La interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica

Probablemente no haya un área de la ciencia más extraña y confusa que tratar de comprender el comportamiento de la materia y la energía en las escalas más pequeñas. En la primera parte del siglo XX, físicos como Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr y muchos otros sentaron las bases para comprender este extraño reino de la naturaleza: la física cuántica..

Las ecuaciones y los métodos de la física cuántica se han refinado durante el siglo pasado, haciendo predicciones asombrosas que se han confirmado con mayor precisión que cualquier otra teoría científica en la historia del mundo. La mecánica cuántica funciona realizando un análisis sobre la función de onda cuántica (definida por una ecuación llamada ecuación de Schrodinger).

El problema es que la regla sobre cómo funciona la función de onda cuántica parece entrar en conflicto drásticamente con las intuiciones que hemos desarrollado para comprender nuestro mundo macroscópico cotidiano. Tratar de comprender el significado subyacente de la física cuántica ha demostrado ser mucho más difícil que comprender los comportamientos en sí. La interpretación más comúnmente enseñada se conoce como la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica ... pero, ¿qué es realmente??

Los pioneros

Las ideas centrales de la interpretación de Copenhague fueron desarrolladas por un grupo central de pioneros de la física cuántica centrados en el Instituto de Copenhague de Niels Bohr durante la década de 1920, impulsando una interpretación de la función de onda cuántica que se ha convertido en la concepción predeterminada que se enseña en los cursos de física cuántica.. 

Uno de los elementos clave de esta interpretación es que la ecuación de Schrodinger representa la probabilidad de observar un resultado particular cuando se realiza un experimento. En su libro La realidad oculta, El físico Brian Greene lo explica de la siguiente manera:

"El enfoque estándar de la mecánica cuántica, desarrollado por Bohr y su grupo, y llamado Interpretación de Copenhague en su honor, imagina que cada vez que intentas ver una ola de probabilidad, el mismo acto de observación frustra tu intento ".

El problema es que solo observamos algún fenómeno físico a nivel macroscópico, por lo que el comportamiento cuántico real a nivel microscópico no está directamente disponible para nosotros. Como se describe en el libro Enigma cuántico:

"No hay una interpretación 'oficial' de Copenhague. Pero cada versión agarra al toro por los cuernos y afirma que una observación produce la propiedad observada. La palabra difícil aquí es 'observación' ...

"La interpretación de Copenhague considera dos reinos: está el reino clásico macroscópico de nuestros instrumentos de medición gobernado por las leyes de Newton; y está el reino cuántico microscópico de átomos y otras cosas pequeñas gobernadas por la ecuación de Schrodinger. Argumenta que nunca tratamos directamente con los objetos cuánticos del reino microscópico. Por lo tanto, no debemos preocuparnos por su realidad física o su falta de ella. Una 'existencia' que permite el cálculo de sus efectos en nuestros instrumentos macroscópicos es suficiente para que la consideremos ".

La falta de una interpretación oficial de Copenhague es problemática, lo que dificulta los detalles exactos de la interpretación. Como lo explicó John G. Cramer en un artículo titulado "La interpretación transaccional de la mecánica cuántica":

"A pesar de una extensa literatura que se refiere, discute y critica la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica, en ninguna parte parece haber una declaración concisa que defina la interpretación completa de Copenhague".

Cramer continúa tratando de definir algunas de las ideas centrales que se aplican consistentemente al hablar de la interpretación de Copenhague, llegando a la siguiente lista:

• El principio de incertidumbre. - Desarrollado por Werner Heisenberg en 1927, esto indica que existen pares de variables conjugadas que no pueden medirse con un nivel arbitrario de precisión. En otras palabras, existe un límite absoluto impuesto por la física cuántica sobre la precisión con la que se pueden realizar ciertos pares de mediciones, más comúnmente las mediciones de posición y momento al mismo tiempo.
• La interpretación estadística - Desarrollado por Max Born en 1926, interpreta la función de onda de Schrodinger como la probabilidad de un resultado en cualquier estado. El proceso matemático para hacer esto se conoce como la regla de Born.
• El concepto de complementariedad. - Desarrollado por Niels Bohr en 1928, esto incluye la idea de la dualidad onda-partícula y que el colapso de la función de onda está vinculado al acto de realizar una medición.
• Identificación del vector de estado con "conocimiento del sistema" - La ecuación de Schrodinger contiene una serie de vectores de estado, y estos vectores cambian con el tiempo y con observaciones para representar el conocimiento de un sistema en un momento dado.
• El positivismo de Heisenberg - Esto representa un énfasis en discutir únicamente los resultados observables de los experimentos, más que en el "significado" o la "realidad" subyacente. Esta es una aceptación implícita (y a veces explícita) del concepto filosófico del instrumentalismo..

Esto parece una lista bastante completa de los puntos clave detrás de la interpretación de Copenhague, pero la interpretación no está exenta de problemas bastante serios y ha generado muchas críticas ... que vale la pena abordar por separado..

Origen de la frase "Interpretación de Copenhague"

Como se mencionó anteriormente, la naturaleza exacta de la interpretación de Copenhague siempre ha sido un poco nebulosa. Una de las primeras referencias a la idea de esto fue en el libro de Werner Heisenberg de 1930 Los principios físicos de la teoría cuántica, en donde hizo referencia al "espíritu de Copenhague de la teoría cuántica". Pero en ese momento, y durante varios años después, también fue realmente el solamente interpretación de la mecánica cuántica (aunque hubo algunas diferencias entre sus adherentes), por lo que no hubo necesidad de distinguirla con su propio nombre.

Solo comenzó a denominarse "la interpretación de Copenhague" cuando los enfoques alternativos, como el enfoque de variables ocultas de David Bohm y la Interpretación de muchos mundos de Hugh Everett, surgieron para desafiar la interpretación establecida. El término "interpretación de Copenhague" se atribuye generalmente a Werner Heisenberg cuando hablaba en la década de 1950 en contra de estas interpretaciones alternativas. Las conferencias que usan la frase "Interpretación de Copenhague" aparecieron en la colección de ensayos de Heisenberg de 1958, Fisica y filosofia.