”Vi betraktar kvantmekaniken som en fullständig teori för vilken de grundläggande fysiska och matematiska hypoteserna inte längre kan ändras.”
-Heisenberg och Max Born, föredrag vid Solvay-kongressen 1927
Heisenberg formulerade osäkerhetsprincipen i februari 1927 när han var anställd som föreläsare vid Bohrs institut för teoretisk fysik vid Köpenhamns universitet. Bohr, som hade varit på skidsemester, återvände till institutet och fann Heisenbergs uppsats redan i utkast. Bohr vidarebefordrade uppsatsen till Einstein på Heisenbergs begäran och klagade till Einstein över att Heisenbergs tillvägagångssätt var för snävt och att hans gammastrålningsmikroskop var bristfälligt, även om resultatet var korrekt. För Bohr uppstod osäkerhetsförhållandena inte bara på grund av kvantekvationerna och användningen av partiklar och diskontinuitet. Vågor och partiklar måste beaktas lika mycket, och elektronens spridning av ljusvågor var också avgörande. När Heisenberg korrigerade sitt tankeexperiment bekräftade det bara resultaten.
Med Bohrs ord är våg- och partikelbilderna, eller de visuella och kausala representationerna, ”komplementära” till varandra. Det vill säga, de utesluter varandra, men är ändå gemensamt nödvändiga för en fullständig beskrivning av kvanthändelser. Det är uppenbart att i ett experiment i vardagsvärlden kan ett föremål inte vara både en våg och en partikel samtidigt; det måste vara antingen det ena eller det andra, beroende på situationen. I senare förfiningar av denna tolkning är vågfunktionen hos det oobserverade objektet en blandning av både våg- och partikelbilderna tills experimentatorn väljer vad som ska observeras i ett visst experiment. (Kom ihåg att enligt Heisenberg uppstår ett objekts bana först när vi observerar det). Genom att välja antingen våg- eller partikelbilden stör experimenten den orörda naturen. En sådan favorisering frigör en begränsning av vad man kan lära sig om naturen ”som den verkligen är”. Denna begränsning uttrycks av Heisenbergs osäkerhetsrelationer, som för Bohr var relaterade till vad han nu kallade ”komplementaritet”. Komplementaritet, osäkerhet och den statistiska tolkningen av Schrödingers vågfunktion hängde samman. Tillsammans bildade de en logisk tolkning av kvantmekanikens fysiska innebörd, känd som ”Köpenhamnstolkningen”.”
:Eftersom mina samtal med Bohr ofta pågick till långt efter midnatt och inte ledde till någon tillfredsställande slutsats, … blev vi båda fullständigt utmattade och ganska spända.”
-Heisenberg, minnesanteckning
Heisenberg protesterade till en början häftigt mot Bohrs åsikter. Han insisterade på den primära användningen av partiklar och diskontinuitet och vägrade Bohrs förslag att han skulle dra tillbaka sin artikel, som redan var under tryckning. Han bifogade dock ett stycke där han uppmärksammade läsarna på Bohrs åsikter och medgav felet om mikroskopets upplösning. Striden med Bohr blev så intensiv under de första månaderna 1927 att Heisenberg enligt uppgift vid ett tillfälle bröt ut i gråt och till och med lyckades såra Bohr med sina skarpa kommentarer. Uppenbarligen stod mycket på spel för 25-åringen.
Under hösten 1927 hade saker och ting förändrats fullständigt. Heisenbergs arbetssituation avgjordes i och med hans utnämning till universitetet i Leipzig. Och Bohr presenterade vid en konferens vid Comosjön i Italien sitt komplementaritetsargument. En månad senare, i oktober 1927, gick Born och Heisenberg, när de talade vid Solvay-fysikkonferensen i Bryssel, Belgien, så långt att de förklarade att kvantmekaniken var fullständig och oåterkallelig.
”Teorin ger mycket, men den för oss knappast närmare den gamlas hemlighet. Jag är i alla fall övertygad om att han inte kastar tärningar.”
-Einstein skriver till Max Born den 4 december 1926.
Inte alla höll med om den nya tolkningen eller om Borns och Heisenbergs uttalande om framtida arbete. Einstein och Schrödinger var bland de mest anmärkningsvärda meningsmotståndarna. Fram till slutet av sina liv accepterade de aldrig fullt ut Köpenhamnsdoktrinen. Einstein var missnöjd med att man förlitade sig på sannolikheter. Men ännu mer fundamentalt trodde han att naturen existerar oberoende av experimentatorn och att partiklarnas rörelser är exakt bestämda. Det är fysikerns uppgift att avslöja de naturlagar som styr dessa rörelser, vilket i slutändan inte kommer att kräva statistiska teorier. Det faktum att kvantmekaniken endast tycktes överensstämma med statistiska resultat och att den inte fullt ut kunde beskriva alla rörelser var för Einstein en indikation på att kvantmekaniken fortfarande var ofullständig. Alternativa tolkningar har sedan dess föreslagits och övervägs nu på allvar.
Besök vår Einstein-utställning om Bohr-Einstein-debatterna.
Trots Einsteins och andras invändningar lyckades Bohr, Heisenberg och deras kollegor se till att deras tolkning accepterades av majoriteten av fysikerna på den tiden. Detta gjorde de både genom att presentera den nya tolkningen på föreläsningsresor runt om i världen och genom att visa att den fungerade. Teorins framgångar lockade naturligtvis många av de bästa studenterna till institut som Heisenbergs, vissa kom från så långt bort som Amerika, Indien och Japan. Dessa smarta studenter, som fick näring av Köpenhamnsdoktrinen och utbildades i den nya kvantmekaniken, bildade en ny och dominerande generation av fysiker. De i Tyskland och Centraleuropa bar de nya idéerna med sig när de spreds över världen under 1930- och 1940-talen i kölvattnet av Hitlers maktövertagande i Tyskland.