Концепція атомізму (стр. 2 из 4)

Протистояння двох точок зору на природу континууму - атомістичної, представники якої мислять безперервне тим, що складаються з неподільних елементів, і антиатомістичної, захисники якої заперечують можливість скласти континуум з неподільних як їх сума, в основі своїй має онтологічну дилему, сформульовану ще стародавніми філософами, що обговорювалася протягом багатьох століть і що не втратила своєї актуальності і сьогодні: що є реально існуючим і складає справжній предмет наукового знання: буття або становлення? З V в. до н.э., перш за все в навчаннях елеатів, а потім Платона одержує своє перше і достатньо глибоке обгрунтовування точка зору, що реально існує лише те, що незмінне і самототожне; воно і одержує назву буття. Через саме свою незмінність і тотожність самому собі буття тільки і може бути осягнуто розумом за допомогою понять і, таким чином, стати предметом строгого наукового знання. Що ж до оточуючого нас плотського світу, в якому відбувається безперервна зміна, рух, всі явища якого зазнають трансформації і ніколи не залишаються тотожними і рівними собі, то він виявляє собою не буття, а становлення і як таке є предмет не знання, а лише мінливої і недостовірної думки.

При обговоренні питання про природу континууму і особливо про природу часу як одновимірного і необоротного континууму ця антитеза буття і становлення грає важливу роль. Що стосується часу, то тут ситуація особливо наочна: ті, хто вважають предметом науки буття як початок стійкості і постійності, а тому шукають незмінну основу мінливих явищ, схильні усувати чинник часу при вивченні природи. Навпаки, ті, хто ототожнюють поняття “природа” і “становлення” і намагаються створити засоби для пізнання самої зміни і руху, переконані в тому, що час є ключовий чинник в житті природи і відповідно грає ведучу роль в її пізнанні[6].

Припустимо, що кулемет обстрілює броньовий щит з двома близько розташованими отворами |1 і |2, так що частина куль пролітає крізь ці отвори і потрапляє на екран, який ми розглядатимемо як наглядовий. Пролітаючі через отвори кулі сильно розсіваються і тому досить рівномірно покривають значну площу екрану. Очевидно, що якщо I1 - густина потоку куль в деякій точці екрану, проходячих через отвір |1 (при закритому отворі |2), а I2 - густина потоку куль в тій же точці екрану, проходячих через отвір |2 (при закритому отворі |1), то густина потоку куль через обидва отвори буде рівна

Такий закон складання двох потоків частинок або корпускул. Крім того, у принципі можливий точний розрахунок траєкторії польоту і місця попадання на екран будь-якої кулі.

Розглянемо тепер замість кулемета джерело хвиль на поверхні моря. Ці хвилі розповсюджуються аж до загороджувального ряду з барж, між якими залишені два близько розташованих проходу, прохід |1 і прохід |2. Хвилі, що пройшли через ці проходи, врешті-решт, досягають наглядового екрану.

Дані хвилі характеризуються відхиленням H поверхні води від рівноважного рівня. H є функцією координат і часу і аналогічна хвильовій функції квантової механіки. Вона є хвилею, що біжить, наприклад, синусоїдального вигляду:

Тут r - відстань до проходу

- довжина хвилі, T - період коливань.

Розповсюдження хвиль, проте, значно відрізняється від польоту куль. По-перше, хвильова функція H приймає негативні значення, тому що рівень води відхиляється те вгору, то вниз. По-друге, густина потоку енергії хвиль залежить від квадрата хвильової функції:

По-третє, не можна говорити, що хвиля пройшла від джерела до екрану або через прохід |1, або через прохід |2, як це було у разі куль, хвиля використовує обидва проходи. Якщо закрити один з проходів, хвилювання перед екраном зміниться якісно, а не просто зменшиться удвічі, як у разі куль. Хвилювання H1, що виникає, якщо відкритий тільки прохід |1, складається з хвилюванням H2, що виникає, якщо відкритий тільки прохід |2:

H = H1 + H2

Це називається суперпозицією. При цьому утворюються зони, де сумарна хвильова функція рівна нулю:

H = H1 + H2 = 0

Це зони спокійної води, де відсутнє хвилювання, де одна хвиля погасила іншу. Таке явище називається інтерференцією. При інтерференції складаються хвильові функції, а не густина потоків. Результуюча густина потоку може бути обчислений як квадрат сумарної хвильової функції:

Зокрема, густина потоку рівна нулю в зонах, де відсутнє хвилювання.

Електромагнітні хвилі, які ми скорочено називатимемо світлом, на перший погляд, схожі на морські хвилі. Ми знову розглянемо конструкцію того ж типу: джерело освітлює непрозорий екран з двома близько розташованими отворами |1 і |2, за яким знаходиться наглядовий екран. На цьому екрані спостерігається інтерференційна картина. Проте при зменшенні інтенсивності світла стає очевидно, що інтерференційна картина розпадається на окремі спалахи. Якщо наглядовий екран покритий світлочутливим шаром, він поступово покриється чорними фотографічними зернами. Це відбувається тому що світло розповсюджується і поглинається порціями. Ці порції називаються квантами світла або фотонами. Атоми світлочутливого шару, захоплюючи порції світла, збуджуються і при прояві стають зародками фотографічних зерен.

Квантування світла використовував Планк, займаючись тепловим випромінюванням і довів Ейнштейн, пояснивши фотоефект. Енергія фотонів рівна

а імпульс фотонів

h = 6,6·10-34 Дж·с - постійна Планка

- частота світла - довжина хвилі.

Задовго до Ейнштейна, за часів торжества хвильової теорії світла, тільки Ньютон з прозорливістю генія послідовно відстоював корпускулярну теорію світла, не дивлячись на повну неможливість сумістити її з результатами інтерференційних дослідів. Інтерференція фотонів дійсно не може бути пояснений в тому значенні, що не існує аналогічного явища в знайомому нам макроскопічному світі речей.

Перехід від механіки крапки до механіки континууму його попередники і сучасники намагалися здійснити на основі молекулярних уявлень. Матеріальні крапки - це корпускули (тельця) і центри сил. Інакше кажучи, мали на увазі, власне, не механіку континууму, а механіку на рівні молекулярної будови речовини. Для успішного вирішення такої проблеми у той час не був ще підготовлений грунт ні у фізиці, ні в математиці. Величезним досягненням Ейлера в математичній фізиці є те, що він зміг подолати традицію і знайти новий плідний підхід: підхід з погляду теорії поля (по сучасній термінології). Такий підхід можна помітити і в деяких роботах Ейлера 40-х років; цілком чітко він виступає в класичній роботі 1753 р. "Загальні принципи стану рівноваги рідин", Ейлер остаточно звільнився від корпускулярної традиції і наполягає на тому, що принципи механіки потрібно застосовувати безпосередньо до реальних тіл, виходячи з безперервного розподілу в них речовини. В цій континуальній моделі корпускула стає математичною крапкою - носієм трьох координат, і лише.

Якщо закрити отвір |2, інтерференційна картина зникне. Магнітна складова H електромагнітної світлової хвилі, що пройшла через отвір |1, зробиться приблизно однаковою в різних точках екрану. Відповідно, екран рівномірно покриватиметься фотографічними зернами. В цьому не було б ніщо дивне. Проте після відкриття отвору |2 фотони перестануть потрапляти в ті місця, де сумарна хвильова функція H = H1 + H2 = 0, не дивлячись на те, що отвір |1 як і раніше залишається відкритим. Неможливо зрозуміти, яким чином фотони можуть гасити фотони[7].

Проте найдивніші явища виникають, якщо світло замінити потоком електронів. Виявляється, електрони створюють приблизно таку ж інтерференційну картину, як фотони. Іншими словами, електрони, як і фотони, можуть інтерферувати один з одним, зокрема, гасити один одного. Більше того, з'ясувалося, що всі елементарні частинки поводяться подібним дивним чином. Для того, щоб розраховувати подібні явища учені і створили квантову механіку.