Filslov.ru - Философия как предмет науки

Квантовая механика — раздел физики, в котором исследуются законы движения микро-объектов — электронов, протонов, нейтронов и других «элементарных» частиц, а также атомов, атомных ядер. Движение микрообъектов качественно отличается от движения обычных тел: оно не представляет собой перемещения по траектории, Как показывает опыт, микрочастицы обнаруживают двойственную природу: они проявляют некоторые свойства корпускул и одновременно некоторые свойства волн.

Именно, действуя при сильных столкновениях, подобно корпускуле, в малом объёме, микрочастица вместе с тем подобно волне в своём движении охватывает гораздо большую область пространства. Это движение обнаруживает свойство периодичности в пространстве и во времени. Движение микрочастицы в каждый момент времени зависит от физических условий, существующих во всей материальной системе, в которую она входит. Эти особенности микрочастиц определяют и свойства образуемых ими сложных систем. Например, атом нельзя представить себе состоящим из пространственно резко разделённых частиц, как это делали в до квантовой физике; каждый электрон, входящий в состав сложного атома, не изолирован пространственно от другого электрона; каждая микрочастица принадлежит системе в целом, хотя она вместе с тем сохраняет способность локализоваться в небольшой части системы, проявить свою индивидуальность независимо от системы.

Эти свойства микрочастиц и микросистем находят выражение в законах квантовой механики. Исходные закономерности квантовой механики выражают связь между физическими величинами, характеризующими корпускулярные свойства микрочастицы её энергией и импульсом, и величинами, характеризующими сё волновые свойства,— частотой и длиной волны: энергия частицы пропорциональна частоте связанного с её движением волнового процесса, а импульс (количество движения) обратно пропорционален длине волны. Следовательно, движение микрочастицы характеризуется величинами, не совпадающими полностью по своему содержанию с аналогичными величинами классической физики. Например, импульс (количество движения) является мерой движения микрочастицы не в любом состоянии её (как это имеет место для больших частиц), а только в «свободном» состоянии, когда микрочастица слабо связана с внешним окружением. Координаты микрочастицы (область пространства, в которой она локализована) зависят от внешних условий, от степени связанности частицы с другими.

Из законов квантовой механики вытекает следствие, известное под названием соотношения неопределённостей. Согласно этому соотношению существует связь между областью локализации микрочастицы и степенью неопределённости «размытости» её импульса: чем сильнее связана микрочастица, чем меньше область пространства, в которой она проявляется при взаимодействии, тем более неопределёнен её импульс, характеризующий её индивидуальное действие как «свободной» частицы. И наоборот, чем слабее связана частица, тем больше область пространства, в котором она движется, тем более определённым является её импульс.

Открытие законов движения микрочастиц дало возможность объяснить многие экспериментально установленные факты и закономерности — прежде всего факт особой устойчивости атомов и молекул, их способности отдавать и поглощать энергию только дискретными «порциями», или квантами (отсюда — название «квантовая механика»), а также предсказать ряд ранее не известных явлений, в частности дифракцию электронов и других микрочастиц.

Дифракция электронов, с особой наглядностью показывающая двойственную природу микрообъектов, состоит в следующем. Когда поток электронов, обладающих одинаковым импульсом, проходит через упорядоченно расположенную совокупность атомов (например, через кристаллическую плёнку) и, рассеиваясь ею, попадает затем на экран, дающий световые вспышки в месте попадания каждого электрона, то на экране появляются правильно чередующиеся светлые и тёмные кольца (или полосы); получается картина, вполне похожая на картину дифракции рентгеновских лучей (волн), прошедших через кристалл. Таким образом, действуя локально подобно частицам, электроны вместе с тем движутся подобно волнам. Квантовая механика объясняет квантование энергии атома (или молекулы) следующим образом.

Поскольку стационарное движение электрона находится в соответствии со всей структурой электрического поля, связывающего его с ядром атома и с другими электронами, и обладает признаками волнового движения (оно подчиняется волновому управлению), оно не может быть любым; энергия атомного электрона но может изменяться непрерывно на сколь угодно малую величину. Поэтому длительные движения электрона в атоме квантованы, их энергия может принимать лишь прерывный ряд значений. Этим объясняется особая устойчивость атома, который, испытывая в секунду сотни миллионов столкновений с другими атомами, в огромном большинстве случаев сохраняет своё строение и характер внутренних движений. Квантовая механика объяснила также множество других фактов, в том числе природу химической связи, различие типов твёрдых тел—металлов, полупроводников, изоляторов (диэлектриков), строение излучаемых атомами спектров и др. Она послужила одной из основ некоторых отраслей новой техники.

Однако, несмотря на большие успехи, развитие квантовой механики оказалось замедленным вследствие субъективно-идеалистических извращений теории, распространённых среди буржуазных физиков и оказавших влияние также на некоторых советских физиков. Придерживаясь субъективно-идеалистических философских взглядов, буржуазные физики (в том числе Гейзенберг, Бор, Шрёдиигер, внёсшие значительный вклад в создание квантовой механики) представляют её в превратном виде.

Идеалисты, рассматривая электроны (и другие микрочастицы) как частицы в старом смысле слова, объявляют особые законы их движения, в действительности обусловленные их природой, принципиально необъяснимыми. Они утверждают, что физические величины, характеризующие движения микрочастиц, являются якобы макроскопическими, не адекватными природе микрообъектов. По их мнению, наука принципиально не может выработать иных характеристик движения, кроме макроскопических, так как всякое «физическое знание» якобы по своему существу является «макроскопическим» в силу того, что познающий субъект —человек — есть макро существо. Идеалисты утверждают, что в зависимости от применяемых приборов микрочастица обладает либо одними, либо другими свойствами («дополнительными» друг другу).

Прибор будто бы «создаёт» состояние объекта. Идеалисты доходят до отрицания причинности и микропроцессах, до признания «свободы ноли» электрона и прочей мистики. Всё Это сопровождается реакционным выводом об универсальности квантовой механики, о том, что более глубокая теория микропроцессов невозможна. Подлинное содержание квантовой механики опровергает эти измышления идеалистов, нанёсшие вред науке. Движение микрообъектов определяется объективными физическими условиями, в которых они существуют независимо от наблюдателя, а не макроприбором, лишь вскрывающим состояние движения частиц.

Понятия квантовой механики в действительности адекватно выражают специфический характер законов движения микрообъектов и отнюдь не являются только «макроскопическими». Советские учёные показали всю несостоятельность и реакционность субъективистской трактовки квантовой механики. Однако перед советскими физиками ещё стоит задача последовательного материалистического её истолкования, задача дальнейшего её обобщения и развития.