1 курс / Концепции современного естествознания / Развитие квантовой механики

Классическая физика относила прерывность и непрерывность к различным процессам природы: обычные тела рассматривались ею как прерывное, а свет, т. е. электромагнитное поле, – как непрерывное. Слайд 2. В 1900 г. Макс Планк выдвинул предположение об излучении и поглощении энергии электромагнитного поля определенными порциями, квантами E = hv (где h – постоянная Планка, v – частота излучения). Вслед за этим Альберт Эйнштейн с успехом применил квантовые представления при объяснении фотоэффекта. Таким образом, одни световые явления стали трактоваться как волновые (непрерывные), другие же – как квантовые (прерывные).

Слайд 3. Частицы вещества (атомы, электроны) традиционно рассматривались только как прерывные – до тех пор пока Луи де Бройль в 1924 г. не выдвинул идею о так называемых волнах материи, согласно которой электрон и другие микрочастицы представляют собой непрерывное материальное образование, волну, длина которой равна h/(mv) . Поскольку старый взгляд на электроны как на корпускулы также сохранялся, то и в отношении вещества, и в отношении поля сложилась одинаково неудовлетворительная ситуация: одновременно и параллельно друг другу существовали два противоположных по своей сути воззрения, причем для объяснения одних эффектов использовалась одна трактовка, а других явлений – другая. Слайд 4. Выход был найден в 1926–1927 гг. Вернером Гейзенбергом и Эрвином Шрёдингером, создателями квантовой механики, которые указали конкретные математические пути объединения волнового и корпускулярного предоставлений. Философская сторона данной физической теории с самого момента ее зарождения оказалась в центре внимания ученых и возбудила не утихавшие много лет дискуссии. Так, Эрвин Шрёдингер предложил трактовать электрон, по существу, как непрерывное образование – «волновой пакет». От этого представления, однако, вскоре пришлось отказаться, поскольку выяснилось, что «волновой пакет» не мог бы сохранять стабильность. С другой стороны, предлагались не менее односторонние представления, сохранявшие за микрочастицами чисто корпускулярный характер, например концепция «волны пилота» де Бройля.

Слайд 5. Нильс Бор попытался объединить корпускулярный и волновой аспекты в «принципе дополнительности». Суть этого принципа в том, что микрообъекты характеризуются взаимоисключающими понятиями волны и частицы, поскольку мы их познаем с помощью двух классов приборов, одни из которых дают знание импульсов и энергий, а другие – пространственно временных характеристик. Либо действие закона причинности, либо существование в пространстве и времени – такова ложная дилемма, вытекающая из этого принципа. Бор противопоставил причинности «дополнительность» и попытался придать своему «принципу дополнительности» значение, далеко выходящее за пределы квантовой механики, предложив применять его даже в других науках.

Слайд 6. Диале́ктика — метод аргументации в философии, а также форма и способ рефлексивного теоретического мышления, имеющего своим предметом противоречие мыслимого содержания этого мышления.

«Принцип дополнительности» противостоит диалектике, так как разрывает противоположные свойства материи, в то время как диалектика настаивает на единстве противоположностей. Этот принцип был подвергнут обстоятельной критике в трудах многих физиков и философов материалистов.

Философские разногласия с не меньшей силой проявились в различных истолкованиях вытекающего из основных посылок квантовой механики «соотношения неопределенностей» Вернера Гейзенберга. Слайд 7. Формула обозначает, что одновременно невозможно посчитать и координату, и скорость частицы. Слайд 8. Термин «неопределенность пространственной координаты» как раз и означает, что нельзя узнать точного местоположения частицы.

Согласно этого, Гейзенберг выдвинул идею «принципиальной наблюдаемости», согласно которой физик может пользоваться только теми величинами и понятиями, которые основаны на измерениях. Микрообъекты мы наблюдать непосредственно, без микроприборов не можем. Следовательно, при описании микрообъектов можно пользоваться только «макропонятиями», в число которых входят координата и импульс. Но эти понятия не полностью годны для описания микрочастиц, потому что последние взаимодействуют с прибором, и мы не можем исключить влияния прибора на частицу в этом взаимодействии. Гейзенберг сформулировал эту мысль как принцип «неполной контролируемости», который он противопоставил причинности. Отсюда уже был сделан вывод, что соотношение неопределенностей порождается в процессе измерения, т. е. нашего практического воздействия на объект.

Оба выдвинутых Гейзенбергом принципа были подвергнуты критике в СССР и на Западе. Безусловно, наше знание должно основываться на опыте, в том числе на измерениях с помощью приборов, но из этого вовсе не следует, что мы не можем создавать специфические понятия, характеризующие непосредственно ненаблюдаемые объекты. Что же касается утверждений о принципиальной невозможности для нас контролировать взаимодействие прибора и частицы, то эта идея ставит принципиальные границы познанию. На деле «соотношение неопределенностей» вовсе не «порождается» измерением и не выражает «пределы» нашего знания. Оно отражает объективные свойства микрообъектов, независимые от нашего измерения и познания. Координата и импульс электрона не могут быть в одно и то же время точно измерены, потому что электрон есть не только частица.

Значительно правее Бора и Гейзенберга в своих философских выводах оказались те ученые капиталистических стран, мировоззрение которых не было свободно от религии, например Джине, Артур Эддингтон. Джине приходил к выводу, что электрон обладает «свободой воли». Откуда же эта «свобода воли» у электрона? Конечно, от бога. Эддингтон прямо утверждал, что с тех пор, как было найдено «соотношение неопределенностей», «бог получил прямой доступ в естествознание». В науке это утверждение подверглось резкой критике.

Слайд 9. В общем, микрочастица не есть частица в том смысле, как ее понимает классическая механика, и поэтому понятия импульса и координаты, выработанные этой механикой для корпускулы, не могут безоговорочно применяться при отображении явлений, представляющих собой диалектическое единство прерывного и непрерывного. Следовательно, квантовая механика и выражающее ее суть «соотношение неопределенностей» свидетельствуют не о невозможности познания микрообъектов и тем более не о «свободе воли» электрона, а о большом шаге вперед в познании сущности микропроцессов и вместе с тем об ограниченной возможности применения понятий, выработанных классической физикой. Возникнув как неосознанное применение диалектики к познанию микромира, квантовая механика блестяще подтвердила основные идеи диалектического материализма в новой области знания и в то же время позволила существенно обогатить коренной закон диалектики – закон единства и «борьбы» противоположностей.