Квантовомеханическая случайность

Рассмотрим простейшую задачу определения будущего положения частицы в вакууме. Очевидно, чтобы это сделать для любого момента, достаточно знать ее координаты и скорость в начальный момент.

Если знать!

А можно ли знать точно и координату и скорость частицы? Довольно простые рассуждения показывают, что сомнения здесь не излишни. Действительно, при определении координаты элементарной частицы (скажем, бета-частицы) мы воздействуем на нее измерительным прибором (например, освещая ее). А поскольку частица мала, то такого рода воздействие не может не изменить ее скорости. Вот и получается, что, измеряя местоположение, мы вносим погрешность в измерение скорости.

В феврале 1927 года молодой физик В. Гейзенберг в Копенгагене вывел очень простую формулу, из-за которой он стал бессмертным. Его тогда волновала проблема трудности одновременного измерения положения и скорости микрочастицы. Что это? Временная трудность, связанная с ограниченными возможностями измерительной техники, или что-то похуже?

Пусть Ах — неопределенность, ошибка определения положения микрочастицы, а До — неопределенность определения ее скорости. Могут ли эти величины быть сколь угодно малы в одном эксперименте? Именно так поставил задачу В. Гейзенберг.

Выведенная им теоретически формула выглядела достаточно пессимистично: Δх •Δv≥ h

то есть произведение неопределенностей координаты и скорости частицы не может быть меньше кванта действия h. Величина этого кванта h очень мала, но конечна. Именно поэтому нельзя одновременно точно измерять положение и скорость микрочастицы. Это утверждение получило название принципа неопределенности Гейзенберга, а его квантовомеханический характер связан с тем, что оно рассматривает механические свойства частицы (ее координату и скорость), имеющей размеры порядка атомных.

Доказывает справедливость принципа неопределенности очень простой и чрезвычайно изящный эксперимент. Перед источником электронов — обычной раскаленной спиралью — ставят два экрана. В первом, ближайшем к источнику, делается маленькое отверстие, а второй покрывается фосфоресцирующим слоем, который дает световую вспышку при попадании в него электрона. (На этом эффекте построена обычная телевизионная трубка, где еще добавлена система управления электронным пучком с помощью электрического поля, чем и достигается развертка изображения.)

Очевидно, что в эксперименте на втором экране будет светиться яркая точка — это конец пучка электронов, прошедших через отверстие в первом экране. Скорость этих электронов направлена от источника к отверстию, а их положение определяется отверстием — только через него электроны могут попасть на фосфоресцирующий экран.

Так будет, когда отверстие не слишком мало, то есть неопределенность Δ х — велика. Если же уменьшать отверстие, то сначала светящаяся точка на втором экране станет уменьшаться, а потом, начиная с определенной величины отверстия, вокруг нее образуются кольца, которые при дальнейшем уменьшении отверстия расползутся по всему экрану. И при диаметре отверстия, равном размеру электрона, вспышки будут наблюдаться равномерно-случайно по всему экрану.

На первый взгляд это противоречит здравому смыслу. Мы, желая сузить пучок электронов, уменьшаем отверстие, а проходящий через пего пучок расширяется!

Соотношение неопределенностей Гейзенберга хорошо объясняет этот экспериментальный результат, повторенный неоднократно во многих лабораториях мира.

Действительно, сужая отверстие, мы уменьшаем неопределенность положения электрона Δх, проходящего через это отверстие. При этом неизбежно воздействуем на его скорость, так как электрон начинает взаимодействовать с краями отверстия. Но скорость — это же вектор, то есть не только величина, но и направление. Изменение направления движения электронов и фиксируется случайным разбросом вспышек на экране.

Соотношение неопределенностей фактически постулирует невозможность точных измерений в микромире. А отсутствие точности и есть источник случайности. И никакое совершенствование измерительной техники не поможет нам повысить точность и преодолеть эту случайность.

Таково свойство нашего случайного мира, отмеченное В. Гейзенбергом. А отсюда следует очень важный вывод: все процессы в микромире случайны. Поэтому случайны и те макропроцессы, чье течение определяется на микроуровне.

  • Сегодня многие люди из-за малых зарплат, обращаются к Интернету в поиске дополнительного заработка. Можно, например, Заработок на кликах не имею сайт или каких ни будь навыков можно заработать хорошие деньги. Для подробной информации посетите сайт http://webmoney-rabota.ru/ в любое удобное Вам время.