2020-08-05
135
Французский ученый Луи де Бройль, осознавая существующую в природе симметрию и развивая представление о двойственной корпускулярно-волновой природе света, выдвинул в 1923 г. гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма: не только фотоны, но и электроны и любые частицы материи наряду наряду с корпускулярными обладают волновыми св-вами. Согласно де Бройлю, любой микрообъект можно описать, с одной стороны, корпускулярными характеристиками – энергией E и импульсом p, а с другой стороны – волновыми характеристиками – частотой v и длиной волны λ. Формулы, связывающие корпускулярно-волновые св-ва частиц, такие же, как и для фотонов: p = h/λ. Смелость этой гипотезы заключается в том, что приведенные формулы постулировались не только для фотонов, но и для микрочастиц, обладающих массой покоя. Таким образом, любой частице с импульсом p соответствует волновой процесс с длиной волны, определяемой формулой де Бройля: λ = h/p. Вскоре гипотезу де Бройля экспериментально подтвердили американские физики Девиссон и Джермер. Всем микрообъектам присущи и корпускулярные, и волновые св-ва: для них существуют потенциальные возможности проявить себя в зависимости от внешних условий либо в виде волны, либо в виде частицы.
|
|
|
Соотношение неопределенностей и принцип причинности.
Немецкий физик Гейзенберг, учитывая волновые св-ва микрочастиц и связанные с волновыми св-вами ограничения в их поведении, пришел в 1927 г. к выводу: любой объект микромира невозможно одновременно с заданной наперед точностью характеризовать и координатой, и импульсом. Он сформулировал принцип неопределенности: микрочастица (микрообъект) не может иметь одновременно определенную координату x и определенный импульс p, причем неопределенности этих величин удовлетворяют условию:Δx * Δp >= h Данное соотношение неопределенностей Гейзенберга означает, что произведение неопределенностей координаты Δx и импульса Δp не может быть меньше постоянной Планка h. Невозможность одновременно определить в пределах ошибки эксперимента координату и соответствующую ей составляющую импульса не связана с несовершенством методов измерения или измерительных приборов. Это следствие специфики микрообъектов, отражающей особенности их объективных св-в, их двойственной корпускулярно-волновой природы. Соотношение неопределенностей включает классические характеристики движения частицы (координату и импульс) с учетом ее волновых св-в. Т.к. в классической механике измерение координаты и импульса может быть произведено с заданной точностью, то соотношение неопределенностей является, таким образом, квантовым ограничением применимости классической механики к микрообъектам. Соотношение неопределенностей, отражая специфику микрочастиц, позволяет оценить, например, в какой мере можно применять понятия классической механики к микрочастицам и, в частности, с какой точностью можно определить траекторию микрочастиц. Для микроскопических тел волновые св-ва не играют значительной роли: их координату и скорость можно одновременно измерить в пределах ошибки эксперимента и для достоверного описания их движения можно пользоваться законами классической механики. Анализируя принцип неопределенности, некоторые философы пришли к выводу: соотношение неопределенностей устанавливает границу познаваемости мира. На самом деле соотношение неопределенностей не ограничивает познание микромира, а только указывает, насколько применимы к нему понятия и законы классической механики.
|
|
|
Принцип причинности
В классической механике, согласно принципу причинности, по известному состоянию системы в некоторый момент времени (полностью определенным значениям координат и импульсов всех частиц системы) и силам, приложенным к ней, можно описать ее состояние в любой последующий момент. На основании анализа принципа неопределенности некоторые философы пришли к выводу о неприемлемости принципа причинности к микропроцессам. В классическом представлении принцип причинности означает: состояние механической системы в начальный момент времени с известным законом взаимодействия частиц есть причина, а ее состояние в последующий момент – следствие.
Совсем другая ситуация с микрообъектами: они в соответствии с принципом неопределенности не могут характеризоваться одновременно определенными координатой и импульсом, откуда следует вывод: в начальный момент времени состояние системы точно не определено. Если же начальное состояние системы не определено, то нельзя предсказать ее последующие состояния, а это означает, что нарушается принцип причинности. Однако в реальном случае никакого нарушения нет, т.к. в квантовой механике понятие состояния микрообъекта имеет совершенно другой смысл, чем в классической механике. В квантовой механике состояние микрообъекта полностью определяется волновой функцией в данный и последующие моменты времени. Таким образом, состояние системы микрочастиц, определяемое в квантовой механике, однозначно вытекает из предшествующего состояния, как того требует принцип причинности.
