Основные концепции неклассического естествознания: концепция корпускулярно-волнового дуализма, принцип неопределенности Гайзенберга. Принципы дополнительности и соответствия Н. Бора.

Микрочастицы (элементарные частицы, а также молекулы, атомы, ядра атомов и пр.) представляют собой образования особого рода, сочетающие в себе свойства и частицы, и волны (корпускулярно-волновой дуализм). Противоречие: отличие частицы от волны заключается в том, что она всегда обнаруживается как неделимое целое, в то же время волну можно разделить на части (дифракция электрона).

Микрообъекты не способны воздействовать непосредственно на наши органы чувств. Изучая их, нельзя опираться на наш непосредственный опыт, т.к. он связан с макроскопическими объектами, подчиняющимися классическим законам. Поэтому нельзя строить наглядные модели поведения квантовых объектов (непоследовательность атомной модели Бора).

Одновременное наличие у микрочастицы волновых и корпускулярных свойств приводит к тому, что она не обладает одновременно определенными значениями импульса и координаты, вследствие чего понятие траектории утрачивает смысл (или может быть определено, но только с некоторой степенью точности, камера Вильсона).

Принцип неопределенности.

Своеобразие микрочастиц проявляется в том, что не для всех динамических переменных могут быть одновременно получены точные значения. Так, любая микрочастицане может иметь одновременно точных значений координаты и импульса

Dp Dx ³ h/2

И энергии и времени

DE Dt ³ h/2

Эти соотношения называются соотношениями неопределенности, а утверждение о том, что произведение неопределенностей двух сопряженных переменных не может быть по порядку величины больше постоянной Планка называется принципом неопределенностей Гайзенберга (1927 г.).

Соотношение неопределенностей является фундаментальным принципом квантовой механики, позволяющих получить ряд важных результатов.

Пример. Если бы электрон упал на ядро, то его координата и импульс одновременно имели бы точное значение, что несовместимо с принципом неопределенности.

Соотношение неопределенностей является предпосылкой недетерминистского статистического описания микрообъектов. Оно отражает вероятностный характер поведения микрочастиц, в результате чего вместо классической траектории для микрочастицы следует использовать распределения вероятности обнаружения частицы в разных точках пространства.

Соотношение неопределенностей является конкретным выражением более общего положения – принципа дополнительности Бора:

При экспериментальном исследовании микрообъекта могут быть получены точные данные либо о его энергиях и импульсах., либо о поведении в пространстве и времени. Эти две взаимоисключающие картины – энергетически-импульсная и пространственно-временная, -получаемые при взаимодействии объекта с соответствующими макроскопическими измерительными приборами, дополняют друг друга.

С тоски зрения принципа дополнительности соотношение неопределенностей можно рассматривать как способ сохранить возможность описания неклассических объектов с помощью классических понятий – координаты и импульса путем ограничения области совместного применения этих понятий.

Принцип дополнительности не ограничивается микромиром, а является очень широким методологическим принципом науки вообще:

Всякое истинно глубокое явление природы не может быть однозначно определено c помощью одного понятия, а требует для своего определения по крайней мер двух взаимоисключающих дополнительных понятий ( физическая картина – математическое описание) На вопрос, какое понятие дополнительно к понятию истинности, Бор ответил: «ясность».

Основные концепции неклассического естествознания: неклассическая концепция измерения. Концепция моделирования состояния. Вероятностный характер законов.

 

В микромере ни один объект не является полностью независимым. Состояние микрообъекта чувствительно к любому неконтролируемому воздействию порядка кванта действия (постоянной Планка). В микромире отдельный объект рассматривается лишь по отношению к целостной системе, свойства которой и обуславливают конкретный характер проявления микрообъекта.

Это выражается в неклассической концепции неконтролируемого и неустранимого случайного воздействия окружения, которое учитывается в понятии микросостояния, а также в неклассической концепции измерения.

Прибор является макроскопическим окружением для микрообъекта и сам является источником некоторого состояния микрообъекта, которое обнаруживается в измерении.

Соотношение неопределенностей ограничивает экспериментально достижимую точность измерения характеристик квантовых объектов. При точном измерении координаты микрочастицы ее импульс благодаря взаимодействию с макроскопическим измерительным прибором претерпевает неконтролируемое изменение. Причем речь идет не о погрешности измерения, а о принципиальном ограничении на информацию о квантовом объекте, выраженную языком классической физики.