Съвременни проблеми на квантовата физика

Цялата класическа физика е изградена въз основа на идеята за непрекъснатия характер на пространството, времето, движението, непрекъснатия характер на промяната във всички физически величини. Тази континуалистична методология, произхождаща от разбирането на движението от Аристотел, изигра важна роля в развитието на математическата физика, по-специално при създаването на диференциално и интегрално смятане. Съответно, при извеждането на закона, Rayleigh and Jeans се ръководиха от концепцията за непрекъснат характер на радиацията. Гениалната хипотеза на Планк постулира, че материята не може да излъчва или абсорбира енергия, освен в крайни части (кванти), пропорционални на излъчената (или погълната) честота. Енергията на една порция (квантова) E = h v, където v е честотата на излъчване, а h е някаква универсална константа, наречена константа на Планк.

Изхождайки от тази хипотеза, Планк получи нов закон за разпределението на спектралната енергийна плътност на излъчването на абсолютно черно тяло, което дава пълно съгласие с експеримента.

Важността на откритието на Планк не беше осъзната веднага. Явлението обаче вече беше готово, което се оказа възможно да се обясни само с използването на идеята, изразена от Планк. Това е феноменът на фотоелектричния ефект, чиито закони също противоречат на очакваното от класическата физика. През 1905 г. А. Айнщайн обръща внимание на факта, че явлението на фотоелектричния ефект показва дискретна природа на светлината в съответствие с хипотезата на Планк. В този случай дискретната природа на светлината се проявява не само в актовете на излъчване или поглъщане, но и в свободното разпространение на радиацията в пространството във времето. С други думи, светлината е поток от корпускули, кванти. Айнщайн нарича леки кванти фотони. През 1923 г. е открито друго явление, което потвърждава съществуването на фотони - ефектът на Комптън.

Феноменът на намеса и. дифракцията не е нищо повече от суперпозицията на кохерентни вълни една върху друга; тоест тези явления отразяват вълновата природа на конкретни материални обекти. Откритието на Планк не отменя редица ефекти, при които светлината проявява своите вълнови свойства. Но в същото време бяха открити явления, които свидетелстват за корпускуларната природа на светлината. По този начин те започнаха да говорят за двойствеността на светлината вълна-частица: в някои ситуации светлината се държи като вълна; а в други ситуации, несъвместими с първата в същия експеримент, светлината се държи като поток от фотони. Нека се спрем на концепцията за фотон.

3. ПРИНЦИПЪТ НА НЕИЗВЕСТНОСТТА НА ХАЙЗЕНБЕРГ

Горният експеримент ясно показва, че точното познаване на координатата на един електрон означава пълно непознаване на неговия импулс и обратно. Тази ситуация е напълно необяснима от гледна точка на класическата физика. Физиците са положили много усилия, за да премахнат възникналото противоречие, за да запазят класическия идеал за описание на движението на физическите обекти. Най-революционно мислещите учени смятаха, че подобно некласическо поведение на обектите в микрокосмоса изисква критична ревизия на самата концепция за „частица“, точно локализирана във времето и пространството. Можем да говорим само за вероятността къде се намира частицата в даден момент от времето и това е неизбежна последица от въвеждането на константата на Планк във физическата теория на концепцията за квантовите скокове. Физическата интерпретация на „некласическото“ поведение на микрообектите е дадена за първи път от Вернер Хайзенберг, който посочи необходимостта да се изостави концепцията за обектите в микросвета като обекти, движещи се по строго определени траектории, за които координатата и инерцията на частица във всеки един момент от времето. Необходимо е да се приеме като закон, описващ движението на микрообектите, факта, че познаването на точната координата на частица води до пълна несигурност на нейния импулс и обратно, точното познаване на импулса на частица води до пълна несигурност на нейната координата. Въз основа на математическия апарат на квантовата механика, създаден от него, Хайзенберг установява ограничителната точност, с която е възможно едновременно да се определят координатите и импулсите на микрочастицата, и получава следната зависимост на несигурността за тези стойности:

където е несигурността в стойността на координатата; - несигурност в стойността на импулса. Продуктът на неопределеността в координатната стойност и несигурността в стойността на импулса е не по-малък от стойност от порядъка на константата на Планк.

Колкото по-точно се определя една величина, да речем, X, толкова по-голяма става несигурността на другата: Ако импулсът на частицата P е точно определен, тогава несигурността на координатата клони към безкрайност

И така, отношението на несигурността налага определени ограничения върху възможността за описване на движението на частица по определена траектория; понятието траектория за микрообектите губи значението си.

4 КОНЦЕПЦИЯТА ЗА ЦЕЛОСТ В КВАНТОВАТА ФИЗИКА. ПАРАДОКС НА АЙНЩАЙН-ПОДИЛСКИ-РОЗЕН

Механистичната концепция за цялото и частта преобладаваше в основата на естествената наука от момента на нейното създаване до откриването на Планк. Принципите на несигурност и допълняемост отразяват основната несигурност на природните явления. Квантовият обект не може да се разглежда сам по себе си, няма индивидуални свойства, но се намира в класически определени външни условия. По този начин в квантовата механика се формулира концепцията за целостта, която е различна от механистичната концепция за цялото и частта, тъй като обектът извън цялото и вътре в цялото не е еднакъв; отделен обект се разглежда само по отношение на нещо, той проявява свойствата си само по отношение на конкретна цялост, която определя статистическия характер на поведението му. По думите на Н. Бор: „С откриването на елементарния квант на действие от Планк започва нова ера във физическите науки. Това откритие разкри характеристика на целостта, присъща на атомните процеси, която отива много по-далеч от старата идея за ограничената делимост на материята. " Тълкуването на Бор на квантовата теория по същество означава отхвърляне на класическите концепции за частиците като „отвън“, „самоидентични“, „индивидуални“.

Микро обектът постоянно усеща влиянието на целостта, на която е елемент. Известният физик Пол Лангевен го каза така: „Струва ми се, че основната причина за всички наши съвременни трудности е въвеждането на идеи за отделни частици. Същността на принципа на несигурност се крие именно в твърдението за невъзможността да се проследи движението на отделен електрон, тоест невъзможността да се представи като отделен обект ".

Гледната точка на Н. Бор, В. Хайзенберг и техните привърженици, наречена Копенхагенска интерпретация на квантовата механика, разбира се, не може да бъде приета безусловно от много физици, които остават верни на идеала за строго детерминирана, причинно-следствена- описание на ефекта на движението на физически обекти. По този начин А. Айнщайн не приема фундаментално статистическия характер на копенхагенската интерпретация на квантовата теория. У. Хайзенберг припомня разговорите на конгреса на Солвей в Брюксел, където, според традицията на фондация „Солвей“, през 1927 г. е поканена група специалисти по квантова теория: „Айнщайн не искаше да признае основната невъзможност да знае всички определящи моменти, необходими за пълното определяне на разглежданите процеси. „Господ Бог не играе на зарове“ - този израз често можеше да се чуе от него по време на дискусии. Следователно Айнщайн не може да се примири със съотношението на несигурността и се опитва да измисли експерименти, при които тези отношения вече няма да се провеждат. ".

Съвременната квантова полева картина на света се основава на нова физическа теория - квантовата механика, която описва състоянието и движението на микрообектите на материалния свят.

Квантовата механика е теория, която установява метод за описване и закони на движение на микрочастиците (елементарни частици, атоми, молекули, атомни ядра) и техните системи, както и връзката на величините, характеризиращи частиците и системите с физически величини, директно измерени емпирично.

По този начин в квантовата механика се формира идеята за интегралната, неразложима природа на света, за това да не се свежда до отделни елементи. Този резултат, който има дълбоко идеологическо значение, е може би най-удивителната страница в историята на физиката и има далечни перспективи за развитието на телепортационни методи за предаване на информация. 21-ви век вероятно ще бъде векът на квантовата телепортация.

СПИСЪК НА ИЗПОЛЗВАНА ЛИТЕРАТУРА

Концепции на съвременната естествена наука: Изд. Професор С.И. Самигин. Поредица „Учебници и учебни помагала“ - 4-то издание, преработена. и добавете. - Ростов н/а: „Феникс“, 2003

Концепции на съвременната естествена наука: учебник за студенти, записани в хуманитарни специалности и специалности икономика и управление/А.П. Садохин. - 2-ро издание, Rev. и добавете. - М.: UNITY-DANA, 2006

Кунафин М.С. Концепции на съвременната естествена наука: Учебник. Издателство. - Уфа, 2003

Начала на съвременната естествена наука: понятия и принципи: учебник/В.Н. Савченко, В.П. Смагин. - Ростов н/а.: Феникс, 2006

Найдиш В.М. Концепции на съвременната естествена наука: Учебник. - Ед. 2-ри, рев. и добавете. - М.: Алфа-М; ИНФРА-М, 2004