Концептуальные основания физики, страница 15

И, наконец, в исследовании человеской культуры понятия энергии, энтропии, негэнтропии и информации получают совершенно особое наполнение и при этом «встраивают» культуру в единый эволюционный процесс.

5. Основные закономерности микромира. Квантовая механика.

А) История и особенности открытия явлений миеромира. Явления микромира открываются человеку только тогда, когда становится понятным, что существуют физические объекты с необычным поведением – не определенно-стабильным, а квантовым, дискретным. Открытие таких объкетов было связано с исследованием излучения, прежде всего теплового. В 1900 году М. Планк пришел к убеждению, что тепловое излучение осуществляется квантами (порциями). А затем Эйнштейн показал, что дискретность – свойство света.

Он объяснил экспериментальные данные, касающиеся фотоэффекта – испускания веществом электронов под воздействием электромагнитного излучения. Электроны, поглощая фотоны, увеличивают свою энергию и в результате способны покинуть вещество. Электромагнитное поле – поток квантов (фотонов). Фотон же – элементарная частица с нулевой массой и спином. Только такая необычная частица могла, по мнению Эйнштейна, объяснить природу света.

В 1911 году Э. Резерфорд предложил модель атома с вращающимися вокруг ядра по стационарным орбитам электронами. Непонятно только было, почему электроны не падают на атом после излучения. Н. Бор в 1913 году объяснил это тем, что электроны излучают энергию, только когда перескакивают с одной орбиты на другую, т.е. реализуют необычную модель поведения.

Анализируя эту модель, Луи де Бройль в 1924 году выдвинул гипотезу корпускулярно-волнового дуализма. Он утверждал, что все частицы материи, а не только фотоны обладают как корпускулярными, так и волновыми свойствами.

В классической механике волновые свойства не могли быть приписаны частице. Они понимались как весьма характерное чередование пространственных областей усиления или ослабления интенсивности результирующей волны в процессе дифракции и интерференции, характерных для звука, света, возмущений поверхностей жидкостей. Но точно также не возможно было приписать и понятие корпускулы так понимаемой волне.

Э. Шредингер впервые попытался описать волновую природу частицы с помощью математики и использовать для описания квантовых явлений понятие волновой функции. Было выяснено, что операции с волновой функцией позволяют вычислить вероятности квантово-механических событий.

Но при этом волновая функция описывает не сам объект как такой и даже не его потенциальные возможности. Она вступает как выражение вероятностной природы физических объектов микромира, как обозначение особого способа соотнесения в микромире импульса частицы, ее координаты, энергии и времени жизни. Это именно математическая функция, которой придается статус физической.

Языком квантовой механики становится математика, а приемы обычной механики, примененной к явлениям микромира, просто не подтверждаются. Уравнения квантовой механики непротиворечиво описывают весь спектр квантово-механических явлений. Причем в квантовой механике различают параметры микрообъектов и операторы, их обозначающие. Уравнения квантовой механики касаются не напрямую координаты, импульса, момента импульса и энергии частиц, а операторов, их обозначающих. Параметры же называются собственным значением операторов.

Б) Важнейшие идеи квантовой механики. К наиболее характерным чертам и идеям квантовой механики можно отнести следующие:

- Принцип наблюдаемости (а точнее ненаблюдаемости). В. Гейзенберг сформулировал принцип наблюдаемости: «Разумно включать в теорию только величины, поддающиеся наблюдению». Но в квантовой механике он не выполняется. Основной формулой квантовой механики является следующая:  оператор параметра (А) равен параметру (а), умноженному на волновую функцию (y). Но из этих трех экспериментально регистрируем только второй. Начинает работать принцип: что существует, то измеряется; что измеряется, то и существует.