Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...
Причинность классическая и причинность квантовая

Причинность классическая и причинность квантовая

План

1. Причинность классическая и причинность квантовая

2. Принцип дополнительности

Вероятностная интерпретация квантовой механики очень многим пришлась не по душе и вызвала многочисленные попытки возврата к прежней, классической схемы описания. Это стремление во что бы то ни использовать старые знания в новых условиях по-людские понятно, но ничем не оправдано. Оно напоминает желание отставного солдата осмыслить все многообразие жизни с позиций устава строевой службы. Безусловно, его возмутит беспорядок в дискоклуб, и довольно трудно объяснить ему, что там действуют несколько иные законы, чем на армейском плацу.

Еще не так давно недобросовестные интерпретаторы квантовой механики с подозрительным рвением пытались отменить ее только на том основании, что она не согласовывалась с придуманными ими схемам. Они возмущались "свободой воли", якобы было даровано электрону, шельмовали соотношение неопределенностей и всерьез доказывали, что квантовая механика нужна наука, то она рассматривает не реальные события, а их вероятности. Но даже те, кто уважительно отнесся к теории атома, не всегда четко осознавали, как понимать причинность атомных явлений, если каждое из них случайно, и насколько достоверны ее предсказания, если все они основаны на понятии вероятности.

Жизненное понятие причинности "Всякое явление имеет свою причину" не требует объяснений, однако для науки оно бесполезно. Причинность в науке требует закона, с помощью которого можно проследить последовательность событий во времени. Если прибегнуть к языку формул, то этот закон приобретает вид дифференциального уравнения, которое получило название уравнения движения. В классической механике такие уравнения - уравнения движения Ньютона позволяют определить заранее траекторию движения частицы, если точно задать ее начальную скорость и координату. Именно такая, быстро очерчена схема объяснения и предсказаниявой точки зрения, традиционным является такая формулировка закона причинности: "зная точное настоящее, можно с уверенностью предсказать будущее" является Однако оно содержит неверную предпосылку: из соотношения неопределенностей мы в принципе не можем знать настоящее во всех деталях. Вывод, однако, остается верным, если понимать его теперь по-новому.

Можно без конца жонглировать парадоксами вроде "закономерная случайность", "достоверная вероятность», однако это ничего не прибавит к нашим знаниям об атоме. Просто нужно хотя бы когда-то понять, что вероятностный описание атома не является результатом усреднения пока еще неизвестных субатомных явлений, а является принципиальной чертой возможностей сегодняшней науки. Пока остаются в силе соотношение неопределенностей Гейзенберга, мы не можем бесконечно уточнять наши знания об индивидуальных квантовые объекты. По сути, нам это не нужно: все тела в природе состоят из огромного количества атомов, а свойства таких систем квантовая механика предполагает совершенно верно, то есть без всякой произвольности.

Ответы квантовой механики на вопрос, что мы задаем природе, зависят от того, какую сторону атомного явления мы хотим изучить более тщательно.

Изучая природу, мы всегда сознательно или бессознательно разделяем ее на две части на объект и наблюдателя. Такое разделение не является однозначным; он зависит от того, какое явление мы изучаем и что мы хотим о нем узнать. Если во явлением мы понимаем движение отдельной частицы, то это событие дискретная случайная и по большей части не подлежит наблюдению. Но если явлением мы называем результат наблюдения за движением многочисленных одинаковых квантовых объектов, то это событие непрерывна, закономерная и описывается волновой функцией.

Квантовая механика изучает только такие явления и объекты. Для них она дает достоверные и единственно правильные предсказания, что до сих пор ни разу не были опровергнуты опытом.

Принцип дополнительности

Принцип дополнительности, сформулированный Н. Бором в 1927 году, является одной из найглибших философских и естественнонаучных идей нашего времени. С этой идеей можно сравнить только такие идеи, как принцип относительности или представление о физическом поле.

Толчком к созданию Бором его принципа дополнительности оказались результаты Гейзенберга его знаменитое "соотношение неопределенностей". Бор обратил внимание на тот факт, что координату и импульс частицы нельзя измерить не только одновременно, но и с помощью одного прибора. Эти измерения должны выполняться с использованием приборов, существенно различаются; несовместимость этих приборов естественно обусловлено противоречивостью свойств исследуемых с их помощью. Эти свойства действительно несовместимы, но одинаково необходимы для полного описания объекта. Дополнительность так определил Бор эти свойства.

Действительно, поток света мы исследуем с двух позиций. Во-первых, с помощью различных специальных методов исследуются спектральные характеристики света которые длины волн у излучении, а, во-вторых, его энергетические характеристики, поскольку определяется распределение энергии в спектре. В первом случае изучаются волновые свойства света, а во втором корпускулярные, так как энергию переносят фотоны. Эти характеристики изучаются с помощью принципиально различных приборов; они являются взаимодополняющими, так как волновые и корпускулярные показатели одинаковой степени необходимы для полного описания такого явления, как свет.

В переводе на язык абстрактных понятий приведенное рассуждение можно обобщить следующим образом. Квантовый объект это "вещь в себе", пока мы не определили способа его наблюдения. Различные свойства требуют использования различных способов, иногда несовместимых между собой. Фактически возникает "экспериментальная ситуация", действующими лицами которой выступают взаимосвязанные "объект" и "наблюдение"; друг без друга они не имеют смысла. Результат реализации экспериментальной ситуации (явление) отражает влияние прибора на исследуемый объект. Выбирая различные приборы, ми меняем экспериментальную ситуацию и изучаем разные явления. И хотя дополнительные явления нельзя изучить одновременно, в одном опыте, они одинаково необходимы для полного описания объекта исследования.

Корпускулярно-волновой дуализм вызывает у неопытного человека вполне естественное сопротивление понятие "частица" и "волна" нам трудно объединить в сознании. Эту причину несовместимости в нашем сознании дополнительных понятий, однако, можно объяснить. Чтобы объяснить результаты исследования микромира, мы вынуждены прибегать к наглядных образов, которые возникли еще в донаучные времена, и эти образы не совсем пригодными для наших целей. Среди основных положений формальной логики «Правило исключенного третьего": из двух противоположных высказываний одно является истинным, другое ложным, а третьего быть не может. В классической физике не было случая, который бы вызвал сомнение в этом правиле, поскольку понятие "частица" и "волна" действительно противоположные и несовместимые. Но оказалось, что в квантовой физике они одинаково хорошо применимы для описания свойств тех же объектов, и использовать их надо одновременно. Бор объяснил, что нельзя безоговорочно применять классические понятия для описания квантовых явлений. В квантовой физике меняются не только понятия, но и постановка вопросов о сущности физических явлений. Паули даже предлагал назвать квантовую механику «теорией дополнительности» по аналогии с теорией относительности Эйнштейна.

На идеально поставленный вопрос можно ответить коротко: "да" или "нет". Бор доказал, что вопрос "волна или частица" применительно к атомной объекта поставлен неправильно, таких раздельных свойств атом не имеет, и потому на этот вопрос нельзя дать однозначный ответ "да" или "нет". Квантовый объект это не частица и не волна, и ни то, ни другое одновременно. Квантовый объект это нечто третье, такое, что не равна сумме свойств волны и частицы, подобно тому, как русалка это не сумма женщины и рыбы. У нас нет органов чувств и образов, чтобы представить себе свойства цией атомной реальности. Две дополнительные свойства квантового объекта нельзя разделить, не разрушив при этом полноту и единство природы.

Гейзенберг отверг идеализацию классической физики понятие "состояние физической системы, независимый от наблюдения". Этим он предсказал один из последствий принципа дополнительности, поскольку "состояние" и "наблюдения" дополнительные понятия. Взятые порознь они неполные, и поэтому могут быть определены только совместно, одно через другое. Более строго, они вообще не существуют порознь: мы всегда наблюдаем не вообще что-то, а непременно какое-то состояние. Г наоборот: всякий состояние это вещь в себе до тех пор, пока мы не найдем способ его наблюдения.

Понятие "волна" и "частица", "состояние" и "наблюдения" это идеализации, необходимые для понимания квантового мира. Классические картины е дополнительными в том смысле, что для полного описания сущности квантовых явлений необходимо их гармоничное сочетание. Однако в пределах привычной логики они могут существовать независимо, если области их применимости взаимно ограничены.

Эти и другие подобные примеры, как показал Бор, являются отдельными проявлениями общего правила любое истинно глубокое явление природы нельзя определить однозначно с помощью слов нашего языка; оно требует для своего определения по крайней мере двух взаимоисключающих дополнительных понятий. Это означает, что при условии сохранения нашего языка и привычной логики мышления в форме дополнительности устанавливает пределы для точной формулировки понятий, соответствующих истинно глубоким явлениям природы. Такие определения или однозначные, но неполные или полные, но тогда неоднозначны, поскольку включают в себя дополнительные понятия, несовместимые в пределах обычной логики. Среди таких понятий понятие "жизнь", "квантовый объект", "физическая система" и даже само понятие "Познание природы".

Бор проводил огромную и напряженную работу, исследуя применения понятия дополнительности и в других, кроме физики, областях знания. Эту задачу он считал не менее существенной, чем чисто физични исследования.

Или сводятся биологические закономерности к физико-химических процессов? На первый взгляд, все биологические процессы определяются движением частиц, из которых состоит живая материя. Предельное выражение такой точки зрения определение физиологии как «физической химии азотсодержащих коллоидов". Но такой взгляд отражает только одну сторону дела. Другая сторона, более важная закономерности живой материи, хотя и определяются законами физики и химии, но не сводятся к ним. Для биологических процессов характерна финалистична закономерность, которая отвечает на вопрос "зачем?". Физику же интересуют только вопросы "почему?" и "как?". Виталисты считают существенной только биологическую закономерность, отрицая физико-химический аспект биологических процессов.

Правильное понимание биологии возможно только на основе дополнительности физико-химической причинности и биологической целеустремленности. Понятие дополнительности позволяет осуществлять описание живых процессов на основе взаимодополняющих подходов.

В статье "Свет и жизнь" Бор замечает, что "непрерывный обмен веществ между организмом и окружающей средой необходим для поддержания жизни, в результате чего четкое выделение организма как физико-химической системы представляется невозможным. Поэтому можно считать, что любая попытка провести резкую грань, позволяет осуществить исчерпывающий физико-химический анализ, вы зовет такие изменения в обмене веществ, которые несовместимы с жизнью организма ... ".

Действительно, пытаясь изучить детали механизма жизнедеятельности клетки, мы подвергаем ее различным, порой губительным воздействиям - нагреванию, пропусканию электрического тока, исследованию в электронном микроскопе и т.д. В конце концов мы разрушим клетку и поэтому ничего не узнаем о ней как о целостном живой организм. Однако ответ на вопрос "Что такое жизнь?" требует и анализа, и синтеза одновременно. Процессы эти несовместимы, но не противоречивы, а дополнительные, и необходимость принимать их во внимание одновременно лишь одна из причин, по которым до сих пор не существуетесть ответы на вопросы о сущности жизни.

Бор много размышлял над применением понятия дополнительности в психологии. Он говорил: "Мы все знаем старое высказывание о том, что, пытаясь анализировать наши переживания, мы перестаем их испытывать. В этом смысле слова мы обнаруживаем, что между психологическими опытами, для описания которых целесообразно употреблять слова" мысли "и" чувства ", существует соотношение дополнительности, подобное тому, которое существует между данными о поведении атомов ".

Физическая картина явления и его математическое описание являются дополнительными. Создание физической картины требует пренебрежения деталями и не ведет к математической точности. И наоборот, попытка точного математического описания явления затрудняет его понимание.

Наука это только один из способов изучения окружающего мира; другой, дополнительный способ, воплощенный в искусстве. Совместное существование искусства и науки одна из иллюстраций принципа дополнительности. Стержень науки логика и опыт; основа искусства интуиция и прозрения. Они не противоречат, а дополняют друг друга: настоящая наука подобна искусства точно так же, как настоящее искусство всегда включает в себя элементы науки. В высших своих проявлениях они неразличимы и неразделимы, как свойства "волна-частица" в атоме. Они отражают различные дополнительные стороны человеческого опыта и лишь взятые вместе дают нам полное представление о мире. Мы только не знаем, к сожалению, "соотношение неопределенностей" для сопряженной пары понятий «наука-искусство», а потому и степень убыточности при одностороннем восприятии жизни.

Эта аналогия, как и любая аналогия, и неполна, и нестрогая. Она только помогает почувствовать единство и противоречивость всей системы человеческих знаний.

На вопрос «Что является дополнительным к понятию истины?" Бор ответил: "Ясность".

Список использованной литературы

1. Абачиеп С. К. Концепции современного естествознания (в 2-х частях). Балашиха. - 1988. - I ч .: 150 с, II ч .: 190 с.

2. Ампер А. Электродинамика. М.: ИЛ. — 1954. — 369 с.

3. Античная цивилизация. — М.: Наука. — 1973. — 269 с.

4. Аристотель. Соч. В 4-х тт. Т. 4. - М.: Мысль. - 1983. - 828 с.

Загрузка...