Корпускулярная и континуальная концепции описания природы
Корпускулярно-волновой дуализм света означает то, что свет обладает одновременно свойствами непрерывных электромагнитных волн и свойствами дискретных фотонов. Он представляет диалектическое единство этих противоположностей.
В опытах со светом было неопровержимо доказано, что он содержит как волновыми, так и корпускулярными свойствами. Было обнаружено, что в проявлении этих качеств имеются вполне определенные закономерности: чем короче длина волны, тем ярче проявляются квантовые (корпускулярные) свойства; чем больше длина волны, тем ярче проявляются волновые свойства света. Так физика XX в. открыла диалектическое единство двух классических противоположностей – частицы и волны.
В настоящее время волновые свойства микрочастиц нашли уже широкое техническое применение, например, в электронном микроскопе. Если увеличение оптического микроскопа происходит в – 2,5 х 103, то увеличение электронного микроскопа происходит в 105 – 106 раз. Сегодня электронные микроскопы позволяют видеть непосредственно атомы и молекулы вещества.
По современным воззрениям квантовый объект выступает не как частица или волна. Это нечто третье, не равное простой сумме свойств волны и частицы, для выражения которого у нас нет соответствующих понятий, подходящего языка.
Для возможно более полного представления о микрообъекте люди должны использовать два типа приборов: один из них позволяет изучать волновые свойства микрообъекта, другой – его корпускулярные свойства. Эти признаки являются несовместимыми в отношении их одновременного проявления, но они оба в равной мере характеризуют микрообъект. При этом не противоречат, а дополняют друг друга. Эта идея была высказана Н. Бором (Нобелевским лауреатом), положена им в основу важнейшего методологического приема современной науки – принципа дополнительности.
|
|
|
Данный способ как общий принцип познания может быть сформулирован следующим образом: всякое истинно глубокое явление природы не может быть определено однозначно с помощью слов нашего языка и требует для своего существования, по крайней мере, двух взаимоисключающих, дополнительных понятий. К числу таких явлений относятся, например, квантовые явления, сама жизнь и другие.
Практически неисчерпаемые открытые возможности живых организмов, обусловленные их чрезвычайно сложным строением и функциями, требуют (согласно точки зрения Н. Бора) применения принципа дополнительности в биологии. Находясь в Японии и любуясь великолепной красотой горы Фудзиямы, Нильс Бор назвал ее «воплощением идей дополнительности» и подчеркнул, что перед нами только совокупность представлений, складывающихся в процессе наблюдения при различном освещении и под разными углами зрения. Это создает полную и очаровательную картину воздушных и стройных линий этой горы.
|
|
|
Еще один пример. Как известно, наука и искусство – это два различных способа изучения окружающего мира. Их совместное существование может служить в какой-то мере иллюстрацией принципа дополнительности. Оба подхода правомерны, но, взятые по отдельности, неполны. Стержень науки представляет логика и опыт. Основу искусства характеризуют интуиция, прозрение и чувства. Но истинная наука всегда близка искусству, а настоящее творчество всегда включает в себя элементы науки. Эти два подхода не противоречат, а дополняют друг друга. Они отражают разные стороны человеческого опыта, но лишь только объединяясь друг с другом дают нам наиболее полное представление о Мире. Неслучайно выдающиеся люди использовали глубокие познания в той и другой области.
Сегодня мы далеки от соотношения неопределенностей для сопряженной пары понятий «наука – искусство», а поэтому не в состоянии ответить на вопрос о степени «ущерба» при одностороннем восприятии жизни. Эта аналогия предоставляет возможность почувствовать единство и противоречивость системы человеческих знаний, обратить внимание на сложность процесса познания и глубокие философские идеи, заложенные в принципе дополнительности Бора.
|
|
|
В классической механике всякая частица движется по определенной траектории и всегда явно характеризует точные значения координаты, импульса, энергии. Микрочастица, обладая волновыми свойствами, не имеет траектории, а значит, не может выделять абсолютные значения координат и импульса.
Меру этой неопределенности (неточности) в значениях координаты и импульса, энергии и времени нашел в 1927 г. В. Гейзенберг (лауреат Нобелевской премии). Это фундаментальный закон природы, который не связан с несовершенством наших приборов. В данном случае принципиально нельзя определить одновременно координату и импульс частицы точнее, чем это допускает соотношение неопределенностей. Это невозможно сделать точно так, как нельзя превысить скорость света, или достичь абсолютного ноля температур, поднять самого себя за волосы, точно также как нельзя вернуть вчерашний день.
Следует заметить, что принципы запрета играют в науке исключительно важную роль. Из невозможности построить вечный двигатель родились термодинамика, закон сохранения и превращения энергии. А из невозможности превысить скорость света образовалась теория относительности.
|
|
|
Состояние. Движение частицы в классической механике характеризуется координатой и скоростью (энергией и импульсом), и вполне определенной траекторией. Основным динамическим уравнением механики Ньютона является формула, выражающая его второй закон, который обобщает опытный материал и его справедливость доказывается на практике. Это уравнение позволяет по заданным силам, действующим на тело, однозначно определить значение координаты и скорости тела в любой момент времени. Наличие у микрочастиц волновых свойств и отсутствие в данный момент одновременно точных значений координаты и импульса свидетельствует о том, что их движение должно описываться таким уравнением, которое бы учитывало эти особенности. Состояние микрочастицы в квантовой механике задается с помощью волновой функции (пси-функции). Относительно ее и записывается основное положение квантовой механики – уравнение Шредингера.
Физический смысл волновой функции, как выяснилось, состоит в том, что квадрат ее модуля в данной точке пространства равен вероятности нахождения частицы в этой точке. Из этого следует, что квантовая механика имеет статистический (вероятностный) характер. Обусловлено это тем, что движение каждой микрочастицы подчиняется вероятностным законам. Зная пси-функцию частицы в данный момент времени, можно найти ее значение и в любой другой временной промежуток, то есть предсказать вероятность нахождения частицы в той или иной точке пространства. Это не означает, что квантовая механика менее точна по сравнению с классической физикой. Она значительно глубже отражает истинное поведение микрочастиц и не определяет то, чего нет на самом деле.
Дата добавления: 2015-12-18; просмотров: 29; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!