Принцип додатковості Історія та суть наукового відкриття

ВАЖЛИВІ НАУКОВІ ВІДКРИТТЯ
Безкоштовна бібліотека / Довідник / Найважливіші наукові відкриття

Принцип додатковості Історія та суть наукового відкриття

Найважливіші наукові відкриття

Довідник / Найважливіші наукові відкриття

Принцип, який дуже точно і ємно Бор назвав додатковістю, - одна з найглибших філософських та природничо-наукових ідей сьогодення. З ним можна порівняти лише такі ідеї, як принцип відносності чи уявлення про фізичне поле.

"За роки, що передували виступу Н. Бора в Комо, мали місце численні дискусії щодо фізичної інтерпретації квантової теорії, - пише У.І. Франкфурт. - Суть квантової теорії - у постулаті, згідно з яким кожному атомному процесу властива перервність, далека від класичної теорії. Квантова теорія визнає як одного зі своїх основних положень принципову обмеженість класичних уявлень при їх застосуванні до атомних явищ, чужу класичній фізиці, але в той же час інтерпретація емпіричного матеріалу ґрунтується головним чином на застосуванні класичних понять. Через це при формулюванні квантової теорії виникають суттєві труднощі. Класична теорія передбачає, що фізичне явище можна розглядати, не надаючи на нього принципово непереборного впливу.

Для доповіді на Міжнародному фізичному конгресі в Комо "Квантовий постулат і новітній розвиток атомної теорії" зважаючи на важливість обговорюваних проблем Бору було надано чотириразову норму часу. Дискусія з його доповіді зайняла весь час конгресу, що залишився.

"...Відкриття універсального кванта дії, - говорив Нільс Бор, - призвело до необхідності подальшого аналізу проблеми спостереження. З цього відкриття випливає, що весь спосіб опису, характерний для класичної фізики (включаючи теорію відносності), залишається застосовним лише до того часу, поки всі входять до опису величини розмірності дії великі порівняно з квантом дії Планка. Якщо ця умова не виконується, як це має місце в галузі явищ атомної фізики, то набувають чинності закономірності особливого роду, які не можуть бути включені в рамки причинного опису... Цей результат, що спочатку здавався парадоксальним, знаходить, проте, своє пояснення в тому, що в зазначеній області не можна більш провести чітку межу між самостійною поведінкою фізичного об'єкта та його взаємодією з іншими тілами, що використовуються як вимірювальні прилади; така взаємодія з необхідністю виникає у процесі спостереження і може бути безпосередньо враховано за змістом поняття виміру...

Ця обставина фактично означає виникнення нової ситуації у фізиці щодо аналізу та синтезу дослідних даних. Вона змушує нас замінити класичний ідеал причинності деяким більш загальним принципом, який зазвичай називають "додатковістю". Отримані нами за допомогою різних вимірювальних приладів відомості про поведінку об'єктів, що досліджуються, здаються несумісними, насправді не можуть бути безпосередньо пов'язані один з одним звичайним чином, а повинні розглядатися як доповнюють один одного.

Отже, зокрема, пояснюється безуспішність будь-якої спроби послідовно проаналізувати " індивідуальність " окремого атомного процесу, яку, начебто, символізує квант дії, з допомогою поділу такого процесу окремі частини. Це пов'язано з тим, що якщо ми хочемо зафіксувати безпосереднім спостереженням будь-який момент у ході процесу, то необхідно для цього скористатися вимірювальним приладом, застосування якого не може бути узгоджено із закономірностями перебігу цього процесу.

Між постулатом теорії відносності та принципом додатковості при всій їх відмінності можна побачити певну формальну аналогію. Вона полягає в тому, що подібно до того, як у теорії відносності виявляються еквівалентними закономірності, що мають різну форму в різних системах відліку внаслідок кінцівки швидкості світла, так у принципі додатковості закономірності, що вивчаються за допомогою різних вимірювальних приладів і здаються взаємно суперечливими внаслідок кінцівки кванта дії, виявляються логічно сумісними.

Щоб дати по можливості ясну картину ситуації, що склалася в атомній фізиці, абсолютно нової з точки зору теорії пізнання, ми хотіли б тут насамперед розглянути дещо докладніше такі виміри, метою яких є контроль за просторово-часовим ходом будь-якого фізичного процесу. Такий контроль в кінцевому рахунку завжди зводиться до встановлення деякого числа однозначних зв'язків поведінки об'єкта з масштабами і годинами, що визначають просторово-часову систему відліку, що використовується нами.

Ми лише тоді можемо говорити про самостійну, незалежну від умов спостереження поведінці об'єкта дослідження у просторі та в часі, коли при описі всіх умов, суттєвих для аналізованого процесу, можемо повністю знехтувати взаємодією об'єкта з вимірювальним приладом, що неминуче виникає при встановленні згаданих зв'язків. Якщо ж, як це має місце в квантовій області, така взаємодія сама впливає на перебіг явища, що вивчається, ситуація повністю змінюється, і ми, зокрема, повинні відмовитися від характерного для класичного опису зв'язку між просторово-часовими характеристиками події і загальними динамічними законами збереження. Це випливає з того, що використання масштабів та годин для встановлення системи відліку за визначенням виключає можливість обліку величин імпульсу та енергії, що передаються вимірювальному приладу в ході аналізованого явища.

Так само і навпаки, квантові закони, у формулюванні яких суттєво використовуються поняття імпульсу чи енергії, можуть бути перевірені лише в таких експериментальних умовах, коли виключається суворий контроль за просторово-часовою поведінкою об'єкта”.

Відповідно до співвідношення невизначеностей Гейзенберга, не можна в тому самому досвіді визначити обидві характеристики атомного об'єкта - координату і імпульс.

Але Бор пішов далі. Він зазначив, що координату та імпульс атомної частки не можна виміряти не тільки одночасно, але взагалі за допомогою одного й того самого приладу. Дійсно, для вимірювання імпульсу атомної частки необхідний надзвичайно легкий рухомий "прилад". Але саме через його рухливість становище його дуже невизначене. Для вимірювання координати потрібен дуже потужний "прилад", який не ворухнувся б при попаданні в нього частинки. Але хоч би як змінювався у разі її імпульс, ми цього навіть помітимо.

"Додатковість - ось те слово і той поворот думки, які стали доступні всім завдяки Бору, - пише Л.І.Пономарьов. - До нього всі були переконані, що несумісність двох типів приладів неодмінно тягне за собою суперечливість їх властивостей. Бор заперечував таку прямолінійність суджень і пояснював: так, властивості їх справді несумісні, але для повного опису атомного об'єкта обидва вони однаково необхідні і тому не суперечать, а доповнюють один одного.

Ця проста думка про додатковість властивостей двох несумісних приладів добре пояснює зміст принципу додатковості, але аж ніяк його не вичерпує. Насправді, прилади нам потрібні не власними силами, а лише для вимірювання властивостей атомних об'єктів. Координата х та імпульс р - це ті поняття, які відповідають двом властивостям, що вимірюються за допомогою двох приладів. У знайомому нам ланцюжку пізнання - явище - образ, поняття, формула, принцип додатковості позначається насамперед на системі понять квантової механіки та на логіці її висновків.

Справа в тому, що серед суворих положень формальної логіки існує "правило виключеного третього", яке свідчить: із двох протилежних висловлювань одне істинно, інше - хибно, а третього бути не може. У класичній фізиці не було нагоди засумніватися в цьому правилі, оскільки там поняття "хвиля" та "частка" дійсно протилежні та несумісні по суті. Виявилося, однак, що в атомній фізиці обидва вони однаково добре застосовні для опису властивостей тих самих об'єктів, причому для повного опису необхідно використовувати їх одночасно.

Принцип додатковості Бора - спроба примирити недоліки усталеної системи понять з прогресом наших знань про світ. Цей принцип розширив можливості нашого мислення, пояснивши, що у атомної фізиці змінюються як поняття, а й саме постановка питань про сутність фізичних явищ.

Але значення принципу додатковості виходить далеко межі квантової механіки, де він виник спочатку. Лише пізніше - при спробах поширити його на інші галузі науки - з'ясувалося його справжнє значення для всієї системи людських знань. Можна сперечатися про правомірність такого кроку, але не можна заперечувати його плідність у всіх випадках, навіть далеких від фізики.

"Бор показав, - зазначає Пономарьов, - що питання "Хвиля чи частка?" у застосуванні до атомного об'єкта неправильно поставлено. Таких роздільних властивостей у атома немає, і тому питання не допускає однозначної відповіді "так" чи "ні". Так само , як немає відповіді у питання: "Що більше: метр чи кілограм?", і у будь-яких інших питань подібного типу.

Дві додаткові властивості атомної реальності не можна розділити, не зруйнувавши при цьому повноту та єдність явища природи, яке ми називаємо атомом...

...Атомний об'єкт - це і не частка, і не хвиля і навіть ні те, ні інше водночас. Атомний об'єкт - це щось третє, не рівне простій сумі властивостей хвилі та частки. Це атомне "щось" недоступне сприйняттю наших п'яти почуттів, проте воно, безумовно, реальне. У нас немає образів та органів чуття, щоб цілком уявити властивості цієї реальності. Однак сила нашого інтелекту, спираючись на досвід, дозволяє пізнати її без цього. Зрештою (треба визнати правоту Борна), "...тепер атомний фізик далеко пішов від ідилічних уявлень старомодного натураліста, який сподівався проникнути в таємниці природи, підстерігаючи метеликів на лузі".

Автор: Самін Д.К.

Рекомендуємо цікаві статті розділу Найважливіші наукові відкриття:

▪ Теорія електролітичноїдисоціації

▪ біосфера

▪ Велике коло кровообігу

Дивіться інші статті розділу Найважливіші наукові відкриття.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Рукави для відчуттів у віртуальній реальності 22.04.2018

Сьогодні системи віртуальної реальності використовують 3d-окуляри, які переносять гравця в інший, змодельований світ. Але супертонкі листи рухомої форми, які можуть вбудовуватись у рукави або інші елементи одягу, дозволять користувачам відчувати дотик, що зробить віртуальну реальність ще більш захоплюючою.

Новий пристрій, описаний 5 квітня на весняних зборах Товариства досліджень матеріалів, є сіткою з крихітних надувних бульбашок, затиснутих між двома м'якими, еластичними силіконовими плівками. Коли один такий лист поміщається на шкіру користувача, різні повітряні бульбашки різних об'ємів та швидкості надуваються, змушуючи геймера відчути, що його схопили за зап'ястя чи поплескали по спині.

Кожна повітряна кишеня на аркуші покрита прозорим металевим сенсором, який відстежує, наскільки сильно ця бульбашка розтягнута, що допомагає регулювати зміну форми пристрою. Ці датчики також виявляють поглиблення в бульбашках, тому рукави можуть працювати як тачпад-регулятори ігрових приставок, – пояснив співавтор дослідження Метью Робертсон – робототехнік політехнічної школи Ecole Polytechnique Federale de Lausanne у Швейцарії.

Поки що повітря подається в бульбашки із зовнішнього насоса через пластикові трубки. Вчений зазначив, що у майбутній версії рукава віртуальної реальності будуть забезпечені крихітними контейнерами зі стиснутим газом для надування бульбашок.

Інші цікаві новини:

▪ На полюсах Місяця є поклади льоду

▪ Перовий дисплей Wacom Cintiq 22

▪ Високошвидкісний зовнішній SSD Samsung T9

▪ Сонячні торнадо допоможуть зеленій енергетиці

▪ Передові SSD-накопичувачі від Intel

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Охорона праці. Добірка статей

▪ стаття Мотопланер класу F3B. Поради моделісту

▪ стаття Як було отримано динаміт? Детальна відповідь

▪ стаття Лайм. Легенди, вирощування, способи застосування

▪ стаття Радіоз'єднання двох факсів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Економічний імпульсний стабілізатор напруги. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт