Материал:

Говоря о форме тел, мы, как правило, предполагаем, что у них есть также и размеры. Это не всегда верно: в бильярдного шара есть и форма, и размеры, но о размерах облака говорить уже трудно, хотя ее форма обычно не вызывает сомнений. Самый неожиданный результат новой модели атома состоит в том, что атом не имеет определенных геометрических размеров. Размеров в том смысле, который мы вкладываем в это понятие, имея перед глазами бильярдный шар. Конечно, поскольку атом имеет определенные очертания, можно выделить из него ту его часть, в которой плотность электронного облака максимальна, и назвать эту часть его размером. Такое определение правомерно, и мы его используем (мы постоянно говорим о размерах атома), но при этом следует помнить, что определить строго размеры атома нельзя - это всегда вопрос разумного соглашения.

Уже один этот следствие квантовой механики позволяет объяснить многие свойства тел, которые мы наблюдаем. Например, разнообразие геометрических форм кристаллов не должна нас особенно удивлять: из одинаковых кирпичей построены самые дома, но нам не кажется странным, что кирпичи - это просто кирпичи, а не дом в миниатюре. В тел, окружающих нас, есть цвет, запах, есть размеры, но атомы, из которых построены эти тела, не имеют ни одной из этих качеств. Точно так же они не имеют определенной формы. Неизменные лишь законы квантовой механики, от которых зависит эта форма.

Но почему атом, у которого нет даже определенных размеров, такой устойчивый? Нас не должно удивлять и это: Ведь Земля не стоит на трех китах, а, наоборот, повиснув в пустоты, миллионы лет сохраняет свою орбиту неизменной. Секрет ее устойчивости - в движении и неизменности динамических законов, которые управляют этим движением. В этом же причина устойчивости атомов, хотя законы, управляющие движением электронов, совсем не похожи на законы небесной механики.

Справедливости ради надо заметить, что квантовая устойчивость значительно надежнее, чем динамическая устойчивость классической механики: разрушенный атом восстанавливает свою структуру, но орбита Земли уже никогда не станет такой, как прежде, если ее хоть один раз нарушит вмешательства постороннего космического тела.

Атомы различных элементов отличаются между собой массой и зарядом ядра. Но по какому принципу следует различать два атома того же элемента? Для арбузов такой вопрос неактуален: никто никогда не видел совершенно одинаковых арбузов. Отличить один кирпич от другого уже сложнее, и задача несколько упрощается, если кирпичи битые. С атомами ситуация аналогичная. Если массы и заряды ядер атомов одинаковы, то различить их можно только по форме электронного облака, которая зависит от силы збудження1 атома. Все невозбужденные атомы одного и того же элемента не отличаются между собой, как кирпичи, изготовленные по одной форме.

Этот образ атома заменил планетарную модель атома Бора. Конечно, и нынешние "портреты" не следует понимать слишком буквально: это отнюдь не "фотографии атома". Ни с помощью простых, ни с помощью сложных приборов мы не можем прямо измерить распределение электронной плотности внутри атома, так как это неизбежно разрушит его ("Чтобы узнать вкус пудинга, его надо съесть", - говорят англичане). И все-таки у нас есть основания доверять созданной картине: с ее помощью мы можем последовательно объяснить все опыты, которые вызвали формирование такого образа атома. За последние сто лет не было проведено ни одного опыта, который бы противоречил изображенной нами картине. Поэтому лучше говорить не о ее истинность, а о ее плодовитость - о том, насколько она помогает нам объяснить и предсказать особенности атомных явлений. И тут выясняется поразительная вещь: нам не так уж необходимо знать, "как выглядит атом на самом деле". Для нас достаточно изучить уравнения квантовой механики, и мы можем предвидеть все: как изменится цвет тела при нагревании, какие спектральные линии оно при этом излучать; мы можем предсказать форму кристаллов и их теплопроводность. Мы можем, наконец, построить атомную электростанцию и атомный ледокол - и они будут исправно работать. И все это - без малейших ссылок на истинную форму атома.

Но если бы роль квантовой механики сводилась лишь к построению математической схемы, позволяющей вычислять характеристики атомных явлений, которые подвергаются физическим измерением, то создание механики атома можно быть бы считать законченным. Однако физика призвана дать нам нечто большее - рациональную картину мира. Выполнить столь обширную программу, прибегая лишь к одним формул и цифр, нельзя - для этого необходимо найти образы и сформулировать соответствующие им понятия. Особенно это важно для всех нефизикив, которые не знают и не понимают формул квантовой механики. Для них язык образов и понятий - единственный способ проникнуть вглубь атома. Со времен Демокрита мы продвинулись на этом пути достаточно далеко и имеем более или менее удовлетворительную современную картину атома.

Соотношение неопределенностей и вероятностное трактовки явлений микромира не были приняты безоговорочно, причем среди противников были не только неспециалисты, но и ученые первой величины, чей вклад в науку является огромным и неоспоримым.

В 1927 году после доклада Бора Лоренц, выдающийся голландский физик, высказался о квантовой механике как завершенную теорию атомных явлений: "Для меня электрон является частицей, которая в каждый данный момент находится в определенной точке пространства, и если я представляю, что эта частица в следующий момент будет находиться в другой точке, то я должен представить себе ее траекторию в виде линии в пространстве .... Мне бы хотелось сохранить этот бывший научный идеал - описывать все, что происходит в мире, с помощью понятных образов ".

Именно такое направление мыслей легко понять: любая новая теория неизбежно должна преодолевать инерцию устоявшихся стереотипов мышления. Удивительно другое: как много великих физиков, в том числе и создателей квантовой механики, сомневались в ее основных положениях и завершенности. Серел них Планк, Эйнштейн, Шредингер, де Бройль, Лауэ .... Причем с годами их сомнения укреплялись - несмотря на впечатляющие успехи квантовой механики.

Эйнштейн:

"К квантовой механики я отношусь восторженно-недоверчиво" (1926 p.).

"Философия успокоения Гейзенборга-Бора (или религия?) Так тонко придумана, что является для верующего до поры до времени мягкой подушкой, с которой его не так легко согнать. Пусть спит ..." (1928 p.).

"Большой первоначальный успех квантовой теории не может заставить меня поверить в игру в кости, которая лежит в его основе" (1944 p.).

"Бог не играет в кости", - повторял Эйнштейн до конца жизни,

Знаменательно, что все эти утверждения так или иначе содержат напоминание о вере. Эйнштейн и Шредингер, Планк и Лауэ - все они признавали могущество квантовой механики, но не верили в ее завершенность, хотя все их попытки доказать ее несправедливость или противоречивость заканчивались неудачей. их позиция требовала мужества: копенгагенская интерпретация довольно быстро стала догмой и любая попытка усомниться в ее основах могла стоить физику его профессиональной репутации. Тем не менее споры о квантовой физике продолжаются и по сей день.

Своей ожесточенностью и непримиримостью споры эти иногда напоминают вражду религиозных сект внутри одной и той же религии. Никто из участников спора не подвергает сомнению существование бога квантовой механики, но каждый представляет себе своего бога, и только своего. И, как всегда в религиозных спорах, логические доводы напрасны, потому что противоположная сторона их просто не может воспринять: существует первичный эмоциональный барьер, акт веры, о который разбиваются все невидпирни доводы оппонентов, так и не успев проникнуть в сферу сознания.

Сомнения физиков относительно основ квантовой механики отнюдь не способствуют укреплению доверия к ней среди массы неспециалистов. Но задача настоящего ученого не в том, чтобы любой ценой утвердить свои взгляды и авторитет, а в том, чтобы найти истину и подчиниться ей, даже если она противоречит его априорным убеждениям.

В чем суть этой бесконечной споры? Она похожа на попытки отыскать главную истину и последнее понятие, из которых логически вытекает все остальное. Несмотря на все разнообразие сомнений у противников ортодоксальной теории и утонченности обсуждаемых ими парадоксов, суть их возражений сводится к отрицанию вероятностной интерпретации квантовой механики и установившегося в ней определение "состояние физической системы».

Многочисленные оппоненты до сих пор не могут смириться с тем, что в рамках квантовой механики все вопросы об истинных характеристики индивидуальных квантовых объектов и явлений, которые не поддаются наблюдению, строго запрещены. Чтобы преодолеть этот запрет, было сделано множество попыток ввести в теорию так называемые скрытые параметры, детально описывают "настоящие" свойства объектов, знание о которых мы вскоре теряем, усредняя в соответствии с введенными параметров. Все эти попытки, однако, оказались напрасными и никак не способствовали обогащению квантовой теории.

Спорам об интерпретации квантовой механики форуме краги: гордость человека и его вера во всемогущество человеческого разума нелегко смиряются с открытыми им же пределами знания.

Характерно, что никто из оппонентов не отрицает плодотворности и истинности выводов квантовой механики относительно ее применимости. Нильс Бор, хорошо осознавая этот слабый пункт позиции оппонентов, с присущим ему мягким юмором любил рассказывать историю о своем соседе по загородном доме. У этого соседа на двери была прибита подкова. Однажды кто-то спросил его, неужели он действительно верит, что она приносит в дом счастье. "Нет, конечно, - ответил сосед, - но говорят, она помогает даже тем, кто в нее не верит".

Но - «не хлебом единым жив человек", и пока не исчезли бескорыстные сомнения, спор этот нельзя считать исчерпанной. Она, конечно, не изменит основ существующей теории, но, возможно, облегчит поиски новых путей и понимание новооткрытых явлений.

Причинность классическая и причинность квантовая

Вероятностная интерпретация квантовой механики очень многим пришлась не по душе и вызвала многочисленные попытки возврата к прежней, классической схемы описания. Это стремление во что бы то ни использовать старые знания в новых условиях по-людские понятно, но ничем не оправдано. Оно напоминает желание отставного солдата осмыслить все многообразие жизни с позиций устава строевой службы. Безусловно, его возмутит беспорядок в дискоклуб, и довольно трудно объяснить ему, что там действуют несколько иные законы, чем на армейском плацу.

Еще не так давно недобросовестные интерпретаторы квантовой механики с подозрительным рвением пытались отменить ее только на том основании, что она не согласовывалась с придуманными ими схемам. Они возмущались "свободой воли", якобы было даровано электрону, шельмовали соотношение неопределенностей и всерьез доказывали, что квантовая механика - ненужная наука, раз она рассматривает не реальные события, а их вероятности. Но даже те, кто уважительно отнесся к теории атома, не всегда четко осознавали, как понимать причинность атомных явлений, если каждое из них случайно, и насколько достоверны ее предсказания, если все они основаны на понятии вероятности.

Жизненное понятие причинности - "всякое явление имеет свою причину» - не требует объяснений, однако для науки оно бесполезно. Причинность в науке требует закона, с помощью которого можно проследить последовательность событий во времени. Если прибегнуть к языку формул, то этот закон приобретает вид дифференциального уравнения, которое получило название уравнения движения. В классической механике такие уравнения - уравнения движения Ньютона - позволяют определить заранее траекторию движения частицы, если точно задать ее начальную скорость и координату. Именно такая, быстро очерчена схема объяснения и предсказания явлений природы всегда была идеалом причинной описания в классической физике. Она не оставляет места для сомнений и неверных суждений, и чтобы подчеркнуть эту ее качество, причинность в классической физике назвали детерминизмом.

В квантовой физике такая причинность отсутствует. Но там есть своя, квантово-механическая причинность и свой закон - уравнение Шредингера. Закон этот еще более мощный по сравнению с уравнением Ньютона, поскольку улавливает и выделяет закономерности даже в хаосе случайных квантовых событий - подобно калейдоскопа, что в случайном сочетании стеклышек позволяет увидеть фигуры, которые имеют смысл и красоту.

Источник: https://studbooks.net/7244/estestvoznanie/kontseptsii_sovremennogo_estestvoznaniya

Смотрите также:








ЦЕНОВАЯ ПОЛИТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ НА ПРИМЕРЕ ООО «ДНС РИТЕЙЛ»
_archivetempпротивовоспалительные
_Роджерс Карл, Брак и его альтернативы