3. Механика квантовая.

Квантовая механика содержит в своей основе элементы термодинамики (например, закон сохранения энергии), классической механики а также теории относительности [в частности, уравнение (435)]. Но вместе с тем у квантовой механики имеется и свое собственное лицо, обусловленное особенностями микроскопических явлений. Эти особенности выражаются, например, в следующем: после открытия первых же элементарных частиц – электрона и фотона – было установлено, что они обладают одновременно корпускулярными и волновыми свойствами.

Попытки описать свойства элементарных частиц с помощью средств классической физики не увенчались успехом. Поэтому были разработаны специфические методы, составляющие содержание квантовой механики. В частности Гейзенберг выдвинул принцип неопределенности, согласно которому невозможно для одного и того же момента времени предсказать точные значения координаты и скорости данной частицы. Неопределенность импульса Р и величина области х, в которой локализована частица, связаны следующим соотношением принципа неопределенности Гейзенберга:

(Р)( х)  h, (765)

где h - постоянная Планка.

Чем больше допустимая неопределенность импульса, тем точнее можно определить координату частицы и наоборот.

Основа математического аппарата квантовой механики была заложена Гейзенбергом и Шредингером в 1925 г. Например, приближенное волновое уравнение Шредингера имеет вид

[Е + (е²/r)] = - h²/(8²m)[(²/х²) + (²/у²) + (²/z²)], (766)

где r - расстояние от ядра;

 - волновая функция Шредингера.

Волновая функция (-функция) является основным понятием квантовой механики. Через нее выражается распределение вероятностей осуществления определенных исходов опыта при заданной начальной стадии. Иными словами, квантовая механика оперирует только вероятностями. В частности, она не может сказать, в какую точку экрана попадет данный электрон, на пути которого расположено препятствие с двумя щелями. Она может лишь определить вероятность, с какой электрон может оказаться в определенной точке х экрана.

Анализ показывает, что квантовая механика может быть выведена из общей теории в качестве определенного частного случая. Например, все ее положения, заимствованные из таких дисциплин, как термодинамика, механика Ньютона и теория относительности, непосредственно вытекают из законов общей теории. Что касается принципа неопределенности Гейзенберга и волнового уравнения Шредингера, то к ним можно прийти, если отказаться от идеи о квантовом характере таких зарядов, как пространство, время и масса.

В заключение необходимо отметить, что в настоящее время теорию относительности и квантовую механику принято рассматривать в качестве теоретической основы всего современного естествознания. Вместе с тем всеми авторами, творчески работающими в этой области, указывается, что большое число накопившихся новых экспериментальных фактов не укладывается в рамки этих теорий. В частности, это касается непостоянства скорости света, доходящего до земного наблюдателя от пульсаров, экзотических свойств многочисленного семейства вновь открытых элементарных частиц и т.д. О трудностях теории хорошо рассказывается в цитированной выше работе Дирака [12]. Еще определеннее о них говорит известный американский физик Роберт Оппенгеймер. Он так и назвал свою книгу: «Три кризиса в физике» [17]. Первый кризис связан с теорией относительности, второй – с квантовой механикой, а третий – с человеческим обществом, которое научилось делать атомные бомбы, способные уничтожить все живое на Земле, но не научилось еще мирно решать спорные международные вопросы. Вот, например, что в этой работе говорит Оппенгеймер о теории относительности: «И все те, кто сегодня тщетно пытаются придать теории более прозаический характер, не могут не восхищаться богатством воображения, смелостью и красотой, что сделал Эйнштейн. Что же касается правильности или ошибочности его теории – это уже другой вопрос... Мы, быть может, долго ждали того, что мы уже узнали, но я не встречал ни одного физика, который бы не считал, что в действительности теория Эйнштейна родилась все-таки на основании замечательных догадок. Однако нет никаких данных, которые опровергали бы эту теорию. Таким образом, проблема пространства – времени еще не завершена».

И.Е. Тамму принадлежат следующие слова: «Никто не может, конечно, предсказать, каким будет дальнейшее развитие физики, но одно, мне кажется, можно утверждать с несомненностью – идеи Эйнштейна, его анализ понятий пространства и времени и взаимосвязи пространственно-временных соотношений с находящейся в пространстве и времени материей могут претерпеть в дальнейшем глубокие изменения...» [21.

Не менее интересные мысли содержатся в работе А.К. Манеева [16].