 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
92
интенсивность таких волн оказывается больше там, где имеется большее число частиц, т. е. их
интенсивность в данной точке пространства определяет число частиц, попавших в эту точку.
Следовательно, дифракционная картина для микрочастиц –
это проявление статистической
(вероятностной) закономерности, согласно которой частицы попадают в те места, где
интенсивность волн де Бройля наибольшая.
Необходимость вероятностного подхода к описанию микрочастиц – важная отличительная
особенность квантовой теории. Можно ли волны де Бройля истолковывать как волны вероятности,
т. е. считать, что вероятность обнаружить микрочастицы в различных точках пространства
меняется по волновому закону? Такое толкование волн де Бройля неверно уже хотя бы потому,
что тогда вероятность обнаружить частицу в некоторых точках пространства может быть
отрицательной, что не имеет смысла.
Чтобы устранить эти трудности, немецкий физик М. Борн (1882–1970) в 1926г. предположил,
что по волновому закону меняется не сама вероятность, а амплитуда вероятности, названная
волновой функцией. Описание состояния микрообъекта с помощью волновой функции имеет
статистический, вероятностный характер: квадрат модуля волновой функции (квадрат модуля
амплитуды волн де Бройля) определяет вероятность нахождения частицы в данный момент
времени в определенном ограниченном объеме.
Итак, в квантовой механике состояние микрочастиц описывается принципиально по-новому – с
помощью волновой функции, которая является основным носителем информации об их
корпускулярных и волновых свойствах.
Статистическое толкование волн де Бройля и соотношение неопределенностей Гейзенберга
привели к выводу, что уравнением движения в квантовой механике, описывающим движения
микрочастиц в различных силовых полях, должно быть уравнение, из которого вытекали бы
наблюдаемые на опыте волновые свойства частиц. Основным должно быть уравнение
относительно волновой функции, ибо именно она, или, точнее, ее квадрат определяет вероятность
нахождения частицы в заданный момент времени в заданном определенном объеме. Кроме того,
искомое уравнение должно учитывать волновые свойства частиц, т. е. должно быть волновым
уравнением.
Основное уравнение квантовой механики сформулировано в 1926 г. Э. Шредингером.
Уравнение Шредингера, как и многие уравнения физики, не выводится, а постулируется.
Правильность данного уравнения Шредингера подтверждается согласием с опытом получаемых с
его помощью результатов, что в свою очередь придает ему характер закона природы.
Принципы причинности и соответствия
Из соотношения неопределенностей иногда делают идеалистический вывод о неприменимости
принципа причинности к явлениям, происходящим в микромире. При этом основываются на
следующих соображениях. В классической механике, согласно
принципу причинности
–
принципу классического детерминизма – по известному состоянию системы в некоторый момент
времени (полностью определяемому значениями координат и импульсов всех частиц системы) и
силам, приложенным к ней, можно абсолютно точно описать ее состояние в любой последующий
момент. Следовательно, классическая физика основывается на следующем понимании
причинности: состояние механической системы в начальный момент времени с известным
законом взаимодействия частиц есть причина, а ее состояние в последующий момент –
следствие.
С другой стороны, микрообъекты не могут иметь одновременно и определенную координату, и
определенную соответствующую проекцию импульса, поэтому делается вывод о том, что в
начальный момент времени состояние системы точно не определяется. Если же состояние
системы точно не определено в начальный момент времени, то не могут быть предсказаны и
последующие состояния, т. е. нарушается принцип причинности. Однако никакого нарушения
принципа причинности применительно к микрообъектам не наблюдается, поскольку в квантовой
механике понятие состояния микрообъекта приобретает совершенно иной смысл, чем в
классической механике. В квантовой механике состояние микрообъекта полностью определяется
волновой функцией. Задание волновой функции для данного момента времени определяет ее
значение в последующие моменты. Таким образом, состояние системы микрочастиц,