5.3. Принцип неопределённости Гейзенберга и принцип дополнительности Бора

Необходимо заметить, что основная идея квантовой механики состоит в том, что в микромире определяющим является представление о вероятности событий. На микроскопическом уровне мы не можем точно предсказать результат конкретного эксперимента, например, указать на экране точку, в которую должен попасть фотон. Всё, что мы можем сделать, – это лишь рассчитать вероятность различных исходов опыта.

Такая ситуация совер­шенно необъяснима с точки зрения классической физики. Немало усилий было приложено физиками для устранения возникшего противоречия с целью сохранения классичес­кого идеала описания движения физических объектов. Наиболее революционно настроенные ученые посчитали, что подобное неклассическое поведение объектов в микро­мире требует критического пересмотра самого понятия «ча­стицы», точно локализованной во времени и пространстве. Фи­зическая интерпретация «неклассического» поведения мик­рообъектов была впервые дана Вернером Гейзенбергом, указавшим на необходимость отказа от представлений об объектах микромира как об объектах, движущихся по стро­го определенным траекториям, для которых однозначно с полной определенностью могут быть одновременно указа­ны и координата, и импульс частицы в любой заданный момент времени. Исходя из созданного им математического аппарата кван­товой механики, Гейзенберг установил предельную точность, с которой можно одновременно определить координату и импульс микрочастицы, и получил следующее соотношение неопределенностей этих значений:

ΔX∙ΔP_x ≥ h,

где ΔX – неопределенность в значении координаты; ΔP_x – неопределенность в значении импульса. Произве­дение неопределенности в значении координаты и неопре­деленности в значении импульса не меньше, чем величи­на порядка постоянной Планка h.

Итак, соотношение неопределенности накладывает оп­ределенные ограничения на возможность описания движе­ния частицы по некоторой траектории; понятие траекто­рии для микрообъектов теряет смысл. Фундаментальным принципом квантовой механики также является принцип дополнительности датского физика Н. Бора.

Анализируя соотношения неопределенностей, Бор вы­двигает принцип дополнительности, согласно которому точ­ная локализация микрообъекта в пространстве и времени и точное применение к нему динамических законов сохра­нения исключают друг друга. Бор показал, что из-за соот­ношения неопределенностей корпускулярная и волновая модели описания поведения квантовых объектов не входят в противоречие друг с другом, потому что никогда не пред­стают одновременно. В одном и том же эксперименте не представляется возможным одновременно проводить изме­рения координат и параметров, определяющих динамичес­кое состояние системы, например, импульса. То есть в зависимости от постановки эксперимента микрообъект показывает либо свою корпус­кулярную природу, либо волновую, но не обе сразу. Эти две природы микрообъекта взаимно исключают друг друга и в то же время должны быть рассмотрены как дополняющие друг друга.

Таким образом, в микромире корпускулярная и волновая картины сами по себе не являются достаточными, как в макромире. Обе картины законны, и противоречие между ними снять нельзя.