Читать онлайн «Принцип дополнительности»

В. Г. Кузнецов ПРИНЦИП ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА» Москва 19 68 В книге рассматривается идея дополнительности, выдвинутая Нильсом Бором для обоснования наиболее общих принципов квантовой механики, аналоги этой идеи в античной и в классической физике, пути дальнейшего обобщения этой идеи, а также возможность ее применения вне физики. Книга рассчитана на широкий круг читателей, знакомых с самыми элементарными понятиями теории относительности и квантовой механики. 1. Дополнительность в нерелятивистской квантовой механике Весной 1926 г. Вернер Гейзенберг приехал из Геттинге- на в Копенгаген. Непосредственно перед этим он пришел к новым идеям, означавшим по существу появление новой, квантовой механики. Ей были посвящены совместные исследования Гейзенберга, Макса Борна и Паскуаля Иордана в течение зимы 1925—1926 г. В это же время независимо от геттингенских ученых Поль Дирак разрабатывал в Кембридже свой вариант квантовой механики. Уже существовало и другое направление, которое пока казалось независимым от квантовой механики — волновая механика. Исходные идеи волновой механики были выдвинуты в 1924 г. Луи де Бройлем, а сравнительно законченный вид она приобрела в работах Эрвина Шредингера, появившихся в 1926 г. Приехав в Копенгаген, Гейзенберг ежедневно встречался с Нильсом Бором и обсуждал варианты волновой и квантовой механики, к которым в то время уже было приковано внимание физиков-теоретиков во всем мире. Чтобы перейти к содержанию бесед и споров Гейзенберга и Бора, нужно дать некоторое представление о смысле новых идей -v о том главном, что содержалось в статьях, опубликованных в 1924—1926 гг. и положивших начало новой эпохе в физике. Летом 1923 г. де Бройль, готовясь к защите докторской диссертации, сформулировал в небольшой статье ее основные мысли. Статья была напечатана осенью 1923 г. в Докладах Парижской академии наук. В следующем году де Бройль защитил диссертацию и в 1925 г. опубликовал ее. Де Бройль предположил, что электрон обладает волновыми свойствами. Движению частицы соответствует неко- 3 торый волновой процесс, происходящее с известной скоростью распространение колебаний. Этот волновой процесс характеризуется частотой колебаний — чисто волновой величиной. Она соответствует энергии частицы — чисто корпускулярной величине. В том же году, когда была напечатана диссертация де Бройля, Шредингер придал созданной де Бройлем волновой механике очень стройную математическую форму. В статье, опубликованной в самом начале 1926 г. , Шредингер предложил волновое уравнение, которое позволяет вычислить для каждой точки пространства в каждый момент времени значение некоторой колеблющейся величины — волновой функции и узнать таким образом амплитуду и частоту ее колебаний. Волновая функция определяет динамические переменные электрона, в частности его энергию, причем, что очень важно, получается дискретный ряд значений энергии: подчиняясь в своем поведении волновому уравнению, частица тяожет иметь только определенные значения энергии, отличающиеся одно от другого конечным приращением.