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.