8.25. Волновые свойства микрочастиц
и соотношение неопределенностей.
Роль вероятности в квантовой механике
При переходе от волновых представлений к корпускулярным, в поведении микрочастиц, неизбежно приходим к вероятностному описанию их движения.
Об этом свидетельствуют, например, интерференционные опыты с микрочастицами.
В квантовой механике, в отличии от классической механики, где частица всегда движется по вполне определенной траектории, нет понятия о траектории.
Однако вероятностное описание о поведении микрочастиц должно обязательно отражать наблюдаемую в экспериментах их интерференцию.
Следствием этого является необходимость использовать волновую функцию (комплексную амплитуду вероятности), описывающую состояние квантовой микрочастицы.
В классической теории вероятности используются лишь действительные вероятности, которые не позволяют описать наблюдаемые на опыте интерференционные явления с квантовыми микрочастицами.
Масштаб неопределенности случайных физических величин определяется постоянной Планка, присутствующей в соотношениях неопределенностей.
Современная квантовая механика может ответить лишь на вопрос – как происходит случайное движение микрочастицы, а почему такое движение является случайным – квантовая механика объяснить не может.
Такие виды движения микрочастиц происходят в соответствии с уравнением Шредингера, которое описывает распространение волн де Бройля, волн материи, волн вероятности.
8.26. Прохождение фотонов через прозрачную пластинку
При падении пучка фотонов (квантов) света на прозрачную пластинку часть фотонов отражается, а некоторые проходят сквозь нее.
Детерминизм (причинность) при этом отсутствует в классическом понимании.
Волновая
оптика легко такой процесс объясняет,
где рассматривает наложение когерентных
волн с интенсивностями J1
и
J2,
т. е. результирующая интенсивность в
точке наблюдения интерференции света
на экране имеет вид: Jрез=
J1
+ J2
+ 2
cos(1
2),
где
слагаемое 2
cos(1
2)
описывает интерференцию когерентных
световых волн.
С корпускулярной точки зрения интенсивность света J пропорциональна числу фотонов N.
При описании интерференционного опыта с корпускулярной точки зрения мы должны использовать вероятности, позволяющие описывать случайное поведение одного фотона.
Используя комплексные амплитуды вероятности для результирующей вероятности, получим интерференционную формулу в виде
wрез
= w1
+ w2
+ 2
cos(1
2),
где последнее слагаемое описывает интерференцию амплитуд вероятности, т. к. для классической частицы это слагаемое отсутствует.