5.5.8. Принцип соотношения неопределенностей в. Гейзенберга и принцип дополнительности н. Бора

Принцип неопределенности Гейзенберга.

В классической механике состояние материальной точки (классической частицы) определяется заданием значений координат, импульса, энергии и т.д. Перечисленные величины называются динамическими переменными.

Однако информация о микрочастицах может быть получена путем наблюдения их взаимодействия с приборами, представляющими собой макроскопические тела. Поэтому результаты измерений, естественно, выражаются в терминах, разработанных для характеристики макротел, т.е. через значения динамических переменных. В соответствии с этим измеренные значения динамических переменных приписываются микрочастицам.

Соотношение неопределенностей указывает, в какой мере можно пользоваться понятиями классической механики применительно к микрочастицам и, в частности, с какой степенью точности можно говорить о траекториях микрочастиц.

В период господства классической физики считалось, что если в некоторый момент времени to известны точные значения координат и скоростей всех частиц во Вселенной, то, используя точные физические законы, в принципе можно полностью описать картину прошлого и будущего. Основываясь на подобных аргументах, некоторые философы приходили к выводу, что все действия человека как материального объекта, состоящего из протонов, нейтронов и электронов, полностью предопределены.

Для описания микрообъектов Н. Бор сформулировал в 1927 г. принципиальное положение квантовой механики - принцип дополнительности, согласно которому получение экспериментальной информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект (элементарную частицу, атом, молекулу), неизбежно связано с потерей информации о некоторых других величинах, дополнительных к первым.

Такими взаимно дополнительными величинами можно считать, например, координату частицы и ее скорость (или импульс). В общем случае дополнительными друг к другу являются физические величины, которым соответствуют операторы, не коммутирующие между собой, например, направление и величина момента импульса, кинетическая и потенциальная энергия.

5.6. Атомистическая концепция строения материи.

5.6.1. Первые модели атома Дж. Томсона и э. Резерфорда

В 1897 г. английский физик Джозеф Джон Томсон (1856-1940) открыл электрон, входящий в состав атома и свидетельствующий о его сложном строении. В 1898 г. Дж. Томсон определил заряд электрона, а в 1903 г. предложил одну из первых моделей атома, которая успеха в физике не имела.

В 1911 г. Э. Резерфорд сформулировал следующие положения, касающиеся строения атома. Атом содержит положительно заряженное ядро, в котором заключена практически вся масса атома. Ядро атома содержит такое число положительных элементарных зарядов, которое соответствует порядковому номеру элемента в таблице Менделеева.

Вокруг ядра по круговым орбитам вращаются электроны. Их количество также соответствует порядковому номеру элемента в периодической системе.

5.6.2. Постулаты н. Бора при обосновании теории атома

В 1913 г. Н.Бор предложил свою теорию атома. Суть ее состояла в следующем. Существуют стационарные состояния атома, в которых он не излучает и не поглощает энергии. В таком состоянии атома электрон, осуществляя движение по круговой орбите,

должен иметь квантовое значение момента импульса. В случае перехода электрона с одной стационарной орбиты на другую происходит излучение (или поглощение) кванта энергии, равного разности энергий этих стационарных состояний.