Квантовой механике

Наши представления об энергии и дви­жении навсегда изменились после того, как в 1900 году Макс Планк открыл так называемый квант действия, а в 1927 году Вернер Гейзенберг сформулировал прин­ип соотношения неопределенностей. Мы хотим рассказать вам об основных поло­жениях квантовой механики, которые вме­сте с теорией относительности (см. специ­альную главу «Теория относительности Эйнштейна») заложили фундамент совре­менной теоретической физики. Давайте же перейдем к сути, и вы сможете произ­вести впечатление даже на самого себя!

Общий обзор

Что же такое принцип неопределен­ности? Разве наука не связана с конкрет­ными результатами, предсказуемыми пос­ледствиями и незыблемыми законами — как те, которые сформулировал Ньютон? (См. специальную главу «Ньютонова физика».) Нет, в мире квантовой механики все по-другому.

Квантовая механика утверждает, что на атомном и субатомном уровне энер­гия — это не фиксированная сущность, что она не обладает постоянным диапазо­ном значений, а, наоборот, излучает и по­глощает неопределенным образом. Как утверждает теория, никто не может абсо­лютно точно измерить два начальных ус­ловия квантового объекта — координаты и импульсы. (Чем более точно вы опреде­ляете одно условие, тем расплывчатее де­лается другое. Например, если импульс измерен абсолютно точно, то определить координаты становится невозможно, так как квантовый объект находится в посто­янном движении.) Этот эффект в соответ­ствии с квантовой теорией можно пред­сказать и выразить только на языке веро­ятности — вероятность того, что опреде­ленный результат будет иметь место.

Вы еще здесь? Потерпите, осталось со­всем чуть-чуть. Квантовые теоретики пред­положили, что свет, который традицион­но считался волной, может в некоторых случаях рассматриваться как вещество, состоящее из отдельных частиц, называе­мых фотонами. Аналогично квантовая тео­рия утверждает, что атомные частицы (например, электроны) обладают волновыми характеристиками.

Если суммировать все вышесказанное, можно утверждать, что на атомном и суб­атомном уровне энергия не может изме­няться непрерывно и предсказуемо, как того можно было бы ожидать, основыва­ясь на показаниях приборов, которые всем нам хорошо знакомы. Что касается Ньютоновой физики, они дают прекрас­ные результаты. Но когда речь заходит об атомах, атомных ядрах и элементарных частицах, все становится таким… неопре­деленным. Основа принципа неопреде­ленности, как мы с вами уже обсудили, заключается в том, что вы не можете одно­временно определить и скорость, и место­положение частицы.

Что вы можете сказать

«В принципе энергия — это способ действия и может рассматриваться порой как волна, а порой как поток, состоящий из отдельных частиц». (Полагаю, что эта фраза была бы лучшим выражением са­мой сути квантовой теории.)

Pages: 1 2