Принципы неопределенности и дополнительности

После открытия корпускулярно-волнового дуализма частиц было предложено несколько его философских и научных интер­претаций. Основные из них – принципы неопределенности и дополнительности.

По мере развития квантовой теории стало очевидно, что некоторые свойства объектов микромира спарены таким образом, что определение одной характеристики делает невозможным определение другой. В 1927 г. В. Гейзенберг (1901 – 1975) выразил это открытие в своем принципе неопределенности, сформулированном на основе взаимоисключения одновременного изучения координат и импульса частицы: частица не может иметь одновременно определенную координату х и определенный импульс р, а неопределенность координаты (∆х) и импульса (∆р) связаны соотношением неопределенностей (В. Гейзенберга): (∆х) (∆р)≥h.

Наглядно принцип неопределенности прослеживается при изучении света, имеющего корпускулярно-волновую природу. Изучение света как потока частиц исключает познание его волновых свойств. Таким образом, в квантовой механике, в отличие от классической механики, не возможно одновременно точно измерить несколько сопряженных величин.

Основной особенностью экспериментальных исследований в области квантовой механики является фундаментальная роль взаимодействия между физическим объектом и измерительным устройством. В одном типе приборов (дифракционная решетка) элементарные частицы представляются в виде непрерывного поля, в другом типе измерительных приборов (пузырьковая камера) – ведут себя как частицы, материальные точки. Данное явление объясняется корпускулярно-волновым дуализмом элементарных частиц, а именно тем, что сам микрообъект не является ни волной, ни частице в обычном понимании. Понимая эти уникальные свойства элементарных частиц, ученые, тем не менее, вынуждены описывать их с классических представлений о волне и частице. Это обусловлено тем, что сведения о микрообъекте получают в результате его взаимодействия с классическим прибором (макрообъектом).

Для разрешения этого парадокса в 1927 г. Н. Бор сформулировал принцип дополнительности, согласно которому получение экспериментальной информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект, неизбежно связано с потерей информации о некоторых других величинах, дополняющих первые. Поэтому наблюдение волновых свойств материального объекта делает невозможным одновременное наблюдение его корпускулярных свойств, и, наоборот, наблюдение корпускулярных свойств материального объекта делает невозможным одновременное наблюдение его волновых свойств. Волновое и корпускулярное описания микропроцессов не исключают и не заменяют, а взаимно дополняют друг друга. Единая картина объекта объединяет (синтезирует) эти два описания. Принцип дополнительности широко используется не только в физике. Так, в представлениях о сущности жизни биологические теории и физико-химические теории биологических объектов являются дополнительными, т.е. не противоречащими друг другу.

Дата добавления: 2014-01-07