اصل مکمل بودن، مظاهر و جوهره آن. اصل متمم بودن، مظاهر و ذات آن اصل متمم بودن آن است

سال اثر نیلز بور.

آموزه هایی درباره دو حقیقت و به زبان آسیب شناسانه بیان شده است.

علم اشتقاق لغات

نمونه اولیه آموزه تکمیلی را می توان در سوفسطائیان باستان و همچنین در نظریه آورویستی قرون وسطایی "دو حقیقت" مشاهده کرد، به آشتی ایمان و علم در مدرنیسم ارتدکس مدرن نگاه کنید.

به ویژه، آوروئیست‌ها استدلال می‌کردند که هر دو تفسیر الاهیاتی و الحادی از حقیقت یکسان کتاب مقدس (مثلاً خلقت انسان) باید علی‌رغم تناقضشان صحیح تلقی شوند.

در اولین مقاله نیلز بور پس از کنگره به یاد الساندرو ولتا در کومو در سپتامبر 1927، جایی که نظریه مکملیت به او ارائه شد، بور نوشت: «ایده مکمل بودن برای توصیف وضعیتی مورد نیاز است. اساساً مشابه دشواری فرمول بندی مفاهیم به طور کلی است، زیرا چنین دشواری قبلاً در تمایز بین سوژه و ابژه نهفته است. بور در مقاله‌ای در سال 1929 اظهار می‌دارد که «احتمالاً نیاز به توسل به یک روش توصیفی اضافی یا متقابل از مشکلات روان‌شناختی برای ما آشناست». در ذیل همین اثر، متن زیر آمده است:

"به ویژه، تضاد آشکار بین جریان ثابت تفکر انجمنی و حفظ وحدت فرد اساساً مشابه رابطه بین توصیف موجی حرکت ذرات مادی ... و فردیت غیر قابل تقلیل آنها است."

ماکس جمر در سال 1974:102 به طور متقاعدکننده ای نشان داد که این قطعه خاص بازگویی مستقیم "اصول فیزیولوژی" توسط روانشناس آمریکایی ویلیام جیمز است" :163-164.

جمر همچنین به جیمز به عنوان منبع خود اصطلاح «مکمل» اشاره می کند:164.

نوشته های جیمز، همراه با تفسیر اچ. گفدینگ، فیلسوف دانمارکی از فلسفه کی یرکگارد، الهام بخش مفهوم مکمل بودن بور بود.

تعریف

اصل مکملیت نوعی از آموزه دو حقیقت است و عبارت است از این که اولاً، در نظریه کوانتومی، تقسیم دقیق به موضوع و موضوع تحقیق غیرممکن است، اما یک سیستم تقسیم نشده واحد از شی مشاهده شده وجود دارد. ابزار مشاهده و خود محقق.

ثانیاً، از آنجایی که ناظر و ابزار او تأثیر غیرقابل تغییری بر نتیجه دارند، باید ایده واقعی موضوع را به عنوان مجموعه ای از اطلاعات در نظر گرفت که به روشی مرموز ("اضافی") در روح با یکدیگر ترکیب می شوند. از ترکیب ناسازگار.

به عقیده بور، برای توصیف کامل پدیده‌های مکانیک کوانتومی، لازم است از دو مجموعه مفاهیم کلاسیک متقابل ("اضافی") استفاده شود که مجموع آنها اطلاعات جامعی در مورد این پدیده‌ها به عنوان پدیده‌های یکپارچه ارائه می‌دهد. برای مثال، الگوهای فضا-زمان و انرژی- تکانه اضافی در مکانیک کوانتومی هستند.

بور این را راحت می‌داند که با اصطلاح "مکمل" این شرایط را تعیین کنیم که در پدیده‌هایی که با یکدیگر تضاد دارند، ما در مورد جنبه‌های متفاوت، اما به همان اندازه مهم یک مجموعه اطلاعات واحد و کاملاً مشخص درباره اشیا صحبت می‌کنیم.

انتقاد

اصل مکمل بودن توسط انیشتین، پودولسکی و روزن مورد انتقاد قرار گرفت که نشان دادند سیستم های مشاهده گر و شی مشاهده شده هنوز با یکدیگر متفاوت هستند. از اینجا معلوم می شود که عدم قطعیت یک رذیله است، نه فضیلت یک نظریه فیزیکی، و «مکمل» ناقص بودن توصیف جهان در نظریه نیلز بور را آشکار می کند.

قابل توجه است که الکساندر کوژف، فیلسوف هگلی، پس از آشنایی با «اصل عدم تعین- تکمیلی»، به این نتیجه رسید که «در حوزه فیزیک، حقیقت وجود ندارد». این درست است به این معنا که چنین فیزیک چنان بی علاقه به حقیقت است که حتی قادر به تشخیص محقق از شی مورد مطالعه نیست.

نفوذ

اصل مکمل بودن اساس تفسیر کپنهاگی مکانیک کوانتومی :348 و تجزیه و تحلیل فرآیند اندازه گیری :357 ویژگی های ریز اجرام را تشکیل داد.

بر اساس این تفسیر که از فیزیک کلاسیک وام گرفته شده است، ویژگی های دینامیکی یک ریزذره (مختصات، تکانه، انرژی و غیره) به هیچ وجه ذاتی ذره نیست. معنی و مقدار معین این یا آن مشخصه یک الکترون، به عنوان مثال، تکانه آن، در ارتباط با اجسام کلاسیک آشکار می شود، که برای آنها این کمیت ها معنای خاصی دارند و همه در همان زمان می توانند مقدار معینی داشته باشند (مانند یک جسم کلاسیک به طور مشروط یک دستگاه اندازه گیری نامیده می شود). نقش اصل مکملیت در علم توده به قدری مهم بود که ولفگانگ پائولی حتی پیشنهاد کرد که مکانیک کوانتومی را با قیاس با نظریه نسبیت، «نظریه مکملیت» بنامیم:343.

اصل مکمل بودن در فرهنگ و مذهب عامه

از آنجایی که علم توده نوعی فرهنگ توده ای است، جای تعجب نیست که به کارگیری اصل مکملیت در نهایت منجر به ایجاد مفهوم مکملیت شود که نه تنها فیزیک، بلکه زیست شناسی، روانشناسی، مطالعات فرهنگی، دانش بشردوستانه را در بر می گیرد. به طور خلاصه، به یک واقعیت فرهنگ توده تبدیل شد.

روش شناختی اصل مطرح شده توسط dat. فیزیکدان N. Bohr در ارتباط با تفسیر مکانیک کوانتومی. این فرمول بندی به شرح زیر است: در فرآیند شناخت، برای بازتولید یکپارچگی یک شی، لازم است از کلاس های مفاهیم "اضافی" متقابل منحصر به فرد استفاده شود، که هر یک در شرایط خاص خود قابل اجرا هستند. D.P اغلب با رابطه عدم قطعیت هایزنبرگ شناسایی شده است. برای مثال، چنین ملاحظه ای بر این واقعیت استوار بود که وقتی مختصات یک ریزذره مشخص است، تکانه نامشخص است و بالعکس. این امر امکان استفاده از این دو ویژگی یک میکروابژه را به عنوان متقابل انحصاری باز کرد. با این حال، محتوای DP بسیار گسترده‌تر است، و بور بدون توجه به رابطه عدم قطعیت حتی در مراحل اولیه توسعه فیزیک کوانتومی به این اصل نزدیک شد. بور برای توضیح پایداری اتم ها و ویژگی های تابش آن ها، فرضیه های معروف خود را معرفی کرد. با تشکر از آنها، امکان ترکیب ناسازگار کلاسیک در یک مدل وجود داشت. و ایده های کوانتومی در مورد حرکت یک الکترون. اما استفاده از کلاسیک نمایش‌های ناحیه اعداد کوانتومی کوچک (معمولاً پدیده‌های کوانتومی) نتایج کافی را به همراه نداشت. باید فلسفی فکر کرد این موقعیت . بور ایده شکل جدیدی از ارتباط بین مفاهیم کلاسیک و کوانتومی را مطرح می کند. ایده جدید که بعداً "افزودن" نامیده شد، این ارتباط را برقرار کرد و مفاهیم قدیمی را به صورت مکانیکی به حوزه جدیدی منتقل کرد که در نتیجه مفاهیم کلاسیک توسط مفاهیم کوانتومی "تکمیل" شدند. در توسعه بعدی نظریه کوانتومی، مشکلات معرفت شناختی به ظاهر غیرقابل حلی به وجود آمد (درباره ماهیت فیزیکی ریزذرات، در مورد امکان ترکیب جنبه های متقابل انحصاری آنها در یک تصویر). یکی از تلاش‌ها برای حل این مشکلات، توسعه دقیق D.p توسط بور بود. این ایده در دوره‌ای که اصول اولیه مکانیک کوانتومی در حال فرمول‌بندی بود، "مکملیت" نام گرفت. در پاییز 1927، در کنگره بین المللی فیزیکدانان در کومو (سوئیس)، بور گفت که "هنگام توصیف پدیده های اتمی، فرض کوانتومی وظیفه توسعه برخی نظریه های "متمم" را پیش روی ما قرار می دهد ("نظریه اتمی و توصیف طبیعت، کامب.، 1934، ص 55). اصلی او نیاز - نیاز به استفاده از مفاهیم ناکافی (کلاسیک) متقابلاً منحصر به فرد در قالب "جفت های اضافی" برای تجزیه و تحلیل خواص متناقض اجسام کوانتومی. بور در گزارش "نور و زندگی" (1932) خاطرنشان کرد: "تداوم فضایی تصویر ما از انتشار نور و اتمیسم اثرات نوری جنبه های دیگری هستند به این معنا که به همان اندازه ویژگی های مهم پدیده های نوری را توضیح می دهند که می توانند هرگز در تضاد مستقیم با یکدیگر قرار نگیرند، زیرا تجزیه و تحلیل عمیق آنها از نظر مکانیک مستلزم دستگاه های تجربی است که متقابلاً منحصر به فرد هستند» («فیزیک اتمی و دانش انسانی»، ?. بور که به درستی ماهیت متناقض نور را آشکار می کند، برعکس خواص موجی و جسمی، امکان وحدت درونی آنها را نمی بیند و ایده دو جنبه معادل توصیف را مطرح می کند: یا یک جسم یا یک موجی که با کنار هم قرار گرفتن هر دو جنبه (فیزیکی. تصویر ریزپدیده ها) همراه است که روش شناختی است. ذات D. p. این به وضوح ناهماهنگی فلسفه را نشان می دهد. موقعیت بور در دهه 30 و 40. بور تفسیری پوزیتیویستی از D.P ارائه کرد و این ایده را مطرح کرد که D.P در خدمت "نماد محدودیت اساسی وجود عینی یک پدیده، بدون توجه به ابزار مشاهده" است (همان، ص 7)، و خواستار "بازنگری ریشه ای دیدگاه ها در مورد مسئله واقعیت فیزیکی" ("شرح مکانیکی کوانتومی واقعیت فیزیکی"، در مجله. : «موفقیت ها در علوم فیزیکی»، ج 16، بی تا. 4، 1936، ص. 448). هایزنبرگ یک ارتباط مستقیم بین D.P و رابطه عدم قطعیت می بیند. این امر او را به تقابل مقوله‌های مکان و زمان با مقوله علیت سوق می‌دهد: «توصیف مکانی-زمانی فرآیندها، از یک سو، و قانون کلاسیک علیت، از سوی دیگر، نمایانگر ویژگی‌های اضافی و متقابل انحصاری فرآیندهای فیزیکی هستند». ("اصول فیزیکی نظریه کوانتومی"، M.–L.، 1932، ص 51). متعاقباً، بور به D. p. شخصیتی جامع داد که بسیار فراتر از جنبه فیزیکی بود. پدیده ها. «کلیت موجودات زنده و ویژگی‌های افراد آگاه، و همچنین فرهنگ‌های انسانی، نمایانگر ویژگی‌های یکپارچگی است که نمایش آن معمولاً مستلزم روش اضافی توضیحات" ("فیزیک کوانتومی و فلسفه"، در مجله: "Uspekhi Fiz. Nauk"، ج 67، شماره 1، 1959، ص 42). در آثار تعدادی از دانشمندان که نظرات بسیار پوزیتیویستی داشتند (P جردن، اف. فرانک، جی. رایشنباخ و دیگران)، از D. p. برای انتشار "فروپاشی علیت"، "اراده آزاد" الکترون و غیره استفاده شد. آنها با تعبیر به "تعامل کنترل نشده"، "پخت توسط واقعیت فیزیکی موضوع"، نتوانستند مشخصات شناخت عالم صغیر را به طور علمی توضیح دهند. عدم امکان تعیین همزمان مختصات و تکانه، به نظر آنها، به دلیل متناقض نیست. ماهیت موجی جسمی اجسام خرد، اما به استفاده از دو دسته ابزارهای منحصر به فرد متقابل: یک - تعیین ویژگی های مکانی-زمانی بنابراین، ویژگی فرآیند شناخت ریزپدیده ها توسط آنها توضیح داده می شود نه با ویژگی ها. از شیء شناخته شده، اما برعکس، ماهیت آن را از پیامدهای مختصات شناخت تلقی می کنند. شرایط یا موقعیت هایی که نیاز به "شیوه توصیف اضافی" دارند، برای مثال، مانند عقل و غریزه، اراده آزاد و جبر در روانشناسی مشخص می شوند. مفهوم و پیشینه صدا در زبان شناسی; مکانیسم و ​​حیات گرایی در زیست شناسی؛ آزادی شخصی و برابری اجتماعی در جامعه شناسی؛ عدل و رحمت در فقه; بر این اساس، در برنامه. ادبیات، به ویژه در مجله سوئیسی "دیالکتیکا"، تشخیص دیالکتیک مد شده است. متضادها با «اضافات» (جنبه های متقابل انحصاری یک شیء قابل شناخت) و بر این اساس، دیالکتیک با روش «افزودنی». این شناسایی بی اساس است. D. p. گسست مکانیکی اضداد و سپس کنار هم قرار گرفتن خارجی آنها را فرض می کند، در حالی که دیالکتیک نه تنها با طرد متقابل، بلکه با یک رابطه عینی، یعنی نفوذ متضاد اضداد، مشخص می شود. مفهوم "افزودن" توسط تعدادی از دانشمندان شوروی و خارجی مورد تجزیه و تحلیل انتقادی قرار گرفت: P. Langevin، S. I. Vavilov، V. A. Fock، Louis de Broglie، D. I. Blokhintsev، M. E. Omelyanovsky، I. V. Kuznetsova، S. G. Suvorova، L. یانوشی و دیگران این تحلیل انتقادی به باز کردن راه برای توسعه بیشتر نظریه فیزیکی کمک کرد. با این وجود، نتیجه‌گیری‌های منطقی معینی از مفهوم روش‌شناختی بور، که در آن عناصر دیالکتیک به‌طور خودانگیخته منعکس شده‌اند، ممکن است برای حل مشکلات معینی در توسعه فیزیک مدرن مفید باشند. در ساخت نظریه ذرات "بنیادی". بنابراین، نقش روش شناختی نظریه دیفرانسیل با توسعه فیزیک کوانتومی تغییر می کند و اهمیت آن در روند توسعه نظریه فیزیکی کاهش می یابد. مفهوم ارائه شده توسط بور نقش حمایتی مثبتی در مراحل اولیه ساخت و تفسیر نظریه کوانتوم ایفا کرد. با این حال، مطلق شدن متعاقب «روش توصیف اضافی» و ارتقای غیرقانونی آن به رتبه یک روش تحقیق، الزامات دانش کافی و عمیق‌تر را برآورده نمی‌کند. معنای عقلانی ایده "افزودن" و معنای اصلی آن زمانی از بین رفت که اگنوستیسیسم، دیدگاه های مختلف ذهنیت گرایانه در مورد واقعیت فیزیکی، در مورد مشکل علیت و غیره با آن مرتبط شد. اما محتوای عینی مطالعات بور و نتایجی که منطقاً از آنها به دست می‌آید، تا حدی به غنی‌تر شدن ایده‌های علمی درباره ماهیت دیالکتیکی فرآیندهای طبیعی کمک کرد. آنها نیاز به استفاده آگاهانه از یک روش شناخت کافی را نشان می دهند - آنالوگ فرآیندهای دیالکتیکی واقعیت. روشن: Blokhintsev D.I., Fundamentals of Quantum Mechanics, 2nd ed., M.–L., 1949; خود او، نقد دیدگاه های فلسفی به اصطلاح "مکتب کپنهاگ" در فیزیک، در سات: پرسش های فلسفی فیزیک مدرن، M.، 1952; Alexandrov A.D., Against Idealism and Confusion in the Quantum Mechanics, Vestn. Leningrad State University, 1949, No 4; کوزنتسوف چهارم، ورنر هایزنبرگ و مواضع فلسفی او در فیزیک، در کتاب: هایزنبرگ پنجم، مسائل فلسفی فیزیک اتمی، ترجمه. ?. ?. Ovchinnikova، M.، 1953; Omelyanovsky M. E.، سوالات فلسفی مکانیک کوانتومی، M.، 1956; ?ok V.?., نقد دیدگاه های بور در مورد مکانیک کوانتومی، در: پرسش های فلسفی فیزیک مدرن. تحت سردبیری I. Kuznetsov و M. Omelyanovsky, M., 1958; ساچکوف یو. وی، در مورد تفسیر ماتریالیستی مکانیک کوانتومی، M.، 1959; سوالات فلسفی فیزیک مدرن. نشست [تحت سردبیری I. V. Kuznetsov و M. E. Omelyanovsky]، M.، 1959; مسئله علیت در فیزیک مدرن. [تحت سردبیری I. V. Kuznetsov و همکاران]، M.، I960. A. Pozner. مسکو.

اصل مشاهده پذیری

نقش مهمی در توسعه فیزیک قرن XX. اصل مشاهده پذیری بازی می شود: فقط آن گزاره هایی باید وارد علم شوند که حداقل از نظر ذهنی، حداقل در اصل، با تجربه قابل تأیید باشند. برای اولین بار در فیزیک قرن بیستم. از اصل مشاهده پذیری برای ایجاد نظریه نسبیت استفاده شد. الزام مشاهده پذیری انیشتین را مجبور کرد تا تعریفی از همزمانی ارائه دهد که می تواند به طور تجربی تأیید شود. در اصل، تمام پیامدهای نظریه نسبیت خاص از این تعریف ناشی می شود. اصل مشاهده پذیری و اصل مطابقت، که طبق آن، هر نظریه ای باید در شرایطی که این نظریه قبلی ایجاد شده بود، به نظریه قبلی، کمتر عمومی منتقل شود، فیزیکدانان در ایجاد مکانیک کوانتومی راهنمایی شدند. رابطه عدم قطعیت، یعنی عدم قطعیت متقابل مفاهیم مختصات و سرعت، نتیجه مشاهده پذیری محدود این کمیت ها است.

با این حال، توسعه فیزیک نظری، به ویژه در نیمه دوم قرن بیستم، نشان داد که الزام مشاهده پذیری نباید خیلی سخت اعمال شود.

بنابراین، در مکانیک کوانتومی، معادلات بسته نه برای کمیت های قابل مشاهده، بلکه برای تابع موج وجود دارد که از طریق آن، مشاهده پذیرها به صورت درجه دوم بیان می شوند.

در حال حاضر در نظریه های میدان کلاسیک در الکترودینامیک و نظریه گرانش، فرموله کردن معادلات نه از نظر میدان های فیزیکی مشاهده شده، بلکه برای میدان های کمکی (پتانسیل برداری در الکترودینامیک یا تانسور متریک در نظریه گرانش) راحت تر و آسان تر است. این فیلدها به یک کلاس کامل از تبدیل ها (تبدیل های گیج) اجازه می دهند که کمیت های مشاهده شده را تغییر نمی دهند. در کوانتیزاسیون، معرفی چنین میدان های سنج اساسا ضروری می شود.

تاریخچه به اصطلاح ماتریس S یا ماتریس پراکندگی، که هایزنبرگ در سال 1943 ارائه کرد، آموزنده است. این روشی است برای نوشتن به صورت فشرده تمام نتایج آزمایش های ممکن در مورد مطالعه سیستم. معرفی ماتریس S به دست آوردن بسیاری از روابط مهم را ممکن کرد. موفقیت این روش در دهه 50 انجام شد. به ایده به دست آوردن معادلات بسته برای ماتریس پراکندگی، اتصال همه دامنه های پراکندگی ممکن، و در نتیجه ساختن نظریه ای از ذرات بنیادی بدون اشاره به ساختار داخلی آنها، به طور مستقیم داده های تجربی را به هم مرتبط می کند. اما ماتریس S فقط به رفتار ذرات جدا شده در فواصل طولانی می پردازد، جایی که آنها از یکدیگر جدا شده اند. بنابراین ذراتی مانند کوارک ها که به صورت مجزا وجود ندارند در آن گم می شوند. بدون بررسی مکانیسم برهمکنش ذرات و میدان های بنیادی در فواصل کوچک، نمی توان یک نظریه معقول ساخت. معلوم شد که الزام مشاهده‌پذیری تحت اللفظی برای فیزیک مدرن بسیار محدودکننده است.

اضافه بودن

نیلز بور در طول دوره ای از مشاجرات عذاب آور ناشی از تناقض بین ماهیت احتمالی پیش بینی نظریه کوانتومی و علیت روشن فیزیک کلاسیک، اصل مکمل بودن را مطرح کرد که بر اساس آن برخی از مفاهیم ناسازگار هستند و باید فقط به عنوان مکمل تلقی شوند. به یکدیگر. رابطه عدم قطعیت بیان کمی از این اصل است که در بسیاری از زمینه ها قابل استفاده است. ایده مکمل بودن درک و آشتی دادن متضادهایی مانند نظم فیزیکی و رشد هدفمند اشیاء زنده را ممکن می سازد. در ادامه این اصل را با جزئیات بیشتری مورد بحث قرار خواهیم داد.

نظریه دانش انیشتین اجازه توصیف احتمالی واقعیت را نمی دهد. برای بور، ایده مکمل بودن، تفسیر احتمالی را نه تنها طبیعی، بلکه ضروری کرد.

اصل علیت

یکی از مهمترین اصولی که جستجوی نظریه های جدید را محدود می کند، اصل علیت است. فیزیکدانان این تز را درک می کنند که علت باید مقدم بر معلول باشد. چنین الزامی در نگاه اول بدیهی به نظر می رسد که ناشی از تعریف مفاهیم علت و معلول است. با این حال، محتوای اصل علیت دقیقاً در این واقعیت نهفته است که ممکن است محقق نشود و امکان تأیید تجربی را فراهم کند. طبق اصل مشاهده‌پذیری، ابتدا باید علیت را به شکلی تعریف کرد که امکان تأیید را فراهم کند، همانطور که اینشتین با مفهوم همزمانی انجام داد.

فرض کنید که علت A برای یک بازه زمانی بسیار کوچک در نزدیکی لحظه t با صفر تفاوت داشته باشد. اگر علیت مشاهده شود، پیامد B فقط در مواقع t دیرتر از t غیر صفر خواهد بود. در اصل این تاخیر قابل اندازه گیری است. اگر معلوم شود که B برای t کمتر از t وجود دارد، آنگاه علیت نقض می شود.

اجازه دهید تعریف خود از علیت را به شکل دقیق تر بنویسیم. فرض کنید A همان موجی است که روی پراکنده می افتد و B موج پراکنده است. سپس به صورت نمادین B=SA. S را تابع پراکندگی می نامیم. این واقعیت که بر اساس علیت، B در زمان t با مقادیر A R در لحظات قبلی تعیین می شود، محدودیت های شدیدی را بر روی ویژگی های تابع پراکندگی S اعمال می کند. این محدودیت ها را می توان به صورت تجربی تأیید کرد.

به منظور حفظ علیت در جستجوی معادلات جدید، نیاز به تعاملات محلی مطرح شده است. این بدان معناست که برهمکنش، مثلاً، یک ذره با یک میدان، با مقدار میدان در نقطه ای از فضا و زمان که ذره در آن قرار دارد، تعیین می شود. در مورد دو میدان، برهمکنش با مقادیر آنها در یک نقطه از فضا-زمان تعیین می شود.

برهمکنش بین دو میدان در نقاط مختلف با استفاده از یک میدان یا میدان دیگر با سرعتی که طبق نظریه نسبیت از سرعت نور تجاوز نمی کند، منتقل می شود. این امر علیت را تضمین می کند: تأثیر نسبت به علت برای مدت زمان انتشار تعامل تغییر می کند. بنابراین، برهمکنش بین دو الکترون متحرک از طریق واسطه انجام می شود میدان الکترومغناطیسی، به صورت محلی با هر یک از الکترون ها برهمکنش می کند.

محل معادلات بیان کمی از ایده عمل نزدیک است که در فیزیک در قرن گذشته پذیرفته شده است.

نیاز محلی جستجوی معادلات را محدود می کند و آنها را زیباتر می کند.

در تمام آزمایشات انجام شده تا کنون، علیت مشاهده شده است. با این حال، برای مقیاس های بسیار کوچک، که همانطور که خواهیم دید، نوسانات قابل توجهی در هندسه فضا-زمان وجود دارد، مفاهیم "قبل" و "پس از" نامشخص می شوند و ممکن است معنای علیت تغییر کند.

نظریه نسبیت و نظریه گرانش

تاریخچه ایجاد نظریه نسبیت خاص (SRT) یکی از این موارد است بهترین نمونه هاچگونه یک فلسفه خاص به علم انگیزه می دهد. این ایده که نباید هیچ مفهومی در علم وجود داشته باشد که نتوان آن را به زبان یک آزمایش واقعی یا فکری فرموله کرد - اصل مشاهده پذیری - باعث شد انیشتین مفهوم شهودی همزمانی را زیر سوال ببرد و یک تعریف آزمایشی قابل تأیید را ارائه دهد. از این تعریف، تمام نتایج نظریه نسبیت خاص بلافاصله به دست می آید - هم انقباض لورنتس و هم کند شدن فرآیندها در یک سیستم مختصات متحرک، اگر آنها را از یک سیستم ثابت مشاهده کنید.

نسبیت همزمانی

هانری پوانکاره در مقاله ای مشهور در سال 1898 با عنوان "اندازه گیری زمان" ایده قابل توجهی در مورد شرطی بودن تعریف همزمانی بیان کرد. فقط همزمانی رویدادها در دو نقطه دور از یک سیستم مختصات ثابت مورد بحث قرار گرفت. پوانکاره نتیجه می گیرد: «همزمانی دو رویداد یا ترتیب آنها، برابری دو مدت زمان، باید به گونه ای تعیین شود که تدوین قوانین طبیعت تا حد امکان ساده باشد. به عبارت دیگر، همه این قوانین، همه این تعاریف فقط ثمره یک توافق ناخودآگاه است.

برای دو نقطه از یک سیستم مختصات ثابت، هیچ انتخابی وجود ندارد. تنها "توافق" قابل قبول برای یک فیزیکدان این است که همزمانی دو رویداد را با کمک سیگنال های نوری، با استفاده از ثابت بودن سرعت نور در خلاء تأیید شده تجربی، ایجاد کند. به گفته انیشتین، در هر سیستم مختصات اینرسی، در صورتی که نور به طور همزمان به نقطه ای برسد که در فاصله مساوی از آنها قرار دارد، فلاش های نور در نقاط مختلف به طور همزمان در نظر گرفته می شوند. این تعریف بلافاصله بر نسبیت همزمانی دلالت دارد: رویدادهایی که برای یک ناظر ساکن همزمان هستند، برای یک ناظر متحرک همزمان نیستند.

از ایده شرطی بودن همزمانی، دو مرد بزرگ - پوانکاره و انیشتین - نتایج متفاوتی گرفتند. انیشتین با برقراری نسبیت همزمانی در قاب‌های اینرسی متفاوت، بر اساس اصل مشاهده‌پذیری نتیجه می‌گیرد که زمان برای یک جسم ثابت و متحرک به‌طور متفاوتی جریان دارد. پوانکاره مفهوم نیوتنی زمان و مکان مطلق را پذیرفت. او به یک فلسفه قراردادگرایانه پایبند بود که بر اساس آن قراردادهای دلبخواهی در اساس نظریه های ریاضی و علوم طبیعی قرار دارند. پوانکاره گفته های اینشتین را مشروط می دانست و نظریه نسبیت را نمی پذیرفت.

لورنتس، پوانکاره و SRT

نظریه ارائه شده توسط لورنتس و توسعه یافته توسط پوانکاره با آنچه ما نظریه نسبیت می نامیم متفاوت است. در لورنتس و پوانکاره، برخلاف انیشتین، انقباض لورنتس نه به عنوان یک پیامد اجتناب ناپذیر سینماتیک، بلکه در نتیجه تغییر در موازنه نیروها بین مولکول ها به دست می آید. بدن جامدهنگام حرکت

در سال 1909، پوانکاره در گوتینگن سخنرانی ای در مورد "مکانیک جدید" ارائه کرد، جایی که او اصول پذیرفته شده در نظریه خود را فهرست کرد: 1) استقلال قوانین فیزیکی از منتخب. سیستم اینرسی; 2) سرعت جسم مادی نباید از سرعت نور تجاوز کند. و در نهایت 3) اجسام در طول حرکت فشرده می شوند. پوانکاره درباره این فرض سوم می گوید: «بر خلاف هر چیزی که به آن عادت کرده ایم، لازم است فرضیه ای بسیار عجیب تر را بپذیریم: بدن در طول حرکت دچار تغییر شکل در جهت حرکت می شود... به اندازه کافی عجیب، باید اعتراف کنیم که این فرضیه سوم به خوبی تأیید می شود ... ” از این کلمات مشخص است که از موقعیت لورنتس - پوانکاره ، انقباض لورنتس مانند یک رویداد شگفت انگیز به نظر می رسد که به دلایلی باید برای همه انواع نیروها انجام شود. در همین حال، برای انیشتین این نتیجه مستقیم دو فرض او است: الزام تغییرناپذیری قوانین طبیعت هنگام تغییر سیستم اینرسی و ثبات سرعت نور.

ایده توافق های خودسرانه در علوم تجربی غیر قابل اجرا است. سیستم های مختصات بطلمیوس و کوپرنیک از نظر منطقی برابر هستند، اما بدون "توافق" کوپرنیک، قوانین کپلر و قانون گرانش یافت نمی شد. امکان ساخت مکانیک جدید بر اساس "توافقنامه لورنتس-پوانکاره" وجود دارد. اما دقیقاً به دلیل اصل سوم، به طور غیرقابل مقایسه ای پیچیده تر از نظریه نسبیت خواهد بود. بنابراین، در این نظریه، برای مثال، لازم است نوع نیروهایی که تعادل الکترون را تضمین می کنند، برای معرفی «فشار پوانکاره» دریابیم.

بدیهی است که بدون انتقال به منظومه شمسی، مکانیک آسمانی وجود نخواهد داشت، همانطور که بدون "توافق" انیشتین نه نظریه گرانش وجود خواهد داشت و نه نظریه های مدرنزمینه های.

از بین تمام توافقات ممکن، تنها یکی به کیفیت جدیدی منجر می شود. این غیرقابل قبول بودن قراردادگرایی را ثابت می کند.

لورنتس و پوانکاره عمیق ترین کمک را به نظریه نسبیت انجام دادند، اما انقلابی را که اینشتین انجام داد انجام ندادند. پس از کار پوانکاره در سال 1898 و کار لورنتس در سال 1904، تلاش قاطع دیگری باقی مانده بود - پذیرش نسبیت فضا-زمان، اما این مرحله مستلزم نوع دیگری از تفکر، فلسفه متفاوتی بود. تعهد عمیق او به فلسفه فیزیک قرن گذشته مانع لورنتس شد. شهود ریاضی قدرتمند پوانکر برای این کار نامناسب بود - در اینجا شهود فیزیکی لازم بود. پیشینه ریاضی او ممکن است منجر به یک نظریه قراردادگرایانه بیش از حد انعطاف پذیر در مورد دانش شود که با فلسفه فیزیک ناسازگار است.

لویی دو بروگلی در مقاله "هانری پوانکار و نظریه های فیزیکی" می گوید: "آلبرت انیشتین جوان که در آن زمان تنها 25 سال داشت و دانش ریاضی او قابل مقایسه با دانش عمیق دانشمند برجسته فرانسوی نبود، با این وجود. پوانکاره قبلاً ترکیبی را پیدا کرد که بلافاصله همه مشکلات را برطرف کرد و تمام تلاش های پیشینیان خود را به کار گرفت و اثبات کرد. این ضربه قاطع توسط یک عقل قدرتمند، هدایت شده توسط شهود عمیق و درک ماهیت واقعیت فیزیکی وارد شد...

نظریه گرانش و فیزیک مدرن

نظریه نسبیت عام یا نظریه گرانش تعمیم نظریه خاص برای سیستم های غیر اینرسی است. نظریه گرانش نه تنها به خودی خود بر فیزیک نظری مدرن تأثیر گذاشته است. نقش اصلی را ایده های کلی ایفا می کرد که اینشتین در ایجاد آن استفاده کرد. این، اول از همه، این ایده است که شما باید به دنبال معادلات میدان گرانشی باشید. چندین تلاش (یکی از آنها پوانکر بود) برای توضیح اصلاحات مکانیک سماوی با در نظر گرفتن ستارگان به عنوان سیستمی از مراکز گرانشی با برهمکنش تاخیری، یعنی با در نظر گرفتن سرعت متناهی انتشار برهمکنش، صورت گرفت. انیشتین بلافاصله این جهت را رها کرد و متغیرهای میدانی را معرفی کرد.

تصور شغلی آموزنده تر از مطالعه تاریخ ده ساله ایجاد نظریه گرانش برای یک فیزیکدان نظری جوان دشوار است. انیشتین تحت تأثیر دقت عظیمی قرار گرفت که با آن اصل هم ارزی رعایت می شود - تناسب وزن و جرم های اینرسی برای هر جسم، صرف نظر از ساختار آن. او همانطور که شایسته فیزیک است، با ساده ترین پیامدهای ناشی از اصل هم ارزی نیروهای گرانشی و «نیروهای اینرسی» برای حرکات شتاب و چرخشی یکنواخت شروع کرد. جهانی بودن اصل هم ارزی، اینشتین را به نیاز به آن ارتباط شگفت انگیز بین هندسه و گرانش متقاعد کرد که از نظریه گرانش او ناشی می شود. او با کمک همکلاسی خود در دانشگاه، گروسمن، دریافت که برای تعمیم ایده های خود به سیستم مختصات دلخواه، باید از هندسه ریمانی استفاده کرد، سپس بر تکنیک مناسب تسلط یافت و وظیفه یافت معادلات کوواریانس کلی مربوط به چهار دستگاه را تعیین کرد. -هندسه بعدی به چگالی ماده.

معادلات اینشتین دارای خاصیت تغییرناپذیری گیج هستند. این بدان معنی است که یک کلاس گسترده از تبدیل تانسور متریک وجود دارد که تغییر نمی کند مشخصات فیزیکیمیدان گرانشی، درست به عنوان الکتریکی و میدانهای مغناطیسیتحت دگرگونی های خاصی از پتانسیل برداری که آنها را توصیف می کند. تغییر ناپذیری گیج یک ویژگی مشخصه همه نظریه های میدان مدرن است. متأسفانه، توضیح بهتر این موضوع بدون فرمول غیرممکن است.

یکی دیگر از ویژگی‌های نظریه‌های میدان مدرن که در ایجاد معادلات گرانشی استفاده می‌شوند، نیاز به تقارن است. معادلات گرانشی، همانطور که قبلاً ذکر شد، از شرط کوواریانس (واریانس یکسان) همه عبارت‌های معادله تحت تبدیل‌های محلی دلخواه مختصات به دست می‌آیند.

بنابراین، ایده‌های کلی نظریه گرانش، از جمله تلاش‌های ناموفق برای ایجاد نظریه میدانی که گرانش و الکترودینامیک را متحد می‌کند، بر روند توسعه و جهت جستجوی فیزیک نظری مدرن تأثیر گذاشت. از بین تمام نظریه های فیزیکی موجود، نظریه گرانش شاید از منظر زیبایی شناختی و فلسفی کامل ترین نظریه باشد. لاندو او را زیباترین می دانست.

آیا باید به دنبال جایگزینی برای این نظریه بود؟ نظریه گرانش به طور منطقی بسته است و داده های تجربی را به طور منحصر به فردی توصیف می کند. بنابراین، به نظر من هیچ زمینه تجربی یا نظری برای جستجوی توصیف جایگزین وجود ندارد. با این حال، مفهوم زیبایی مطلقاً عینی نیست و بنابراین ممکن است نظریه ای ظاهر شود که نویسندگان آن را زیباتر خواهند یافت. اما تنها در صورتی حق ادعای ارزش علمی را خواهد داشت که برخی پدیده ها را توضیح دهد که از دیدگاه نظریه کلاسیک گرانش قابل توضیح نیستند. به عنوان یک قاعده، تلاش برای تفسیر جدیدی از یک نظریه از قبل تکمیل شده توسط دانشمندانی انجام می شود که پائولی به طعنه آنها را "Grundleger und Neubegrunder" نامیده است. اگر این نوع فعالیت به توسعه علم کمک می کند، فقط به طور غیرمستقیم باعث می شود که مبانی یک نظریه از قبل موجود که ثمربخش بودن آن را ثابت کرده است، صورت بندی دقیق تری صورت گیرد.

نظریه کوانتوم

جنبه های فلسفی مکانیک کوانتومی بیش از یک بار در صفحات این مجله مورد بحث قرار گرفته است. من باید چند حقیقت شناخته شده را تکرار کنم تا ارتباط آنها با یک فلسفه خاص را نشان دهم.

کشف اصلی نظریه کوانتومی، توصیف احتمالی جهان خرد است. تابع موجی که رفتار ذرات را توصیف می کند یک میدان فیزیکی نیست، بلکه یک میدان احتمال است. این همه ویژگی های شگفت انگیز نظریه کوانتومی را توضیح می دهد.

اصل مکمل بودن

ابتدا چند کلمه در مورد دیالکتیک غیرمنتظره نیلز بور. بور گفت: "هر قضاوتی که می کنم باید نه به عنوان یک بیانیه، بلکه به عنوان یک سوال درک شود." یا: «حقیقت دو گونه است - پیش پا افتاده که انکار آن پوچ است و عمیق که عکس آن نیز حقیقتی عمیق است». شما می توانید این ایده را به روش دیگری فرموله کنید: محتوای بیانیه با این واقعیت بررسی می شود که می توان آن را رد کرد. . در اینجا سخنان بور آمده است: "هرگز خود را واضح تر از آنچه فکر می کنید بیان نکنید."هنگامی که از بور پرسیده شد که چه مفهومی مکمل مفهوم صدق است، بور پاسخ داد: وضوح.

اصل مکمل بودن، که اکنون مورد بحث قرار خواهد گرفت، اوج دیالکتیک بور است.

سخنان هگل در مورد وحدت و مبارزه اضداد، مانند هر قضاوت بیش از حد کلی، از استفاده مکرر بی اهمیت شده است. ایده مکمل بودن بور به اندیشه هگل تجسم جدیدی می بخشد.

در آغاز سال 1927 دو رویداد مهم رخ داد: ورنر هایزنبرگ رابطه عدم قطعیت را به دست آورد و نیلز بور اصل مکمل بودن را فرموله کرد.

هایزنبرگ با تجزیه و تحلیل تمام آزمایش های فکری ممکن برای اندازه گیری موقعیت و سرعت یک ذره به این نتیجه رسید که امکان اندازه گیری همزمان آنها محدود است.

بیهوده نیست که ما از کلمه "عدم اطمینان" استفاده می کنیم - نه یک اشتباه، نه نادانی، بلکه دقیقاً عدم اطمینان. از این گذشته، عدم امکان اساسی اندازه گیری، طبق اصل مشاهده پذیری، به معنای عدم قطعیت خود مفهوم است.

رابطه عدم قطعیت هایزنبرگ تجلی کمی از اصل مکمل بودن بور است. در اینجا چند نمونه از مفاهیم مکمل آورده شده است.

موج ذرات - دو طرف اضافی از یک موجود واحد. مکانیک کوانتومی این مفاهیم را ترکیب می‌کند زیرا به فرد اجازه می‌دهد تا نتیجه هر آزمایشی را که در آن ویژگی‌های جسمی و موجی ذرات آشکار می‌شود، پیش‌بینی کند.

تداوم و اسپاسم بودن پدیده های فیزیکی مفاهیم اضافی هستند. اندازه گیری ها همیشه به توابع پیوسته منجر می شوند. در واقعیت، پرش ها، اگرچه در فاصله کمی، صاف می شوند. بنابراین، در اتم ها، پرش های انرژی با عرض محدودی از خطوط طیفی، در انتقال فاز - توسط تعداد محدودی از مولکول ها صاف می شود. از این نظر، گفته پیشینیان «طبیعت جهش نمی کند» صحیح است. اما در عین حال، چنین هموارسازی الگوی پرش را حذف نمی کند، به عنوان یک تقریب معقول باقی می ماند که دقت آن با خاموش شدن اثرات هموارسازی افزایش می یابد.

مشکلی وجود دارد که باعث اختلاف نظرهای زیادی می شود - چگونه منطقاً برگشت ناپذیری پدیده های ماکروسکوپی را با برگشت پذیری معادلات مکانیک، که حرکت تک تک ذرات یک سیستم ماکروسکوپی را تعیین می کند، آشتی داد؟ چگونه قوانین بدون ابهام مکانیک ذرات با توصیف احتمالی فیزیک آماری مطابقت دارد؟

نیکلای سرگیویچ کریلوف، فیزیکدان نظری برجسته لنینگراد، که در سن 30 سالگی درگذشت، در کتاب خود "توجیه فیزیک آماری" دشواری ذکر شده را عمیقاً تحلیل کرد و برای اولین بار مفهوم "اختلاط" را در فضای فاز معرفی کرد. مانند شرط لازمتوصیف آماری او پیشنهاد کرد که بین ویژگی های آماری - دما، چگالی، فشار و توصیف میکروسکوپی ذرات موجود در سیستم، مکملی وجود دارد. کریلوف نشان داد که تلاش برای تعیین مختصات و سرعت ذرات امکان توصیف آماری را رد می کند. متأسفانه، مرگ زودهنگام او را از توسعه این ایده باز داشت.

تصویر فیزیکی پدیده و توصیف دقیق ریاضی آن مکمل یکدیگرند. ایجاد یک تصویر فیزیکی مستلزم رویکرد کیفی، غفلت از جزئیات و دور شدن از دقت ریاضی است. و بالعکس - تلاش برای توصیف دقیق ریاضی تصویر را چنان پیچیده می کند که درک فیزیکی را دشوار می کند. این معنای سخنان بور است که تصریح کرد که وضوح مکمل حقیقت است.

بور برای به کارگیری ایده مکمل بودن در سایر زمینه های دانش بسیار تلاش کرد. آیا قوانین بیولوژیکی به فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی مربوط می شود؟ تمام فرآیندهای بیولوژیکی توسط حرکت ذرات تشکیل دهنده ماده زنده تعیین می شود. اما این دیدگاه فقط یک طرف قضیه را منعکس می کند. طرف دیگر، مهمتر، الگوهای ماده زنده است که اگرچه با قوانین فیزیک و شیمی تعیین می شود، اما به آنها تقلیل نمی یابد. فرآیندهای بیولوژیکی با یک نظم نهایی مشخص می شوند که به سؤال «چرا» پاسخ می دهد. از طرف دیگر، فیزیک فقط به سؤالات «چرا» و «چگونه» علاقه دارد. درک صحیح تنها بر اساس توصیف تکمیلی زیست شناسی، وحدت علیت فیزیکوشیمیایی و هدفمندی بیولوژیکی امکان پذیر است.

به عقیده بور، مشکل اراده آزاد با مکمل بودن افکار و احساسات حل می شود - تلاش برای تجزیه و تحلیل تجربیات، آنها را تغییر می دهیم و برعکس - با تسلیم شدن در برابر احساسات، امکان تحلیل را از دست می دهیم.

زمانی زبان شناس از من شکایت کرد که تطبیق دو جهتی که در علم او وجود دارد دشوار است. برخی استدلال می کنند که معنای یک عبارت به طور کامل توسط کل کلمات تشکیل دهنده آن تعیین می شود. دیگران، از جمله همکار من، معتقدند که کلمات فقط نمادهایی هستند که به محتوا اشاره می کنند. به عنوان مثال، او این عبارت را ذکر کرد: "چه کسی در سال 1978 A.P. Ivanova را با پالپیت خود داشت؟" واضح است که دکتر می پرسد که بیمارش قبلاً کدام متخصص را درمان کرده است. اما چگونه می توان یک ماشین ترجمه طراحی کرد که معنی را به درستی منتقل کند؟

به دوستم پیشنهاد کردم که به عقاید بور روی آورد. پس از مدتی برایم نوشت: «نظر شما در مورد اصل مکمل بودن در رابطه با دو طرف زبان خوب است و به کارتان آمد. به ما این امکان را می دهد که ناسازگاری این دو طرف را به عنوان یک نعمت، به عنوان دلیلی بر یکپارچگی و نه به عنوان یک انشعاب درک کنیم...».

در فیزیک، ایده بور به روابط کمی منجر می شود که اهمیت آن را ثابت می کند. در سایر زمینه ها، ایده مکمل بودن در نگاه اول تقریباً بی اهمیت به نظر می رسد. با این حال، ارزش آن با این واقعیت ثابت می شود که به یافتن جهت توسعه کمک می کند: در مثال ارائه شده، ایجاد راه های منطقی برای ساخت ماشین ترجمه.

ویژگی های نظریه کوانتومی

تمام ویژگی‌های غیرمعمول نظریه کوانتومی از اصل مکمل بودن ناشی می‌شود. بیایید برخی از آنها را فهرست کنیم.

1. پیش‌بینی‌های مکانیک کوانتومی مبهم هستند. آنها فقط احتمال یک نتیجه خاص را می دهند.

این ابهام با جبرگرایی فیزیک کلاسیک در تضاد است. پیشرفت در مکانیک سماوی در قرون 17-16 الهام بخش ایمان عمیق به امکان پیش بینی های بدون ابهام است. پیر لاپلاس می‌گوید: «ذهنی که برای هر لحظه تمام نیروهای فعال در طبیعت و آرایش نسبی اجزای تشکیل‌دهنده‌اش را می‌شناسد، به‌علاوه، اگر آنقدر گسترده بود که این داده‌ها را مورد تجزیه و تحلیل قرار دهد، در یک فرمول واحد برای حرکت "بزرگترین اجسام در جهان و سبک ترین اتم". هیچ چیز برایش مبهم نبود و آینده نیز مانند گذشته در مقابل چشمانش قرار می گرفت...». به عبارت دیگر، با دانستن مختصات و سرعت همه ذرات، می توان آینده را پیش بینی کرد و به گذشته کیهان پی برد. پیش‌بینی‌های الکترودینامیک کلاسیک به همین ترتیب تعیین می‌شوند.

در مکانیک کوانتومی، عدم قطعیت اساسی است؛ این عدم قطعیت از مکمل بودن ماهیت کوانتومی اجسام کوچک در روش‌های کلاسیک توصیف ناشی می‌شود. تعیین وضعیت سیستم با تنظیم مختصات و سرعت همه ذرات غیرممکن است. بیشترین کاری که می توان کرد این است که بپرسید لحظه اولیهتابع موجی که احتمال مقادیر معینی از مختصات و سرعت ها را توصیف می کند. مکانیک کوانتومی به شما این امکان را می دهد که تابع موج را در هر زمان دیگری پیدا کنید. علیت به معنای لاپلاسی نقض می شود، اما در درک مکانیکی کوانتومی دقیق تر مشاهده می شود. یک حالت نهایی منحصر به فرد به طور منحصر به فرد از کاملاً تعریف شده ترین حالت اولیه ناشی می شود. فقط معنی کلمه "دولت" تغییر کرده است.

2. توصیف احتمالی پدیده های فیزیکی (آماری (فیزیک) قبل از ظهور مکانیک کوانتومی در توصیف سیستم های پیچیده، که در آن یک تغییر کوچک در شرایط اولیه در مدت زمان کافی طولانی منجر به تغییر شدید در حالت می شود. این سیستم ها توسط معادلات کاملاً تک ارزشی مکانیک کلاسیک، و این احتمال هنگام میانگین گیری بیش از فاصله حالت های اولیه ظاهر می شود.

در مقابل، طبق مکانیک کوانتومی، یک توصیف احتمالی برای هر دو سیستم پیچیده و بسیار ساده معتبر است و نیازی به میانگین‌گیری اضافی از شرایط اولیه ندارد.

3. دلیل احتمالی بودن پیش بینی ها این است که خصوصیات اجسام میکروسکوپی را نمی توان جدا از روش مشاهده بررسی کرد. بسته به آن، الکترون خود را یا به صورت موج، یا به صورت ذره یا چیزی در بین ظاهر می کند. البته خواصی هستند که به روش مشاهده بستگی ندارند: جرم، بار، اسپین ذره، بار باریون، گشتاور مغناطیسی... اما هر زمان که بخواهیم همزمان مقادیر مکمل یکدیگر را اندازه گیری کنیم، نتیجه به این بستگی دارد. روش مشاهده V. A. Fok این ویژگی اجسام کوانتومی را "نسبیت به ابزار مشاهده" نامیده است.

دلایل این امر غیرقابل حذف است - ما مجبور هستیم اجسام کوانتومی را به زبان فیزیک کلاسیک توصیف کنیم، که با ابزار مشاهده ما صحبت می شود و در آن افکار خود را فرموله می کنیم. ما ناگزیر از ابزارهای ذهنی برای توصیف هدف استفاده می کنیم، اما در انجام این کار چیزی از دست نمی دهیم. گویی شکل یک جسم چند بعدی را با مطالعه برآمدگی های سه بعدی آن تشخیص می دهیم و آن را در امتداد سطوح مختلف تشریح می کنیم.

4. تابع موج یک میدان فیزیکی نیست، بلکه یک میدان اطلاعات است. پس از هر اندازه گیری، تابع موج به طور ناگهانی تغییر می کند. در واقع، اجازه دهید یک الکترون تکانه خاصی داشته باشد. در این حالت، قبل از افتادن روی صفحه عکاسی، الکترون را می‌توان با همان احتمال در هر مکانی یافت. پس از سیاه شدن دانه های صفحه، عدم قطعیت موقعیت آن به طور ناگهانی در یک زمان ناچیز تغییر کرد - اکنون با اندازه دانه تنظیم می شود.

واضح است که هیچ میدان فیزیکی نمی تواند چنین ویژگی هایی داشته باشد. با توجه به سرعت محدود انتشار نور، تغییر میدان فیزیکی در ناحیه وسیعی از فضا در مدت زمان کوتاهی غیرممکن است. یک تغییر جهشی در تابع موج فقط به معنای نوع متفاوتی از مشاهده است، یک شرط اضافی دیگر - در مثال ما، ابتدا تابع موج را تحت شرایطی که یک تکانه الکترونی معین انتخاب شده است، و سپس تحت شرایطی جستجو می کنیم که دانه داده شده سیاه شده است. در اینجا یک قیاس نزدیک وجود دارد: بیایید تلسکوپی را تصور کنیم که به سرعت از یک ستاره به ستاره دیگر منتقل می شود، در فاصله بسیار دور - فقط منتخبی از مکان رصد وجود داشت، که با هیچ اثر فیزیکی تلسکوپ بر روی ستارگان یا یک ستاره روی ستاره دیگر مرتبط نبود.

5. در مکانیک کوانتومی، اصل برهم نهی برآورده می شود - تابع موج کل از توابع موج رویدادهای متقابلاً منحصر به فرد تشکیل شده است. همانطور که می دانیم، در الکترودینامیک اصل برهم نهی در میدان های قوی نقض می شود. می توان یک نظریه کوانتومی را تصور کرد که در آن این اصل، تحت شرایط خاص، دیگر دقیقاً برای تابع موج رعایت نمی شود. اما تصور یک نظریه کوانتومی که در آن رابطه عدم قطعیت و تفسیر احتمالی تابع موج در آن نقض شود تقریبا غیرممکن است.

انیشتین و بور

ایده های فیزیکی عمیق همیشه ثمره درک فلسفی فیزیک است. انیشتین در تمام آثار اصلی خود - فرضیه کوانتوم های نور، نظریه نسبیت، نظریه گرانش، کیهان شناسی - به عنوان یک فیلسوف فیزیک عمل کرد.

در بور، موهبت تأمل فلسفی خود را در ایجاد تفسیری فیزیکی از نظریه کوانتومی نشان داد. ایده های فلسفی بور ناخودآگاه فیزیکدانان را برای اکتشافاتی مانند رابطه عدم قطعیت و تفسیر احتمالی تابع موج آماده کرد.

جالب است بدانیم دیدگاه این دو فیلسوف بزرگ فیزیک چگونه شکل گرفت.

تا سال 1925، بور، آفريننده آينده اصل مكمل، با فرضيه اينشتين در مورد كوانتهاي نور مخالفت كرد و تلاش كرد تا الكتروديناميك كلاسيك را حفظ كند. در همین حال، دوگانه گرایی موج - ذره که در سال 1905 توسط انیشتین کشف شد، اولین نمونه فیزیکی مکملیت بود. بعدها، زمانی که تقریباً همه فیزیکدانان تفسیر احتمالی تابع موج را پذیرفتند، انیشتین به این تفسیر واکنش منفی نشان داد، اگرچه خود او احتمالات انتقال را برای اولین بار در کار خود در سال 1916 معرفی کرد.

مناقشه آنها در مورد معنای فیزیکی مکانیک کوانتومی و در مورد اعتبار رابطه عدم قطعیت برای سالهای متمادی ادامه داشت و از سال 1927 شروع شد. وقتی انیشتین احساس کرد که نمی تواند نقطه ضعفی در منطق مکانیک کوانتومی پیدا کند، اعلام کرد که این کاملاً سازگار است. نقطه نظر با شهود فیزیکی او در تضاد بود و به نظر او نمی تواند تصمیم نهایی باشد: "خداوند خدا تاس بازی نمی کند ...".

در سال 1935، کار اینشتین، پودولسکی و روزن ظاهر شد: «آیا می‌توان توصیف مکانیکی کوانتومی واقعیت فیزیکی را کامل در نظر گرفت؟». اجازه دهید فرض کنیم که دو زیرسیستم برای مدتی با هم تعامل داشته اند و سپس در فاصله ای طولانی پراکنده شده اند. نویسندگان خاطرنشان می‌کنند: «از آنجایی که این سیستم‌ها دیگر تعامل ندارند، در نتیجه هر گونه عملیات در سیستم اول، هیچ تغییر واقعی در سیستم دوم نمی‌توان به دست آورد.» در همین حال، بر اساس مکانیک کوانتومی، با کمک اندازه گیری ها در سیستم اول، می توان تابع موج سیستم دوم را تغییر داد ...

بیایید این پدیده را با یک مثال ساده دنبال کنیم. فرض می کنیم که لحظه لحظه دو ذره را قبل از برخورد اندازه گرفته ایم و بگذارید یکی پس از برخورد روی زمین بماند و دیگری به ماه پرواز کند. اگر ناظر زمینی پس از برخورد مقدار مشخصی از تکانه ذره باقیمانده را دریافت کند، می تواند تکانه ذره روی ماه را بر اساس قانون بقای تکانه محاسبه کند. در نتیجه، تابع موج این ذره در نتیجه اندازه گیری روی زمین مشخص می شود - با تکانه خاصی مطابقت دارد.

اگر تابع موج را به عنوان یک میدان فیزیکی درک کنیم، چنین نتیجه ای غیرممکن است. اگر در نظر بگیریم که تابع موج موجی از اطلاعات است، طبیعی است: این تغییر معمول در احتمال پیش‌بینی با ظهور اطلاعات جدید است. ما این سوال را می پرسیم: احتمال اینکه یک آزمایشگر قمری مقداری از تکانه ذره خود را در آن بیابد چقدر است. شرط اضافیکه تکانه مشخصی از ذره زمینی پیدا شده است؟ این بدان معنی است که شما باید کل مجموعه اندازه گیری های چندگانه تکانه را در هر دو آزمایشگاه انجام دهید و از این مجموعه مواردی را انتخاب کنید که یک تکانه معین در زمین به دست آمده است. در این شرایط، داده های ماه مطابق قانون بقای تکانه، با تکانه مشخص و شناخته شده ای مطابقت خواهند داشت. تأثیر اندازه‌گیری‌ها در یک زیر سیستم بر پیش‌بینی‌های مربوط به رفتار زیرسیستم دیگر باید دقیقاً به معنای انتخاب مواردی که شرایط خاصی را برآورده می‌کنند درک کرد. واضح است که با تغییر شرایط انتخاب، تابع موج تغییر می کند. این پدیده هم در فیزیک کلاسیک و هم در زندگی روزمره وجود دارد. با تغییر شرایط انتخاب رویدادها، احتمال پیش‌بینی‌ها افزایش می‌یابد.

در اصل، مناقشه بین بور و انیشتین مناقشه ای بود بین دو فلسفه، دو نظریه دانش - یک دیدگاه روشن از فیزیک قدیمی، رشد یافته بر روی مکانیک کلاسیک و الکترودینامیک با جبر بی ابهام آنها، و یک فلسفه انعطاف پذیرتر که واقعیت های جدید را جذب می کرد. فیزیک کوانتومی قرن بیستم و مسلح به اصل مکملیت.

آیا باید به دنبال تفسیر دیگری باشیم؟

مکانیک کوانتومی همراه با تئوری اندازه گیری ها، نظریه ای سازگار و فوق العاده زیبا است. تمام تلاش‌ها برای "بهبود" آن تاکنون غیرقابل دفاع بوده است.

در نتیجه بحث های داغ در مورد کامل بودن توصیف مکانیک کوانتومی، این ایده مطرح شد: عدم قطعیت در رفتار یک الکترون به دلیل این واقعیت است که حالت آن نه تنها به تکانه، مختصات و طرح ریزی اسپین بستگی دارد، بلکه به آن نیز بستگی دارد. برخی از پارامترهای پنهان داخلی؟ سپس عدم قطعیت نتیجه، مانند فیزیک آماری، به دلیل عدم قطعیت این پارامترها به وجود می آید. در اصل، اگر مقادیر پارامترهای پنهان مشخص شود، پیش‌بینی‌ها قطعی می‌شوند، مانند مکانیک کلاسیک. با یک پیش‌بینی واحد، انتخاب پارامترهای پنهان، دستیابی به نتایج مشابه مکانیک کوانتومی را ممکن می‌سازد. با این حال، هنگام پیش‌بینی رویدادهای متوالی، این همیشه ممکن نیست. بعد اول دامنه پارامترهای پنهان را محدود می کند به طوری که آزادی آنها در بعد دوم دیگر برای توافق با مکانیک کوانتومی کافی نیست.

در سال 1965، D. Bell نشان داد که در کدام آزمایش ها می توان تفاوت بین پیش بینی های مکانیک کوانتومی و نظریه پارامترهای پنهان را مشاهده کرد. چنین آزمایشی در سال 1972 توسط S. Friedman و D. Clauser انجام شد. آنها نور ساطع شده از اتم های کلسیم برانگیخته را مشاهده کردند. تحت شرایط آزمایش آنها، اتم کلسیم دو کوانتوم را متوالی ساطع کرد نور مرئی، که با استفاده از فیلترهای رنگی معمولی قابل تشخیص است. هر کوانتومی وارد شمارنده خود می شود و از قطب سنج عبور می کند که جهت خاصی از قطبش را انتخاب می کند. تعداد تصادفات به عنوان تابعی از زاویه بین جهت قطبش دو کوانتوم مورد مطالعه قرار گرفت. تئوری متغیرهای پنهان افت در منحنی که این رابطه را به تصویر می‌کشد را پیش‌بینی می‌کرد. در این آزمایش نه تنها شیب وجود نداشت، بلکه کل منحنی آزمایشی دقیقاً با منحنی نظری به دست آمده از مکانیک کوانتومی منطبق بود. بعداً آزمایش‌های دقیق‌تری انجام شد که با مکانیک کوانتومی نیز موافق بود.

بنابراین، نظریه متغیرهای پنهان، حداقل در شکل فعلی، با تجربه در تضاد است. مکانیک کوانتومی بار دیگر تایید شد. اما ادعای خدشه‌ناپذیری مکانیک کوانتومی، به‌ویژه وقتی صحبت از میدان ناشناخته مقیاس‌های بسیار کوچک می‌شود، برخلاف روح فلسفه فیزیک کوانتومی است.

کوانتیزاسیون میدانی

کاربرد مکانیک کوانتومی در میدان الکترومغناطیسی و سایر میدان‌ها، یعنی در سیستم‌هایی با یک عدد بی نهایتدرجات آزادی، نیازی به هیچ تغییری در روش‌های توصیف طبیعت که توسط نظریه نسبیت و مکانیک کوانتومی ایجاد شده است، نداشت. برای اعمال مکانیک کوانتومی که برای سیستم‌هایی با تعداد درجات آزادی محدود ایجاد شده است، در یک میدان، یعنی برای سیستمی با تعداد درجات آزادی پیوسته، تمام نوسانات ممکن در جعبه‌ای با حجم به اندازه کافی بزرگ اما محدود انجام می‌شود. در نظر گرفته شدند. سپس مجموعه درجات آزادی - قابل شمارش (می توان آنها را شماره گذاری کرد) - درجات آزادی همه امواج ایستاده ممکن در جعبه است. مکانیک کوانتومی برای تک تک ارتعاشات کاربرد دارد. معلوم شد که در فضای خالی، وقتی هیچ ذره واقعی در آن وجود ندارد، نوسانات تمام میدان های ممکن رخ می دهد، ذرات و پادذرات متولد می شوند و ناپدید می شوند.

پایان دهه 20، زمانی که الکترودینامیک کوانتومی شروع به ایجاد کرد، می توان آغاز مطالعه شی اصلی فیزیک بنیادی مدرن - خلاء در نظر گرفت.

الکترودینامیک کوانتومی

امواج الکترومغناطیسی با خود برهمکنش ندارند. هر موج ایستاده جداگانه یک سیستم نوسانی دوره ای است - یک نوسانگر. بنابراین، مشکل کوانتیزه شدن یک میدان الکترومغناطیسی به مسئله کوانتیزه شدن نوسانگرهای مستقل کاهش می یابد.

اصل اضافی

اصل اضافی

اصل روش‌شناختی که توسط نیلز بور در رابطه با فیزیک کوانتومی فرمول‌بندی شده است، که بر اساس آن، برای توصیف مناسب‌ترین جسم فیزیکی مرتبط با عالم صغیر، باید آن را در سیستم‌های توصیفی اضافی و منحصر به فرد متقابل توصیف کرد، برای مثال، هر دو به عنوان یک موج و به صورت ذره ( سانتی متر.منطق های چند ارزشی). او اهمیت فرهنگی P. d. را برای قرن بیستم اینگونه تفسیر می کند. V.V. Nalimov، زبان شناس و نشانه شناس روسی: "منطق کلاسیک برای توصیف جهان خارج کافی نیست. بور در تلاش برای درک فلسفی این موضوع، اصل معروف مکمل بودن خود را فرموله کرد، که بر اساس آن، برای بازتولید یک پدیده یکپارچه، مفاهیم متقابلاً منحصر به فرد و اضافی لازم است. در یک سیستم نشانه ای. این یک الزام معادل بسط ساختار منطقی زبان فیزیک است. بور از چیزی که به نظر می رسد بسیار ساده است استفاده می کند: او استفاده متقابل انحصاری دو زبان را تشخیص می دهد که هر کدام از آنها مبتنی است. در منطق معمولی. آنها پدیده های فیزیکی متقابلاً منحصر به فرد را توصیف می کنند، برای مثال، تداوم و اتمی بودن پدیده های نور. خود بور اهمیت روش شناختی اصلی را که فرموله کرده است به خوبی درک می کند: "... یکپارچگی موجودات زنده و ویژگی های افراد. با آگاهی، و همچنین فرهنگ‌های انسانی، ویژگی‌هایی از یکپارچگی را نشان می‌دهند، که نمایش آن مستلزم یک روش توصیفی معمولاً اضافی است." یکپارچگی، در واقع، تشخیص این است که سیستم‌های منطقی به خوبی تعریف شده به عنوان استعاره عمل می‌کنند: آنها مدل‌هایی را تعریف می‌کنند که هم مانند دنیای بیرون رفتار می‌کنند و هم شبیه دنیای خارج نیستند. یک ساختار منطقی برای توصیف کل پیچیدگی جهان خرد کافی نیست. الزام به نقض منطق پذیرفته شده عمومی هنگام توصیف تصویر جهان ( سانتی متر.تصویر جهان) بدیهی است که برای اولین بار در مکانیک کوانتومی ظاهر شد - و این اهمیت فلسفی خاص آن است. "بعدها، یو. ام. لوتمن درک گسترده ای از P. d. را می توان به روش زیر توصیف کرد: ناکافی بودن اطلاعات. در اختیار فرد متفکر، مراجعه او به واحد دیگری از این قبیل را ضروری می سازد. اگر بتوانیم موجودی را تصور کنیم که تحت شرایط اطلاعات کامل عمل می کند، طبیعی است که فرض کنیم برای تصمیم گیری نیازی به نوع خودش ندارد. یک وضعیت عادی برای یک فرد، فعالیت در شرایط ناکافی اطلاعات است. مهم نیست که چقدر دامنه اطلاعات خود را گسترش دهیم، نیاز به اطلاعات توسعه می یابد و از سرعت پیشرفت علمی ما پیشی می گیرد. در نتیجه، با رشد دانش، جهل کاهش نمی یابد، بلکه افزایش می یابد و فعالیت، با مؤثرتر شدن، آسان تر نمی شود، بلکه دشوارتر می شود. در این شرایط، فقدان اطلاعات با کلیشه آن جبران می شود - توانایی به دست آوردن تصویر کاملاً متفاوت از واقعیت یکسان - ( سانتی متر. REALITY) آن را به زبانی کاملاً متفاوت ترجمه می کند. مزیت یک شریک ارتباطی در این واقعیت است که او متفاوت است. P. d. همچنین ناشی از عدم تقارن صرفاً فیزیولوژیکی - عملکردی نیمکره های مغزی است. سانتی متر.عدم تقارن عملکردی نیمکره های مغز) نوعی مکانیسم طبیعی برای اجرای P. D است. به یک معنا، بور P. D. را فرموله کرد، زیرا کورت گودل به اصطلاح قضیه ناقص بودن را برای سیستم های قیاسی ثابت کرد (1931). طبق نتیجه گودل، یک سیستم یا سازگار است یا ناقص. V. V. Nalimov در این باره می نویسد: "از نتایج گودل چنین بر می آید که سیستم های منطقی سازگار رایج که به زبان آنها حساب بیان می شود ناقص هستند. که در چنین سیستم هایی قابل اثبات نیست.از این نتایج همچنین نتیجه می شود که هیچ بسط کاملاً ثابتی از بدیهیات این سیستم نمی تواند آن را کامل کند - همیشه حقایق جدیدی وجود خواهد داشت که نمی توان با ابزار آن بیان کرد، اما نمی توان از آن استنباط کرد. نتیجه گیری کلی از قضیه گودل نتیجه ای با اهمیت فلسفی فوق العاده است: انسان متفکر از اشکال قیاسی خود غنی تر است. یک گزاره فیزیکی، اما از نظر فلسفی معنادار دیگر که مستقیماً به P.D. مربوط می شود، به اصطلاح رابطه عدم قطعیت است که توسط فیزیکدان بزرگ آلمانی فرموله شده است. از قرن بیستم، ورنر هایزنبرگ. بر اساس این گزاره، توصیف یکسان دو شیء وابسته به هم از جهان خرد، به عنوان مثال، مختصات و تکانه ذره، غیرممکن است. اگر در یک بعد دقت داشته باشیم، در بعد دیگر از بین می رود. قیاس فلسفی این اصل در آخرین رساله لودویگ ویتگنشتاین صورت‌بندی شد. سانتی متر.فلسفه تحلیلی، پایایی) "درباره قابلیت اطمینان". برای شک در هر چیزی، چیزی باید قطعی بماند. ما این اصل ویتگنشتاین را «اصل لولای در» نامیده ایم. ویتگنشتاین می نویسد: «سؤالاتی که ما مطرح می کنیم و شبهات ما بر این اساس است که برخی گزاره ها از شک رها شده اند، مانند حلقه هایی هستند که این سؤالات و شبهات بر روی آنها می چرخد. یعنی به منطق تحقیق علمی ما تعلق دارد که اگر بخواهم در بچرخد، باید لولاها درست شوند." بنابراین، P.D. در روش شناسی فرهنگ قرن بیستم اهمیت اساسی دارد و نسبی گرایی شناخت را اثبات می کند که در عمل فرهنگی به طور طبیعی منجر به ظهور پدیده پست مدرنیسم شد که ایده استریوسکوپی بودن و مکمل بودن را ارتقا داد. زبان های هنری به اصل اصلی زیبایی شناسی.

فرهنگ لغت قرن بیستم. V.P. رودنف.

ببینید «اصل الحاق» در فرهنگ‌های دیگر چیست:

اصل مکمل بودن یکی از مهمترین اصول مکانیک کوانتومی است که در سال 1927 توسط نیلز بور فرموله شد. با توجه به این اصل، برای توصیف کامل پدیده های مکانیک کوانتومی، لازم است دو ... ... ویکی پدیا

اصل مکمل بودن- فرموله شده توسط فیزیکدان دانمارکی N. Bohr (1885 1962) در سال 1927، موقعیت بنیادی مکانیک کوانتومی، که بر اساس آن به دست آوردن اطلاعات تجربی در مورد برخی مقادیر فیزیکیتوصیف یک ریز شی (ذره بنیادی، ... ... مفاهیم علوم طبیعی مدرن واژه نامه اصطلاحات اساسی

اصل مکملیت- papildomumo principas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. اصل مکملیت vok. Ergänzungsprinzip، n; Komplementaritätsprinzip، n rus. اصل مکمل بودن، m pranc. اصول تکمیلی، m … Fizikos terminų žodynas

"اصل الحاق"- - 1) اصل، به این معنی که تعامل بین دستگاه اندازه گیری و جسم جزء جدایی ناپذیر پدیده است. 2) هر رویه مرتبط با اندازه گیری که اختلالات خاصی را در شی یا پدیده مورد مطالعه وارد می کند)