Принцип соотношения неопределенностей Гейзенберга

Вернер Гейзенберг (1901–1976), немецкий физик-теоретик. Основная его идея была в том. что кванты, не следует пытаться понять или объяснить с наглядных позиций. Нужно было просто научиться ими пользоваться! Квантовые колебания электронов, утверждал Гейзенберг, нужно представлять только с помощью чисто математических соотношений – модель атома наглядных аналогий не имеет – эта модель может быть только определённой таблицей чисел – матрицей данных. За создание квантовой механики в матричной форме Гейзенберг и был удостоенный в 1932 Нобелевской премии.

Необычным было то, что Гейзенберг представил физические величины числами, не обладающими свойством коммутативного умножения. Произведение первой матрицы на вторую не равно произведению второй на первую, оно зависит от порядка сомножителей. Этот факт можно рассматривать как логическую основу квантовой механики. Переход от классической физики к квантовой заключается в представлении физических величин не обычными числами, а квантовыми числами, произведение которых не обладает свойством коммутативности.

Вообразим некий сверхмикроскоп в который можно увидеть электрон. Чтобы что-нибудь увидеть, надо на предмет направить луч света. Но луч света состоит из частиц-фотонов. Что же произойдет, когда очередь из фотонов обстреляет электрон? Прежде всего под их ударами он изменит направление своего полета. Это нехорошо. Потому что изменится импульс, и мы увидим уже не первоначальный электрон, а измененный. А нельзя ли как-нибудь увидеть электрон, не сбивая его с пути? Такую классическую задачу квантовой механики предложил Гейзенберг.

Гейзенберг предложил уменьшить энергию фотона, «освещающего» электрон, настолько, чтобы он не оказывал на летящий электрон никакого воздействия. Как это сделать? Можно уменьшать частоту и тем самым увеличивать длину световой волны. Но чем длиннее волна света, тем более расплывчатыми станут границы и контуры мелкого предмета в нашем воображаемом сверхмикроскопе.

Что же получается? Чётко увидеть частицу (иначе говоря — определить ее положение) можно, лишь согласившись на то, что при этом будет в корне испорчено ее движение (скорость, траектория, импульс). А определить движение частицы можно, лишь согласившись с тем, что мы заранее откажемся от знания ее местонахождения.

Этот вывод был назван Гейзенбергом «соотношением неопределенностей».

Чем точнее определяется одна из взаимосвязанных величин, тем с меньшей точностью определяется другая величина. Невозможно с одинаковой точностью определить и положение, и импульс микрочастицы. Произведение их неточностей не должно превышать постоянную Планка.

Физика теряла наглядность. Каждому состоянию частицы можно было приписать лишь свое распределение вероятностей. Были найдены и другие виды неопределенностей для иных пар квантовых величин. Если миром правит неопределённость и вероятность Что же, детерминизм следует после этого отменить? Отменить сначала в малом, в микрообъектах, а там постепенно перебраться и в макромир?.. До этого ученые верили, что никакого предела для точности предсказаний не существует. Принцип неопределенности, лежащий в основе квантовой механики подорвал эту веру.

Любое наблюдение мельчайших частиц материи с помощью приборов и измерительных средств сопровождается изменением их состояния. И этим нельзя пренебрегать. В макромире, в котором мы живем, мы не замечаем влияния приборов наблюдения и измерения на макротела, которые изучаем, поскольку практически такое влияние чрезвычайно мало и поэтому им можно пренебречь. В этом мире как приборы и инструменты, так и сами изучаемые тела, характеризуются тем же порядком величин. Совершенно иначе обстоит дело в микромире, где макроприбор самим своим присутствием не может не влиять на микрообъекты.

Дата добавления: 2014-01-14