Историко-критическое введение в философию естествознания
Шрифт:
Следует подчеркнуть, что в классической механике всякая частица движется по определённой траектории, так что в любой момент времени точно фиксированы её координата и импульс. Напротив, микрочастицы из-за наличия у них волновых свойств существенным образом отличаются от классических частиц. Это следует из корпускулярно-волновой природы микрочастиц. Так, понятие "длина волны в данной точке" лишено физического смысла, а поскольку импульс выражается через длину волны (
[Image001]
)**, то микрочастица с определённым импульсом имеет полностью неопределённую координату. И наоборот, если микрочастица находится в состоянии с точным значением координаты, то её импульс является полностью неопределённым.
______________ ** Р - импульс микрообъекта, h -
В. Гейзенберг, учитывая волновые свойства микрочастиц, пришёл в 1927 году к следующему выводу: объект микромира невозможно одновременно с любой наперёд заданной точностью характеризовать и координатой, и импульсом. Согласно соотношению неопределённостей Гейзенберга, микрочастица не может иметь одновременно координату х и определённый импульс р. Причём, неопределённости данных величин удовлетворяют условию
[Image002]
,
т.е. произведение неопределённостей координаты и импульса не может быть меньше постоянной Планка.
Невозможность одновременно точного определения координаты и импульса является следствием специфики микрообъектов, отражающей особенности их объективных свойств, их двойственной корпускулярно-волновой природы.
Принцип дополнительности. По свидетельству В. Гейзенберга, основы идеи дополнительности выкристаллизовались у Н. Бора в начале 1927 года, во время отдыха в Норвегии, после нескольких месяцев изнурительной работы. Первым публичным изложением концепции дополнительности была лекция Бора, прочитанная 16 сентября 1927 года на Международном физическом конгрессе в Комо (Италия), посвящённом памяти Вольта.
Бор констатировал, что использование классических физических представлений в атомной физике является ограниченным. Данное обстоятельство породило стремление совершенно избавиться от классических понятий и образов. Однако Бор не сомневался в том, что "интерпретация эмпирического материала в существенном покоится именно на применении классических понятий" (Бор Н. Квантовый постулат и новейшее развитие атомной теории //Избр. науч. труды. Т. 2.
– М., 1971.
– С. 30). Таким образом, отказываться от классических понятий нельзя, и в то же время применяться они должны не во всей полноте.
В ходе долгих размышлений Бор пришёл к необходимости расщепления единого классического описания микромира на два дополняющих и исключающих друг друга. Это обоснование опирается на два исходных пункта: во-первых, на так называемый квантовый постулат, а во-вторых, на подчинение квантовому постулату процессов наблюдения атомных явлений (См.: Алексеев И.С. Концепция дополнительности: историко-методологический анализ.
– М.: Наука, 1978.
– С. 17).
Согласно квантовому постулату, "каждому атомному процессу свойственна существенная прерывность или, скорее, индивидуальность, совершенно чуждая классической теории и выраженная планковским квантом действия" (Бор Н. Квантовый постулат и новейшее развитие атомной теории //Там же.
– С. 30). По мнению Бора, обычное (классическое) описание природы "покоится всецело на предпосылке, что рассматриваемое явление можно наблюдать, не оказывая на него заметного влияния" (Там же.
– С. 31). Совсем другое дело, когда мы описываем квантовый мир. "Согласно квантовому постулату, всякое наблюдение атомных явлений включает такое взаимодействие последних со средствами наблюдения, которым нельзя пренебречь" (Там же). А поскольку взаимодействие наблюдаемых микрообъектов и средств наблюдения имеет неделимый характер, то ни явления, ни средства наблюдения не обладают статусом самостоятельной реальности.
"Итак, классические понятия пространственных координат и времени... а также энергии и импульса... остаются применимыми, - пишет И.С. Алексеев, и в квантовой области. Меняется только способ их сочетания - в строгом, точном смысле они не могут применяться совместно. Поэтому дополнительный способ описания можно назвать неклассическим употреблением классических понятий" (Алексеев И.С. Указ. соч.
– С. 19).
Принцип дополнительности, который Н. Бор сформулировал в 1927 году,
получение экспериментальной информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект (элементарную частицу, атом, молекулу), неизбежно связано с потерей информации о некоторых других величинах, дополнительных к первым" (См.: Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания.
– С. 161).
Такими взаимно дополнительными величинами можно считать, например, координату частицы и её скорость (или импульс).
Принципы причинности и соответствия. Некоторые исследователи из соотношения неопределённостей делают вывод о неприменимости принципа причинности к явлениям микромира. При этом они опираются на следующие соображения. В классической механике по известному состоянию системы в некоторый момент времени и силам, приложенным к ней, можно абсолютно точно описать её состояние в любой последующий момент. Микрообъекты, напротив, не могут иметь одновременно и определённую координату, и определённую соответствующую проекцию импульса. Отсюда делается тот вывод, что в начальный момент времени состояние системы точно не определяется. А если это так, то невозможно прогнозировать последующие состояния системы, т.е. происходит нарушение принципа причинности.
Однако в действительности ничего подобного не происходит. Ведь само понятие состояние микрообъекта приобретает иной смысл, чем в классической физике. В квантовой механике состояние микрообъекта описывается волновой функцией. Её задание для данного момента времени определяет её значение в последующие моменты (См.: Там же.
– С. 165).
В становлении квантово-механических представлений выдающуюся роль сыграл выдвинутый Н. Бором в 1923 году принцип соответствия, согласно которому всякая новая более общая теория, являющаяся развитием классической, не отвергает её полностью, а включает в себя классическую теорию, указывая границы её применения, причём в определённых предельных случаях новая теория переходит в старую (См.: Там же).
Но нам следует проявить бoльшую внимательность в обращении с принципом соответствия. Так, всё богатство отношений между старой классической механикой и механикой релятивистской А. Эйнштейн не сводил к категориям "предельного" и "частного", хотя довольно часто и там, где это было уместно сделать, он прибегал к их помощи (См.: Лукьянов А.В. Идея развития в основаниях специальной теории относительности //Теория развития и естествознание.
– М., 1989.
– С. 123-124). Нам думается, что представленная в литературе точка зрения, согласно которой "классическая механика как совокупность сужений (а не формул!) не является ни предельным, ни частным случаем релятивистской механики" (См.: Войшвилло Е.К., Купцов В.И. К вопросу о преемственной связи теорий //Принцип соответствия: историко-методологический анализ.
– М., 1979.
– С. 138), заслуживает определённого внимания. Несомненно, что элементы преемственной связи между данными теориями нуждаются в своём дальнейшем уточнении. Однако мнение о том, что релятивистская механика есть простое расширение классической (за счёт введения новых понятий) (См.: Там же) нам представляется всё же неубедительным, поскольку не учитывает всей специфики и революционного характера изменений, происшедших с фундаментальными понятиями физики.
Итак, исключительная абстрактность квантово-механических формализмов, значительные отличия от классической механики (например, отсутствие понятия электронной орбиты) рождали ощущение незавершённости новой теории. В результате возникла дискуссия о том, каким путём можно было бы её завершить. А. Эйнштейн полагал, что квантово-механическое описание физической реальности не является полным. "Квантовая физика формулирует законы, управляющие совокупностями, а не индивидуумами. Описываются не свойства, а вероятности, формулируются не законы, раскрывающие будущие системы, а законы, управляющие изменениями во времени вероятностей и относящиеся к большим совокупностям индивидуумов" (Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики //Эйнштейн А. Собр. науч. трудов. В 4х т.: Т. IV.
– С. 543).