Мир в соответствии с квантовым подходом

Общая и специальная теория относительности выразили особую метафору часового механизма: в мире нет единственных универсальных часов. Однако даже при этих условиях Вселенную можно изучать, согласно предложенным Эйнштейном законам с высокой долей предсказуемости. Если вы знаете состояние Вселенной на данный момент, то есть знаете, где находится каждая частица, как быстро и в каком направлении она движется, тогда, согласно концепциям Ньютона или Эйнштейна, вы можете использовать законы физики чтобы предсказать состояние Вселенной в произвольно далеком будущем или обрисовать то, как она выглядела далеко в прошлом.

Квантовая механика уничтожает эту традицию. Мы не можем когда-либо узнать точное положение и точную скорость даже одной частицы, а тем более не можем точно предсказать эволюцию какой-либо системы. Квантовая механика показывает, что лучшее, что мы можем сделать, это предсказать вероятность, что эксперимент может закончиться тем или иным образом.

Началу развития квантовой механики положили работы Макса Планка 1900 г. Суть предположения, выдвинутого Планком, состояла в том, что энергия излучения упакована маленькими, атомных масштабов порциями или квантами. Каждый квант состоит из излучения минимальной частоты.

Вероятностный характер процессов в микромире

Понятие вероятности играло важную роль в физической трактовке волновой механики. Для измерения физических величин элементарных частиц нужен был прибор, использующий световое излучение для определения скорости и координаты элементарной частицы. Для того, чтобы определить координату замечают длину волны, в которой была зафиксирована частица. Для более точного измерения длину волны делают короче. Однако, при уменьшении длины волны, увеличивается ее частота, а, следовательно, и энергия, с которой она воздействует на частицу. В таком случае скорость частицы существенно изменяется. Получается, что мы не можем со 100-процентной точностью знать и координату, и скорость частицы, а только с той или иной долей вероятности. Подобные вероятностные процессы получили название «принцип неопределенности Гернера Гейзеберга (?)». Вероятностный характер процессов в микромире во многом определяется феноменом корпускулярно-волнового дуализма. Классическая физика всегда рассматривала либо волновые, либо корпускулярные явления. В качестве примера такого дуализма служит опыт с прохождением электронов сквозь экран со щелями и регистрация их на экране в детекторе. При выпускании электрона из пушки и регистрации его на экране детектора проявляются свойства электрона, как частицы, а при прохождении пучка электронов через щели реализуются их волновые свойства. Результаты экспериментов не изменяются даже если электроны будут выпускать по одному через определенный промежуток времени.

Принцип дополнительности Бора

Его можно сформулировать таким образом: информацию об объекте, полученную при некоторых определенных условиях можно рассматривать, как дополнительную к информацию, полученную в других условиях. Бор исходил из идеи о том, что электрон можно описать с помощью корпускулярных и волновых картин.