Строение ядра атома и концепция непрерывно-дискретных свойств

В настоящее время концепцию непрерывно-дискретных свойств понимают как потенциальную способность микрообъекта проявлять различные свои свойства в зависимости от тех или иных внешних условий, в частности, условий наблюдения. Как писал П. Эткис, «у атомных объектов в одних условиях выступают на передний план волновые свойства, а в других — корпускулярные; возможны и такие условия, когда и те, и другие свойства выступают одновременно. Можно показать, что для атомного объекта существует потенциальная возможность проявлять себя, в зависимости от внешних условий, либо как частица, либо как волна, либо промежуточным образом. Именно в этой потенциальной возможности различных проявлений свойств, присущих микрообъекту, и состоит дуализм волна-частица. Всякое иное, более буквальное понимание этого дуализма в виде какой-либо модели неправильно.»

Приведем простейший пример. Пусть пучок электронов проходит сквозь экран с щелями и затем попадает на экран-детектор. При прохождении через щели электроны реализуют свои волновые свойства, что обуславливает характерное для интерференции распределение электронов за щелями. При попадании же на экран-детектор электроны реализуют свои корпускулярные свойства — каждый из них регистрируется в некоторой точке экрана. Можно сказать, что электрон проходит сквозь щель как волна, а регистрируется на экране как частица.

В связи с этим говорят при одних обстоятельствах, что «микрообъект есть волна», а при других — «микрообъект есть частица». Такая трактовка корпускулярно-волнового дуализма неправильна. Независимо ни от каких обстоятельств микрообъект не является ни волной, ни частицей, ни даже симбиозом волны и частицы. Это есть некий весьма специфический объект, способный в зависимости от обстоятельств проявлять в той или иной мере корпускулярные и волновые свойства. Понимание корпускулярно-волнового дуализма как потенциальной способности микрообъекта проявлять в различных внешних условиях различные свойства есть единственно правильное понимание. Отсюда, в частности, следует вывод: наглядная модель микрообъекта принципиально невозможна.

Отсутствие наглядной модели микрообъекта отнюдь не исключает возможности использования условных образов, вполне пригодных для представления микрообъекта в тех или иных условиях. В качестве примера рассмотрим электрон в атоме.

Напомним, что состояние электрона в атоме описывается набором квантовых чисел: n, l, m, σ. Данное состояние характеризуется определенной энергией, которая в частном случае атома водорода, зависит только от числа n, а в более общем случае — от чисел n и l. Электрон в атоме пространственно делокализован — его координаты имеют неопределенность порядка размеров атома. Обычно при рассмотрении электрона в атоме вводят представление о так называемом электронном облаке, которое можно интерпретировать в данном случае как условный образ электрона. Форма и эффективные размеры электронного облака зависят от квантовых чисел n, l, m и, следовательно, меняются от одного состояния электрона в атоме к другому.

Как уже отмечалось, одно из наиболее специфических свойств микрообъекта есть наличие в его поведении элементов случайности, вследствие чего квантовая механика оказывается принципиально статистической теорией, оперирующей с вероятностями. Однако в чем же заключается причина наличия элементов случайности в поведении микрообъекта?

Ответ на поставленный вопрос таков: случайность в микроявлениях объясняется, образно говоря, тем, что микрообъект взаимодействует со всем окружающим его миром. Специфика квантовой механики такова, что ни один объект в ней не может, строго говоря, считаться полностью изолированным, полностью независимым от окружения. Как отмечал Г. И. Рузавин, «причина статистического характера квантовой механики та же, что и в классической статистической механике, — наличие большого числа связей, влияющих на движение объекта. Частица, рассматриваемая в квантовой механике как свободная, в действительности свободна только от воздействий динамического характера. Но она находится под действием случайных сил, вызывающих квантовые флуктуации ее поведения, отражаемые соотношением неопределенностей.»

Какова природа случайных воздействий на микрообъект? В квантовой теории поля она проявляется в явном виде — как взаимодействие микрообъекта с вакуумом (вакуум не есть пустота, он «заполнен» виртуальными зарядами). Можно сказать, что микрообъект взаимодействует с окружающим его миром через виртуальные микрообъекты.

В этом свете представляется совершенно естественной отмечавшаяся выше интерпретация концепции непрерывно-дискретных свойств как потенциальной способности микрообъекта проявлять те или иные свои свойства в зависимости от внешних условий, т. е. в зависимости от окружающей микрообъект обстановки. Это подразумевает органическую связь микрообъекта с окружающим его миром — ведь сама сущность микрообъекта реализуется в том или ином виде в зависимости от конкретных условий, конкретной обстановки.

Обнаруживаемая квантовой механикой невозможность безграничной детализации объектов и явлений в конечном счете так же должна быть объяснена взаимодействием микрообъекта с окружающим миром. Это означает, что на определенной стадии исследования физические объекты уже нельзя рассматривать изолировано. Как уже говорилось ранее, «во время взаимодействия электрона с фотонами нет, строго говоря, ни электрона, ни фотонов, а есть нечто целое, которое и следует рассматривать как единое целое — без уточнения деталей».

Квантовая механика восстанавливает диктуемую жизненным опытом идею единства мира и всеобщей связи явлений, которая была в значительной мере ущерблена в классической физике. Стираются существовавшие ранее резкие различия между волнами и корпускулами, между частицами и полями, между объектами наблюдения и средой; на первый план выдвигаются взаимопревращения материи. Следует согласится со следующим весьма точным замечанием Фигуровского Е. Н.: «По-видимому, необходимо отказаться от представления, что Вселенную можно фактически разбить на отдельные части, и заменить это представлением о всем мире как едином целом. Повсюду, где квантовые явления играют существенную роль, мы найдем, что отдельные „части“ Вселенной могут существенно изменяться с течением времени вследствие неизбежных и неразделимых связей, существующих между ними. Таким образом, мы приходим к картине Вселенной как неделимого, но гибкого и постоянно изменяющегося целого».

Заключение

Важнейшая задача естествознания — создание естественно-научной картины мира. Естественно-научная картина природы образует в целом упорядоченную систему, которая по мере развития науки уточняется и пополняется. Научный язык во многом похож на повседневный язык общения людей, но и отличается от него тем, что научные термины являются, во-первых, более общими и абстрактными и, во-вторых, они более сконцентрированы и точны. Наука стремится выявить общее в предметах и явлениях, которые она изучает.

Выделение общего ведет к абстракциям, т. е. отвлечению от единичного, конкретного, случайного. Наиболее общие и абстрактные понятия, идеи и концепции естествознания выражают, с одной стороны, глубокие, а с другой — общие свойства природы. Такими понятиями и концепциями оперирует в первую очередь физика как фундаментальная основа естествознания. К наиболее общим, важным, фундаментальным концепциям физического описания природы относятся материя, движение, пространство и время. Эти понятия широко используются не только в естествознании, но и во многих гуманитарных сферах, например, в искусстве, в экономике, не говоря уже о философии.

В заключении нужно сказать, что окружающий нас мир, всё существующее вокруг нас и обнаруживаемое нами посредством ощущений представляет собой материю. Материя есть философская категория для обозначения объективной реальности, которая отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них. В классическом представлении в естествознании различают два вида материи: вещество и поле. В современном представлении к этим двум следует добавить третий вид материи — физический вакуум.

Некоторые ученые в духе концепции непрерывно-дискретных свойств объединяют вещество и поле в единый тип реальности, которая действует на наши органы чувств и взаимодействует сама с собой, проявляясь в одних условиях как вещество (физические тела, молекулы, атомы, частицы), а в других — как поле. Однако такое объединение в большей степени касается не макро-, а микромира, многие свойства которого носят квантово-механический характер.

Подтверждённая экспериментально гипотеза де Бройля о корпускулярно-волновом дуализме свойств вещества коренным образом изменила представления о свойствах микрообъектов. Следуя концепции непрерывно-дискретных свойств, современная физика утверждает, что всем микрообъектам присущи и корпускулярные и волновые свойства: для них существуют потенциальные возможности проявить себя в зависимости от внешних условий либо в виде волны, либо в виде частицы.

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания. — М.: Оникс, 2003.

Горелов А. А. Концепции современного естествознания. — М.: Центр, 1998.

Дягилев Ф. М. Концепции современного естествознания. — М.: Институт международного права и экономики им. А. С. Грибоедова, 1998.

Карпенков С. Х. Концепции современного естествознания. — М.: Высшая школа, 2000.

Концепции современного естествознания: Учебное пособие для студентов гуманитарных факультетов университетов./ Под общей ред. В. А. Любичанковского. — 4-е изд., доп. — Оренбург: ОГУ, 2000.

Лобачев А. И. Концепции современного естествознания. — М.: ЮНИТИ, 2001.

Рузавин Г. И. Концепции современного естествознания. Учебник для вузов. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997.

Солопов Е. Ф. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. — М.: Гуманит. Изд. Центр ВЛАДОС, 1998.

Фигуровский Е.Н., Шпиченецкий Б. Я. Концепции современного естествознания: учебное пособие. — Москва, 2005

Эткинс П. Кванты: Справочник концепций. — М.: Мир, 1977.

Гарднер М. Теория относительности для миллионов. — М.: Атомиздат, 1967.

Карпенков С. Х. Концепции современного естествознания. — М.: Высшая школа, 2000.

Лобачев А. И. Концепции современного естествознания. — М.: ЮНИТИ, 2001.

Гарднер М. Теория относительности для миллионов. — М.: Атомиздат, 1967.

Солопов Е. Ф. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. — М.: Гуманит. Изд. Центр ВЛАДОС, 1998.

Концепции современного естествознания: Учебное пособие для студентов гуманитарных факультетов университетов./ Под общей ред. В. А. Любичанковского. — 4-е изд., доп. — Оренбург: ОГУ, 2000.

Рузавин Г. И. Концепции современного естествознания. Учебник для вузов. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997.

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания. — М.: Оникс, 2003.

Солопов Е. Ф. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. — М.: Гуманит. Изд. Центр ВЛАДОС, 1998.

Гарднер М. Теория относительности для миллионов. — М.: Атомиздат, 1967.

Горелов А. А. Концепции современного естествознания. — М.: Центр, 1998.

Дягилев Ф. М. Концепции современного естествознания. — М.: Институт международного права и экономики им. А. С. Грибоедова, 1998.

Дягилев Ф. М. Концепции современного естествознания. — М.: Институт международного права и экономики им. А. С. Грибоедова, 1998.

Эткинс П. Кванты: Справочник концепций. М.: Мир, 1977.

Рузавин Г. И. Концепции современного естествознания. Учебник для вузов. — М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997.

Фигуровский Е.Н., Шпиченецкий Б. Я. Концепции современного естествознания: учебное пособие. — Москва, 2005