Тарасов Л.В. Основы квантовой механики (1185096), страница 3
Текст из файла (страница 3)
КЛАССИК: Не совсем независимо, Включение в электриче. скую цепь амперметра влияет, разумеется, на величину измеряемого тока. Просто, это влияние всегда можно рассчитать, если известно сопротивление амперметра. АВТОР: Говоря о независимости прибора и объекта измере. ния, я как раз и имел в виду, что их взаимодействие может быть рассчитано и в этом смысле «исключено из рассмотрения».
1О КЛАССИК: Тогда я с Вами полностью согласен. АВТО!»: Об этом хорошо писал Борн [!4[: «Предполагается, что внешний мир — объект естествознания, с одной стороны, и мы — наблюдающие, мыслящие и вычисляющие субъекты, с другой, полностью отделены друг от друга, что существует способ исследовать явления, не вмешиваясь з их течение. Такова философия науки, лри которой выросли мы, люди старого поколения. Этот стиль может быть назааи ньютоновским, ибо образцом его является небесная механика Ньютона». КЛАССИК: Да, таковы в общих чертах представления классической физики. Они асио.
наны на повседневном общедоступном опыте и, можно смело сказать, отвечают здравому смыслу, т. е, воспринимаются как совершенно естественные. Я даже думаю, что «принцип анализа» не только естествен, но, более того, это единственный эффективный метод исследования материи. Непонятно, каким образом можно углубить знания о каком-либо объекте или явлении иначе, как исследуя их составные части. Что же касается принципа классического детерминизма, то ои отражает причинность явлений в природе и полностью соответствует духу физики как точной науки.
АВТОР: И тем не менее есть основания с самых общих позиций усомниться в «непогрешимости» класснческих представлений. Попробуем распространить принцип классического детерминизма на Вселенную в целом. Мы должны прийти к выводу, что положения и скорости всех «атомов» Вселенной в данный момент времени оказываются строго предопределенными положениями и скоростями этих «атомов» в предыдущие момен- ты. Все происходящее в мире будет, таким образом, заранее предустановлено, все события фатально предопределены.
Следуя Лапласу, можно было б~г вообразить некое «сверхсущество», которому досконально известно будущее и прошлое. Как писал Лаплас [1ог[, «ум, которому были бы известны для какого-либо данного момента есе силы, одушевляющие природу, и относительное положение всех ее составных частей, если бы вдобавок ои оказался достаточно обширным, чтобы подчинить эти данные анализу, обнял бы з одной формуле движения величайших тел Вселенной наравне с движениями легчайших атомов: не осталось бы ничего, что было бы для него недосгоегрчо, и будущее, так же как и прошедшее, предстало бы перед его взором». Можно видеть, что мысленная попытка распространения принципа классического детерминизма на всю природу в целом приводит к обоснованию иден фатализма, которая, очевидно, не соответствует злравому смыслу. Далее попробуем последовательно применять «принцип анализа» при исследовании строения материи.
Будем мысленно дробить изучаемый объект на все более малые части. В конце концов мы дойдем до составляющих объект молекул. Дальнейшее «дробление» позволит сделать заключение: молекулы состоят из атомов. Затем мы выясним, что атомы состоят из ядра и электронов. Привыкнув к выработавшейся тенденции, мы пожелаем выяснить, из чего же состоит электрон. Если бы даже мы получили ответ на этот вопрос, то, очевидно, должны были бы задать следующий вопрос: из чего состоит то, из чего состоит электроне И так далее.
Возникает грустная мысль, что такая «цепочка» во- 11 просов бесконечна. Тот же здравый смысл восстает против этой «цепочки». А между тем сама по себе оиа — непосредственный продукт классическо. го мышления. В разные времена предпринимались попытки так или иначе решить вопрос об указанной выше «цепочке». Приведем два примера. Первый касается взглядов Платона на строение материи. Платон полагал, что материя состоит из четырех «элементо⻠— земли, воды, воздуха и огня. В свою очередь каждый из элементов состоит из «атомов», имеюших определенную геометрическую форму. Атомы земли — кубы, атомы воды — икосаэдры, атомы воздуха — октаэдры, атомы огня— тетраэдры.
Наконец, каждый из атомов сводился к треугольникам. Треугольник же представлялся Платону наиболее совершенной и простой математической формой, которая по этой причине не может ни из чего состоять. Таким образом, Платон свел упомянутую «цепочку» к чисто математическим понятиям — треугольникам и оборвал ее в этом месте. Другой пример характерен для начала ХХ в. Он использует внешнее формальное сходство между планетарной моделью атома и солнечной системой. Делается предположение, что наша солнечная система есть не что иное, как отдельный атом некоего другого, гигантского мира, а обычный атом представляет своеобразную «солнечную систему> какого-то третьего, карликового мира, в котором «наш электрон» является планетой.
В этом случае допускается сушествованве бесконечной вереницы все более карликовых миров, равно как и все более гигантских миров. В такой схеме структура материи описывается в соответствии с примитивным нринципом вставленных друг в друга матрешек. «Принцип матрешек», согласно которому природа в малом и большом имеет подобную «структуру», признавали не все физики прошлых поколений. Однако этот принцип достаточно характерен для классической физики; он соответствует ее духу, ибо вытекает непосредственно из классического «принципа анализам Критикуя в связи с этим взгляды Паскаля, французский физик Ланжевен писал Пб): «Паскаль предполагал одипакоаог строение бесконечно малого и бесконечно большого.
С этой точки зрения, мы на всех ступенях должпьг были бы встречать одинаховыг аспекты дейсгаительиости, к хоторььч приложимьг одни и гг же представления. Вселенная, галим образом, уподоблялась ггм матрешкам, которые асгааляются одна а другую, — абсолютно одипаховьгм, по всг более умгньшагощимся г размерах. К счастью, дгйстаитгльпость оказывается гораздо богаче и нгсраапгпно интереснее». Итак, мы убедились, что последовательное применение принципов классической физики может в отдельных случаях приводить к заключениям, которые заведомо представляются сомнительными.
Отсюда следует вывод о сушествованни ситуаций, для которых классические принципы оказываются непригодными. Так, следует ожидать, что при достаточно сильном «раздроблении» материи сам принцип анализа должен изживать себя (а вместе с ним должна, очевидно, изживать себя и идея независимости объекта измерения и прибора). В связи с этим вопрос «из чего состоит электрон?» может оказаться попросту лишенным смысла. Если это так, то мы должны признать относительность столь милых нашему разуму и уютных классических представлений и выработать какие-то качественно новые представления о движении материи.
Классическое стремление к безграничной детализации объектов и нале. ннй, зто воспитанное в нас ве- ками желание «ео всем подслушать жизнью приводит на определенном этапе к нарушению «одушевляюшеб связин и возникает ситуация, когда, по выражению Гете, «больше нечего и слушатьь. й |. НЕКОТОРЪ|Е ХАРАКТЕРИСТИКИ И СВОИСТВА МИКРООБЪЕКТОВ Микрообъекты.
К микрообъектам относятся моленульъ атол|ы, атомные ядра, злелгентарные частицси Довольно богатый сегодня «список» элементарных частиц включает в себя кванты электромагнитного поля (4ютоны) и две группы частиц: так называемые адроны и лептоны. Для адронов характерно сильное (ядерное) взаимодействие, тогда как лептоны никогда не участвуют в сильных взаимодействиях. К лептонам относят электрон, мюон и два нейтрино — электронное и мюопное. Группа адронов существенно многочисленнее. К ним относятся нуклоны (протон и нейтрон), мезоны (группа частиц, масса которых меныпе массы протона) и гипероны (группа частиц, масса которых больше массы нейтрона).
Почти всем элементарным частицам соответствуют античастицы; исключение составляют фотон и некоторые нейтральные мезоны. Говоря о характеристиках микрообъектов, укажем прежде всего массу покоя и электрический заряд. В качестве примера отметим, что масса электрона т=9,1Х Х!0-" г, протон имеет массу, равную 1836т, нейтрон— 1839 т, мюон — 207 т. Относящиеся к мезонам пионы (и-мезоны) имеют массу около 270 т, а каоны (К-мезоны) — от 970 т до 1750 т. Массу покоя фотона и обоих нейтрино полагают равной нулю. Масса молекулы, атома, атомного ядра равна сумме масс составляющих данный микрообъект частиц за вычетом некоторой величины, называемой дефектом массы. Дефект массы равен деленной на квадрат скорости света энергии, которую надо затратить для того, чтобы «развалить» мнкрообъект на составляющие его частицы (эту энергию принято называть энергией связи).
Чем сильнее связаны друг с другом частицы, тем больше дефект массы. Наиболее сильно связаны нуклоны в атомных ядрах в приходящийся на один нуклон дефект массы превышает 10 т. Величина электрического заряда любого микрообьекта кратна величине заряда электрона; последняя равна 1,6.10-" Кл (4,8.10 — ю ед.
ССтВЕ). Наряду с заряженными существуют нейтральные микрообъекты (например, фотон, нейтрино, нейтрон). Электрический заряд сложного микрообъекта равен алгебраической сумме зарядов составляющих его частиц. Спин микрообъекта. Одной из важнейших специфических характеристик микрообъекта является спин. Спин можно интерпретировать как своеобразный момент импульса микрообъекта, не связанный с движением микро- объекта как целого, неуничтожимый, не зависящий от внешних условий (его часто называют внутренним моментом импульса микрообъекта). Квадрат этого момента импульса равен й'з(з+1).
Здесь з — определенное для данного микрообъекта целое или полуцелое положительное число (именно это число и называют обычно спином), й †универсальн физическая постоянная, играющая в квантовой механике исключительно важную роль. Ее называют постоянной Планка; она равна 1,05 10 — »«Дж с.
Спин з фотона равен 1, спин электрона (как и спин любого лептона) равен ')з, спин нуклона тоже равен '/», у пионов и каонов спина нет. Спин микрообъекта — его специфическая характеристика. Он не имеет классического аналога и, безусловно, указывает на «внутреннюю сложность» микрообъекта. Правда, иногда с понятием спина пытаются сопоставить модель объекта, вращающегося вокруг своей оси (само слово «спин» переводится как «веретено»). Такая модель наглядна, но неверна.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
