| Головна |
| « Попередня | Наступна » | |
4. Факти, слова і атоми |
||
|
Як і в кожній галузі фізичної науки і, ймовірно, будь-який інший науки, ми стикаємося з двома рівнями знання: рівень чуттєвого спостереження і рівень опису за допомогою понятійної або, скоріше, словесної схеми. З еволюцією науки розбіжність між © Тімі двома рівнями безперервно збільшувалася і стало дуже помітним в області атомних об'єктів, таких, як електрони, ядра і т. п. Численність плутаних викладів в цій області слід пояснити тим, що автори не приділяли достатньої уваги ясному розрізнення і хорошому визначенню взаимосоответствия між цими двома рівнями. Ми повинні виходити з того, що всі спостережувані явища атомної та ядерної фізики можуть бути описані на повсякденній мові. Вони належать до області тел * середньої величини і можуть, отже, бути описані мовою ньютонівської (класичної) фізики. З цього ми, звичайно, не можемо укласти, що такі явища виводяться із законів ньютонівської фізики, або, іншими словами, можуть бути «пояснені» за допомогою ньютонівської фізики. Нільс Бор сказав: «Як би далеко явища ні виходили за рамки класичного фізичного пояснення, всяке розгляд їх повинно здійснюватися за допомогою класичних понять. Доводиться це тим, що словом «експеримент» ми просто позначаємо ситуацію, яка дозволяє нам щось сказати про те, що ми зробили і що ми дізналися, і, отже, звіт про експериментальне пристрої та про результати спостережень за допомогою його повинен бути виражений недвозначним мовою і з відповідним застосуванням термінології класичної фізики ». У нашому прикладі, який ми наводили вище, «експериментальний пристрій» складалося з джерела атомних об'єктів, діафрагми зі щілинами і екрану. «Результатами» були картини світлих і темних смуг або точкові спалахи на екрані. Проблема, з якою повинна мати справу фізична наука, є проблема створення системи принципів, з яких можуть бути виведені положення, за допомогою яких ми можемо передбачати або обчислювати «результати», якщо знаємо «експериментальний пристрій». Як ми сказали вище, цитуючи Нільса Бора, явища виходять за рамки класичного пояснення. Початкове пристрій і результати можуть бути описані мовою класичної фізики, тому що нам (Доводиться мати справу з відомими механічними і оптичними об'єктами, начебто тел звичайної величини, світлих смуг і точкових спалахів на екрані і т. п. Однак принципи, за допомогою яких ми можемо вивести зв'язок між вихідними пристроями і результатами, не є, як ми тепер знаємо, принципами, що містять поняття, відомі з ньютонівської фізики; вони не можуть бути виражені за допомогою понять траєкторій частинок, поширення хвиль в середовищі або яких-небудь подібних понять. Ми можемо називати такий опис за допомогою понять класичної фізики «картиною». Бор сказав: «Свідчення, отримані при різних експериментальних умовах, не можуть бути зрозумілі в рамках однієї картини, але повинні розглядатися як додаткові в тому сенсі, що тільки вся сукупність явищ вичерпує можливу інформацію про об'єкт ». « Одна картина »давалася б, наприклад, описом всіх явищ в термінах траєкторій, прохідних частинками. Така «картина» не існує, але за допомогою кожного експериментального пристрою ми можемо досліджувати явища, що мають місце при цих умовах. «Об'єкти» не можуть описуватися як частинки і їх траєкторії, але можуть характеризуватися за допомогою опису всіх явищ, які відбуваються при різних експериментальних умовах. «За цих обставин, - продовжує Бор, - приписування атомних об'єктів умовних фізичних атрибутів вводить істотний елемент двозначності». Якщо вам треба описати освіту спалахів на екрані, використовуючи поняття про частки з певними положеннями і швидкостями по траєкторіях, ви приписуєте атомному об'єкту «умовні фізичні атрибути». Згідно Бору, однак, цього не можна зробити. Якщо я хочу приписати об'єктам положення, то повинен скористатися пристроєм, який відрізняється і навіть не порівняти з пристроєм , що дозволяє мені приписувати об'єктам імпульс. Важливо, однак, зрозуміти, що «приписувати умовні атрибути» навіть частково або «додатково» аж ніяк не обов'язково, якщо ми зацікавлені тільки в прогнозі спостережуваних результатів експерименту. Щоб зрозуміти , як фізики, дійсно проводять дослідження в галузі атомної та ядерної фізики, надходять при прогнозі або отриманні спостережуваних результатів, необхідно проаналізувати використаний вище в цьому розділі приклад з картиною спалахів, вироблених атомними об'єктами після проходження через щілини в діафрагмі. Якщо ми зацікавлені тільки в спостережуваних результатах, тобто в розташуванні спалахів на екрані або в русі діафрагми щодо інерціальної системи відліку, то досить повернутися до хвильової теорії де Бройля. Ми викладемо тут цю теорію у вельми елементарній формі, що, звичайно, є великим спрощенням, але такий виклад робить її зрозумілою для читачів, які не дуже обізнаних у математичній фізиці. Не можна забувати, що дуже велике число сту-дента-фізиків і майже всі студенти-хіміки відносяться до цієї групи. Якщо потік атомних об'єктів (наприклад, електронів) падає на діафрагму, в якій є дві щілини, то ми повинні ввести в розгляд хвилі де Бройля, які проходять через дві щілини. способом, подібним з тим, яким проходять через щілини світлові хвилі. Хвилі, що пройшли через ці щілини (розташовані на відстані а), интерферируют один з одним, що призводить до утворення максимумів і мінімумів амплітуд хвиль. Тоді як у звичайній оптиці інтенсивність світла визначається квадратом амплітуди, в атомній фізиці цей квадрат амплітуди має операциональное значення , що зв'язує його з числом точкових спалахів на деякій покритому окисом цинку екрані, помещаемом на шляху хвиль. Квадрат амплітуди пропорційний числу точкових спалахів на одиниці площі екрану, що знаходиться на певній відстані від діафрагми, або, іншими словами, пропорційний ймовірності, що спалах станеться в певному місці екрана. Понятійна картина хвиль, наприклад для даного експериментального пристрою з двома щілинами в діафрагму, називається математичною формулюванням хвильової механіки. У цьому формулюванні амплітуда хвилі однозначно визначається, якщо поставлено початкова експериментальний пристрій. Однак у силу такого операционального значення хвилі ми знаємо лише те, скільки спалахів з'явиться в середньому в одиницю часу в певній області екрана, але ніколи не зможемо передбачити, в якому точно місці і в який саме момент станеться окрема спалах. Тому ми повинні сказати, що не існує причинного закону, який дозволив би нам обчислити на основі вихідного пристрою точне місце якої окремої спалахи на екрані. Ми можемо обчислити точне значення амплітуди хвилі в кожній точці, але ця амплітуда недоступна спостереженню; вона пов'язана з явищем тільки за допомогою операционального визначення як величина, квадрат якої пропор-ціонален ймовірності наявності частинки в певній галузі. Заради точності ми не повинні були б говорити про «наявність частинки в певній області», тому що ніякої частки в ній немає. Ми повинні були б говорити про ймовірність, що в якійсь області екрану виникають спалахи, або про частоту спалахів в цій галузі. У розглянутих вище прикладах нам доводилося мати справу тільки з спостерігаються явищами того ж типу, як і явища, які ми спостерігаємо в повсякденному житті, начебто спалахів на екрані, або імпульсів тіл звичайної величини (наприклад, діафрагми). Ці спостереження наводяться у відповідність один з одним за допомогою математичної теорії хвиль де Бройля і операціональних визначень. Для того щоб було ясно, що в цьому викладі ми не користуємося «умовними фізичними атрибутами», як називає їх Бор, ми дамо формулювання, в якому не вживаються ніякі вирази, що нагадують про ці умовних атрибутах. Ми можемо сказати: якщо «атомний об'єкт» проходить від джерела крізь діафрагму до екрану, то простір між джерелом і екраном знаходиться в певному стані, яке за певних умов викликає події, що локалізуються в дуже невеликій області навколо геометричної точки, начебто спалахів на екрані (точкові явища), або - при інших обставинах-події, що мають певне напрямок, начебто імпульсів, що повідомляються діафрагмі (імпульсні явища). Обидва типи подій математично передвіщаються, але не індивідуально, а лише статистично; математично передвіщається кількість точкових або імпульсних подій, які відбуваються в середньому в певній області простору. Важливо завжди пам'ятати, що таке подання відповідає цілям фізика, що займається дослідженнями в галузі атомної теорії або в області її технічних застосувань. Ми можемо назвати такого роду уявлення, слідуючи Рейхенбаха, «неповної інтерпретацією» атомної фізики. Ми утримуємося від питань, які здаються дуже природними і нав'язуються деякими «словесним примусом», якщо скористатися виразом П. У. Бріджмена. Якщо на екрані з'являється точково-подібна спалах, то виникає велика спокуса сказати, що в цій точці на екран впала частка, і запитати, йдучи по якому шляху ця частка досягла екрана. Точно так само, якщо діафрагма знаходиться в русі, ми відчуваємо спокуса сказати, що вона отримала поштовх від рухомої частинки, яка повідомила діафрагмі якийсь Імпульс. Якщо ми будемо намагатися знайти шляхи часток, що викликають спалах, то у зв'язку з цим встануть проблеми, що не відносяться до цього явища. Ми задаємо питання, які не ставляться перед нами завданням поліпшення наших передбачень спостережуваних явищ або поліпшення нашої техніки в розробці корисних пристосувань. Якщо ми шукаємо «шляху неіснуючих часток» - кажучи не цілком серйозно, - то ми насправді намагаємося описати явища атомної фізики на мові, Найбільш близькою до мови, на якому ми описуємо досліди нашого повсякденного життя, або, іншими словами, шукаємо теорію, яка якомога менше відрізнялася б від пояснення на основі здорового глузду. |
||
| « Попередня | Наступна » | |
|
|
||
Інформація, релевантна "4. Факти, слова і атоми " |
||
|
||