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.