Становление идей современного естествознания



Pdf просмотр
страница31/39
Дата28.01.2019
Размер5.05 Kb.
1   ...   27   28   29   30   31   32   33   34   ...   39
ном, волна есть волна вероятности. Амплитуда волны (точнее, ее квадрат) определяет неплотность распределения электронов в данной точке пространства, а плотность вероятности локализации, те. того, что электрон здесь окажется. В настоящее время вероятностная интерпретация волн является общепринятой. Уравнение Шредингера играет в квантовой механике такую же роль, какую играют уравнения Ньютона в классической механике и уравнения Максвелла в электродинамике.
Знаменитое соотношение неопределенностей Гейзенберга устанавливает соотношение между неопределенностью положения частицы и ее импульса:
h
p
x



)
)(
(
Здесь x

– неопределенность координаты частицы, измеряемая длиной волнового пакета, p

– неопределенность ее импульса, h – постоянная Планка. Таким образом, чем точнее определяется положение частицы, тем неопределеннее становится ее импульс. Следует иметь ввиду, что соотношение неопределенности Гейзенберга не связано с какими-то погрешностями измерительных приборов создать прибор, который с любой степенью точности измеряет и координату частицы, и ее импульс, невозможно в принципе. Аналогичные соотношения неопределенностей существуют и между другими величинами микромира, например, между временем, в течение которого происходит событие внутри атома, и количеством энергии, принимающим в нем участие. Дело в том, что события, происходящие за короткий промежуток времени, характеризуются значительной неопределенностью энергии, а события, для которых точно известно количество участвующей в них энергии, могут быть локализованы только на продолжительных временных интервалах.
Причиной соотношений неопределенностей в микромире является взаимодействие объекта измерения с измерительным прибором. Строго говоря, аналогичное взаимодействие имеет место ив макромире, нотам оно настолько мало, что им можно пренебречь. В мире квантовых явлений картина иная измеряя, например, с помощью некоторого прибора положение частицы, мы непредсказуемым образом изменяем ее скорость (а, значит, и импульс измеряя с помощью другого прибора скорость частицы, мы меняем ее положение в пространстве.
Для описания микрообъектов, которые оказываются наделенными противоречивыми свойствами (что является следствием корпускулярно-волнового дуализма, Нильс Бор предложил ввести принцип дополнительности. Этот принцип рассматривает картину частицы и картину волны как взаимно дополнительные описания одного итого же явления каждое из них истинно лишь частично и имеет ограниченное применение. Только совместное использование этих описаний может дать относительно полную (в пределах ограничений, накладываемых принципами неопределенностей) картину микромира. Квантовая механика представляет собой основной аппарат исследования микромира с ее помощью дается описание структуры атомов и происходящих
95

в них взаимодействий, устанавливается природа химической связи, объясняется периодическая система элементов. Атак как свойства макроскопических тел определяются движением и взаимодействием образующих их частиц, то законы квантовой механики лежат в основе понимания многих макроскопических явлений. В частности, квантовая механика позволила объяснить такие явления, как сверхпроводимость, ферромагнетизм, сверхтекучесть. Важнейшие направления физики, на которых основаны современные технологии (ядерная физика, физика лазеров, физика полупроводников, микро- и наноэлектроника), базируются на квантовой механике Ключевую роль в квантовой механике играет постоянная Планка
h
– один из основных масштабов природы, разграничивающий области явлений, которые можно описывать классической физикой, от областей, для правильного объяснения которых необходима квантовая теория. Величина
h
является фундаментальной константой и может быть охарактеризована как минимальная порция энергии или квант действия не может быть действия, меньшего, чем постоянная Планка
h

7.3. Квантовая механика и неклассическое естествознание
Развитие квантовой механики оказало революционизирующее влияние не только на физику, но и на все естествознание. Главное методологическое открытие квантовой механики – вероятностный характер законов микромира. Для событий, происходящих в микромире (таких, как переход электронов с одних орбит на другие, столкновения, распады частиц и другие взаимодействия) можно указать лишь их вероятности. Например, с помощью квантовой механики можно для достаточно большого числа ядер рассчитать, – какой процент этих ядер распадется зафиксированный промежуток времени. Но нельзя в принципе дать ответ на вопрос, – когда именно распадется данное конкретное ядро и распадется ли оно вообще за указанный временной промежуток. Невозможность ответа на подобные вопросы не может быть устранена никаким более детальным исследованием этого ядра и его окружения. Точно также, как бы точно ни определять состояние частицы до ее падения на экран со щелью, нельзя предсказать, – в какой именно точке фотопластинки, помещенной за щелью, она окажется. Эта ситуация не укладывается в рамки классической парадигмы, согласно которой можно предсказать (или хотя бы объяснить) любое явление, если достаточно детально известны необходимые причинно- следственные связи в системе. Квантовая механика утверждает, что вопрос о причине происходящих в микромире событий не имеет смысла. Эти события происходят спонтанно, без какой-либо причины. Поэтому предсказать такие события невозможно, можно лишь указать их вероятности. После создания квантовой механики для ученых-естественников стало очевидным всеобъемлющее значение вероятностного детерминизма. Если раньше физики считали, что поведение индивидуальных материальных объек-
96

тов подчиняется всегда однозначным детерминированным закономерностям закономерностям динамического типа, а статистические закономерности проявляются лишь для больших совокупностей объектов, то после появления квантовой механики стало ясно, что поведение даже одной индивидуальной частицы не может быть описано иначе, как в терминах вероятностей. В динамических теориях значения физических величин в начальный момент времени (те. начальное состояние системы) однозначным образом определяет их значения в любой последующие момент времени. В отличие от этого, в статистических теориях на основании известного начального состояния системы однозначно определяются только вероятности попадания значений физических величин в заданные интервалы, а также некоторые средние значения. Поэтому в статистических теориях основной задачей исследователя становится не нахождение значений физических величина лишь нахождение их усредненных характеристик. При этом, как и динамические, статистические теории отражают объективно существующие в природе связи и отношения, и потому имеют право на существование. Более того, ряд ученых (к ним относятся крупнейшие физики Нильс Бори Вернер Гейзенберг) считают статистические законы наиболее глубокой и наиболее общей формой описания физических закономерностей. Развитие квантовых представлений привело также к отказу от важнейших методологических принципов классического естествознания принципа детерминизма, принципа редукционизма, принципа разделения субъекта и объекта Переход от детерминированного описания явлений природы к вероятностному и связанные с этим изменения в методологии познания характеризуют неклассический этап естествознания. Неоднозначность поведения реальных объектов в сходных условиях противоречит постулату детерминированности классической физики. Физики классического периода, мышление которых формировалось грандиозными успехами небесной механики в XVII-XVIII вв., глубоко верили в этот постулат (среди них – величайший физик XX в. Альберт Эйнштейн. Однако изучение микромира заставляет отказаться отказалось бы, очевидного. Выдающаяся роль в осмыслении квантовых явлений микромира ив формировании мышления нового типа принадлежит Нильсу Бору. Самое главное, что отличает неклассическую парадигму от классической, – это принципиально иное понимание случайного в Природе. Если в классической физике причинность понималась как наличие однозначной связи между явлениями, тов рамках неклассической физики причинность и закономерность проявляются в вероятностной форме, в виде статистических законов, которые соответствуют более глубокому уровню познания природных явлений и процессов. Кроме того, картина мира в неклассическом подходе включает в себя наблюдателя, от которого зависят наблюдаемые эффекты. Микрообъект может проявлять себя либо как волна, либо как частица, в зависимости от эксперимента, производимого наблюдателем. Далее, если классическая физика исходи-
97



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   27   28   29   30   31   32   33   34   ...   39


База данных защищена авторским правом ©genderis.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница