Произведение неопределенности в значении координаты на неопределенность в значении соответствующей компоненты импульса не меньше, чем величина порядка постоянной Планка h

Концепция целостного описания системы «объект – условия его познания» нашла свое отражение в принципе дополнительности Бора, согласно которому вся информация о микрообъектах может быть получена с помощью только макроприборов, работающих в определенных диапазонах, позволяющих довести эту информацию, в конечном итоге, до органов чувств познающих субъектов. Макроприборы подчиняются законом классической физики и должны переводить информацию о явлениях в микромире на язык понятий классической физики. Следовательно, любое явление в микромире не может быть проанализировано как само по себе отдельно взятое, а обязательно должно включать в себя взаимодействие с классическим макроскопическим прибором. С помощью конкретного макроскопического прибора мы можем исследовать либо корпускулярные свойства микрообъектов, либо – волновые, но не и те, и другие одновременно. Обе стороны предмета должны рассматриваться как дополнительные друг к другу.

Принципы неопределенности и дополнительности отражают фундаментальную неопределенность явлений природы. Квантовый объект не может быть рассмотрен сам по себе, не обладает индивидуальными свойствами, а находится в классически определенных внешних условиях. Таким образом, в квантовой механике формулируется концепция целостности, отличная от механистической концепции целого и части, ибо объект вне целого и внутри целого не один и тот же; отдельный объект рассматривается лишь в отношении к чему-либо, свои свойства он проявляет лишь по отношению к конкретной целостности, чем и определяется статистическая природа его поведения. Боровская интерпретация квантовой теории означает, по существу, отказ от классических представлений о частицах как «внеположенных», «себетождественных», «индивидуальных». Микрообъект постоянно чувствует на себе влияние целостности, элементом которой он является.

Состояние квантово-механической системы. Различие между закономерностями статистической классической физики и статистическими закономерностями квантовой механики

Понятие состояния в квантовой физике включает в себя характеристики макроокружения, которые говорят объект определенным образом для исследования.

Вследствие фундаментальной особенности явлений микромира, математическим выражением которой является соотношение неопределенностей Гейзенберга, фиксирующее наличие у частиц как корпускулярных, так и волновых свойств, в квантовой механике можно говорить лишь о вероятности того или иного значения динамической переменной и о среднем значении динамической переменной, а не об ее определенном числовом значении в данный момент времени. Поэтому классическое описание движения частиц в квантовой механике теряет смысл. Весь анализ явлений микромира проводится на языке понятий классической физики, таких, как волна и частица постольку, поскольку мы не обладаем иными понятиями. Ирония здесь состоит в том, что эти классические понятия отражают свойства объектов микромира неполно и односторонне. В квантовой механике вектором состояния является волновая функция ψ. Великий австрийский физик Эрвин Шрёдингер, проникшись идеей де Бройля о волнах материи, создал теорию, в которой дискретные стационарные состояния энергии уподоблялись стоячим волнам какой-либо системы. В аппарат квантовой теории прочно вошло в качестве ее основного уравнения – уравнение Шрёдингера относительно волновой функции ψ. Сам Шрёдингер интерпретировал ψ-функцию как реальный волновой процесс в пространстве и во времени, который, в конечном счете, должен приводить к отрицанию дискретных состояний и квантовых скачков. Однако дальнейшее развитие теории показало неадекватность подобных представлений, и волновая функция ψ стала интерпретироваться как волна вероятности, а квадрат ее модуля – как мера вероятности обладания микрообъектом определенной координаты или в другой, дополнительной к первой, физической ситуации – определенного импульса. Итак, волновая функция получила статус волны вероятности, чем еще раз подчеркивается статистический, вероятностный характер поведения микрообъектов. Казалось бы, что о причинно-следственном описании движения объектов следует забыть. Однако это не так. Уравнение Шрёдингера описывает эволюции ψ-функции с течением времени, является детерминированным и обратимым. Детерминированность и обратимость уравнения Шрёдингера определяют ситуацию в квантовой механике, аналогичную ситуации в классической механике, однако, квантовая механика обладает важным отличием, состоящим в том, что в квантовой теории предсказуемы только вероятности, а не отдельные события. Волновая функция представляет собой, полную характеристику состояния: зная волновую функцию ψ, можно вычислить вероятность обнаружения определенного значения физической величины и средние значения физических величин. Существует важное различие между описанием состояния в статистической физике и в квантовой механике. Статистические закономерности в классической физике являются результатом взаимодействия большого числа частиц, поведение каждой из которых описывается законами классической механики. Если система состоит из малого числа частиц, то статистические закономерности перестают действовать, соответствующие статистические понятия теряют смысл.
В квантовой же механике, согласно экспериментам, статистические закономерности отражают свойства каждой отдельной микрочастицы