Соотношения неопределенности Гейзенберга

В 1920 французский физик Луи Де Броиль предположил, что электрон – это не только карпускула, но и волна определенной длины.

Это явилось причиной двойственного характера поведения электрона. Это поставило под сомнение принцип Лапласовского детерменизма. В 1927 Гейзенберг сформулировал соотношение неопределенности. Из соотношения видно, что чем точнее мы измеряе координату электрона, тем больше становится неопределенность его импульса и наоборот.

Принципиальная ненаблюдаемость одновременного значения р и х, свидетельствует о том, что они одновременно не присуще электрону, но поскольку электрону не присуще точные значения импульса и координаты, мы не можем задать состояния системы так, как это делалось в класс механике. Это значит, что не может быть и речи о точном предсказании будущего поведения системы.

Поведение системы носит вероятностный характер и описывается лишь статистическими методами.

В связи с этим в квантовой механике было введено понятие состояния. Состояние квантовой системы задается волновой функцией, которая представляет собой вероятность наблюдения частицы с определением или р или х. Это приводит к необходимости учета средств познания, тк они влияют не результат измерений и участвуют в формировании изучаемого явления.

Формируются представления о единстве измерительного прибора и изучаемой реальности.

Такие представления приводят к появлению определенного типа научной деятельности, которая может быть представлена: []-С -> [Cp -> O]

[]

Принцип дополнительности и соответствия Нильсона Бора.

(Бор сторонник кумулятивного накопления знания)

В связи с появлением вероятностной детерминации появляются различные интерпретации основных положений квантовой механики.

Одна из основных проблем: Является ли вероятностное описание отдельной микрочастицы принципиальным положением квант механики. В связи с этим возникли различные точки зрения.

Одна из них – это точка зрения Эйнштейна, Шреденгера, де Бройля.

Другая - это капенгагенская - Бор, Гейзенберг. Представители капенгагенской интерпретации полагали, что вероятностное утверждение квантовой механики следует относить к отдельным микрообъектам и положения квантовой механики являются полными и завершенными. Пытаясь разрешить проблему двойственности поведения электронов, Бор предложил принцип дополнительности. Бор считал, что мы наблюдаем не реальность как таковую, а лишь квантовое явление, включающее тип прибора и экспериментальную ситуацию. Иными словами мы наблюдаем результат взаимодействия прибора с объектом. Согласно принципу дополнительности имеется 2 взаимодействующих классов приборов.

В одних квантовые объекты ведут себя подобно волнам, в других подобно частицам, но никогда, когда как волна и частица одновременно.

На этом основании им делается вывод, что в квантовой механике имеет место не противоречивость, а дополнительность. Первый класс приборов регистрирует импульсно-энергетические характеристики, а второй пространственно-временные.

Невозможность контролировать взаимодействие прибора с объектом приводит к принципиально вероятностному характеру квантовых процессов. Отказ от Лапласовского детерминизма является не временным, а окончательным.

Таким образом, Бор и его сторонники считали, что квантовые объекты не существуют сами по себе и не зависимо от измерений. Помимо принципа дополнительности Бор сформулировал такой важный принцип как принцип соответствия, которому должны удовлетворять новые парадоксальные теории. При этом старые теории остаются верными в границах их применимости.

Т.о. Бор и его сторонники считали, что квантовые объекты не сущ-т сами по себе и не зависимо от измерений. Помимо принципа дополнительности Бор сформулировал такой важный методологический принцип, как принцип соответствия, которому должны удовлетворять новые парадоксальные теории. При этом старые теории остаются верными в границах их применимости.

Проблема скрытых параметров и теорема Фон-Неймана

Полемизируя с копенгагенской интерпретацией выводов квантов. механики Эйнштейн, Шредингер, Де Бройль считали, что квантовые объекты как таковые существуют объективно и независимо от измерений. Свою позицию Эйнштейн и его сторонники выразили в ряде парадоксов, которые возникают в квантовой механике (мысленный эксперимент Эйнштейна-Подольского-Розена, парадокс кошки Шредингера). Эти парадоксы говорят и неполноте и незаконченности квантовой механики, что привело к построению альтернативной квантовой механики в теории скрытых параметров.

Основа этого альтернативного подхода к интерпретации рез-в кв. мех-ки было утверждение, что вероятностное описание применимо не к отдельным частицам, а к ансамблям частиц.

Свою позицию Эйнштейн выразил афоризмом «Бог не играет в кости».

Причиной вероятностного характера теории и нарушение в ней Лапласовского детерминизма, он считал неполноту квантово-механического описания. Согласно Эйн. эта неполнота состоит в том, что кв. мех. не позволяет установить одновременно точное значение импульса и координат частицы.

Теория скрытых параметров утверждает, что в микромире принцип Лапласовского дет. не нарушается. Вероятностное поведение микрообъектов в эксперименте обусловлено скрытыми параметрами, т.е. малыми влияниями процессов более глубоко уровня, недоступных наблюдению. Такая картина напоминает Броуновское движение, при котором флуктуация броуновских частиц вызывается незаметными воздействиями молекул жидкости. Однако гипотеза Эйн. о скрытых параметрах противоречит теореме Фон-Неймана, согласно которой введение в кв. механику скрытых параметров нарушает ее основные положения, подтвержденные в опыте.

Понятие системы, энтропии.

В изучении природы до сер. 19 в. преобладали идеи элементаризма, процесс познания целого мыслился как простое суммирование значений о его частях.

В науке идеи системности возникли при исследовании таких сложных объектов, как общ-во, биол. мир (Маркс, Дарвин).

Основными понятиями системного подхода явл.: элемент, структура, система.

Система – это упорядоченное мн-во упорядоченных элементов, обладающее структурой.

Элемент – это неразложимый компонент сложных объектов.

Структура – это способ связи элементов в рамках этого объекта.

Все системы можно разделить на устойчивые (равновесные) и неустойчивые (неравновесные).

Отличие равновесных систем от неравновесных заключается в след.:

1. система реагирует на любые внешние воздействия

2. приток энергии создает в системе возможность появления более сложной организованности

Равновесные системы явл. закрытыми и к ним применимо 2е начало термодин.

Это означает, что в закрытой системе ее конечное состояние более вероятно, чем начальное или по крайней мере имеет ту же вероятность.

2й з-н термодинамики имеет след. вид:

где S – энтропия, т.е. мера беспорядка, хаотичности,

w – вероятность данного состояния.

Например, кристалл – это упорядоченная структура w=1, S=0.

Применение 2го НТД ко Вселенной предпринятое Клазиусом 1867г. привело его к выводу, что со временем все формы движения: мех-е, физ-е, биол-е, соц-е; д. перейти в хаотическое состояние и энтропия Вселенной достигнет максимума, что означает ее тепловую смерть.

Этот вывод справедлив для закрытых систем.

Синергетика. Истоки теории самоорганизации

Классическая термодинамика 19 в. изучала закрытые системы, стремящиеся к равновесию.

Термодинамика 20 в. стала изучать открытые системы, и это направление получило название синергетики (совместное действие: система - среда).

Одним из важнейших открытий предопределивших появление новой н дисциплины было открытие явления перехода активной среды из бесструктурного состояния в состояние обладающего структурой. Это явление называется самоорганизацией. Пример – эффект Бенара:

Пусть вязкая жидкость находится м\у пластинами с разной температурой. Эта разность температур играет роль управляющего воздействия и порождает вертикальный поток тепла. Если градиент температуры мал, то перенос тепла происходит на микро-уровне и макроскопического движения жидкости не происходит. При достижении критического значения градиента температуры возникает макроскопическое движение, образующее четко выраженные структуры. На одних участках жидкость поднимается охлаждаясь у верхней пластины, на др. опускается, т.е. устанавливается конвекционное движение.

Явление пространственной самоорганизации легло в основу синергетики. Термин Синергетика получил широкое распространение благодаря работам нем. физ. Хакена. Примером самоорганизации являются лазеры, где происходит усиление света, в результате перехода от спонтанного хаотического излучения к вынужденному организованному, структурированному.

Выделяют три н школы в области синергетики:

1. Российская школа нелинейной динамики (Мандельштам, Курд….нов)

2. Немецкая школа лазерной физики Хакена

3. Бельгийская школа диссипативных процессов (Пригожин).

Синергетика учитывает такие св-ва системы как нелинейности, когерентность, открытость, которые есть необходимые условия самоорганизации.

Нелинейность проявляется в форме неустойчивости, когерентность означает согласованность процессов, открытость проявляется в форме обмена системы с веществом энергией, информацией.

Синергетика утверждает, что главную роль в развитии природы играет хаос и неравновесность. Она дает след-е опред-я хаосу:

1. хаос – это мех-м объединения простых систем в более сложные

2. хаос – это мех-м развития как живой, так и не живой природы.