Принцип
Гейзенберга
З тим, що світло і
частинки мають одночасно хвильові, і корпускулярні властивості, багато фізиків
довгий час не могли змиритися. Їм здавалося, що в цьому дуалізмі міститься
щось, що суперечить теорії пізнання. Особливо нетерпимим здавався вченим принцип Гейзенберга.
Це найважливіше положення
фізики мікросвіту встановлює межі придатності корпускулярного аспекту будь-яких
явищ, пов'язаних з рухом частинок речовини. Принцип Гейзенберга записується в такій формі:
ΔХΔV> h / m
Тут: ΔХ і
ΔV - «розмитість» нашого знання відповідно координати і швидкості руху (в
напрямку тієї ж осі координат) згустку матерії, який ми розглядаємо в
корпускулярном аспекті. Коротше, ΔХ і ΔV - це невизначеність у знанні координати і
швидкості частки. Необхідно підкреслити, що мова йде не про технічні труднощі
вимірювання. Наведене співвідношення пов'язує невизначеності, які не вдасться
усунути в самому ідеальному експерименті. Зараз лише історичний інтерес
представляють різного роду схеми, які пропонувалися для абсолютно точного
вимірювання траєкторії і швидкості руху частинок. Уважним розглядом завжди
можна було виявити принциповий дефект схеми.
Спробуємо хоча б кількома
словами пояснити, чому експеримент не може дати більшої точності, ніж дозволяє
принцип Гейзенберга. Покладемо, що мова йде про визначення положення частинки в
просторі. Щоб дізнатися, де вона знаходиться, її треба висвітлити. Як вже
говорилося раніше, можливості розрізнення деталей визначаються довжиною хвилі
використовуваного випромінювання. Чим довжина хвилі менше, тим краще. Але,
зменшуючи довжину хвилі, ми збільшуємо частоту світла, а значить збільшуємо
енергію, фотона. Удар, який зазнає розглянута частка, позбавить нас можливості
винести судження про ту швидкість, яку вона мала при зустрічі з фотоном.
Або ще один класичний
приклад. Ми ставимо на шляху електрона вузьку щілину. Пролетівши через щілину,
електрон падає на екран. Видно спалах. Таким чином з точністю до ширини щілини
встановлено місце розташування електрона в момент, коли він проходив через
отвір. Поженемося за точністю. Для цієї мети будемо зменшувати розміри щілини.
Але тоді хвильові властивості електрона почнуть позначатися більш різко.
Електрон може все далі і далі відхилитися від прямого шляху. А це значить, що
ми все більшою мірою будемо втрачати відомості про компонент його швидкості в
напрямку, площини, в якій виконана щілина.
Обговоримо оцінки ΔХ і ΔV, які можна зробити щодо часток різної маси,
користуючись нерівністю Гейзенберга.
Припустимо, мова йде про
електрон, що належить атому. Можна поставити такий дослід, який встановив би, в
якому місці знаходиться електрон в дану мить? Оскільки розміри атома порядку 10-8
см, то це означає, що бажана точність скажімо, 10-9см. Що ж, в
принципі (тільки в принципі) такий дослід здійснимо. Але оцінимо за допомогою
нерівності втрату інформації про цей електрон. Для електрона h / m, приблизно дорівнює 7 см2 / c і для нього принцип Гейзенберга запишеться так ΔХΔV> 7. Отже, ΔV більше 7 • 109 см / с, що абсолютно
безглуздо, тобто про швидкість електрона нічого не можна сказати.
Ну, а якщо спробувати
встановити швидкість атомного електрона точніше? І для цієї мети можна
придумати принципово здійсненний експеримент. Але тоді буде повністю втрачено
знання про місце, де він знаходиться.
