Физические основы естествознания

Физические основы
естествознания
Василий Семёнович Бескин
Лекция 10
Еще один пример
Временная эволюция
• Временн’ое уравнение Шредингера
полностью детерминистично.
• Вероятность появляется при измерении, т.е.
при взаимодействии с измерительным
прибором.
• Бывают случаи, когда измерение дает
однозначный результат.
На краю Ойкумены
Квантовая механика поставила вопросы,
которые вышли далеко за рамки физики
• Принцип фальсифицируемости Поппера
• Теорема Гёделя о неполноте
• Принцип дополнительности Бора
Принцип фальсифицируемости
К.Поппер (1902-1994)
Только та теория научна,
которая может быть
принципиально
опровергнута опытом.
Принцип фальсифицируемости
К.Поппер (1902-1994)
Научная/правильная
Только та теория научна,
которая может быть
принципиально
опровергнута опытом.
Принцип фальсифицируемости
К.Поппер (1902-1994)
Научная/правильная
Только та теория научна,
которая может быть
принципиально
опровергнута опытом.
да/да
да/нет
нет/да
Принцип фальсифицируемости
К.Поппер (1902-1994)
Только та теория научна,
которая может быть
принципиально
опровергнута опытом.
К.Ю.Еськов
История Земли
и жизни на ней
Теорема о неполноте
К.Гёдель (1906-1978)
Если теория строится на
основе формальной
арифметики, то в ней
существуют высказывания,
которые нельзя ни доказать,
ни опровергнуть, исходя из
аксиом этой теории.
Рэймонд Смаллиан
Как же называется
эта книга?
Принцип дополнительности
Н.Бор (1902-1994)
Всякое истинно глубокое
явление природы не может
быть определено однозначно
с помощью слов нашего
языка и требует для своего
определения по крайней
мере двух взаимоисключающих
дополнительных понятий.
Л.И.Пономарев
Под знаком кванта
Принцип дополнительности
Квантовый объект — это и не
частица, и не волна и ни то,
ни другое одновременно.
Квантовый объект — это нечто
третье, принципиально
отличающееся от простой
суммы свойств волны и
частицы.
Принцип дополнительности
Понятия «состояние» и
«наблюдение» дополнительные
в смысле Бора. Взятые в
отдельности, они неполны и
поэтому могут быть определены
только совместно, друг через
друга.
Принцип дополнительности
Классический мир
Квантовый мир
Классика
СТО
ОТО
Квантовый мир
Наблюдение в квантовом мире
• Несколько примеров и замечаний
* Прохождение света через поляризатор
* Редукция волнового пакета
•
•
•
•
•
Квантовый эффект Зенона
Аргумент Эйнштейна-Подольского-Розена
Кошка Шредингера
Неравенства Белла
Квантовая телепортация
Замечание 1
Нильс Бор: координату и импульс атомной частицы
нельзя измерить не только одновременно, но вообще
с помощью одного и того же прибора. Действительно,
чтобы измерить импульс р и при этом не очень сильно
его изменить, необходим чрезвычайно легкий подвижный
«прибор». Но именно из-за его подвижности положение
его весьма неопределенно. Для измерения же координаты
х мы должны взять другой очень массивный «прибор»,
который не сдвинется при попадании в него частицы.
Замечание 2
Дополнительность — вот верное слово, найденное
Н.Бором, благодаря которому удалось существенно
прояснить ситуацию. До Бора все были убеждены, что
несовместимость двух типов приборов непременно
влечет за собой противоречивость их свойств. Бор
отрицал такую прямолинейность суждений и разъяснял:
да, свойства их действительно несовместимы, но для
полного описания атомного объекта оба они равно
необходимы и поэтому не противоречат, а дополняют
друг друга.
Замечание 3
Среди строгих положений формальной логики существует
«правило исключенного третьего», которое гласит: из
двух противоположных высказываний одно истинно,
другое — ложно, а третьего быть не может. В
классической физике не было случая усомниться в
этом правиле, поскольку там понятия «волна» и
«частица» действительно противоположны и
несовместимы по существу. Оказалось, однако, что в
атомной физике оба они одинаково хорошо применимы
для описания свойств одних и тех же объектов, причем
для полного описания необходимо использовать их
одновременно.
Замечание 4
Принцип дополнительности Бора — удавшаяся попытка
примирить недостатки устоявшейся системы понятий с
прогрессом наших знаний о мире. Этот принцип объяснил,
что в атомной физике меняется сама постановка
вопросов о сущности физических явлений. При этом
значение принципа дополнительности выходит далеко
за пределы квантовой механики.
Замечание 5
Два дополнительных свойства атомной реальности
нельзя разделить, не разрушив при этом полноту и
единство явления природы, которое мы называем
атомом.
Замечание 6
Измерение может менять состояние частицы даже если
частица не взаимодействовала с прибором. Здесь
важно, что хотя частица не провзаимодействовала с
прибором, она потенциально могла это сделать. То
есть не произошедшие, но потенциально возможные
события оказывают влияние на развитие системы.
Пример – дифракция.
Прохождение света через
поляризатор
Измерение меняет состояние
Редукция волнового пакета
Дифракция электронов
Измерение не описывается уравнением эволюции