Københavnerfortolkningen
Indledning til en film af Lars Becker-Larsen
Benny Lautrup

27. oktober 2004

Kvantemekanikkens historie kan inddeles i tre brede epoker.
 
Den første epoke handler om selve opdagelsen af kvantet. Tanken om, at lys skulle være kvantiseret, blev fremsat af Planck allerede i år 1900 som forklaring på nogle eksperimenter med glødende legemer. Einstein anvendte i 1905 lysets kvantisering til at forklare den fotoelektriske effekt, og endelig benyttede Bohr i 1913 kvanteideen til at opstille en model for brintatomet og derved forklare det strålingsspektrum, atomet udsender.
 
Den anden epoke begyndte i midten af 1920'erne, hvor den matematiske formalisme for det, vi i dag kalder kvantemekanikken, blev opstillet. De ledende figurer i den anden epoke var Heisenberg og Schrödinger, men også Dirac, Pauli, Born og andre spillede vigtige roller.
 
I sit institut på Blegdamsvej skabte Bohr i disse år et internationalt centrum for denne forskning med meget højt til loftet. Kvantemekanikkens formalisme viste sig at indeholde en besynderlig sammenblanding af begreberne bølge og partikel. Den bølgefunktion, Schrödinger havde indført, blev fortolket af Born og Bohr som et udtryk for den sandsynlighed, hvormed en partikel ved en måling ville optræde et bestemt sted. Denne sammenblanding af partikel og bølge, samt indførslen af sandsynlighed på et så fundamentalt niveau, blev senere betegnet som Københavnerfortolkningen eller Københavnerskolen.
 
Fortolkningen mere end antydede, at den fysiske virkelighed på det atomare plan er ganske anderledes beskaffen end de dagligdags forestillinger, vi alle bærer på. De konceptuelle vanskeligheder, "paradokserne", er måske bedst belyst gennem de berømte diskussioner mellem Bohr og Einstein, hvor Bohr på bedste fodboldmaner altid var i stand til at score de afgørende mål. I diskussionerne udgjorde et tanke-eksperiment, kaldet dobbeltspalte-eksperimentet, et centralt tema. I Lars Becker-Larsen's film er det også brugt med god virkning som en gennemgående illustration af kvanteparadokserne.
 
Det grundlæggende princip bag Københavnerfortolkningen udtrykkes bedst ved Bohr's diktum: at fysikken har at gøre med, hvad vi meningsfyldt kan sige om naturen, ikke om hvad naturen er i sig selv. Når fysik således bliver til sprog, frigøres fysikeren fra filosofiske bindinger til "virkeligheden", men må til gengæld acceptere, at de fysiske love kan påvirke sprogbruget. Det er for eksempel ikke meningsfyldt at sige om en atomar partikel, at den ligger stille i et punkt, fordi beliggenhed og hastighed er komplementære størrelser, der ikke samtidig kan bestemmes præcist. Alt kan naturligvis siges, men udsagnet bærer ingen brugbar information om partiklen, hverken for den der siger det eller for andre.
 
Det er derfor heller ikke meningsfyldt at beskrive virkeligheden ved hjælp af begreber, der rækker ud over, hvad der kan verificeres eksperimentelt i en given forsøgsopstilling. Man kan således ikke udtale sig om, hvilken af de to mulige veje en elektron eller foton tager i dobbeltspalteeksperimentet. En bestemmelse af partiklens vej ville nemlig kræve en ændring af forsøgsopstillingen, hvilket ville gøre resultaterne af de to opstillinger usammenlignelige. I den yderste konsekvens betyder Københavnerfortolkningen, at man end ikke kan hævde, at partiklen har bevæget sig kontinuert gennem den eksperimentelle opstilling, men kun at der er korrelationer - altså statistisk sammenhæng - mellem målinger på partiklen før og efter. Det er dog de færreste fysikere, der vil gå så vidt, selvom de så må leve med den absurde forestilling, at partiklen samtidig skulle kunne bevæge sig ad to adskilte veje.
 
Med Københavnerfortolkningen som underlag har den arbejdende fysiker dog ingen problemer. Teoretikeren kan foretage sine beregninger og eksperimentalisten udføre sine forsøg, og de kan sammenligne deres resultater uden at komme i filosofiske vanskeligheder. Som bevis herfor kan man pege på de sidste hundrede års enorme landvindinger i atom-, kerne-, og partikelfysikken, samt de teknologier, der knytter sig til kvantemekanikken, og som i dag omgiver os på alle sider.
Så hvor er problemet? Efter min mening er der ikke noget problem. Vi har en brugbar teori for kvanteverdenen, der indeholder, hvad der maksimalt kan siges om atomer og andre småting. Om den vil holde stand i al fremtid, er naturligvis et åbent spørgsmål, men indtil videre må vi acceptere, at der er fænomener i den mikroskopiske verden, som unddrager sig den intuition, vi har fra vores makroskopiske hverdag.
 
Og kvanteverdenen er i sandhed besynderlig, set med dagligdagens øjne. Det komplementære spil mellem bølge og partikel, de ikke-lokale korrelationer, kvantetilstandens udelelighed, indeterminismen, og det irreducible og ukontrollable forhold mellem iagttager og eksperiment, er alle yderst forskellige fra de forestillinger om virkeligheden, et menneske vokser op med. For at forstå kvanteverdenen rigtigt må fysikeren ofte gå tilbage og rådføre sig med den matematiske formalisme, og i snildt udtænkte eksperimenter kontrollere om beregningerne stemmer.
 
Hen mod slutningen af det 20. århundrede begyndte en tredie epoke af kvantemekanik, drevet af forskere som Bell, Aspect, Deutsch, og andre. Nutidens forfinede teknologi tillader nemlig, at de tankeeksperimenter, Bohr betjente sig af i diskussionerne med Einstein, nu kan udføres med stor præcision. Med basis i Bell's analyser har sådanne eksperimenter klart vist, at Einstein tog fejl. Helt nye fænomener, som kvanteteleportation, kvantekryptering, og kvantecomputere, er også kommet til.
 
Der er i denne periode også fremsat nogle alternative fortolkninger af, hvad der "virkelig" skulle ligge bag kvantemekanikken. De mest berømte er nok Bohm's introduktion af kvantepotentialet, og Everett's mangeverdens-fortolkning af bølgefunktionen, et synspunkt en del yngre forskere i dag hælder mod. Ingen af disse fortolkninger fører dog til forudsigelser, der er forskellige fra Københavnerfortolkningen, og må derfor - efter min mening - betragtes som overflødige. Deres betydning ligger mest i deres udfordring til Københavnerfortolkningen og den deraf følgende forfinelse af denne, i lighed med Bohr-Einstein diskussionerne.
 
Becker-Larsen trodser med sin film Københavnerfortolkningens såkaldte "billedforbud". Filmbilleder er i bund og grund klassiske objekter og kan som sådan ikke illustrere kvantemekanikken med streng troværdighed. Filmen skal derfor ses som en kunstnerisk fremstilling af "musikken" i kvanteverdenen.
 
Af særlig værdi i filmen er også Kuhn's interview med Bohr på dagen før dennes død. Her har Becker-Larsen brugt sin kunstneriske frihed til at ledsage samtalen med billeder af et par aldrende blødt gestikulerende hænder, der kunne have været Bohr's. Filmen får en meget bevægende afslutning med den formodentlig allersidste offentlige bemærkning fra en træt Bohr: "Skulle vi ikke stoppe her?".



File translated from TEX by TTH, version 3.64.
On 28 Oct 2004, 09:12.