Волновые пакеты Э.Шрёдингера

Принцип дополнительности Нильса Бора.

Бор, исходя из того же соотношения неопределенностей, пришел к выводу, что хотя понятия частицы и волны противоречивы, но они никогда «не работают» вместе, одновременно. Электрон и фотон в разных условиях опыта будут вести себя либо как волна, либо как частица. И каждый раз должны описываться единым, не противоречивым набором свойств, соответствующим их данной сущности. При этом другие свойства, другой их набор, не употребляющийся в данном описании, Бор предложил считать дополнительным. Он даже возвел это предложение в принцип, назвав его в конце 1920-х годов «принципом дополнительности».

Принцип дополнительности стали всемерно развивать, и скоро эта идея, специально предназначенная для развития квантовой физики, приобрела излишне всеобъемлющий характер, далеко выходящий за пределы физических явлений. Философы стали требовать «дополнительного» способа описания в других науках, совмещая несовместимое. Например, в психологии дополнительным к разуму рассматривался инстинкт. В юриспруденции – к правосудию – милосердие. В социологии – к личной свободе — социальное равенство и так далее. Мода на принцип дополнительности в гуманитарных науках в 1960-е годы была вызвана статьёй Н.Бора «Квантовая физика и философия» (1959).

Мысль, высказанная французским исследователем Луи Де Бройлем, была любопытной, и Эйнштейн упомянул о ней в примечании к одной из своих работ. Труды А.Эйнштейна читали все физики мира. Краткое замечание о волновых струнах де Бройля попалось на глаза австрийскому физику Эрвину Шредингеру (1887—1961). Он задумался: являются ли волны электронов настоящими волнами, ну, скажем, как от камня, брошенного в воду, или это лишь математическая абстракция, удобный теоретический образ?

Шредингер отдал предпочтение «настоящим волнам». Он предположил, что атомные орбиты – это никакие не пути, по которым летают шарики-электроны, это даже не электроны-волны свёрнутые струны в понимании де Бройля, где внутри были все-таки спрятаны частицы. Атомные орбиты, по мнению австрийского профессора, являются просто волнами с определенной формой и частотой.

В понимании Шредингера частицы вообще исчезли, а материя полностью стала волновой.

В начале 1930-х годов Шредингер вывел формулу описания атомов как волн. Уравнение оказалось настолько удобным, что и сегодня используется в физике и носит имя своего создателя.

Решая свое уравнение, Шредингер получил в общем виде все основные результаты квантовой теории. Он ввёл понятие «Волновой пакет» – занимающее ограниченный объем и перемещающееся в пространстве волновое поле. При распространении в среде волновой пакет как бы расплывается.

Однако Шрёдингер, как и Эйнштейн, не считал квантовую теорию завершенной. Энштейна не удовлетворяло двойственное описание субатомных объектов как волн и одновременно частиц и вероятностный характер всех описаний квантовой механики. Он говорил по этому поводу, что «Бог не играет в кости». Шрёдингер пытался построить теорию исключительно в терминах волн. Широко известен мысленный эксперимент Шрёдингера, который он предложил, чтобы проиллюстрировать свои сомнения по поводу чисто вероятностного характера квантовомеханической теории. Допустим, что кошка сидит в герметичном ящике, где установлено некое смертоносное устройство. Кошка погибает или остается живой в зависимости от того, испускает ли в определенный момент времени капсула с радиоактивным веществом частицу, которая приводит устройство в действие. Спустя заданное время кошка на самом деле будет с разной вероятность и жива, и мертва одновременно. Следовательно, квантовомеханические предсказания должны представлять собой нечто большее, чем «вероятность наблюдения» соответствующих событий.

Большой интерес проявлял Шрёдингер и к биологии. В 1943 была опубликована его известная популярная книга «Что такое жизнь с точки зрения физика?» (What is Life?). В ней он пытался использовать физические подходы и концепции к решению проблем живого, в частности к установлению природы генов. Эта книга оказала заметное влияние на послевоенное поколение молекулярных биологов и биофизиков.

Дата добавления: 2014-01-14