3.2.3. Целостность микросостояний. Особенность микросостояний системы тождественных частиц

В классической физике критерий одинаковости объектов отсутствует. В то же время на опыте наблюдается удивительная одинаковость атомов одного сорта, электронов и т.п. независимо от способа и условий их получения. Это приводит к появлению специфических свойств состояния систем одинаковых микрочастиц. Поскольку одинаковые микрочастицы абсолютно неразличимы, или тождественны друг другу, их состояния при перестановках микрочастиц может быть либо симметричным, либо асимметричным по отношению к характеристикам состояний отдельных микрочастиц. Действительно симметричное состояние при этом не изменяется, а антисимметричное – меняет знак на противоположный, что при вычислении вероятности путем возведения в квадрат никак не сказывается. Аналогичная картина наблюдается и для состояний систем из многих одинаковых микрочастиц.

3.2.4.Концепция макросостояний объектов

Тепловое равновесие как макросостояние.

Любой макрообъект содержит огромное число атомов (порядка числа Авогадро N61026 атомов в киломоле), совершающих беспорядочное движение. Масса его тем самым велика. Прежде всего, отметим важный опытный факт: любая макросистема, находящаяся в фиксированных внешних условиях, независимо от ее начальных свойств с течением времени самопроизвольно переходит в состояние, называемое тепловым равновесием. В этом состоянии она может находиться сколь угодно долго, пока не изменятся внешние условия. Состояние теплового равновесия принято называть термодинамическим состоянием или, короче, – макросостоянием.

Детерминированное и стохастическое движения. Ограничение воздействия на макроуровне как фундаментальный закон природы.

Описание природы на микроуровне и на макроуровне кардинально отличаются друг от друга, с точки зрения стратегии познания различие между ними не так велико. Фактически в нашем случае речь идет о наличии ограничения на минимальное воздействие со стороны внешнего окружения и выбора человеком позиции наблюдения, адекватной условиям эксперимента.

3.2.5. Концепция флуктуации и их корреляций

Больцмана и Дж. Гиббса и окончательно вошло в обиход физиков благодаря А. Эйнштейну и М. Смолуховскому. Чтобы оценить его важность, достаточно указать на принципиальную неустранимость влияния тепловых флуктуации на точность различных приборов.

Самое важное состоит в том, что величины этих отклонений, как правило, не являются произвольными. В принципе они очень часто отличны от нуля и между ними существует корреляция. Иными словами, дело не только в неточности приборов или в искусстве исследователя. Просто в природе и на микро- и на макроуровне заложены принципиальные ограничения на степень воздействия окружения на объект.

В этом отношении квантовая физика и тепловая физика являются как бы двоюродными сестрами.

3.2.6. Флуктуации и альтернативная корреляция между ними в микромире

Впервые на существование нетривиальных флуктуации физических характеристик в микромире и корреляции между ними указал Гейзенберг в 1927 году. Анализируя многочисленные эксперименты, он установил, что для микрочастицы в определенной макрообстановке справедливы следующие соотношения между флуктуациями ее импульса и координаты

(3.17).

Здесь рх и х – дисперсии импульса рх = mvx и координаты х микрочастицы соответственно, a – мера корреляции между ними, вызванной наличием неконтролируемого квантового воздействия.

Это соотношение, называемое соотношением неопределенностей (СН) Гейзенберга, демонстрирует наличие существенной корреляции между флуктуациями импульса и координаты микрочастицы, движущейся вдоль одной и той же оси. Вместе с тем эта корреляция отражает наличие неконтролируемого квантового воздействия и носит своеобразный альтернативный характер.

Иногда подобную ситуацию называют корпускулярно-волновым дуализмом, подразумевая тем самым, что микрочастицы якобы воплощают в себе характерные черты сразу двух фундаментальных классических моделей объектов – корпускулы и континуума (волны).

Контрольные вопросы: