Рассматривая различные способы определения состояния, положения и импульса свободной частицы, Гайзенберг пришел к следующему выводу. Положение частицы в принципе можно определить освещая ее (столкновения с фотоном), но поскольку фотон имеет импульс и энергию он передаст их в какой то мере частице и ее импульс и энергия потеряют определенность (точное знание). Причем наиболее благоприятные для определения положения электрона фотоны малой длины волны являются наиболее неблагоприятными в смысле определенности импульса. Наоборот условия благоприятные для измерения импульса – самые неблагоприятные для определения положения электрона.
Рассмотрим электрон в атоме. Облучая, светом малой длины волны (видимый свет), мы установим состояние электрона в атоме (по спектру), причем возникнет неопределенность в состоянии в течение короткого времени(если время наблюдения велико, сохранится начальное состояние). Полностью будет отсутствовать информация о локализации электрона и его импульсе. Попытка определить импульс и положение электрона (малая длина волны) приведет к необратимому изменению состояния (свободный электрон, ионизация).
Все это математически выражается соотношением неопределенностей Гайзенберга
и Гайзенберга – Бора
.
Соотношения неопределенностей не являются ограничением для совершенствования измерений и познания физических систем они определяют границы классического понимания физических величин и способа описания.
Отчасти мы уже коснулись относительности к средствам наблюдения физических систем. В основе лежит неразделимость физической системы и прибора, с помощью которого мы создали систему, и прибора, которым мы производим измерение над системой. Прибор при измерениях микроскопических систем макроскопический. Прибор сформировал состояние. Прибором производится измерение. В квантовой физике измерение присутствует изначально и от него нельзя абстрагироваться. Из измерений выводятся свойства квантовых объектов, а представления и выводы теории формулируются как ожидаемые результаты взаимодействия квантовой системы с макроскопическим прибором. Есть величины, которые не зависят от приборов – масса, заряд, спин, и т.д., но и их мы видим в результате взаимодействия с прибором. Есть величины и проявления квантовых систем (например, корпускулярные и волновые), проявление которых полностью определяется прибором. Соотношения неопределенности приводит к тому, что некоторые свойства квантовых систем не проявляются одновременно и требуют использования несовместимых внешних условий и приборов. Свойства дополняются.
При данных внешних условиях (сформировали состояние) результат измерения над микроскопической системой вообще говоря не определен однозначно, а можно указать только вероятность того или иного результата. Это не статистика, а потенциальная возможность. В конкретном измерении мы имеем вполне определенный результат. В теории предсказание, которое согласуется с многократными измерениями над системой. Пример – спектр поглощения атомом получаем из многократных наблюдений за одним атомом или, что эквивалентно, за большим количеством одинаковых атомов. В конкретном измерении произошло поглощение, а затем испускание одного конкретного фотона с переходом в какое-то возбужденное состояние и обратно в основное. При многократном повторении опыта получим набор переходов, которые имеют ту или иную представительность, которая предсказывается через вероятность перехода в теории. В классической физике вероятность проявление неполноты знаний о системе. В квантовой физике это предсказание результата измерения.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.