Квантово полевая картина мира кратко

Обновлено: 05.07.2024

Мир можно разделить на материальные тела и поле, что является свидетельством существования двух крайних свойств мира – дискретности и непрерывности. Дискретность (прерывность) мира означает конечную делимость всего пространственно-временного строения на отдельные ограниченные предметы, свойства и формы движения. Непрерывность (континуальность) выражает единство, целостность и неделимость объекта. В рамках классической физики дискретность и непрерывность мира первоначально выступают как противоположные друг другу, отдельные и независимые, хотя в целом и взаимодополняющие свойства. В современной физике это единство противоположностей нашло свое обоснование в концепции корпускулярно-волнового дуализма.

В основе современной квантово-полевой картины мира лежит новая физическая теория – квантовая механика, описывающая состояние и движение микрообъектов материального мира, устанавливающую способ описания и законы движения микрочастиц и их систем, а также связь величин, характеризующих частицы и системы, с физическими величинами, непосредственно измеряемыми опытным путем.

Поскольку свойства макроскопических тел определяются движением и взаимодействием частиц, из которых они состоят, то законы квантовой механики лежат в основе понимания большинства макроскопических явлений. Становление квантовой механики происходило при изучении явлений и объектов микромира (М. Планк, Э. Резерфорд, Н. Бор, Л. Де Бройль, В Гейзенберг, Э. Шредингер).

В соответствии с квантово-полевой картиной мира любой микрообъект, обладая волновыми и корпускулярными свойствами, не может иметь определенных координат и скорости (импульса). Поэтому, исходя из относительности пространства и времени микрообъект не имеет определенной траектории движения. Для описания состояния микрообъекта используют волновую функцию, квадрат модуля которой определяет вероятность нахождения частицы в данной точке пространства. В классической физике вероятностным законам подчинялось поведение большого числа частиц, а в квантовой механике поведение каждой микрочастицы подчиняется не динамическим, а статистическим законам.

Реальность в квантово-полевой картине мира двойственна: с одной стороны, в нее входят характеристики исследуемого объекта, а с другой – условия наблюдения, от которых зависит определенность этих характеристик. Это означает, что картина реальности в современной физике является не только картиной объекта, но и картиной процесса его познания.

Современная физика рассматривает материю с точки зрения корпускулярно-волнового дуализма. Одной из основных особенностей элементарных частиц является их универсальная взаимопревращаемость и взаимозависимость.

Кардинально меняется представление о движении, которое становится лишь частным случаем фундаментальных физических взаимодействий. Все они описываются на основе современного принципа близкодействия. В соответствии с ним взаимодействие каждого типа передается соответствующим полем от точки к точке. При этом скорость передачи взаимодействия всегда конечна и не может превышать скорости света в вакууме (300 000 км/с).

Окончательно утверждаются представления об относительности пространства и времени, их зависимости от материи. Пространство и время перестают быть независимыми друг от друга и согласно теории относительности сливаются в едином четырехмерном пространстве-времени, которое не существует вне материальных тел.

Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то,что они всегда выступают в вероятностной форме, в виде статистических законов. Они соответствуют более глубокому уровню познания природных закономерностей. Таким образом, оказалось, что в основе нашего мира лежит случайность, вероятность.

Также новая картина мира впервые включила в себя наблюдателя, от присутствия которого зависят получаемые результаты исследований. Был сформулирован так называемый антропный принцип, который утверждает, что наш мир таков, каков он есть, только благодаря существованию человека.

В основе современной КПКМ лежит новая физическая теория – квантовая механика, описывающая состояние и движение микрообъектов. Это – четвертая (после механики, электродинамики и теории относительности) фундаментальная физическая теория. Она является базой для развития современного естествознания. В основе квантовой механики лежат фундаментальные идеи о квантовании физических величин и корпускулярно-волновом дуализме (единстве корпускулярного и континуального подхода к описанию мира). КПКМ рассматривает принципы дополнительности, соответствия и неопределенностей.

Формирование идеи квантования физических величин.Определение: физические величины, которые могут принимать лишь определенные дискретные значения, называются квантованными. А само их выражение через квантовые числа называется квантованием. Сама идея квантования сформировалась на основе ряда открытий в конце 19-го – начале 20-го века. Рассмотрим основные из них.

Открытие электрона. В 1897 г. был открыт электрон. Его заряд оказался наименьшим, элементарным. Заряд любого тела равен целому числу элементарных зарядов. Таким образом, заряд дискретен, а равенство q=±ne представляет собой форму квантования электрического заряда.

В 1905 г. А. Эйнштейн, приняв гипотезу Планка, расширил ее, предположив, что свет не только излучается квантами, но и распространяется и поглощается тоже квантами (названными впоследствии фотонами). Таким образом, свет представляет собой поток световых частиц – фотонов. Как видно, это возвращает нас к корпускулярным воззрениям Ньютона, но на новом уровне.

А. Эйнштейн(1909 г): свет одновременно обладает и корпускулярными (квантовыми) и волновыми (электромагнитными) свойствами. Т.е. свету присущ корпускулярно-волновой дуализм (двойственность).

Корпускулярно-волновой дуализм света и вещества. В истории развития учения о свете сменяли друг друга корпускулярная теория света (Ньютон) и волновая (Р. Гук, Ч. Гюйгенс, Т. Юнг, Ж. Френель), представлявшая свет как механическую волну. В 70-х годах после утверждения теории Максвелла под светом стали понимать электромагнитную волну.

В начале 20-го века на основе экспериментов было неопровержимо доказано, что свет обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами. Было также обнаружено, что в проявлении этих свойств существуют вполне определенные закономерности: чем меньше длина волны, тем сильнее проявляются корпускулярные свойства света. В 1924 г. французский физик Л. де Бройль выдвинул смелую гипотезу: корпускулярно-волновой дуализм имеет универсальный характер, т.е. все частицы, имеющие конечный импульс Р, обладают волновыми свойствами. Так в физике появилась знаменитая формула де Бройля , где m – масса частицы, V – ее скорость, h – постоянная Планка.

Итак, из сказанного выше следует, что корпускулярные и волновые свойства микрообъекта являются несовместимыми в отношении их одновременного проявления, однако они в равной мере характеризуют объект, т.е. дополняют друг друга.

Луи де Бройль(1924 г) сформулировал универсальный корпускулярно-волновой дуализм: каждый микрообъект проявляет себя одновременно и как частица (имеющая импульс и энергию) и как волна (с частотой и длиной волны).

Основные понятия и принципы КПКМ. Как и все предшествующие картины Мира, КПКМ представляет собой процесс дальнейшего развития и углубления наших знаний о сущности физических явлений. Процесс становления и развития КПКМ продолжается и прошел уже ряд стадий, в частности: 1) утверждение корпускулярно-волновых представлений о материи; 2) изменение методологии познания и отношения к физической реальности. ВКПКМ появляется принцип относительности к средствамнаблюдения. Все рассмотренные ранее картины мира отличались своей трактовкой таких фундаментальных понятий как пространство и время, движение, принцип причинности, взаимодействия. Рассмотрим, как они представлены в КПКМ.

Пространство и время. При рассмотрении МКМ подчеркивалось, что пространство и время в ней абсолютны и независимы друг от друга. Для характеристики объекта в пространстве вводились три пространственные координаты (X,Y,Z), а для обозначения времени независимо от них вводилась одна временная координата t. В СТО и ЭМКМ они потеряли абсолютный и независимый характер. Появилось новое пространство-время как абсолютная характеристика четырехмерного Мира (пространственно-временного континуума Минковского). И новая величина – пространственно-временной интервал стал оставаться неизменным (инвариантным) при переходе от одной системы отсчета к другой.

Причинность. В МКМ при описании объектов используется два класса понятий: пространственно-временные, которые дают кинематическую картину движения и энергетически импульсные, которые дают динамическую (причинную) картину. В МКМ и ЭМКМ они независимы. В КПКМ, в соответствии соотношением неопределенностей они не могут применяться независимо друг от друга, они дополняют друг друга. Таким образом, пространство, время и причинность оказались относительными и зависимыми друг от друга.

В квантовой механике относительность пространства-времени и причинности приводит к неопределенности координат и скорости в данный момент, к отсутствию траектории движения микрообъекта. И если в классической физике вероятностным законам подчинялось поведение большого числа частиц, то в квантовой механике поведение каждой частицы подчиняется не динамическим (детерминистским), а статистическим законам. Таким образом, причинность в современной КПКМ имеет вероятностный характер (вероятностная причинность).

Взаимодействие. Все многообразие взаимодействий подразделяется в современной физической картине мира на 4 типа: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. По современным представлениям все взаимодействия имеют обменную природу, т.е. реализуются в результате обмена фундаментальными частицами – переносчиками взаимодействий. Каждое из взаимодействий характеризуется так называемой константой взаимодействия, которое определяет его сравнительную интенсивность, временем протекания и радиусом действия.

В теории относительности, созданной А. Эйнштейном, было впервые введено понятие относительности пространства и времени, а также понятие о кривизне единого четырехмерного пространственно-временного континуума. Это была последняя крупная теория в рамках электромагнитной картины мира. Начиная с конца 19 века между электромагнитной теорией и эмпирическими фактами выявлялась все больше и больше противоречий. А после открытия явления радиоактивности и выявления того, что оно связано с превращением одних элементов в другие и сопровождается испусканием альфа- и бета-лучей, появились новые модели атома, которые не соответствовали электромагнитной картине мира. А позднее, М. Планк, в ходе попыток построения теории излучения, высказал мнение, что процессы излучения не являются непрерывными. Таким образом, в начале 20 века появилось два представления о материи:

Либо материя состоит из дискретных частиц
Либо материя является абсолютно непрерывной.

Эти два представления являются несовместимыми, и попытки, предпринимаемые учеными-физиками их как-то совместить терпели неудачу. Это подтолкнуло к мнению, что наука находится в тупике, выхода из которого не существует. Ситуация ухудшилась, когда Н. Бор предложил новую модель атома, согласно которой, электрон, вращающийся вокруг ядра, не излучает энергии. Это предположение противоречило законам электродинамики. По мнению Бора, электрон излучает энергию порциями тогда, когда переходит с одной орбиты на другую. Это предположение казалось странным, однако именно оно способствовало выходу из тупика и формированию новых представлений о материи.

Позже Луи де Бойль предложил гипотезу, согласно которой материи присущи и непрерывность, и квантовость, то есть каждой частице соответствует определенная волна. Исследования Э. Шредингера и В. Гейзенберга в 1925-1927 гг. подтвердили эту гипотезу, а позднее М. Борн доказал тождественность квантовой механики Гейзенберга и волновой механики Шредингера.

Готовые работы на аналогичную тему

Таким образом, представления о неизменности материи остались в прошлом, а вновь сложившиеся квантово-полевые представления о природе материи определяются как корпускулярно-волновой дуализм, подразумевающий, что у каждого элемента материи есть свойства частицы и волны.

Квантовая механика

Основой новой современной картины мира, получившей название квантово-полевой, лежит квантовая механика. Это новая теория, которая описывает состояние и движение микрообъектов материального мира. Она устанавливает метод описания и законы движения микрочастиц, к которым относятся элементарные частицы, атомы, атомные ядра, молекулы. Квантовая механика также занимается изучением связи величин, характеризующих частицы, с физическими величинами, измеряемыми экспериментальным путем. Законы квантовой механики дают возможность изучить строение атомов, а также установить природу химической связи и объяснить периодическую систему элементов, исследовать свойства элементарных частиц.

Квантовая механика способствовала изучению строения и свойств многих твердых тел, что до этого не представлялось возможным. Квантовая механика позволила изучить такие явления, как сверхпроводимость, ферромагнетизм, сверхтекучесть, а также исследовать природу нейтронных звезд и белых карликов. Кроме того, благодаря квантовой механике появилась возможность выявить механизм протекания термоядерных реакций, происходящих на Солнце и звездах.

Идеи квантово-полевой картины мира

С появлением новой картины мира было установлено, что элементарным частицам присуща такая особенность, как взаимопревращаемость и взаимозаменяемость. В квантово-полевой картине мира материальным объектом принимается квантовое поле, а при переходе его из одного состояния в другое число частиц меняется.

Движение в квантово-полевой картине мира определяется лишь как частный случай физического взаимодействия. Выделяются четыре основополагающих физических взаимодействия:

Электромагнитное
гравитационное
Сильное
Слабое.

В основе их описания лежит принцип близкодействия. Он означает, что взаимодействия передаются соответствующими полями от точки к точке, скорость передачи взаимодействия всегда является конечной и не превышает скорость света в вакууме, которая равна 300 000 км/с.

Предположения об относительности пространства и времени, а также их зависимости от материи, основы которой были заложены еще в электромагнитной картине мира, в новой, квантово-полевой картине мира утверждаются. Согласно теории относительности, время и пространство не являются независимыми друг от друга и соединяются в четырехмерном пространственно-временном континууме.

Закономерность и причинность в квантово-полевой картине мира принимают вероятностную форму, то есть выступают в виде статистических законов. Это свидетельствует о более глубоком уровне исследования природных закономерностей.

Еще одним принципиальным отличием квантово-полевой картины от предыдущих механической и электромагнитной является определение места и роли человека во Вселенной. Человек перестает быть лишь одним из объектов природы. Квантово-полевая картина мира рассматривает человека как наблюдателя, который определяет получаемую картину мира. Помимо этого, в современной, квантово-полевой, картине мира считается, что существование человека определяет то, каким является современный мир, а появление человека является закономерным результатом эволюции Вселенной.

Однако, как механическая и электромагнитная, современная картина мира тоже не лишена недостатков. К ним относятся:

Квантово-полевая, или как ее называют иначе, квантово-релятивистская, картина мира сейчас лишь проходит стадию становления. С развитием науки к ней добавляются новые теории, новые гипотезы, и возможно, указанные недостатки будут устранены и появятся ответы на существующие вопросы.

Многие древние духовные концепции – иллюзорность материи, создание реальности сознанием, глубинное единство мира, существование Абсолюта – всегда назывались мистическими. Потому что они считались принципиально недоказуемы.

С появлением квантовой механики, духовная картина мира начала обретать научную основу.

Квантово-полевая картина мира содержит целый ряд положений, которые ранее считались чистой мистикой. При этом, ключевые выводы квантовой механики многократно подтверждены различными экспериментами.

Как именно мистическая картина мира обретает научную основу с помощью квантовой механики – расскажет эта статья!

Квантовая механика доказывает:

Все началось со света.

Две различные теории образования света были высказаны в XVII века почти одновременно Ньютоном и Гюйгенсом.

Победила точка зрения Ньютона, и почти на 200 лет стала общепринятой.

Правда, сам он, конечно, даже не подозревал, что его опыты сыграют ключевую роль в квантовой механике, которая возникнет только спустя более ста лет. Он просто был любознателен, и изучал природу света.

Итак, он взял непрозрачную ширму, сделал в ней 2 прорези и направил на нее луч света. За ширмой Юнг поставил экран. Теория Ньютона говорила, что свет – это поток частиц. Поэтому Юнг рассчитывал увидеть на экране за ширмой 2 вертикальных световых полосы от пролетевших сквозь прорези частиц.

Опыт Юнга недвусмысленно говорил: свет – это волна!

Именно этот эффект, кстати, лежит в основе работы солнечных батарей.

В начале XX века Эйнштейн объяснил, почему именно отдельные электроны выбиваются светом. Потому что свет также состоит из отдельных частиц – фотонов. Эти фотоны, словно бильярдные шары, вышибают электроны со своих мест.

Объяснения Эйнштейна и Юнга были абсолютно надежно подтверждены экспериментально. И… при этом оказались совершенно противоположны.

Однако, возможно, что так себя ведет только свет? Ведь свет – действительно совершенно уникальная субстанция, у которой нет массы и заряда, но имеется энергия!

В 1924 году Луи де Бройль выдвинул гипотезу, что не только свет обладает квантово-волновым дуализмом.

Он предположил, что любая элементарная частица (электрон, протон, и т. д.) обладает свойствами как волны, так и частицы. Таким образом, квантово-волновой дуализм – это общее свойство всей материи.

Эту теорию удалось экспериментально подтвердить Клауссу Йонссону в 1961 году. Он заменил в опыте Юнга поток света на поток электронов из электронной пушки… и получил ту же самую картину с полосами на экране! Результат опыта подтвердил, что электрон тоже ведет себя как волна.

А ведь электрон обладает и массой, и зарядом. Электрон – одна из составляющих атома. Атомы образуют молекулы, а молекулы – это те кирпичики, из которых строятся вполне осязаемые твердые тела.

Дальнейшие эксперименты показали, что де Бройль был прав.

Не только электрон, а все элементарные частицы демонстрировали свою волновую природу!

Это выглядит очень странно. Возникло предположение: может быть, электрон – не волна? Может быть, множество электронов просто движется волной?

Подтвердить или опровергнуть это утверждение помог опыт, в котором электроны выпускались поодиночке. Ведь отдельный электрон никак не сможет пройти одновременно в обе щели, чтобы интерферировать с самим собой!

Впрочем, физики и не сомневались в результатах этого опыта. И задолго до окончательного экспериментального подтверждения, был разработан математический аппарат, который описывает происходящее.

Он может обнаружится с определенной вероятностью в любой точке Вселенной.

И этот удивительный факт многократно доказан экспериментально.

Но нет, квантовые эксперименты и здесь наносят удар по здравому смыслу!

Для увеличения схемы нажмите на нее.

Реальность начинает возникать в момент наблюдения над ней.

Для этого нужно поставить детектор, который может засечь, через какую именно щель пролетел электрон. Как только детектор заработает – на экране исчезнет интерференционная картина со множеством полосок, и возникнут две полосы напротив щелей.

Для увеличения схемы нажмите на нее.

Результаты такого эксперимента были давным-давно предсказаны квантовой механикой теоретически.

Однако, технически возможным оказалось провести такой эксперимент лишь в 2013 году. Опыт поставил профессор Герман Бателаан.

Не буду его подробно описывать, скажу лишь суть: детектор электронов ставится уже после того, как электрон пролетел сквозь щели. Результат этого эксперимента оказался тем же самым.

Все оказались по-своему правы.

В 2004 году уже известный нам Антон Цайлингер провел совершенно удивительный эксперимент. Для опыта он использовал молекулы фуллерена. Это – крупные углеродные молекулы, содержащие до 70 атомов.

Сперва он просто стрелял пучком молекул фуллерена по стене с отверстиями и экраном за ней (на самом деле используемое им оборудование было более сложным, но суть опыта от этого не меняется). Конечно же, он наблюдал уже знакомую картину с интерференционными полосами – молекулы вели себя как квантовые объекты.

Вот как это происходит: нагретая молекула, как любое нагретое тело, начинает испускать тепло (тепловые фотоны). Если поймать несколько таких фотонов, то можно, в принципе, определить траекторию движения испустившей их молекулы. При этом, чем выше будет температура нагрева, тем точнее можно локализовать молекулу.

Если поставить детекторы фотонов, то при температуре 3000 К можно было бы точно сказать, через какую именно щель прошла конкретная молекула.

Только никакого детектора не было. Роль детектора выполняла окружающая среда.

Для увеличения схемы нажмите на нее.

Этот опыт говорит о следующем: реальность создается путем информационного обмена объекта с окружением.

Наличие таких квантовых корреляций доказал опыт, проведенный в 1982 году французским физиком Аленом Аспе.

В чем суть опыта? У фотона есть определенные характеристики, которые невозможно предсказать заранее, до наблюдения над ним.

Что представляет из себя такой фильтр?

Теперь представим, что мы выпускаем пару фотонов в разных направлениях. Каждый из них летит к своей решетке. Их поляризация заранее неизвестна.

Предсказать, какую поляризацию имеет фотон – невозможно. Ведь, согласно квантовой механике, до наблюдения частицы этой характеристики просто не существует, есть только вероятность ее возникновения. Если один из них прошел сквозь свой фильтр, то какова вероятность, что другой тоже пройдет сквозь свой? Теория вероятности дает твердый ответ – такая вероятность составляет 75%. При условии, что фотоны являются независимыми друг от друга объектами.

Причем, установка Аспе была устроена так, что фильтр-решетка принимал определенное положение уже после того, как был выпущен фотон. То есть, если бы фотоны каким-то образом заранее воспринимали информацию о ее положении, то она должна была распространяться быстрее света.

Для увеличения схемы нажмите на нее.

Очень приблизительно смысл эксперимента можно описать следующей аналогией.

Допустим, у двух друзей есть по колоде карт. Один друг находится в Москве, а другой – во Владивостоке. Тот, который находится в Москве, тасует колоду. Естественно, он не знает, какой окажется верхняя карта.

Эффект, наблюдаемый в результате опыта, только выглядит как передача информации со сверхсветовой скоростью. На самом деле, частицы не взаимодействуют, они просто в определенном аспекте представляют собой единое целое.

И это целое они представляют собой на уровне квантовой реальности.

«Представьте себе рыбу, плавающую в аквариуме. Представьте также, что вы никогда раньше не видели рыбу или аквариум и что единственную информацию о них вы получаете через две телевизионные камеры, одна из которых направлена на торец аквариума, а другая смотрит сбоку. Если смотреть на два телевизионных экрана, можно ошибочно предположить, что рыбы на экранах разные.

Действительно, поскольку камеры расположены под разными углами, каждое из изображений будет несколько отличаться. Но, продолжая наблюдать за рыбами, вы в конце концов понимаете, что между ними существует некая связь. Если поворачивается одна рыба, другая делает несколько другой, но синхронный поворот. Если одна рыба показывается анфас, другая предстает в профиль и т.д.

Следовательно, любые материальные объекты неразрывно связаны между собой.

А еще вернее будет сказать – проекции отдельных аспектов Целого.

Можно сказать, что классическая физика – это описание поверхности океана, а квантовая – это попытка заглянуть в океанскую бездну, чтобы понять – почему же поверхность выглядит именно так?

Именно квантовая физика позволяет увидеть истинную глубину и разнообразие Вселенной!

Итак, глубинные духовные истины имеют научное подтверждение.

Наука и духовность не противоречат друг другу. Чем глубже наука познает мир, тем сильнее она приближается к осознанию истинности духовных максим.

Поэтому тебе не нужно выбирать между наукой и духовностью. Объедини их в своем разуме и сердце!

Пожалуйста, оцени статью.
Пиши свое мнение в комментариях к статье!

Согласно электромагнитной картине мира окружающий человека мир представляет собой сплошную среду – поле, которое может иметь в разных точках различную температуру, концентрировать разный энергетический потенциал, по-разному двигаться и т.д. Сплошная среда может занимать значительные области пространства, ее свойства изменяются непрерывно, у нее нет резких границ. Этими свойствами поле отличается от физических тел, имеющих определенные и четкие границы. Разделение мира на тела и частицы поля, на поле и пространство является свидетельством существования двух крайних свойств мира – дискретности и непрерывности. Дискретность (прерывность) мира означает конечную делимость всего пространственно-временного строения на отдельные ограниченные предметы, свойства и формы движения, тогда как непрерывность (континуальность) выражает единство, целостность и неделимость объекта.

В рамках классической физики дискретность и непрерывность мира первоначально выступают как противоположные друг другу, отдельные и независимые, хотя в целом и взаимодополняющие свойства. В современной физике это единство противоположностей, дискретного и непрерывного нашло свое обоснование в концепции корпускулярно-волнового дуализма.

В основе современной квантово-полевой картины мира лежит новая физическая теория – квантовая механика, описывающая состояние и движение микрообъектов материального мира.

Квантовой механикой называют теорию, устанавливающую способ описания и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем, а также связь величин, характеризующих частицы и системы, с физическими величинами, непосредственно измеряемыми опытным путем.

Законы квантовой механики составляют фундамент изучения строения вещества. Они позволяют выяснить строение атомов, установить природу химической связи, объяснить периодическую систему элементов, изучить свойства элементарных частиц.

Поскольку свойства макроскопических тел определяются движением и взаимодействием частиц, из которых они состоят, то законы квантовой механики лежат в основе понимания большинства макроскопических явлений. Например, квантовая механика позволила определить строение и понять многие свойства твердых тел, последовательно объяснить явления ферромагнетизма, сверхтекучести, сверхпроводимости, понять природу астрофизических объектов – белых карликов, нейтронных звезд, выяснить механизм протекания термоядерных реакций на Солнце и звездах.

Разработка квантовой механики относится к началу XX в., когда были обнаружены физические явления, свидетельствующие о неприменимости механики Ньютона и классической электродинамики к процессам взаимодействия света с веществом и процессам, происходящим в атоме. Установление связи между этими группами явлений и попытки объяснить их на основе теории привели к открытию законов квантовой механики.

Своими исследованиями Планк продемонстрировал, что излучение энергии происходит дискретно, определенными порциями – квантами, энергия которых зависит от частоты световой волны. Эксперименты Планка привели к признанию двойственного характера света, который обладает одновременно и корпускулярными, и волновыми свойствами, представляя собой, таким образом, диалектическое единство этих противоположностей. Диалектика, в частности, выражается в том, что чем короче длина волны излучения, тем ярче проявляются квантовые свойства; чем больше длина волны, тем ярче проявляются волновые свойства света.

Л. де Бройль, как говорилось выше, выдвинул гипотезу, что корпускулярно-волновой дуализм имеет универсальный характер, т.е. все частицы вещества обладают волновыми свойствами. Позднее эта идея была подтверждена экспериментально, и принцип корпускулярно-волнового дуализма был распространен на все процессы движения и взаимодействия в микромире.

В соответствии с квантово-полевой картиной мира любой микрообъект, обладая волновыми и корпускулярными свойствами, не имеет определенной траектории движения и не может иметь определенных координат и скорости (импульса). Это можно сделать только через определение волновой функции в данный момент, а потом найти его волновую функцию в любой другой момент. Квадрат модуля дает вероятность нахождения частицы в данной точке пространства.

Кроме того, относительность пространства-времени в данной картине мира приводит к неопределенности координат и скорости в данный момент, к отсутствию траектории движения микрообъекта. И если в классической физике вероятностным законам подчинялось поведение большого числа частиц, то в квантовой механике поведение каждой микрочастицы подчиняется не динамическим, а статистическим законам.

Таким образом, материя двулика: она обладает и корпускулярными, и волновыми свойствами, которые проявляются в зависимости от условий. Отсюда общая картина реальности в квантово-полевой картине мира становится как бы двуплановой: с одной стороны, в нее входят характеристики исследуемого объекта, а с другой – условия наблюдения, от которых зависит определенность этих характеристик. Это означает, что картина реальности в современной физике является не только картиной объекта, но и картиной процесса его познания.

Итак, ушли в прошлое представления о неизменности материи и возможности достичь конечного предела ее делимости. Сегодня мы рассматриваем материю с точки зрения корпускулярно-волнового дуализма. Одной из основных особенностей элементарных частиц является их универсальная взаимопревращаемость и взаимозависимость. В современной физике основным материальным объектом является квантовое поле, переход его из одного состояния в другое меняет число частиц.

Кардинально меняется представление о движении, которое становится лишь частным случаем фундаментальных физических взаимодействий. Известно четыре вида фундаментальных физических взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Все они описываются на основе современного принципа близкодействия. В соответствии с ним взаимодействие каждого типа передается соответствующим полем от точки к точке. При этом скорость передачи взаимодействия всегда конечна и не может превышать скорости света в вакууме (300 000 км/с).

Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то, что они всегда выступают в вероятностной форме, в виде так называемых статистических законов. Они соответствуют более глубокому уровню познания природных закономерностей. Таким образом, оказалось, что в основе нашего мира лежит случайность, вероятность.

Также новая картина мира впервые включила в себя наблюдателя, от присутствия которого зависели получаемые результаты исследований. Более того, был сформулирован так называемый антропный принцип, который утверждает, что наш мир таков, каков он есть, только благодаря существованию человека. Отныне появление человека считается закономерным результатом эволюции Вселенной.

Поскольку свойства макроскопических тел определяются движением и взаимодействием частиц, из которых они состоят, то законы квантовой механики лежат в основе понимания большинства макроскопических явлений. Например, квантовая механика позволила определить строение и понять многие свойства твердых тел, последовательно объяснить явления ферромагнетизма, сверхтекучести, сверхпроводимости, понять природу астрофизических объектов – белых карликов, нейтронных звезд, выяснить механизм протекания термоядерных реакций на Солнце и звездах.

Читайте также: