Постинг во все соц сети одной кнопкой

Забыли пароль?




«Бог не играет в кости» и Принцип неопределённости Гейзенберга

Раздел Космос
Дата публикации: 28/05/2021
Просмотров: 134
#принцип_неопределённости_гейзенберга #наука #физика #философия #космос


«Бог не играет в кости» и Принцип неопределённости Гейзенберга

Человек пытается объяснить всё, что происходит вокруг нас, с логической, научной точки зрения. Разумеется, что даже в XXI веке до сих пор есть вера в приметы и суеверия, во что-то потустороннее, но ведь, если не изучать науку, то мир будет казаться полным чудес, верно?

Вдохновившись научными теориями, а особенно, ньютоновской теорией тяготения, французский учёный Пьер Лаплас в начале XIX века подумал, что с помощью научных законов можно описать всё, что происходит вокруг нас, а значит, даже предсказать, как поведёт себя тот или иной объект в будущем. Например, мы можем рассчитать положение Солнца и планет, движение комет и метеоритов, мы знаем, когда будут лунные и солнечные затмения, грозят ли Земле столкновения с «непрошенными гостями», или же они в очередной раз пронесутся мимо. Лаплас полагал, что если можно рассчитать какие-либо события, то, значит, можно создать такую теорию, которая описывала бы всё, даже поведение человека можно было бы предсказать наперёд! Эти мысли совершенно не понравились тогда религиозным людям, ведь такой вселенский научный детерминизм полностью исключает возможность Бога вмешиваться в происходящее, а как же можно ограничить свободу Бога?

Пьер-Симон Лаплас

Пьер-Симон Лаплас

Во всём есть определённый порядок, но вот только с помощью каких именно правил мы могли бы описать весь мир? Всё большое начинается с малого подобно тому, как дом строится «по кирпичикам». Многие учёные предполагали, что прежде, чем пытаться разобраться с тем, что происходит во Вселенной, нужно понять, как ведут себя фундаментальные её составляющие – частицы, ведь возможно ответ к великой тайне будет начинаться именно с них.

Немецкий учёный Макс Планк в 1900 году, изучая различные виды излучений, подумал, что раз всё подчиняется определённым законам, значит не может быть никакого хаоса. Так он выдвинул гипотезу, согласно которой свет, рентгеновские лучи и другие волны не могут сами по себе испускаться с произвольной интенсивностью, а должны испускаться только некими порциями, которые Планк назвал квантами. Каждый квант излучения несёт определённое количество энергии. Чем больше этой энергии, тем выше частота волн.

Макс Планк

Макс Планк

Опираясь на исследования Макса Планка, другой немецкий учёный Вернер Гейзенберг в 1926 году сформулировал знаменитый Принцип неопределённости. Он утверждает, что нельзя никогда узнать одновременно и точное положение объекта, и точную его скорость. Всё дело в том, что в квантовой механике частицы могут себя вести и как частицы, и как волны. Чтобы это понять, нужно представить: какого это - вести себя как частица, или как волна.

Опыт, доказывающий, что частицы могут вести себя как волны, а волны - как частицы (корпускулярно-волновой дуализм)

Опыт, доказывающий, что частицы могут вести себя как волны, а волны - как частицы (корпускулярно-волновой дуализм)

Частицы в любой момент времени существуют в единственном месте пространства. Например, это точно так же, как человек, который сидит только в одной комнате и не может находиться больше ни в каких других помещениях.

Волны – это возмущения, распределённые в пространстве, как рябь, покрывающая поверхность водоёма. Мы можем чётко определить свойства волны как целого. Самое важное её свойство – длина – это расстояние между двумя соседними верхушками гребней (максимумами) или низинами (минимумами).

Но волну к одной точке не привяжешь. Она может быть во множестве мест. Представьте бумажный кораблик, плывущий по морским волнам: кораблик – это точка, он может оказаться то на гребне волны, то в самом низу, то где-то в промежутке.

Для квантовой физики понятие длины волны очень важно, ведь оно связано с понятием импульса.

Импульс – это произведение массы и скорости.

Планк был прав: быстро движущийся объект обладает большим импульсом, который означает очень малую длину волны. Тяжёлый объект тоже обладает большим импульсом, даже если он движется медленно, а раз он движется медленно, значит длина волны мала – именно поэтому мы не замечаем волновой природы повседневных вещей. Нам кажется, что волн нет, а они – есть!

Если у нас есть волна, мы можем измерить её длину, и, следовательно, её импульс. Но волна не имеет точного положения. У частиц наоборот: точное положение есть, а длины волны – нет, и импульс её тоже не определишь. Чтобы ответить на все эти вопросы, нужно объединить обе картины: создать график с волнами, только в небольшой области. Но вот в таком случае волны будут объединяться с разными длинами – так наш квант получит множество вероятностей обладания разными импульсами. В каком положении он окажется? Чем точнее мы будем пытаться измерить положение, тем короче должна быть длина волны, а если длина волны короче, то и энергии будет больше. Чем точнее пытаться измерить положение частицы, тем менее точными будут измерения ее скорости, и наоборот. Таким образом, Принцип неопределённости показывает, что невозможно вычислить всё и сразу, как бы мы ни старались.

Получается, что мы не можем точно описать все свойства в мире частиц и волн, и тогда как можно предсказывать будущее Вселенной! Принцип неопределённости положил конец мечтам Лапласа и его последователей о возможности описать всё и вся. Квантовая механика предсказывает некий ряд различных сценариев и даёт вероятность каждого из них. Поучается, что она вносит в науку неизбежный элемент непредсказуемости и случайности. Это, кстати, очень не понравилось Альберту Эйнштейну: по иронии судьбы его труды играли большую роль в развитии квантовой механики, но знаменитый гений так и не мог согласиться с тем, что всей Вселенной может управлять случай. Он всегда восхищался устройством Вселенной – слишком уж она логично продумана и структурирована! Не могло это всё просто так само собой возникнуть из ниоткуда, да и мы сами тоже не могли бы появиться на свет благодаря стечению тысяч счастливых случайностей. «Бог не играет в кости», - так говорил Альберт, подкрепляя свою позицию.

Знаменитый Стивен Хокинг говорил о создании «Теории Всего» - это объединённая физико-математическая теория, описывающая все известные фундаментальные взаимодействия. Универсальная теория, Теория всего сущего, содержит лишь несколько уравнений, которые объединяют в себе всю совокупность человеческих знаний о характере взаимодействий и свойствах фундаментальных элементов материи, из которых построена Вселенная. Она бы смогла описать весь наш мир, начиная от крошечных кварков, и заканчивая всеми процессами во Вселенной. Сможем ли мы когда-нибудь с помощью науки знать наперёд все свои шаги и то, куда и в каком направлении будет развиваться наша Вселенная?



Источник: перейти ...

Всегда будь в курсе, подпишись на наш Telegram





Поделиться, сохранить: