ГЛАВА 8. ПОПЫТКА ПОСТРОЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ КАРТИНЫ КВАНТОВОЙ ПРИРОДЫ МАТЕРИИ
1. Необходимость введения новых представлений.
Выше мы проследили шаг за шагом отдельные звенья рассуждений, которые привели нас от классической к квантовой физике. Таким образом, была построена теория, которая находится в прекрасном количественном согласии с огромной совокупностью опытных фактов, многие из которых находились в противоречии даже с качественными предсказаниями классической теории. Однако эта новая теория представляет собой не только далекоидущие изменения в содержании научных знаний, но также содержит — и более радикальные изменения в основных представлениях, с помощью которых эти знания должны быть выражены. Перечислим три важнейших отличия новой теории от старой:
1) Представление о непрерывной траектории заменяется представлением о дискретных переходах.
2) Классическое динамическое представление о причинности заменяется понятием статистической причинности.
3) Представление о том, что материю возможно представить в виде совокупности отдельных независимых частей, обладающих определенной «внутренней» структурой (например, волна или частица), заменяется представлением о том, что вселенная является неделимым целым, отдельные части которого имеют смысл абстракций или приближений, справедливых лишь в классическом пределе.
Поскольку большинство опытов до последнего времени проводилось в области явлений, которые с достаточной степенью приближения описываются при помощи классических понятий, то новые квантовые представления для нас непривычны. В этой главе мы попытаемся сделать эти новые представления более привычными и показать, что они, по крайней мере в основном, столь же обоснованы, как и понятия классической теории. При этом мы изберем следующий
путь рассуждений: критически рассмотрим классические понятия непрерывности и динамической причинности и покажем, что нет логических причин, чтобы их принять. Покажем также, что квантовые представления о дискретности и статистической причинности не только полностью самосогласованы с логической точки зрения, но и значительно ближе к некоторым наивным представлениям, возникающим на многих фазах обычных опытов. Затем придем к принципу дополнительности Бора, который явился первым качественным обоснованием новых представлений, необходимым для понимания квантовых свойств вещества. После этого критически обсудим классические представления о возможности исследования системы путем разложения ее на составные части и синтезирования этих частей, согласно точным динамически причинным законам, и покажем, что такая процедура в области квантовых явлений недопустима. Таким образом, мы вынуждены будем описывать вселенную как единое целое. Наконец мы рассмотрим некоторые аналогии квантовых понятий, которые должны будут помочь читателю составить более наглядное представление о круге вопросов, охватываемых квантовой теорией.
2. Анализ понятия непрерывности.
Начнем с проблемы непрерывности движения частиц в классической физике. Основными параметрами, описывающими классическую элементарную частицу, являются ее координата и скорость (или импульс), причем предполагается, что в каждый момент оба эти параметра имеют определенные значения, непрерывно изменяющиеся со временем. Начнем с самых простейших представлений об этом, а позже перейдем к более сложным теориям непрерывности и к использованию производных при описании скорости частицы.
