Глава 5. Основы квантовой механики и квантовой

ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ

Квантовая механика — это полная загадок и парадоксов дисциплина,

которую мы не понимаем до конца, но умеем применять.

Гелл-Манн

Квантовую механику не понимает никто.

Р. Фейнман

5.1. Описание процессов в микромире

Как мы убедились (гл. 2 и 4), классическая и релятивистская механика дают ответ на

многие вопросы движения больших объектов и с большими скоростями, вплоть до

скоростей света. Однако ряд физических фактов, связанных с движением и

взаимодействием света с веществом, не укладывается в известные законы механики.

Рассмотрим кратко эти явления и проследим, как они привели к механике микромира,

или квантовой механике, и в рамках ее были объяснены.

Предварительно отметим два соображения.

Первое.

Первое. Несмотря на точность количественных законов классической механики, в том

числе и в объяснении движения

107 планет, природа сил тяготения так до сих пор и не выяснена. И. Ньютон лишь

объяснял как, а не почему движутся тела, и говорил по этому поводу: «Гипотез я не

измышляю». В релятивистской механике Эйнштейну пришлось несколько изменить

закон тяготения в соответствии с положениями теории относительности. Как известно,

согласно ОТО расстояние между объектами нельзя преодолеть со скоростью, большей

скорости света, а согласно классической механике И. Ньютона это происходит

мгновенно. Наличие у света энергии и массы приводит к искривлению световых лучей

около массивных тел, и сила тяготения изменяется. Но это не объясняет природу

тяготения, хотя А. Эйнштейн и пытался связать тяготение через геометрическую

механику с искривлением пространства—времени.

Второе.

Второе. Классическая, и релятивистская механика формально не возражают против

движения и в будущее, и в прошлое, не выделяют стрелу времени. Это положение

приводит к мысли, что мы что-то не учитываем при таком количественном описании

движения тел. Природа не все позволила нам пока открыть! Наконец, нельзя не обратить

внимание на формальное совпадение законов тяготения по Ньютону и взаимодействия

электрических зарядов по Кулону. Возникает предположение, что в этой закономерности

также имеется глубокий смысл. Однако, как указывал Р. Фейнман, до сих пор никому не

удавалось представить тяготение и электричество как два разных проявления одной и той

же сущности.

Переходя от рассмотрения характера движения в макромире к явлениям

микроскопического масштаба, т.е. порядка размеров атомов и элементарных частиц,

можно отметить, что описывать такие явления привычными нам терминами не удается.

Это связано, по-видимому, с психологией сознания, и человеку трудно найти

сопоставления из реальной обыденной жизни с тем, что происходит как в мегамире

(релятивистская механика), так и микромире (квантовая механика). Язык людей,

выражающий то, что отражается в нашем сознании от восприятия реальных для нас

макрообъектов классической механики, вероятно, не подходит для описания событий в

микромире, хотя попытка использования его и объясняется естественным стремлением

находить подтверждение выведенным законам на макроскопическом уровне.

• Можно понять, что происходит в микромире, можно даже написать математические

законы, отражающие это понимание, но

108 объяснить процессы в этом микромире на вербальном уровне очень сложно, а может

быть, и невозможно. Приведем высказывание В. Гейзенберга по поводу того, что

говорить обычным языком о квантовой теории очень сложно: «...непонятно, какие слова

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21

век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru

70

надо употребить вместо соответствующих математических символов. Ясно одно:

понятия обычного языка не подходят для обычного описания строения атомов». Мы

пытаемся говорить о принципиально новых явлениях на языке старых представлений.

Такая ситуация часто обусловлена еще и тем, что нам проще иметь дело с

представлениями о реальности (теория всегда абстрактна, и теоретические модели подчас

«навязывают» природе свои законы, исходя, например, из того же антропного принципа),

чем с самой реальностью. И мы, как правило, смешиваем одно с другим и принимаем

свои символы и понятия за реальность. Ф. Капра в своей книге «Дао физики» [11],

сравнивая современную физику и восточный мистицизм и находя в них много общего,

отмечал, что все понятия, используемые нами для описания природы, ограничены, они

могут не являться свойствами действительности, а есть продукты мышления — части

карты, а не местности. Значит, для описания явлений микромира надо преодолеть некий

«лингвистический

барьер»

и

говорить

на

адекватном

этому

миру

«квантовомеханическом» языке. В этом смысле создание квантовой механики является

поистине революцией не только в физике, но и в современном естествознании в целом. Н.

Бор говорил: «Если у человека при первом знакомстве с квантовой механикой голова не

идет кругом, то он не понимает в ней ничего».