Соотношение неопределенностей Гейзенберга как теоретическое обобщение

Возникает вопрос: отвечают ли современной физике умозаключения, сделанные только что относительно «элементарного взаимодействия» между фотоном и электроном?

 

Прежде всего оказывается, что действительно обнаруживается некоторое соотношение неопределенностей, если пытаться, исходя из одного «элементарного взаимодействия» электрона с фотоном, вывести точные данные одновременно и для положения и для скорости электрона. В самом деле, известно, что для повышения точности определения места электрона нужно применять лучи с максимально короткими волнами; если длина волны будет велика по сравнению с самим предметом, то результат получится расплывчатый; волна будет как бы «обтекать» предмет и не даст возможности точно определить его место. Образцом коротковолновых лучей могут служить жесткие гамма-лучи типа рентгеновских, волны которых обладают длиной в десятки раз меньшей, чем диаметр атома водорода в нормальном состоянии.

 

Чем короче длина волны фотона, тем с большей энергией он столкнется с электроном, тем, следовательно, сильнее проявится эффект Комптона. Но в результате этого мы резко изменим в самый момент наблюдения скорость электрона. Следовательно, точность определения одной величины может быть достигнута только за счет уменьшения точности определения другой величины, определенность одной — за счет неопределенности другой; то, что мы выигрываем на точности в скорости электрона, мы теряем в точности определения его положения, и наоборот.

 

Таким образом, возникает соотношение неопределенностей в определении положения и импульса электрона, которое производится при помощи «элементарного взаимодействия» его с фотоном. Это соотношение неопределенностей не есть какое-то случайное следствие возможных ошибок измерения, а есть принципиальное следствие, вытекающее из попытки мыслить расчлененным данное «элементарное взаимодействие», тогда как в рамках исследуемого круга явлений этот процесс не поддается в действительности такому расчленению; он представляет некоторую грань или относительный предел для анализа данного круга явлений, поскольку на нем заканчивается самый объект познания.

 

Порядок соотношения неопределенностей выражается некоторой постоянной величиной Л, которая есть квант действия. (Она была открыта Планком в 1900 г. и легла в основу квантовой физики.)

 

Таким образом, константа h лимитирует собой совокупную неопределенность величин, извлекаемых из данного «элементарного взаимодействия» путем его мысленного анализа. Если неопределенность в определении положения q частицы обозначить через Ад, а неопределенность в определении ее импульса р — через Ар, то соотношение неопределенностей выразится математически так.

 

 

 

Это открытие было сделано в 1927 г. Гейзенбергом. Гейзенберг теоретически обобщил тот факт, что даже в воображаемом, мысленном опыте нельзя в одном акте измерения добиться идеально точного определения одновременно и положения и импульса частицы и что, следовательно, всякое измерение атомных величин связано в принципе с некоторой неопределенностью.

 

Соотношение неопределенностей показывает также, что в обычных условиях влияние взаимодействия между фотонами и освещаемыми телами не должно быть заметным и что только в атомных, элементарных процессах оно дает себя знать.

 

Такое заключение станет ясным, если немного видоизменить приведенное выше соотношение. Учтем, что импульс р (количество движения) равен произведению массы частицы т на ее скорость v. Перенося массу т в правую сторону соотношения, получаем:

Очевидно, что при больших значениях массы произведение неопределенностей при одновременном измерении положения и скорости частиц становится практически такой исчезающе малой величиной, что ею можно без всякой ошибки пренебречь. Это означает, что взаимодействие лучистой формы движения с остальными формами при большом значении массы частиц поддается расчленению и позволяет мысленно выделять из него отдельные стороны, измерение которых производится уже с достаточной определенностью; поэтому можно считать, что к этим абстрактно выделенным сторонам приложимо обычное понятие механической причинности.

 

Только при уменьшении массы до микроскопически малой величины «элементарное взаимодействие» начинает обнаруживать свое влияние; его влияние проявляется математически в том, что произведение неопределенностей Aq и Av становится величиной заметной, конечной, которой уже нельзя пренебречь при расчетах.

 

Если Комптон наблюдал эмпирически «элементарное взаимодействие» между фотоном и электроном, то Гейзенберг теоретически осмыслил и обобщил этот факт; он доказал, что поскольку физика открыла в области квантовой механики исходную, первичную форму взаимодействия, то вся квантовая механика атомных процессов может быть построена на основе сделанного открытия; подобно тому как сложные организмы образуются из элементарных клеток и строятся из них, так и атомные процессы имеют своей основой некоторую элементарную форму.

 

Тут можно было бы провести такую историческую параллель: подобно тому как Гук впервые наблюдал органическую клетку, а Шлейден и Шванн впервые объяснили ее значение и создали клеточную теорию, так и Комптон впервые наблюдал «клеточку» квантовых процессов, а Гейзенберг впервые показал ее значение и построил на ее основе квантовую механику.

 

Все сказанное выше является гипотетическим толкованием соотношения неопределенностей Гейзенберга и эффекта Комптона с целью показать, как можно его связать с понятием взаимодействия в энгельсовском понимании этого термина.

 

В дальнейшем нас будут интересовать не специальные физические следствия, вытекающие из открытия Гейзенберга, а исключительно философские выводы; они интересуют нас с той точки зрения, насколько они подтверждают взгляды Энгельса. В частности, философские выводы, вытекающие из открытия Гейзенберга, послужили новым замечательным подтверждением взглядов Энгельса на взаимодействие форм движения и его познаваемость. Это станет ясно после рассмотрения следующих четырех вопросов философского порядка, которые были разобраны в 1947 г. в нашей книге «Энгельс и естествознание».

Категория: Философия | Добавил: fantast (22.01.2019)
Просмотров: 70 | Рейтинг: 0.0/0