Необходимо заметить, что основная идея квантовой механики состоит в том, что в микромире определяющим является представление о вероятности событий. На микроскопическом уровне мы не можем точно предсказать результат конкретного эксперимента, например, указать на экране точку, в которую должен попасть фотон. Всё, что мы можем сделать, – это лишь рассчитать вероятность различных исходов опыта.
Такая ситуация совершенно необъяснима с точки зрения классической физики. Немало усилий было приложено физиками для устранения возникшего противоречия с целью сохранения классического идеала описания движения физических объектов. Наиболее революционно настроенные ученые посчитали, что подобное неклассическое поведение объектов в микромире требует критического пересмотра самого понятия «частицы», точно локализованной во времени и пространстве. Физическая интерпретация «неклассического» поведения микрообъектов была впервые дана Вернером Гейзенбергом, указавшим на необходимость отказа от представлений об объектах микромира как об объектах, движущихся по строго определенным траекториям, для которых однозначно с полной определенностью могут быть одновременно указаны и координата, и импульс частицы в любой заданный момент времени. Исходя из созданного им математического аппарата квантовой механики, Гейзенберг установил предельную точность, с которой можно одновременно определить координату иимпульс микрочастицы, и получил следующее соотношение неопределенностей этих значений:
|
|
ΔX∙ΔPx ≥ h,
где ΔX – неопределенность в значении координаты; ΔPx – неопределенность в значении импульса. Произведение неопределенности в значении координаты и неопределенности в значении импульса не меньше, чем величина порядка постоянной Планка h.
Итак, соотношение неопределенности накладывает определенные ограничения на возможность описания движения частицы по некоторой траектории; понятие траектории для микрообъектов теряет смысл. Фундаментальным принципом квантовой механики также является принцип дополнительности датского физика Н. Бора.
Анализируя соотношения неопределенностей, Бор выдвигает принцип дополнительности, согласно которому точная локализация микрообъекта в пространстве и времени и точное применение к нему динамических законов сохранения исключают друг друга. Бор показал, что из-за соотношения неопределенностей корпускулярная и волновая модели описания поведения квантовых объектов не входят в противоречие друг с другом, потому что никогда не предстают одновременно. В одном и том же эксперименте не представляется возможным одновременно проводить измерения координат и параметров, определяющих динамическое состояние системы, например, импульса. То есть в зависимости от постановки эксперимента микрообъект показывает либо свою корпускулярную природу, либо волновую, но не обе сразу. Эти две природы микрообъекта взаимно исключают друг друга и в то же время должны быть рассмотрены как дополняющие друг друга.
|
|
Таким образом, в микромире корпускулярная и волновая картины сами по себе не являются достаточными, как в макромире. Обе картины законны, и противоречие между ними снять нельзя.