Для описания микрообъектов Н. Бор сформулировал в 1927 г. принцип дополнительности:
· получение экспериментальной информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект (элементарную частицу, атом, молекулу), неизбежно связано с потерей информации о некоторых других величинах, дополнительных к первым.
Такими взаимно дополнительными величинами можно считать, например, координату частицы и ее скорость (или импульс). С физической точки зрения принцип дополнительности часто объясняют влиянием измерительного прибора (макроскопического объекта) на состояние микрообъекта. При точном измерении (имеется в виду измерение в пределах ошибки эксперимента) одной из дополнительных величин (например, координаты частицы) с помощью соответствующего прибора другая величина (импульс) в результате взаимодействия частицы с прибором претерпевает полностью неконтролируемое изменение. С позиции квантовой теории роль прибора в измерениях заключается в "приготовлении" некоторого состояния системы. Состояния, в которых взаимно дополнительные величины имели бы одновременно точно определенные значения, принципиально невозможны, причем если одна из таких величин точно определена, то значения другой неопределенны. Таким образом, фактически принцип дополнительности отражает объективные свойства квантовых систем, не связанные с наблюдателем. [3, с.150]
Микромир образуют микрочастицы, которыми являются элементарные частицы (электроны, протоны, нейтроны, фотоны и другие простые частицы), а также сложные частицы, образованные из сравнительно небольшого числа элементарных частиц (молекулы, атомы, ядра атомов и т.п.) Термин "микрочастица" отражает только одну сторону объекта, к которому он применяется. Всякий микрообъект (молекула, атом, электрон, фотон и т.д.), представляет собой образование особого рода, сочетающее в себе свойства и частицы, и волны. Может быть, правильнее было бы называть его "частицей-волной". Микрообъект не способен воздействовать непосредственно на наши органы чувств - ни видеть, ни осязать его нельзя. Ничего подобного микрообъектам в воспринимаемом нами мире не существует. Микротела не похожи ни на что из того, что нам хоть когда-нибудь приходилось видеть.
Обнаружено, что элементарные частицы могут взаимно превращаться, т.е. не являются "последними кирпичиками" мироздания. Стало ясно, что число элементарных частиц не должно быть особенно большим.
В механике микромира уравнение Шредингера для волновой функции играет ту же роль, что и уравнение Ньютона в классической механике. В уравнении, объясняющем поведение электрона в атоме, содержится волновая функция, квадрат модуля которой определяет положение электрона в данной точке в каждый момент времени. Главным открытием квантовой механики является вероятностный характер законов микромира.
Частицам вещества в микромире присущ корпускулярно-волновой дуализм: в одних явлениях они проявляют волновые свойства, а в других - корпускулярную природу. Поэтому для изучения свойств микромира применяют принцип дополнительности, введенный Н. Бором в 1927 г.
Фундаментальным в квантовой теории является принцип неопределенности, определяющий границы применимости классических представлений при описании свойств микромира. Невозможно с одинаковой точностью определить и положение, и импульс микрочастиц.
В результате экспериментов по рассеянию α-частиц Резерфордом была предложена планетарная модель строения атома. При заполнении электронами орбит в атоме соблюдается принцип Паули: два электрона не могут находиться в одном и том же состоянии.
Важнейший философский вывод из квантовой механики заключается в принципиальной неопределенности результатов измерений и, следовательно, невозможности точного предвидения будущего.
1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.: Центр, 2002. - 208 с.
2. Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Концепции современного естествознания: Учебник. - М.: Издательско-торговая корпорация "Дашков и К°", 2004. - 692 с.
3. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. – М.: ГУП "Издательство "Высшая школа", 2003. – 487 с.
4. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учебное пособие. – М.: Гарадарики, 2003. – 476 с.
5. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. - М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1999. - 288 с.