Принцип невизначеності

У 1926 р. В. Гейзенберг розробляє свій варіант квантової теорії у вигляді матричної механіки, відштовхуючись при цьому від принципу відповідності. Зіткнувшись з тим, що при переході від класичної точки зору до квантової потрібно розкласти всі фізичні величини і звести їх до набору окремих елементів, що відповідають різним можливим переходам квантового атома, він прийшов до того, щоб кожну фізичну характеристику квантової системи представляти таблицею чисел (матрицею). При цьому він свідомо керувався метою побудувати феноменологічну концепцію, щоб виключити з неї все, що неможливо спостерігати безпосередньо. У цьому випадку немає ніякої необхідності вводити в теорію положення, швидкість або траєкторію електронів в атомі, оскільки ми не можемо ані вимірювати, ні спостерігати ці характеристики. У розрахунки слід вводити лише ті величини, які пов'язані з стаціонарними станами, що реально спостерігаються, переходами між ними та супроводжуючими їх випромінюваннями. У матрицях елементи були розташовані у рядки та стовпці, причому кожен з них мав два індекси, один з яких відповідав номеру стовпця, а інший - номеру рядка. Діагональні елементи (тобто елементи, індекси яких збігаються) описують стаціонарний стан, а недіагональні (елементи з різними індексами) - описують переходи з одного стаціонарного стану в інший. Величина ж цих елементів зв'язується з величинами, що характеризують випромінювання при даних переходах, отриманими за допомогою принципу відповідності. Саме таким способом Гейзенберг будував матричну теорію, всі величини якої повинні описувати лише спостережувані явища. І хоча наявність в апараті його теорії матриць, що зображують координати та імпульси електронів в атомах, залишає сумнів у повному виключенні неспостережуваних величин, Гейзенбергу вдалося створити нову квантову концепцію, що склала новий щабель у розвитку квантової теорії, суть якої полягає в заміні фізичних величин, що мають місце в атомній теорії, матрицями - таблицями чисел. Результати, до яких приводили методи, використовувані в хвильової і матричної механіки, виявилися однаковими, тому обидві концепції і входять в єдину квантову теорію як еквівалентні. Методи матричної механіки, в силу своєї більшої компактності часто швидше призводять до потрібних результатів. Методи хвильової механіки, як вважається, краще узгоджується з образом мислення фізиків і їх інтуїцією. Більшість фізиків при розрахунках користується хвильовим методом і використовує хвильові функції.

Гейзенберг сформулював принцип невизначеності, відповідно до якого координати і імпульс не можуть одночасно приймати точні значення. Для передбачення положення і швидкості частинки важливо мати можливість точно вимірювати її положення і швидкість. При цьому чим точніше вимірюється положення частинки (її координати), тим менш точними виявляються вимірювання швидкості.

Хоча світлове випромінювання складається з хвиль, однак відповідно до ідеї Планка, світло поводиться як частинка, бо випромінювання і поглинання його здійснюється у вигляді квантів. Принцип невизначеності ж свідчить про те, що частинки можуть вести себе як хвилі - вони як би "розмазані" в просторі, тому можна говорити не про їх точні координати, а лише про можливість їхнього виявлення в певному просторі. Таким чином, квантова механіка фіксує корпускулярно-хвильовий дуалізм - в одних випадках зручніше частинки вважати хвилями, в інших, навпаки, хвилі частинками. Між двома хвилями-частинками можна спостерігати явище інтерференції. Якщо гребені однієї хвилі збігаються з западинами іншої хвилі, то вони гасять один одного, а якщо гребені і западини однієї хвилі збігаються з гребенями і западинами іншої хвилі, то вони посилюють один одного.

Поиск по сайту: