 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
91
движение по траектории характеризуется в любой момент времени определенными значениями
координат и скорости.
Для макроскопических тел их волновые свойства не играют никакой роли: координата и
скорость макротел могут быть одновременно измерены достаточно точно. Это означает, что для
описания движения макротел с абсолютной достоверностью можно пользоваться законами
классической механики.
Соотношение неопределенностей неоднократно являлось предметом философских дискуссий,
приводивших некоторых философов к его идеалистическому истолкованию: соотношение
неопределенностей, не давая возможности одновременно точно определить координаты и
импульсы (скорости) частиц, устанавливает границу познаваемости мира, с одной стороны, и
существования микрообъектов вне пространства и времени – с другой. На самом деле
соотношение неопределенностей не ставит какого-либо предела познанию микромира, а только
указывает, насколько применимы к нему понятия классической механики.
Для описания микрообъектов H. 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.
С физической точки зрения принцип дополнительности часто объясняют (следуя Бору)
влиянием измерительного прибора (микроскопического объекта) на состояние микрообъекта. При
точном измерении одной из дополнительных величин (например, координаты частицы) с
помощью соответствующего прибора другая величина (импульс) в результате взаимодействия
частицы с прибором претерпевает полностью неконтролируемое изменение. Хотя такое
толкование принципа дополнительности и подтверждается анализом простейших экспериментов,
с общей точки зрения оно наталкивается на возражения философского характера. С позиции
современной квантовой теории роль прибора в измерениях заключается в «приготовлении»
некоторого состояния системы. Состояния, в которых взаимодополнительные величины имели бы
одновременно точно определенные значения, принципиально невозможны, причем если одна из
таких величин точно определена, то значения другой полностью неопределенны. Таким образом,
фактически принцип дополнительности отражает объективные свойства квантовых систем, не
связанные с наблюдателем.
4.4. Вероятностный характер микропроцессов
Вероятностные свойства микрочастиц
Экспериментальное подтверждение идеи де Бройля об универсальности корпускулярно-
волнового дуализма, ограниченность применения классической механики к микрообъектам,
диктуемая принципами дополнительности и неопределенности, а также противоречие целого ряда
экспериментов применяемым в начале XX в. теориям привели к новому этапу развития
физических представлений окружающего мира, и в особенности микромира – созданию квантовой
механики, описывающей свойства микрочастиц с учетом их волновых особенностей. Ее создание
и развитие охватывают период с 1900 г. (формулировка Планком квантовой гипотезы) до 20-х
годов XX в. и связано прежде всего с работами австрийского физика Э. Шредингера, немецкого
физика В. Гейзенберга и английского физика П. Дирака.
В это время возникли новые принципиальные проблемы, в частности проблема, связанная с
пониманием физической природы волн де Бройля. Для ее выяснения рассмотрим дифракцию
микрочастиц. Дифракционная картина, наблюдаемая для микрочастиц, характеризуется
неодинаковым распределением потоков этих частиц, рассеянных или отраженных по различным
направлениям: в одних направлениях наблюдается большее число частиц, чем в других. Наличие
максимумов в дифракционной картине с точки зрения волновой теории означает, что эти
направления соответствуют наибольшей интенсивности волн де Бройля. Вместе с тем