Современная научная картина мира
Дипломная работа - Биология
Другие дипломы по предмету Биология
дилось на опыте интерференции электрона. Оказывается, что электрон ведёт себя и как частица, и как волна. Сложность такого описания поведения электрона заключается в парадоксе: корпускулярное и волновое описание атомных объектов взаимно исключают друг друга: волна неограниченна и может распространяться на значительные расстояния; частица же дискретна, локализована, и ограничена небольшой областью. Волна легко разделяется на различное множество путей, одна часть идёт в одном направлении, другая - в другом; перемещение частицы ограничено одним направлением.
Теория, непротиворечиво описывающая на языке науки парадоксальные атомные явления, была разработана практически одновременно с двух направлений.
Одно из них принадлежит Вернеру Гейзенбергу. В 1925 г. он предложил отбросить использование определенных координат и импульсов на том основании, что они, по сравнению с энергией атомов, являются ненаблюдаемыми величинами на микроскопическом уровне. Гейзенберг установил новую механику, предназначенную для этих целей. В его модели все атомные объекты были описываемы через математические матрицы.
Другое направление принадлежит Луи де Бройлю. Согласно его модели, демонстрировать свои корпускулярные и волновые свойства может не только свет, но и частицы. Например, Бройль связывал с электроном волны материи. Он назначал каждому перемещению электрона определённую длину волны: путь орбиты должен содержать целое количество длин волн. Эрвин Шрёдингер (1887-1961) в 1926 г. завершил волновую теорию Луи де Бройля. Он ввел понятие волновой функции, которая связана с любой системой материальных частиц и написал уравнение, которому эта волновая функция должна удовлетворять. С её помощью Шредингер нашел правильные энергетические уровни атома водорода. Однако при всей революционности открытий, совершенных с помощью волновой функции её физический смысл был совершенно неясен.
В противоположность матричной механике, волновая механика Шредингера была выражена знакомым математическим языком. Таким образом, атомные явления стали выразимы на языке алгебры. Эти средства выражения были настолько далеки от обыденного восприятия мира, что приходилось устанавливать правила соответствия между математической картиной реальности и наблюдаемыми величинами. Поэтому основной проблемой в квантовой теории стал не сложный математический аппарат вычислений, а понимание той картины реальности, которая открывалась благодаря этому аппарату.
.2 Детерминизм Лапласа и неопределённость квантовой механики
Благодаря целеустремлённой работе ученых естествоиспытателей наука была поставлена на такую степень развития, что, казалось бы, ничто не способно устоять перед строгой определённостью её законов. Так, Пьер Лаплас, живший в XIX в., выразил взгляд на Вселенную, как на полностью детерминированный объект: ничто не будет неопределенным, и будущее, как прошлое, будет представлено перед глазами. К примеру, если мы знаем точное положение планет и Солнца в данный момент, то по законам притяжения можем точно вычислить, в каком состоянии будет находиться Солнечная система в любой другой момент времени. Но Лаплас хотел увидеть в детерминизме законов Вселенной ещё больше: он утверждал, что существуют аналогичные законы для всего, в том числе и для человека. Эта доктрина детерминизма была в корне разрушена квантовой теорией.
Сравним, чем отличается классическая механика от квантовой. Пусть имеется система частиц. В классической механике состояние системы в каждый момент времени определяется значением координат и импульсов всех частиц. Все другие физические параметры, как-то: энергия, температура, масса и т.п., могут быть определены из координат и импульсов частиц системы. Детерминизм классической механики заключается в том, что будущее состояние системы полностью и единственным образом определены, если задано её начальное состояние.
Несомненно, в любом эксперименте измерения могут иметь некоторую неточность, неопределённость, и, в зависимости от рассматриваемой физической системы её будущее может оказаться либо чувствительным, либо нечувствительным к этой неопределённости. Но в принципе (выделено нами - В.Р.) не существует какого-либо предела на точность, которой мы не могли бы достичь, - утверждает Сэм Трейман. - Поэтому в принципе,… нет препятствий для предугадывания будущего развития.
В квантовой механике также существует понятие состояние системы. Как и в классической механике, система, согласно законам, …развивается в такие состояния, которые полностью определены, если задано начальное состояние в некоторый начальный момент. Поэтому и здесь настоящее определяет будущее. Но квантовые состояния не точно задают координаты и импульсы частиц; они определяют только вероятность (выделено нами - В.Р.). Случайность в квантовой механике, - считает В.П Демуцкий, - это один из её постулатов.
Неизбежность вероятностного описания физической системы в квантовой механике поясняет Иоганн фон Нейман: … никакое повторение последовательных измерений не может привнести причинный порядок…, ибо атомные явления лежат на краю физического мира, где любое измерение вносит изменение того же порядка, что и сам измеряемый объект, так что последний изменяется существенным образом, в основном из-за соотношений неопределённости.
На квантовом уровне определяющее значение носит размытость сопряженн?/p>