Основные понятия и термины

Электрон, электронная оболочка, радиоактивность, квант действия, модель атома Резерфорда-Бора, волны материи, принцип относительности А.Эйнштейна, инвариантность, относительность одновременности, относительность пространства-времени, замедление времени, «парадокс близнецов», специальная теория относительности, общая теория относительности, инертная масса, гравитационная масса, неевклидова геометрия, искривление луча света, поле тяготения, искривление пространства релятивизм

Тема 7. Неклассические концепции современного естествознания

1. Формирование идеи квантования физических величин.

2. Концепция корпускулярно-волнового дуализма и неопределенности квантовой механики

3. Вероятностный характер предсказаний квантовой механики

4. Принцип дополнительности и принцип соответствия и их методологическое значение.

5. Неклассическая модель науки: принципиальная роль средств наблюдения и измерения в познании природы.

М е т о д и ч е с к и е у к а з а н и я

При ответе на первый вопрос темы необходимо вспомнить, что идея квантования сформировалась на основе ряда открытий в конце XIX-начале ХХ века. Прежде всего, было доказано, что электрический заряд дискретен и равенство q=ne, представляет формулу квантования электрического заряда. Затем квантовая гипотеза, т.е. порционность испускания электромагнитного излучения была определенным решением, в так называемой «ультрафиолетовой катастрофе», которая возникла в классической электродинамике. Кроме того А. Эйнштейн применил квантовую гипотезу для объяснения явления фотоэффекта – вырывания электронов из вещества под действием света. И, наконец, Н. Бор на базе идеи Резерфорда и квантовой теории Планка предложил свою модель атома (1913). Он предположил, что электроны, вращающиеся вокруг ядра по нескольким стационарным орбитам, вопреки законам электродинамики не излучают энергии. Они излучают (поглощают) ее порциями (квантами) при переходе с одной орбиты на другую.

При ответе на второй вопрос следует обратить внимание, что в 1924 году французским физиком Луи де Бройлем было сделано крупное научное открытие – любой элементарной частице присуще свойство волны (непрерывности) и дискретности. Это открытие получило название корпускулярно-волнового дуализма. Следует заметить, что наличие у частицы волновых свойств не является доказательством того, что частицы являются волнами, т.е. в квантовой механике понятие частицы не сводится к понятию волны, как и понятие волны не сводится к понятию частицы. Квантовая механика показывает лишь, что различие между частицами и волнами относительны. Таким образом понятие волны и частицы не находятся в отношении взаимного исключения (или-или), а оба понятия необходимы для описания микрообъектов в различных взаимосвязях и взаимодействиях.

Вследствие противоречий, корпускулярно-волновой природы микрообъектов нельзя одновременно точно определить их координату и импульс (количество движения). Последнее есть выражение принципа неопределенности В. Гейзенберга (1927). Этот принцип стал одним из фундаментальных принципов квантовой механики. В философско-методологическом отношении данный принцип есть объективная характеристика статистических (а не динамических) закономерностей движения микрочастиц, связанная с их корпускулярно-волновой природой. Принцип неопределенностей не «отменяет» причинность (она никуда «не исчезает»), а выражает ее в специфической форме статистических закономерностей и вероятностных зависимостей. Формирование нового образа детерминизма и его «ядра» – причинности посвящен третий вопрос темы. Как доказывает современная физика, формой выражения причинности в области атомных объектов является вероятность, поскольку вследствие сложности протекающих здесь процессов возможно определить лишь движение большой совокупности частиц, дать их усредненную характеристику, а о движении определенной частицы можно говорить лишь в плане большей или меньшей вероятности.

В четвертом вопросе закономерно раскрыть еще один принцип квантовой механики – принцип дополнительности. Попытки осознать причину появления противоречивых образов, связанных с объектами микромира привели Н. Бора к формированию выше указанного принципа. Согласно этому принципу, для полного описания квантово-механических явлений необходимо применить два взаимоисключающих (дополнительных) набора классических понятий (например, частиц и волн). Только совокупность таких понятий дает исчерпывающую информацию об этих явлениях как целостных образованиях. Изучение взаимодополнительных явлений требует взаимоисключающих экспериментальных установок.

К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы

1. Чем отличается предмет исследования квантовой механики от классической?

2. Охарактеризуйте кратко историю развития представлений о свете

3. В чем проявляются волновые свойства света

4. Какие эксперименты доказывают существование волновых свойств у микрочастиц материи?

5. Напишите формулу, подтверждающую волновую и квантовую природу света.

6. В чем заключается принцип причинности для микропроцессов?

7. В какой форме античный атомизм развивался в XVII-XIX вв.?

8. Существуют ли волновые свойства этих частиц отдельно от корпускулярных? Что означает дуализм микрочастиц?

9. Сформулируйте принцип дополнительности и расскажите, где он применяется.

10. Почему принцип дополнительности служит фундаментом квантовой механики? Ставит ли этот принцип предел нашему познанию?

Доклады и рефераты

Философское значение спора Эйнштейна и Бора.

Относительность и Дополнительность.

Причинность и принцип неопределенности.

Б и б л и о г р а ф и ч е с к и й с п и с о к

Гивишвили Г.В. Принцип дополнительности и эволюция природы //Вопросы философии. 1997. №7.

Делокаров Х.А. Эйнштейн и квантовая механика //Философские науки. 1988. №8.

Инфельд Л., Эйнштейн А. Эволюция физики. М., 1965

Лолаев Т.Г. Философские и естественнонаучные основания необратимости времени // Вопросы философии. 1995. №3.

Молчанов Ю.Б. Сверхсветовые скорости, принцип причинности и направление времени // Вопросы философии. 1998. №8.

Паршин А.Н. Дополнительность и симметрия // Вопросы философии. 2001. №4.

Чернобров В. В «воронке времени» // Природа и человек. 1997. №3