Копенга́генская интерпрета́ция — это совокупность взглядов на физический смысл квантовой механики, восходящая к работам Нильса Бора, Вернера Гейзенберга, Макса Борна и других учёныхСм., например:

. Хотя название указывает на город Копенгаген, где работали Бор и Гейзенберг, сам термин в качестве названия интерпретации, по-видимому, был введен Гейзенбергом в 1950-х годах для обозначения идей, сформировавшихся в период 1925—1927 годов, что несколько сглаживало его собственные разногласия с Бором. Как следствие, единого и окончательного исторического изложения того, что именно представляет собой эта интерпретация, не существует.

К общим чертам различных вариантов копенгагенской интерпретации относятся представление о том, что квантовая механика является принципиально индетерминистической (при этом вероятности рассчитываются по правилу Борна), а также принцип дополнительности, согласно которому, объекты обладают определёнными парами взаимодополняющих свойств, которые невозможно одновременно наблюдать или измерить. Кроме того, акт «наблюдения» или «измерения» объекта признается необратимым, и объекту нельзя приписать какую-либо истинность вне результатов его измерения, то есть копенгагенская интерпретация отвергает контрфактическую определённость. Сторонники копенгагенского подхода утверждают, что квантовые описания объективны в том смысле, что они не зависят от личных убеждений физиков или иных произвольных субъективных факторов.

За долгие годы против копенгагенского подхода выдвигалось множество возражений. Критике подвергались дискретный и стохастический (случайный) характер процесса «наблюдения» или «измерения», сложность строгого определения того, что именно считать измерительным прибором, и кажущаяся необходимость опираться на классическую физику при описании таких макроприборов. Тем не менее, даже с учётом всех вариаций, эта интерпретация остаётся одной из самых распространённых в преподаванииСм., например:

.

Исторические предпосылки

Начиная с 1900 года, исследования атомных и субатомных явлений заставили учёных радикально пересмотреть базовые концепции классической физики. Однако лишь спустя четверть века эти разрозненные идеи достигли статуса целостной теории. В этот переходный период, известный ныне как эпоха «старой квантовой теории», физики работали с приближениями и эвристическими поправками к классическим законам. К выдающимся результатам того времени относятся расчёт спектра излучения абсолютно черного тела Максом Планком, объяснение фотоэлектрического эффекта Альбертом Эйнштейном, работы Эйнштейна и Петера Дебая по теплоемкости твёрдых тел, доказательство Нильса Бора и Хендрики Йоханны ван Лёвен того, что классическая физика не может объяснить диамагнетизм, модель атома водорода Бора и расширение модели Бора Арнольдом Зоммерфельдом с учётом эффектов специальной теории относительности. С 1922 по 1925 год этот метод эвристических поправок сталкивался с возрастающими трудностями; например, модель Бора — Зоммерфельда не удавалось обобщить с водорода на следующий простейший случай — атом гелия.

Переход от старой квантовой теории к полноценной квантовой физике начался в 1925 году, когда Вернер Гейзенберг представил математическое описание поведения электрона, основанное на использовании только «наблюдаемых» величин — под ними Гейзенберг понимал частоты света, поглощаемого и излучаемого атомами. Затем Макс Борн понял, что в теории Гейзенберга классические переменные координаты и импульса должны представляться матрицами — математическими объектами, которые можно перемножать как числа, с тем принципиальным отличием, что порядок умножения имеет значение. Вскоре Эрвин Шрёдингер предложил уравнение, рассматривающее электрон как волну, а Борн обнаружил, что верный способ интерпретации волновой функции, фигурирующей в уравнении Шрёдингера, — это использование её как инструмента для вычисления вероятностей.

Квантовую механику трудно согласовать с повседневным языком и наблюдениями, и она часто казалась контринтуитивной физикам, включая самих ее создателей. Идеи, объединённые понятием «копенгагенская интерпретация», предлагают способ мыслить о том, как математика квантовой теории соотносится с физической реальностью.

Происхождение и использование термина

«Копенгагенская» часть термина указывает на город Копенгаген в Дании. В середине 1920-х годов Гейзенберг был ассистентом Бора в его институте в Копенгагене. Совместными усилиями они заложили основы квантово-механической теории. На Сольвеевском конгрессе 1927 года в совместном докладе Макс Борн и Гейзенберг заявили: «мы считаем квантовую механику замкнутой теорией, фундаментальные физические и математические допущения которой более не подлежат каким-либо изменениям». Эта книга содержит перевод всех официальных протоколов Сольвеевского конгресса 1927 года с оригинальных стенограмм. В 1929 году Гейзенберг прочитал серию лекций по приглашению в Чикагском университете, разъясняя новую область квантовой механики. Эти лекции послужили основой для изданного в 1930 году учебника «Физические принципы квантовой теории». В предисловии к книге Гейзенберг писал:

В целом книга не содержит ничего, что нельзя было бы найти в предыдущих публикациях, особенно в исследованиях Бора. Цель книги кажется мне достигнутой, если она в какой-то мере способствует распространению того 'Kopenhagener Geist der Quantentheorie' [копенгагенского духа квантовой теории], если можно так выразиться, который направлял все развитие современной атомной физики.

Сам термин «копенгагенская интерпретация» предполагает нечто большее, чем просто дух — например, определённый свод правил для трактовки математического формализма квантовой механики, предположительно восходящий к 1920-м годам.См., например:

Однако подобного текста не существует, а труды Бора и Гейзенберга противоречат друг другу по ряду важных вопросов. Судя по всему, этот термин в его более конкретном значении был введен Гейзенбергом около 1955 года в ходе критики альтернативных «интерпретаций» (например, модели Дэвида Бома), которые получили развитие к тому времени. Лекции под названиями «Копенгагенская интерпретация квантовой теории» и «Критика и контрпредложения к копенгагенской интерпретации», прочитанные Гейзенбергом в 1955 году, были перепечатаны в сборнике «Физика и философия». До того как книга поступила в продажу, Гейзенберг в частном порядке выразил сожаление об использовании этого термина, поскольку он наводил на мысль о существовании других интерпретаций, которые сам он считал «абсурдом».«Я признаю, что термин „копенгагенская интерпретация“ не слишком удачен, поскольку он может навести на мысль, что существуют и другие интерпретации, как полагает Бом. Мы, конечно, согласны, что другие интерпретации — это абсурд, и я верю, что это ясно из моей книги и из предыдущих статей. В любом случае, теперь я, к сожалению, не могу изменить книгу, поскольку печать началась уже достаточно давно». Цитируется по В рецензии 1960 года на книгу Гейзенберга близкий соратник Бора Леон Розенфельд назвал этот термин «двусмысленным выражением» и предложил отказаться от него. Однако этого не произошло, и термин прочно вошёл в широкий оборот. При этом идеи Бора стоят особняком, несмотря на то, что название интерпретации отсылает к городу, где он жил и работал.

Принципы Единой, общепризнанной формулировки копенгагенской интерпретации не существует. Этот термин охватывает взгляды, сформировавшиеся у ряда учёных и философов во второй четверти XX века. Отсутствие единственного авторитетного первоисточника, утверждающего копенгагенскую интерпретацию, усложняет её обсуждение; ещё одна трудность заключается в том, что философский контекст, привычный для Эйнштейна, Бора и Гейзенберга, гораздо менее знаком современным физикам и философам науки. Бор и Гейзенберг никогда не сходились в полной мере во мнениях о том, как понимать математический формализм квантовой механики, и Бор дистанцировался от того, что считал излишне субъективной трактовкой Гейзенберга. Бор предлагал интерпретацию, не зависящую от субъективного наблюдателя, акта измерения или коллапса; вместо этого необратимый (или практически необратимый) процесс вызывает распад квантовой когерентности, что и приводит к классическому поведению при «наблюдении» или «измерении».

Разные комментаторы и исследователи связывали с этим термином различные идеи. Ашер Перес отмечал, что разные авторы порой выдают под вывеской «копенгагенской интерпретации» прямо противоположные взгляды. Н. Дэвид Мермин придумал выражение «Заткнись и считай!» (), чтобы ёмко резюмировать копенгагенские взгляды. Это изречение часто ошибочно приписывают Ричарду Фейнману, и сам Мермин впоследствии счёл его недостаточно точным. Мермин описывал копенгагенскую интерпретацию как явление, бытующее в различных «версиях», «разновидностях» или «оттенках».

К базовым принципам, как правило признаваемым частью интерпретации, относятся следующие: Квантовая механика принципиально индетерминистична. Принцип соответствия: в соответствующем пределе квантовая теория переходит в классическую физику и воспроизводит классические предсказания. Правило Борна: волновая функция системы позволяет вычислить вероятности исходов измерений над этой системой. Дополнительность: определённые свойства не могут быть совместно определены для одной и той же системы одновременно. Чтобы говорить о конкретном свойстве системы, эту систему необходимо рассматривать в контексте конкретной лабораторной установки. Наблюдаемые величины, соответствующие взаимоисключающим лабораторным схемам, не могут быть предсказаны совместно, но рассмотрение множества таких взаимоисключающих экспериментов необходимо для полной характеристики системы.

Ханс Примас и Ролан Омнес дают более детальную структуру, которая, в дополнение к вышесказанному, включает: Квантовая физика применима к индивидуальным объектам. Вероятности, вычисляемые по правилу Борна, не требуют ансамбля или набора «идентично приготовленных» систем для своего осмысления. Результаты, выдаваемые измерительными приборами, по своей сути классические и должны описываться обычным языком. На этом особо настаивал Бор, и с этим был согласен Гейзенберг. В соответствии с предыдущим пунктом, прибор, используемый для наблюдения за системой, должен описываться на классическом языке, в то время как наблюдаемая система рассматривается в квантовых терминах. Это особенно тонкий вопрос, по которому Бор и Гейзенберг пришли к разным выводам. По Гейзенбергу, границу между классическим и квантовым можно смещать в любую сторону по усмотрению наблюдателя. То есть наблюдатель волен перемещать то, что впоследствии назовут «разрезом Гейзенберга», без изменения каких-либо физически значимых предсказаний. Бор же доказывал, что обе системы квантовые в принципе, а разделение на объект и прибор («разрез») диктуется условиями эксперимента. Для Бора этот «разрез» означал не смену динамических законов, управляющих системами, а смену языка, применяемого к ним. В ходе наблюдения система должна взаимодействовать с лабораторным прибором. Когда прибор производит измерение, волновая функция системы коллапсирует, необратимо редуцируясь к собственному состоянию регистрируемой наблюдаемой величины. Результат этого процесса — материальная запись события, превращающая потенциальную возможность в актуальную действительность. Утверждения об измерениях, которые фактически не были произведены, не имеют смысла. Например, лишено смысла утверждение, что фотон прошел по верхнему плечу интерферометра Маха — Цендера, если только интерферометр не был построен так, чтобы траектория фотона реально детектировалась и регистрировалась. Волновые функции объективны, так как они не зависят от личных мнений отдельных физиков или других подобных субъективных влияний.