ПРИНЦИП НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ В КВАНТОВОЙ МЕХАНИКЕ

Принцип неопределенности впервые сформулировал известный немецкий физик Вернер Гейзенберг (1901 —1976) в виде соотношения неточностей при определении сопряженных величин в квантовой механике. Суть его заключается в следующем: если мы стремимся определить значение одной из сопряженных величин в квантовомеханическом описании, например координаты х, то значение другой величины, а именно импульсар = mv, нельзя определить с такой же точностью. Иначе говоря, чем точнее определяется одна из сопряженных величин, тем с меньшей точностью определяется другая. Это соотношение неточностей, или принцип неопределенности, выражается следующей формулой:

где Дх — приращение координаты;

Ар — приращение импульса;

h — постоянная Планка.

Таким образом, принцип неопределенности постулирует следующее.

Невозможно с одинаковой точностью определить и положение, и импульс микрочастицы. Произведение их неточностей не должно быть меньше постоянной Планка.

На практике, конечно, неточности измерения бывают значительно больше, чем тот минимум, который предписывает принцип неопределенности, но речь идет о принципиальной стороне дела. Границы, которые устанавливаются этим принципом, не могут быть преодолены путем совершенствования средств измерения. Поэтому принцип неопределенности, по крайней мере в настоящее время, считается фундаментальным положением квантовой механики и неявно фигурирует во всех ее рассуждениях. Теоретически не исключается возможность отклонения от этого принципа и соответственно изменения связанных с ним законов квантовой механики, но в настоящее время он считается общепризнанным.

Из принципа неопределенности непосредственно следует, что вполне возможно осуществить эксперимент, с помощью которого можно с большой точностью определить положение микрочастицы, но в таком случае импульс ее будет определен менее точно. Наоборот, если импульс будет определен с возможной степенью точности, тогда ее положение будет определено недостаточно точно.

В квантовой механике любое состояние системы описывается посредством так называемой волновой функции, но в отличие от классической механики эта функция определяет параметры ее будущего состояния не достоверно, а лишь с той или иной степенью вероятности. Это означает, что для того или иного параметра системы волновая функция может давать лишь вероятностные предсказания. Например, будущее положение какой-либо частицы системы будет определено лишь в некотором интервале значений, точнее говоря, для нее будет известно лишь вероятностное распределение значений.

Таким образом, квантовая физика фундаментально отличается от классической физики тем, что ее предсказания имеют лишь вероятностный характер, и потому она не обеспечивает точных предсказаний, к каким мы привыкли в классической механике. Именно эта неопределенность или неточность ее предсказаний больше всего вызывает споры среди ученых, и потому некоторые из них стали в связи с этим говорить об индетерминизме квантовой механики. Отметим, что представители классической физики были убеждены, что по мере развития науки и совершенствования измерительной техники законы науки станут все более точными и достоверными, они верили, что никакого предела для точности предсказаний не существует. Принцип неопределенности, лежащий в основе квантовой механики, в корне подорвал эту веру.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >