Принцип неопределенности

Принцип дополнительности

Принцип дополнительности представляет собой одну из самых глубоких идей современного естествознания. Квантовый объект – это не волна, и не частица по отдельности. Экспериментальное изучение микрообъектов предполагает использование двух типов приборов: один позволяет изучать волновые свойства, другой – корпускулярные. Эти свойства несовместимы в плане их одновременного проявления. Однако они в равной мере характеризуют квантовый объект, а потому не противоречат, а дополняют друг друга.

Принцип дополнительности был сформулирован Н. Бором в 1927 г., когда оказалось, что при экспериментальном исследовании микрообъектов могут быть получены точные данные либо об их энергиях и импульсах (энергетически-импульсная картина), либо о поведении в пространстве и времени (пространственно-временная картина). Эти взаимоисключающие картины не могут применяться одновременно. Так, если организовать поиски частицы с помощью точных физических приборов, фиксирующих ее положение, то частица обнаруживается с равной вероятностью в любой точке пространства. Однако эти свойства в равной мере характеризуют микрообъект, что предполагает их использование в том смысле, что вместо одной единой картины необходимо применять две: энергетически-импульсную и пространственно-временную.

В широком философском смысле, принцип дополнительности Н. Бора проявляется в характеристике разных объектов исследования в рамках одной науки.

Принцип неопределенности

Микрочастица, обладая волновыми свойствами, не имеет траектории, а значит, не имеет одновременно точных знаний координаты и импульса. Это означает, что координаты, импульс, энергия микрочастицы могут быть заданы лишь приблизительно.

Количественно это выражается соотношением неопределенностей В. Гейзенберга (1901-1976). Согласно соотношению неопределенностей Гейзенберга, принципиально нельзя определить одновременно координату и импульс частицы точнее, чем это допускает соотношение неопределенностей. Микрочастица не может иметь одновременно координату х и определенный импульс р, причем неопределенности этих величин удовлетворяют условию ∆х х ∆р ≥ h (где h - постоянная Планка), т.е. произведение этих неопределенностей не может быть меньше h. Этот предел довольно мал, поскольку мала h - постоянная Планка, но он существует, и это закон природы. Произведение погрешностей в измерениях положения объекта и его момента (произведение массы объекта на его скорость) не может быть меньше постоянной Планка. Ни одним эмпирическим методом не удалось доказать этот принцип.

Принцип неопределенности означает, что положение электрона невозможно определить, потому что электрон настолько быстро, что представляет как бы волну, «размазанную по атому». Существующий эксперимент по определению положения электрона с помощью щели имеет неизбежное ограничение: чем уже щель, тем больше дифракционное отклонение, тем значительнее меняется первоначальный импульс^[17].

Не существует метода, с помощью которого можно было бы однозначно зафиксировать положение субатомной частицы и одновременно определить ее скорость. Можно определить либо то, либо другое. В качестве одного из примеров, иллюстрировавших принцип неопределённости, Гейзенберг приводил воображаемый микроскоп как измерительное устройство. Для наблюдения положения микрочастицы в неё должен попасть хотя бы один фотон, который изменит скорость частицы.