Принцип неопределенности в квантовой механике и философские выводы

Этот принцип впервые сформулировал немецкий физик Вернер Гейзенберг (1901-1976) в виде соотношения неточностей при определении сопряженных величин в квантовой механике.

Суть его заключается в следующем: чем точнее определяется одна из сопряженных величин, тем менее точной оказывается другая величина. Таким образом, принцип неопределенности постулирует: невозможно с одинаковой точностью определить и положение, и импульс микрочастицы.

Границы, которые устанавливаются этим принципом, не могут быть преодолены путем совершенствования средств измерения. Поэтому принцип неопределенности в настоящее время фундаментальным положением квантовой механики. Теоретически не исключается возможность отклонения этого принципа и соответственно изменения связанных с ним законов квантовой механики, но в настоящее время он считается общепризнанным.

Из принципа неопределенности следует, что вполне возможно осуществить эксперимент, с помощью которого можно с большой точностью определить положение микрочастицы, но в таком случае ее импульс (скорость) будет определен неточно. Наоборот, если импульс будет определен с возможной степенью точности, тогда ее положение станет известным недостаточно точно.

В квантовой механике любое состояние системы описывается с помощью "волновой функции", но в отличие от классической механики эта функция определяет параметры ее будущего состояния не достоверно, а лишь вероятно. Это означает, что для того или иного параметра системы волновая функция дает лишь вероятностные предсказания. Таким образом, квантовая теория фундаментально отличается от классической тем, что ее предсказания имеют лишь вероятностный характер и потому она не обеспечивает точных предсказаний, к каким мы привыкли в классической механике.

Принцип неопределенности, тесно связан с такой фундаментальной проблемой научного познания, как взаимодействие объекта и субъекта, которая имеет философский характер. Что нового дает квантовая механика для ее понимания? Прежде всего, она ясно показывает, что субъект, т.е. физик, исследующий мир мельчайших частиц материи, не может не воздействовать своими приборами и измерительными устройствами на эти частицы. В силу величин микромира, ученые стремясь точно определить один параметр, получают неточность в измерении другого параметра.

Важный философский вывод из квантовой механики заключается в принципиальной неопределенности результатов измерения и, следовательно, невозможности точного предвидения будущего.

Вопросы контроля знаний и к семинару 6.

1. Чем отличается предмет исследования квантовой механики от классической?

2. Что означает дуализм микрочастиц?

3. Сформулируйте принцип дополнительности и расскажите, где он применяется.

4. Почему принцип неопределенности служит фундаментом квантовой механики?

Литература

1. Фейнмановские лекции по физике. − М.: Мир, 1967. − С. 198-215, 232-235.

2. Карнап Р. Философские основания физики. − М.: Прогресс, 1971. − С. 370-380.

3. Философские проблемы естествознания. − М.: Высшая школа, 1985. − С. 262-264.

4. Гейзенберг В. Физические принципы квантовой теории. − Л.- М., 1932.

5. Дирак П. Принципы квантовой механики. − М., 1960.

6. Физический энциклопедический словарь. − М.: Советская Энциклопедия, 1983.

Тест к разделу 2. Естественно-научная картина мира в физике

1. Систему научных знаний о природе издавна называют:

1. Природоведением.

2. Географией.

3. Естествознанием.

4. Астрономией.