Принципы квантовой механики

Квантовая механика изучает статистические ансамбли микрочастиц и решает три главные задачи.

1) Определение возможных  значений физических величин 

(определение спектра  величин).

2) Вычисление вероятности  того или иного значения этих 

величин в ансамбле микрочастиц.

3) Изменение ансамбля  во времени (движение микрочастиц).

Новые физические идеи, принесенные  квантовой механикой, привели в 30-е  годы к серьезным и порой острым столкновениям между представителями  различных философских направлений.

Дискуссии продолжались отчасти и в послевоенные годы. Эти дискуссии не были бесполезными, так как позволили выяснить более отчетливо многие важные стороны дела, относящиеся к пониманию основ квантовой механики и следствий, вытекающих из нее для методологии науки. В этом отношении советские физики внесли не малый вклад в разъяснение этих основ.

Основные споры сосредоточились  вокруг понимания волновой функции  Дает ли волновая функция объективное  и полное описание физической реальности или оно является только «записной книжкой» наблюдателя, регистрирующего с помощью ее известную информацию? Описывает ли волновая функция состояние частицы или ансамбля частиц?

Другой круг вопросов был связан с проблемой причинности  в квантовой механике. Дело в том, что квантовая механика является статистической теорией. В этой связи высказывались различные взгляды на природу этой статистичности и многие предполагали, что эта статистичность требует обоснования на основе какой-либо полностью детерминированной механики.

Существование различных  точек зрения являлось отчасти следствием недостатка веры в квантовую механику, отчасти недостаточно глубоким анализом некоторых следствий квантовой механики, казавшихся парадоксальными.

В настоящее время  нет никаких оснований не доверять квантовой механике. Сила ее методов полностью доказана и в атомной и в ядерной физике. Отказавшись от описания движений частиц по траекториям, которое в течение столетий казалось%идеалом науки, мы утеряли лишь некоторые иллюзорные надежды. На месте их перед нами открылась поражающая красотой гармония закономерностей, управляющих атомным миром. Классическая механика является простейшим образцом теории, в которой детерминизм господствует самым безраздельным образом. Нас приучили к мысли, что с помощью законов классической механики можно безоговорочно предсказать будущее механической системы, если известны начальные данные этой системы — скорости (или импульса) и координаты частей, составляющих систему.

В XVIII столетии Лаплас, увлеченный логической стройностью и мощностью  средств классической механики, гордо  заявил: «Дайте мне начальные данные частиц всего мира, и я предскажу вам будущее». Однако сейчас мы очень далеки от этой надежды механического века.

На самом деле уже  в концепции самой классической механики содержится нечто, что подрывает  силу строго детерминированных утверждений.

Ясно, что задание начальных  данных всех частиц Вселенной потребовало  бы бесконечного времени. Поэтому на самом деле приходится ограничиться изолированными механическими системами. Предсказания, вытекающие из знания начальных данных такой системы, носят условный характер. Они верпы, если в будущем не произойдет- нарушения предположенной изолированности системы.

Подобным же образом, для получения определенных выводов  о будущем из теории поля, необходимо, кроме начальных данных, знать  еще и условия па границе области. Последние задаются наперед, в будующее. Поэтому и здесь предсказания носят тот же условный характер. Все будет так, как предсказывает теория поля, если на границе области не произойдет чего-либо непредвиденного.

Таким образом, детерминизм в классической физике в некоторой мере иллюзорен. Он содержит в себе предположения о будущем, не вытекающие ни из механики, ни из теории поля.

Если же будем стараться  обойти эту трудность путем расширения рассматриваемой системы, вводя все больше и больше второстепенных факторов, то мы сведем самую лучшую детерминированность к невоспроизводимой случайности.

Великий физик-материалист  Л. Больцмаи один из первых понял, что, прибегнув к методам статистики, мы можем уяснить закономерности в газах, которые созершенно немыслимо описать в терминах механики системы, состоящей из большого числа частиц. В своей знаменитой Я-теореме Больцман показал, что случайные взаимодействия частиц газа ведут к максвелловскому распределению. Видимо, не существует способов «вывести» статистические закономерности из закономерностей детерминированных.

В лучшем случае их удается  совместить. В тех системах, где  случай начинает играть существенную роль, для «вывода» закономерностей всегда приходится делать особые предположения статистического характера. Обычно это предположения о равновероятности тех или иных состояний механической системы.

Следует признать, что  случай способен создать закономерность не хуже детерминизма.

Основатель статистической термодинамики Д. Гиббс, видимо, первый понял, что не обязательно доискиваться пути, каким случай приводит ту или иную механическую систему к определенному, в статистическом смысле слова, состоянию. Можно сделать некоторые предположения и позже сравнить их с опытом.

В современной лауке в самых разнообразных ее областях статистические методы получили такое широкое распространение.  Так предсказания о движении космического корабля будут в силе, если он не столкнется с метеором. Появление же последнего на траектории корабля может быть предсказано только статистически и настолько продемонстрировали свою силу, что мы должны признать, что в жизни Вселенной нельзя игнорировать элемент игры: Случай явно пользуется благосклонностью Закона и подстраивает нам вещи неожиданные или маловероятные. В квантовой механике элемент случайного заложен в самих ее основах в понятии амплитуды вероятности, в волновой функции яр.

Вступая в область  квантовых явлений, мы должны отрешиться от уютных иллюзий детерминизма и  признать существование игры в природе. Каждый раз, как происходит квантовый переход, в природе осуществляется выбор среди различных возможностей.

Вероятность того или  иного выбора предсказывается квантовой  механикой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

Т.Я .Дубнищева  Концепции  современного

естествознания Москва.: издательский центр «академия», 2003

Под редакцией Л. А. Михайлова Концепции современного естествознания

Д. И. Блохинцев Основы квантовой механики 

издательство «наука» главная редакция физико-математической литературы Москва 1976