Есть ли реальность за вашей спиной? О квантовой физике простым языком - Катрина Арье

#физикишутят

Это правило касается не только координат и скорости, но и любых двух смежных параметров микрообъекта, например тока и напряжения или электрического и магнитного полей.

Чем точнее измеряется одна характеристика частицы, тем менее точно можно измерить вторую.

Неопределённость – это погрешность измерения.

где ΔX – погрешность измерения пространственной координаты частицы;

ΔV – погрешность измерения скорости частицы;

h – постоянная Планка (её вы изучили в главе «Что такое квант»);

m – масса частицы.

То, что мы не можем одновременно точно измерить и скорость частицы, и её местоположение, не связано с неточностью приборов. В этом сама суть нашего мира. Так природа как будто защищает свои секреты, не хочет их выдавать.

Распространённая ошибка: иногда говорят, что мы вообще не можем точно измерять координаты частицы или её скорость. Это неправда. Посмотрите на формулу. Мы можем достаточно точно измерять координаты частицы, но тогда погрешность в измерении скорости будет стремиться к бесконечности. То есть если мы точно измерим координаты, то о скорости частицы мы не сможем сказать вообще ничего. И наоборот, если мы точно измерим скорость, то ничего не сможем сказать о том, где частица находится.

#физикишутят

Популярная надпись на стенах физических факультетов: «Здесь, возможно, был Гейзенберг».

Гейзенберг всю жизнь изучал философию и написал несколько книг. Он утверждал: «…вряд ли можно продвинуться в современной атомной физике, не зная греческой философии»[9]. Гейзенберг изучал Иммануила Канта, и это привело физика к необычной концепции причинности: «…в формулировке закона причинности – „если точно знать настоящее, можно предсказать будущее“ – неверна предпосылка, а не заключение. Мы в принципе не можем узнать настоящее во всех деталях»[10].

Рассмотрим следующий фундаментальный принцип.

Глава 3

Принцип дополнительности Бора

Про Нильса Бора я уже упоминала в первой части книги. Бор – один из основоположников квантовой физики. Создатель термина «квантовый скачок». Этот удивительный учёный сделал массу открытий, и вместе с тем самым главным своим достижением он считал принцип дополнительности. Роль принципа дополнительности оказалась столь существенной, что Вольфганг Паули даже предлагал назвать квантовую теорию теорией дополнительности, по аналогии с теорией относительности.

#физикишутят

Над дверью своего деревенского дома Бор прибил подкову, которая, согласно поверью, должна приносить счастье.

Увидев подкову, один из посетителей воскликнул: «Неужели такой великий учёный, как вы, может действительно верить, что подкова над дверью приносит удачу?» – «Нет, – ответил Бор, – конечно, я не верю. Это предрассудок. Но, вы знаете, говорят, она приносит удачу даже тем, кто в это не верит».

Принцип дополнительности был сформулирован Нильсом Бором в 1927 году. Официально он звучит так:

Для полного описания квантово-механических явлений необходимо применять два взаимоисключающих набора классических понятий, совокупность которых даёт исчерпывающую информацию об этих явлениях как о целостных.

Скажем более простыми словами:

Оба как будто противоречащих друг другу аспекта необходимы для полного описания системы.

Вот понятные примеры:

• частица и волна (помните, что объекты микромира могут быть либо частицей, либо волной?) или

• физическая картина явления и её математическое описание.

Чарльз Аллан Гилберт. Всё суета (1892)

Посмотрите на картину Гилберта «Всё суета». Что вы видите: молодую цветущую женщину за туалетным столиком или череп?

Чтобы полностью описать картину, нужно признать, что на ней присутствует либо женщина, либо череп. Их нельзя увидеть одновременно. И таким образом получается философский принцип, который говорит о дополняющих друг друга аспектах, необходимых для полного описания системы.

То же самое с электронами в квантовой физике. Они могут проявляться волной или частицей (как уже обсуждалось в главах о корпускулярно-волновом дуализме) и никогда – и той, и другой одновременно.

Обратите внимание: многие не-физики ошибаются, нарушая принцип дополнительности, когда говорят, что электрон – это одновременно и волна, и частица. Это грубейшая ошибка, за которую студента сразу отправили бы с экзамена с двойкой, даже не слушая дальше.

На картине вы видите либо женщину, либо череп. Вы не можете видеть одновременно и то, и другое.

Любой объект микромира может проявляться либо частицей, либо волной; никогда одновременно той и другой.

Можно расширить и обобщить принцип дополнительности, используя понятия, с которыми мы сталкиваемся каждый день:

• пространство и время – две характеристики физической реальности;

• наука и искусство – два способа изучения окружающего мира;

• физики и лирики – они одинаково важны для социума;

• теория и эксперимент – оба аспекта необходимы для доказательства гипотезы;

• инь и ян – женское и мужское начало как единство и борьба противоположностей.

 Задание