimane impressi negli scritti di Bohr che la divisione quantistico-classica è una parte necessaria della struttura epistemologica della meccanica quantistica” (Schlosshauer and Camilleri 2008 (Other Internet Resources)). Così Klaas Landsman (2006, 2007) accetta il suggerimento di Howard secondo cui Bohr è un fondamentalista quantistico ontologico, ma rifiuta che Bohr debba essere considerato un fondamentalista quantistico epistemologico. Landsman sostiene che Bohr sosteneva che lo strumento di misura doveva essere descritto in termini classici, poiché i risultati di qualsiasi misurazione come nella fisica classica avrebbero sempre un valore definito. Tuttavia, Landsman concorda sul fatto che Bohr abbia compreso tutti gli oggetti come oggetti essenzialmente di meccanica quantistica. s scritti che la divisione quantistico-classica è una parte necessaria della struttura epistemologica della meccanica quantistica “(Schlosshauer and Camilleri 2008 (Other Internet Resources)). Così Klaas Landsman (2006, 2007) accetta il suggerimento di Howard secondo cui Bohr è un fondamentalista quantistico ontologico, ma rifiuta che Bohr debba essere considerato un fondamentalista quantistico epistemologico. Landsman sostiene che Bohr sosteneva che lo strumento di misura doveva essere descritto in termini classici, poiché i risultati di qualsiasi misurazione come nella fisica classica avrebbero sempre un valore definito. Tuttavia, Landsman concorda sul fatto che Bohr abbia compreso tutti gli oggetti come oggetti essenzialmente di meccanica quantistica. s scritti che la divisione quantistico-classica è una parte necessaria della struttura epistemologica della meccanica quantistica “(Schlosshauer and Camilleri 2008 (Other Internet Resources)). Così Klaas Landsman (2006, 2007) accetta il suggerimento di Howard secondo cui Bohr è un fondamentalista quantistico ontologico, ma rifiuta che Bohr debba essere considerato un fondamentalista quantistico epistemologico. Landsman sostiene che Bohr sosteneva che lo strumento di misura doveva essere descritto in termini classici, poiché i risultati di qualsiasi misurazione come nella fisica classica avrebbero sempre un valore definito. Tuttavia, Landsman concorda sul fatto che Bohr abbia compreso tutti gli oggetti come oggetti essenzialmente di meccanica quantistica. Il suggerimento che Bohr sia un fondamentalista quantistico ontologico, ma rifiuta che Bohr debba essere considerato un fondamentalista quantistico epistemologico. Landsman sostiene che Bohr sosteneva che lo strumento di misura doveva essere descritto in termini classici, poiché i risultati di qualsiasi misurazione come nella fisica classica avrebbero sempre un valore definito. Tuttavia, Landsman concorda sul fatto che Bohr abbia compreso tutti gli oggetti come oggetti essenzialmente di meccanica quantistica. Il suggerimento che Bohr sia un fondamentalista quantistico ontologico, ma rifiuta che Bohr debba essere considerato un fondamentalista quantistico epistemologico. Landsman sostiene che Bohr sosteneva che lo strumento di misura doveva essere descritto in termini classici, poiché i risultati di qualsiasi misurazione come nella fisica classica avrebbero sempre un valore definito. Tuttavia, Landsman concorda sul fatto che Bohr abbia compreso tutti gli oggetti come oggetti essenzialmente di meccanica quantistica.

Tuttavia, sembra che sia Howard che Landsman perdano la natura pragmatica della visione di Bohr su questioni ontologiche. Bohr menzionò più di una volta che la fisica non consisteva nel trovare l’essenza della natura, ma nel descrivere il fenomeno in modo inequivocabile. In primo piano il pensiero di Bohr era (1) la necessità di concetti classici per la descrizione dei risultati di misurazione; (2) non separabilità a causa dell’entanglement del sistema e dello strumento di misura; (3) la natura contestuale delle misure di proprietà complementari; e (4) il carattere simbolico del formalismo quantistico. Si deve prendere in considerazione tutti e quattro i componenti se si vuole capire la soluzione di Bohr al problema quantistico classico. Secondo Bohr,APHK, p. 210). Questa è sicuramente una caratteristica non classica che è descritta solo dalla meccanica quantistica. Nella sua risposta alla carta EPR, Bohr ha fortemente respinto che questa forma di interazione potrebbe essere considerata come un’influenza meccanica. L’influenza era sulle condizioni della descrizione, cioè sulle condizioni sperimentali in base alle quali ha senso applicare concetti classici. Ma durante una misurazione dobbiamo separare il sistema dallo strumento di misura e dall’ambiente per ragioni pragmatiche. Le ragioni pragmatiche sembrano essere ragionevolmente chiare. I risultati di qualunque esperimento producono sempre un valore definito, quindi l’entanglement di oggetto e lo strumento di misura descritti dal formalismo quantistico dura solo fino a quando l’interazione tra oggetto e strumento si ferma.

La fermezza di Bohr sull’uso dei concetti classici per le descrizioni della misurazione può essere vista come la sua risposta al problema della misurazione. Questo problema nasce dal fatto che la stessa meccanica quantistica non può spiegare perché gli esperimenti su oggetti in uno stato di sovrapposizione producono sempre un risultato definito. Quindi, se non si discute per il collasso spontaneo della funzione d’onda, delle variabili nascoste o di molti mondi, è necessario integrare la meccanica quantistica con una descrizione classica degli strumenti di misura in termini di orologi e barre. Henrik Zinkernagel (di prossima uscita) sembra avvicinarsi al punto di vista di Bohr quando sostiene che Bohr non ha risolto tanto il problema di misurazione mentre lo scioglieva. Si può dire con Zinkernagel che secondo Bohr tutti gli oggetti possono essere trattati come oggetti quantici ma non possono essere tutti trattati allo stesso tempo come oggetti quantici. A seconda del contesto, gli oggetti non possono essere trattati come oggetti quantici in quelle situazioni in cui agiscono come strumenti di misura. Perché in queste situazioni la loro descrizione classica garantisce una cornice di riferimento dello spazio e del tempo rispetto al quale un oggetto atomico ha una posizione e, mutatis mutandis, rispetto al quale ha energia e quantità di moto. Tale quadro di riferimento è necessario per la nostra capacità di definire e misurare una particolare proprietà. Nelle stesse parole di Bohr: “in ogni caso [di misura] alcuni strumenti di misura definitivi, come le scale e gli orologi che determinano la struttura del coordinamento spazio-temporale su cui, in ultima istanza, anche le definizioni di quantità di quantità di moto e di energia restano, devono sempre essere descritte interamente su linee classiche, e conseguentemente mantenute al di fuori del sistema soggetto a trattamento di meccanica quantistica “(Bohr, 1939) Ciò che caratterizza un quadro di riferimento è che ha un ben definito posizione e una quantità di moto ben definita, e trattati strumenti di misurazione classici agiscono esattamente come fotogrammi di riferimento. L’implicazione è che Bohr non ha escluso l’applicazione della teoria quantistica a nessun sistema. In linea di principio, ogni sistema può essere trattato meccanicamente quantisticamente, ma poiché abbiamo sempre bisogno di un quadro di riferimento per descrivere i risultati sperimentali, non tutti i sistemi possono essere trattati meccanicamente quantisticamente. e di conseguenza tenuto fuori dal sistema soggetto a trattamento meccanico quantistico “(Bohr, 1939) Ciò che caratterizza un sistema di riferimento è che ha una posizione ben definita e un momento ben definito, e gli strumenti di misurazione trattati classicamente agiscono esattamente come fotogrammi di riferimento . L’implicazione è che Bohr non ha escluso l’applicazione della teoria quantistica a nessun sistema. In linea di principio, ogni sistema può essere trattato meccanicamente quantisticamente, ma poiché abbiamo sempre bisogno di un quadro di riferimento per descrivere i risultati sperimentali, non tutti i sistemi possono essere trattati meccanicamente quantisticamente. e di conseguenza tenuto fuori dal sistema soggetto a trattamento meccanico quantistico “(Bohr, 1939) Ciò che caratterizza un sistema di riferimento è che ha una posizione ben definita e un momento ben definito, e gli strumenti di misurazione trattati classicamente agiscono esattamente come fotogrammi di riferimento . L’implicazione è che Bohr non ha escluso l’applicazione della teoria quantistica a nessun sistema. In linea di principio, ogni sistema può essere trattato meccanicamente quantisticamente, ma poiché abbiamo sempre bisogno di un quadro di riferimento per descrivere i risultati sperimentali, non tutti i sistemi possono essere trattati meccanicamente quantisticamente. Non escludere l’applicazione della teoria quantistica a nessun sistema. In linea di principio, ogni sistema può essere trattato meccanicamente quantisticamente, ma poiché abbiamo sempre bisogno di un quadro di riferimento per descrivere i risultati sperimentali, non tutti i sistemi possono essere trattati meccanicamente quantisticamente. Non escludere l’applicazione della teoria quantistica a nessun sistema. In linea di principio, ogni sistema può essere trattato meccanicamente quantisticamente, ma poiché abbiamo sempre bisogno di un quadro di riferimento per descrivere i risultati sperimentali, non tutti i sistemi possono essere trattati meccanicamente quantisticamente.

8. Nuove prospettive

Dopo gli anni ’50 furono articolate una serie di interpretazioni alternative alla complementarità di Bohr e tutti trovarono i loro sostenitori tra fisici e filosofi della scienza. L’interpretazione di Copenhagen ha iniziato a perdere terreno per altre interpretazioni come l’interpretazione di Bohm, l’interpretazione dei molti mondi, l’interpretazione modale e l’interpretazione di decoerenza, che sono stati più in voga negli ultimi vent’anni. Ma parallelamente alla crescente consapevolezza delle differenze essenziali tra la comprensione della meccanica quantistica di Bohr e Heisenberg, diversi filosofi della scienza hanno rivitalizzato la visione di Bohr sulla complementarità. Intorno al millennio è emersa una nuova interpretazione dell’interpretazione di Copenaghen.

Rob Clifton e Hans Halvorson (1999, 2002) sostengono che l’interpretazione di Bohm della meccanica quantistica può essere vista come il caso speciale dell’interpretazione di complementarietà di Bohr se si suppone che tutte le misurazioni alla fine si riducano alla misurazione delle posizioni. Originariamente Jeffrey Bub e Clifton erano in grado di dimostrare (date alcune condizioni idealizzate) che la complementarietà di Bohr e la meccanica di Bohm ricadono nel loro teorema di unicità per le interpretazioni no-collasso. Clifton e Halvorson migliorano questo risultato mostrando che l’idea di Bohr della posizione e della complementarità del momentum può essere espressa in termini di rappresentazioni non equivalenti nel formalismo C * -algebrico della meccanica quantistica. Si scopre che sia la posizione che la quantità di moto sono dinamicamente significative, ma non è lecito supporre che la posizione e il momento siano entrambi dinamicamente significativi in ​​ogni singolo contesto. Da questi presupposti dedussero la meccanica di Bohm aggiungendo il postulato metafisico che la misurazione della posizione è sempre dinamicamente significativa, ma questa restrizione metafisica richiede, come sottolineano, che le posizioni abbiano un dubbio stato ontologico privilegiato. Piuttosto, Clifton e Halvorson (1999) e Halvorson (2004) credono che la complementarità possa darci un’interpretazione realistica della teoria dei campi quantistici. quelle posizioni hanno un dubbio stato ontologico privilegiato. Piuttosto, Clifton e Halvorson (1999) e Halvorson (2004) credono che la complementarità possa darci un’interpretazione realistica della teoria dei campi quantistici. quelle posizioni hanno un dubbio stato ontologico privilegiato. Piuttosto, Clifton e Halvorson (1999) e Halvorson (2004) credono che la complementarità possa darci un’interpretazione realistica della teoria dei campi quantistici.

Un’altra idea del punto di vista di Bohr sulla complementarità è dovuta a Michael Dickson (2001, 2002). Usando la teoria contemporanea dei fotogrammi di riferimento nella teoria quantistica, dimostra che la risposta di Bohr all’esperimento di pensiero EPR era in effetti quella corretta. Inoltre, sostiene anche che le discussioni di Bohr sulla rotazione, una proprietà molto meno dipendente dalla posizione e dal momento, erano molto diverse dalle sue discussioni su quest’ultimo, e sulla base di queste differenze egli offre un resoconto bohriano del teorema di Bell e del suo significato.

Una rivalutazione della filosofia della meccanica quantistica di Bohr è fatta da Whitaker (2004) sulla base delle opere di Clifton e Halvorson e Dickson e alla luce della teoria dell’informazione quantistica. Oltre a questi tentativi di applicare la nozione di complementarità di Bohr alle discussioni contemporanee sull’interpretazione della mehanica quantistica e della teoria dei campi quantici, c’è un continuo tentativo di comprendere l’idea di Bohr della rappresentazione simbolica (Tanona, 2004a, 2004b) e la sua nozione di complementarietà rispetto a tendenze della filosofia e dell’epistemologia generale (Plotnitsky, 1994, e Katsumori, 2005).

Bohr, N. (1998), Causalità e Complementarità , documenti supplementari a cura di Jan Faye e Henry Folse come The Philosophical Writings of Niels Bohr, vol. IV , Woodbridge: Ox Bow Press.

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