|
Принцип неопределенности был сформулирован В. Гейзенбергом в 1927 г. на основании анализа мысленного эксперимента с микроскопом, испускающим гамма-лучи (высокочастотные фотоны), которые, отражаясь от электрона, делали бы наблюдаемой его динамику. Однако освещение, по мнению Гейзенберга, неизбежно изменит динамику электрона и сделает недостоверными результаты наблюдения его движения.
Проблема наблюдения освещенного электрона в данном эксперименте состояла в том, что размеры электрона сравнимы с длинной падающей и отраженной от него световой волны, а квантовая энергия падающего на электрон света сравнима с энергией его собственного движения. Кроме того, апертура микроскопа, определяющая его способность к фокусировке лучей света, отраженных от электрона так же имеет ограничения. Поэтому результаты измерения скорости и координаты освещенного электрона, по мнению Гейзенберга должны иметь определенные погрешности. Из сопоставления этих величин погрешностей им было выведено соотношение неопределенностей измеряемых характеристик. В этом соотношении, произведение величины погрешности измерения координаты на величину скорости, так же обладающей погрешностью измерения, оказались сопоставимы с величиной постоянной Планка.
Из соотношения неопределенностей был сделан вывод о невозможности одновременного точного определения координаты электрона и его скорости. Так же из соотношения неопределенностей Гейзенбергом был сделан вывод о том, что чем с большей точностью определяется координата электрона, тем с меньшей точностью можно определить его скорость. Абсолютно же точное определение координаты делает абсолютно неопределимой скорость электрона, и, наоборот. Эти выводы и составили квантовый принцип неопределенности Гейзенберга.
Впоследствии В. Гейзенберг придал принципу неопределенности вид философского закона, согласно которому, глобальное бытие, имеющее в своей основе квантовый мир, в связи с тем, что все его характеристики одновременно точно не измеряемы, является непознаваемым: «В сильной формулировке закона причинности “если точно знать настоящее, можно предсказать будущее” неверна предпосылка, а не заключение. Мы в принципе не можем узнать настоящее во всех деталях». (Д. Джеммер в книге «Эволюция понятий квантовой механики»).
В связи с философским обоснованием принципа неопределенности, Гейзенберг полностью исключал возможность точного описания квантового мира: «Поскольку статистический характер квантовой теории очень тесно связан с неточностью его восприятия, можно было бы соблазниться предположением, что за воспринимаемым статистическим (вероятностным) миром скрывается еще один “истинный” мир, в котором существует закон причинности. Подобные спекуляции представляются нам, и мы специально это подчеркиваем, бесплодными и бессмысленными». (Джеммер Д. Эволюция понятий квантовой физики).
Таким образом, невозможность одновременного точного измерения всех характеристик квантового объекта, по мнению Гейзенберга, делает квантовую реальность самобытной, ненаблюдаемой, и потому, принципиально непохожей на реальность классическую. Поэтому принцип неопределенности в современной физике именуется квантовым, то есть принадлежащим лишь квантовому миру и не касающимся мира классического.
Однако сформулированная Гейзенбергом идея, состоящая в том, что квантовый мир отличается от классического невозможностью одновременного точного измерения скорости и координаты движущегося объекта не соответствует действительности, поскольку подобные одновременные измерения невозможны и в классическом мире, так как они противоречат самой природе процесса движения, обсуждаемой в философии еще с древних архаических времен.
Проблема одновременного точного измерения скорости движущегося тела и его координаты состоит в том, что координата — это точка на оси координат, а скорость — это величина, определяемая отрезком времени, необходимым движущемуся телу для прохождения отрезка пути, ограниченного двумя точками. Таким образом, одновременное точное определение координаты и скорости движущегося объекта рождает логическое противоречие, состоящее в невозможности совмещения точки на оси координат, в которой находится тело, и его скорости, которой данное тело обладает лишь преодолевая дискретный, существующий между двумя точками путь.
Это противоречие имеет философский характер. Оно связано с природой процесса движения, возможного лишь в условиях протяженных, дискретных, характеристик пространства и времени. Эта проблема дискретного движения была раскрыта еще в древнегреческих апориях Зенона Элейского о невозможности движения в мире, пространство которого описывается, как бесконечная совокупность безразмерных точек.
Согласно одной из апорий Зенона, путник никогда не дойдет из одного города в другой, поскольку для того, чтобы пройти весь путь, он должен пройти его половину. Но прежде чем пройти половину пути, сначала нужно пройти половину этой половины. И так каждый отрезок пути можно дробить до бесконечности, превратив его в бесконечно малую точку, которая на всем протяжении пути может уложиться бесконечное количество раз, сделав конечный путь бесконечным, а потому и непреодолимым.
Поэтому путь движущегося тела, в разном описании состоящий либо из конечного числа отрезков (шагов), либо из бесконечного количества точек (координат), может оказаться либо конечным, либо бесконечным, то есть преодолимым или непреодолимым в результате движения, таким образом, либо сохраняя возможность движения, либо полностью его нивелируя.
При этом, крайне важное различие между этими мирами состоит в том, что скорость, как величина времени, необходимая для преодоления определенного участка пути, будет существовать только в мире состоящим из отрезков, то есть в дискретном (планковском) мире. В мире же точечном скорости нет, поскольку там не происходит преодоления движущимся телом конечного отрезка пути, поскольку путь этот описывается, как бесконечный.
Поэтому одновременное определение точечной координаты пути, характеризующей этот путь как бесконечность, и скорости, которая существует лишь для дискретного, конечного пути, состоящего не из точек, а из отрезков, является невозможным. Эта невозможность подразумевает, что движущийся и, следовательно, обладающий скоростью предмет никогда не присутствует в точке, а присутствующий в точке предмет неподвижен, то есть скоростью не обладает. Поэтому для любого и классического, и квантового объекта может быть точно определена либо его координата, в случае его неподвижности, либо его скорость, в случае его движения, однако классические объекты, несмотря на это всегда оказываются наблюдаемыми.
При этом, сами скорость и координата оказываются связанными между собой сформулированным Н. Бором принципом дополнительности, согласно которому «дополнительные» характеристики одного и того же объекта объединяются между собой логической связкой: либо – либо, но не знаком умножения, которым объединил их вместе с погрешностями их измерений в соотношении неопределенностей В. Гейзенберг.
Вместе с тем, дополнительная природа скорости и координаты квантовой частицы присутствует и в самом принципе неопределенности Гейзенберга, наложившим запрет на возможность одновременного (точного) измерения координаты и скорости квантовой частицы. Однако пытаясь представить квантовый мир, как целостную, слитную реальность, не распадающуюся на отдельные атрибуты, подобно тому, как описали ее де Бройль и Шредингер, совместившие корпускулярные и волновые свойства электрона, Гейзенберг объединил не объединяемые скорость и координату квантовой частицы в пределах погрешностей их измерений, совершив эти объединением недопустимую схоластическую математическую процедуру.
В этом схоластическом описании образ квантового мира обрел мнимое единство, однако утерял свои отчетливые характеристики, которые обесценились обязательными погрешностями их измерений. Этот мир теперь являл собой некое размытое, бесформенное, заведомо неистинное нечто, любые попытки визуализации которого были заведомо обречены на провал уже заранее поставленным ему диагнозом неопределенности.
Однако несмотря на то, что квантовый мир в трактовке создателей квантовой механики (не только Гейзенберга, но и его ближайших коллег) оказался ирреальным, непрозрачным и точно неописуемым, тем не менее, квантовые эксперименты всегда давали наблюдаемые и однозначные результаты, согласно которым квантовая частица всегда фиксировалась в виде зримого образа либо волны, либо корпускулы. Поэтому для объяснения зримых квантовых эффектов, отрицать наблюдаемость которых бессмысленно, в квантовой физике была принята концепция, говорящая о том, что квантовый мир становится наблюдаемым именно в процессе наблюдения, которое превращает его из неопределенного нечто, в реальное, прозрачное, наблюдаемое бытие.
Эта концепция рождения реального образа квантового мира, возникающего лишь в процессе наблюдения, позволила лауреату нобелевской премии по физике Ю. Вигнеру выдвинуть идею о том, что результаты квантового эксперимента формируются непосредственно сознанием человека.
Согласно идее Вигнера результат квантового эксперимента, являющий человеку зримый образ квантового объекта, возникает в результате того, что человек его видит. И это действительно, во многом, именно так. Потому что зрение, с которым В. Гейзенберг связывал процесс наблюдения за динамикой электрона, подвергнутого ради возможности этого наблюдения освещению гамма лучами, имеет иной механизм, чем предполагал автор квантового принципа неопределенности.
В своем осмыслении эксперимента с гамма-микроскопом, Гейзенберг исходил из того, что зрение – это аналоговый процесс, в ходе которого изображение предмета переносится лучами отраженного от него света в виде уже готового оптического образа. Именно так процесс зрения описан в нейрофизиологии, согласно зрительной модели которой, образ, переносимый светом появляется на сетчатке человеческого глаза в уменьшенном и перевернутом виде, связанном со спецификой фокусировки лучей света хрусталиком глаза. И уже затем из сетчатки этот образ передается в мозг.
Согласно этой модели, когда человек использует увеличительный оптический прибор – микроскоп, то образ отраженного светом предмета сначала появляется в пространстве оптической системы микроскопа, и уже оттуда поступает в глаз. И в этом случае соотносимость длинны световой волны и размера освещенного тела могут привести к искажению изображения, на которые указывал Гейзенберг.
Однако исходя из квантово-рефлексивной концепции зрительного восприятия, зрительный образ возникает не в микроскопе и не на сетчатке глаза, но лишь в квантовом сознании человека, которое получает информацию о предметах в отраженном от них свете, который, согласно эффекту Комптона, при контакте с предметом меняет свою частоту. И уже в результате когерентного взаимодействия частотного кода отраженного света, переформатированного в частотный процесс, идущий по зрительному нерву, с частотным кодом квантового сознания, в самом сознании появляется рефлексивный образ предмета, возникающий в результате изменения корпускулярного состояния сознания. При этом, данного образа не было ни на сетчатке глаза, ни в микроскопе. И в этом случае соотносимость величины квантового объекта с длинной волны падающего и отраженного от предмета света никак не нарушает процесс передачи светом информации о квантовом объекте, потому что в данном контакте происходит когерентное взаимодействие частоты световой волны с осцилирующим квантовым объектом, в процессе которого в луче света появляется информация об объекте зафиксированная в новом частотном коде света.
При этом, энергия света действительно может изменить динамику электрона, что было показано в двухщелевом квантовом эксперименте, по-разному текущем в освещенном и не освещенном режиме. И тем не менее, сознание наблюдателя в процессе зрения в гораздо большей степени влияет на формирование образа наблюдаемого предмета, чем предполагал В. Гейзенберг, формулируя свой принцип неопределенности, как фундаментальный закон квантового мира.
Деятельность сознания определяет не только четкость воспринимаемого образа, но в процессе рефлексии воспринимаемого частотного кода света, рождает этот образ, подчас придавая одной и той же, закодированной в частотном спектре световой волны реальности совершенно разную визуальную форму. Поэтому физик своим внутренним ментальным взором видит в квантовой реальности лишь уничтоженный математической схоластикой безвидный статистический мертвый мир, а поэт в сосотоянии творческой экзальтации наблюдает в квантовом мире прозрачную реальность, подобную музыкальному произведению или удивительной, прекрасной, фантастической Вселенной. И тогда в его описании рождается принципиально отличная от вероятностных физических моделей квантового мира его удивительная картина.
Быть может, эти электроны —
Миры, где пять материков,
Искусства, знанья, войны, троны
И память сорока веков!
Еще, быть может, каждый атом —
Вселенная, где сто планет;
Там — все, что здесь, в объеме сжатом,
Но также то, чего здесь нет.
(В. Брюсов. «Мир электрона», 1920)
|
Но в разных разделах физики возникают другие механические законы, требующие введения других импульсов, по указанным выше правилам. Несколько примеров:
(скорость всегда 
масса всегда 
поэтому указанная выше формула неприменима - возникает выражение вида 
)
: 
причём (групповая) скорость равна 
- соотношение между ними может быть произвольным.