Часть I. ОСНОВАНИЯ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ
Глава I. ФИЗИЧЕСКИЕ И ТЕОРЕТИКО-ПОЗНАВАТЕЛЬНЫЕ ОСНОВЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ
§ 1. Необходимость введения новых методов и новых понятий для описания явлений атомного масштаба
Квантовая механика возникла в первые десятилетия нашего века на основе изучения явлений атомного масштаба. Строение атома, свойства электронов и атомного ядра, самый факт устойчивости системы, состоящей из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, излучение атомов и молекул, наконец, явление дифракции электронов — все эти свойства и явления требуют для своего объяснения существенно новых идей и новых физических понятий, отличных от идей и понятий классической физики.
Точная формулировка новых понятий требует применения математического аппарата, с которым мы познакомимся в следующих главах этой книги. Но принципиальное отличие квантовой механики от классической мы попытаемся разъяснить уже в этой вводной главе.
§ 2. Основные черты классического способа описания явлений
Основная черта классического способа описания явлений состоит в допущении полной независимости физических процессов от условий наблюдения. В классической физике предполагается, что всегда можно «подсмотреть» явление, не вмешиваясь в него и не влияя на него. Правда, если «подсматривать» физический процесс с разных точек зрения (и соответственно описывать его в разных системах отсчета), то вид его будет различным. Так, движение при свободном падении тела может оказаться в одной системе отсчета прямолинейным, а в другой — происходящим по параболе. Но зависимость формы явления от движения системы отсчета учитывалась всегда; учет этой
зависимости достигается путем простого пересчета от координат одной системы отсчета к координатам другой. Изменение формы явления, допускающее такой учет, очевидно, не вносит в ход самого явления ничего нового; поэтому в классической физике можно говорить о независимости самого явления от способа наблюдения.
Квантовая механика показала, однако, что в случае микропроцессов это будет уже не так; там самая возможность наблюдения предполагает наличие определенных физических условий, которые могут оказаться связанными с сущностью явления. Задание этих условий не сводится к указанию применяемой системы отсчета, а требует более детальной их характеристики.
Пренебрежение этим обстоятельством представляет собой абстракцию, которую можно назвать абсолютизацией физического процесса. Если ее принять, то становится возможным рассмотрение физических процессов как происходящих самих по себе, вне зависимости от того, существует ли принципиальная возможность их наблюдения (т. е. выполняются ли необходимые для их констатации физические условия).
Применение этой абстракции вполне допустимо при изучении явлений крупного (макроскопического) масштаба, по отношению к которым воздействие, связанное с измерением, практически не играет никакой роли. Абсолютизация таких явлений и процессов представлялась настолько естественной, что до возникновения квантовой механики никогда явно не оговаривалась. Считалось само собой разумеющимся, что всякий физический процесс происходит «сам по себе». Это чрезвычайно упрощало описание физических процессов, поскольку отпадала необходимость особо характеризовать условия наблюдения.
Вся классическая физика основана на абсолютизации понятия физического процесса. Эта абстракция является одной из ее характерных черт.
Дальнейшей абстракцией является допускаемая в классической физике возможность неограниченно уточнять наблюдение. Под уточнением мы разумеем здесь не только более точное измерение данной величины, но и одновременное измерение помимо данной еще и любой другой величины, относящейся к наблюдаемому объекту или явлению; такого рода уточнение можно назвать детализацией измерения. Даже в тех случаях, когда измерение разных величин требует неодинаковых условий наблюдения, классическая физика признает возможным комбинировать данные, полученные при неодинаковых условиях, в единую картину, описывающую изучаемый физический процесс. Такое допущение возможности одновременного охвата разных сторон и разных характеристик поведения объекта в данном
физическом процессе логически связано с допущением независимости физического процесса от условий наблюдения, т. е. с его абсолютизацией.
Представления классической физики приводят к мысли о возможности не только абсолютного, но и исчерпывающего описания состояния движения физической системы (с определенными степенями свободы). При этом исчерпывающее описание состояния («самого по себе») предполагается достижимым в результате полной детализации наблюдений; после того как это достигнуто, никакие дальнейшие наблюдения ничего нового прибавить не могут.
