Физическая картина мира

Согласно соотношению неопределенностей Гейзенберга микрочастица не может иметь одновременно координату х и определенный импульс р, причем неопределенности этих величин удовлетворяют условию Δx· Δp ≥ h, где h — постоянная Планка.

Соотношение неопределенностей получено при одновременном использовании классических характеристик движения частицы (координаты, импульса) и наличия у нее волновых свойств. Поскольку в классической механике принято, что измерение координаты и импульса может быть произведено с любой точностью, то соотношение неопределенностей является, таким образом, квантовым ограничением применимости классической механики к микрообьектам.

Принцип дополнительности. Для описания микрообъектов H. Бор сформулировал в 1927 г. принципиальное положение квантовой механики — принцип дополнительности, согласно которому получение экспериментальной информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект (элементарную частицу, атом, молекулу), неизбежно связано с потерей информации о некоторых других величинах, дополнительных к первым.

Такими взаимно дополнительными величинами можно считать, например, координату частицы и ее скорость (или импульс). С физической точки зрения принцип дополнительности часто объясняют влиянием измерительного прибора (микроскопического объекта) на состояние микрообъекта.

Принцип суперпозиции (наложения) — это допущение, согласно которому результирующий эффект представляет собой сумму эффектов, вызываемых каждым воздействующим явлением в отдельности. В ньютоновской физике он неуниверсален и во многих случаях справедлив лишь приближенно.

В микромире, наоборот, принцип суперпозиции — фундаментальный принцип, который наряду с принципом неопределенности составляет основу математического аппарата квантовой механики. Его интерпретируют так: до измерения система находится в суперпозиции двух возможных состояний, т. е. ее состояние неопределенно. Акт измерения переводит физическую систему скачком в одно из возможных состояний.

Принцип причинности. В классической механике, согласно принципу причинности — принципу классического детерминизма — по известному состоянию системы в некоторый момент времени и силам, приложенным к ней, можно абсолютно точно описать ее состояние в любой последующий момент. Следовательно, классическая физика основывается на следующем понимании причинности: состояние механической системы в начальный момент времени с известным законом взаимодействия частиц есть причина, а ее состояние в последующий момент — следствие.

В квантовой механике состояние микрообъекта полностью определяется волновой функцией. Задание волновой функции для данного момента времени определяет ее значение в последующие моменты. Таким образом, состояние системы микрочастиц, определенное в квантовой механике, однозначно вытекает из предшествующего состояния, как того требует принцип причинности.

Принцип соответствия. В становлении квантовомеханических представлений важную роль сыграл выдвинутый Н. Бором в 1923 г. принцип соответствия: всякая новая, более общая теория, являющаяся развитием классической, не отвергает ее полностью, а включает в себя классическую теорию, указывая границы ее применения, причем в определенных предельных случаях новая теория переходит в старую.

Так, формулы кинематики и динамики релятивистской механики переходят при скоростях, много меньших скорости света, в формулы механики Ньютона. Например, хотя гипотеза де Бройля приписывает волновые свойства всем телам, но волновыми свойствами макроскопических тел можно пренебречь и для них можно применять классическую механику Ньютона.

Заключение

Таким образом, физическая картина мира создается благодаря фундаментальным экспериментальным исследованиям, на которых основываются теории, объясняющие факты и углубляющие наше понимание природы.

Первой в истории естествознания физической картиной мира была механическая картина мира, связанная с именами Г. Галилея, И. Кеплера, и особенно И.Ньютона. Ее формирование потребовало нескольких столетий; практически оно завершилось лишь в середине XIX в. Механическая картина мира возникла на основе классической механики, обобщении законов движения свободно падающих тел и движения планет, а также создания методов количественного анализа механического движения в целом. Но в рамках механической картины мира не могли найти объяснения электромагнитные явления, и поэтому она была дополнена электромагнитной картиной.

Электромагнитная картина мира представляла огромный шаг вперед в познании мира. Многие ее детали сохранились и в современной естественно-научной картине: понятие физического поля, электромагнитная природа сил, отвечающих за различные явления в веществе (но не в самих атомах), ядерная модель атома, дуализм (двойственность) корпускулярных и волновых свойств материи и др.

Однако многочисленные необъяснимые физические явления, открытые в конце XIX в., показали ограниченность электромагнитной картины мира, что и привело к возникновению квантово-полевой картины мира.

Квантовой или волновой механике (физике), созданной в течение нескольких лет в двадцатые годы XX столетия, суждено было стать фундаментом современной физики. Фундаментом, несмотря на то, что представления о частицах, из которых состоит мир, об атомах этого мира стали, с одной стороны, более глубокими и определенными, с другой стороны, стали и остаются «размытыми» и неопределенными, благодаря соотношению неопределенности Гейзенберга и корпускулярно-волновому дуализму де Бройля.

Список литературы

Архипкин В. Г., Тимофеев В. П. Естественно-научная картина мира. Учебное пособие. — Красноярский государственный университет: Красноярск, 2002. — 320 с.

Карпенков С. Х. Основные концепции естествознания. — М.: Высшее образование, 2007. — 366 с.

Начала современного естествознания: концепции и принципы / В. Н. Савченко, В. П. Смагин. — Ростов н/Д.: Феникс, 2006. — 608 с.

Садохин А. П. Концепции современного естествознания. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. — 447 с.

Садохин А. П. Концепции современного естествознания. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. — С. 75

Садохин А. П. Концепции современного естествознания. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. — С. 76−77

Начала современного естествознания: концепции и принципы / В. Н. Савченко, В. П. Смагин. — Ростов н/Д.: Феникс, 2006. — С. 70

Садохин А. П. Концепции современного естествознания. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. — С. 76- 77

Садохин А. П. Концепции современного естествознания. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. — С. 78

Архипкин В.Г., Тимофеев В. П. Естественно-научная картина мира. Учебное пособие. — Красноярский государственный университет: Красноярск, 2002. — С. 116- 117

Архипкин В.Г., Тимофеев В. П. Естественно-научная картина мира. Учебное пособие. — Красноярский государственный университет: Красноярск, 2002. — С. 117−118

Садохин А. П. Концепции современного естествознания. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. — С. 81

Начала современного естествознания: концепции и принципы / В. Н. Савченко, В. П. Смагин. — Ростов н/Д.: Феникс, 2006. — С. 69

Архипкин В.Г., Тимофеев В. П. Естественно-научная картина мира. Учебное пособие. — Красноярский государственный университет: Красноярск, 2002. — С. 120−121

Начала современного естествознания: концепции и принципы / В. Н. Савченко, В. П. Смагин. — Ростов н/Д.: Феникс, 2006. — С. 83−84

Архипкин В.Г., Тимофеев В. П. Естественно-научная картина мира. Учебное пособие. — Красноярский государственный университет: Красноярск, 2002. — С. 118

Начала современного естествознания: концепции и принципы / В. Н. Савченко, В. П. Смагин. — Ростов н/Д.: Феникс, 2006. — С. 80

Карпенков С. Х. Основные концепции естествознания. — М.: Высшее образование, 2007. — С. 86

Начала современного естествознания: концепции и принципы / В. Н. Савченко, В. П. Смагин. — Ростов н/Д.: Феникс, 2006. — С. 82−83

Садохин А. П. Концепции современного естествознания. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. — С. 86−87

Садохин А. П. Концепции современного естествознания. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. — С. 91

Карпенков С. Х. Основные концепции естествознания. — М.: Высшее образование, 2007. — С. 90

Садохин А. П. Концепции современного естествознания. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. — С. 94

Карпенков С. Х. Основные концепции естествознания. — М.: Высшее образование, 2007. — С. 92