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LE PRINCIPALI SCOPERTE SCIENTIFICHE
Il principio di complementarità. Storia ed essenza della scoperta scientifica
Elenco / Le scoperte scientifiche più importanti Un principio molto preciso e capiente boro chiamata complementarità - una delle idee filosofiche e naturali-scientifiche più profonde del tempo presente. Solo idee come il principio di relatività o l'idea di un campo fisico possono essere confrontate con esso. "Negli anni precedenti il discorso di N. Bohr a Como, ci sono state numerose discussioni sull'interpretazione fisica della teoria quantistica", scrive W. I. Frankfurt. teoria dei quanti - nel postulato, secondo il quale ogni processo atomico è caratterizzato da discontinuità, estranea alla teoria classica. La teoria quantistica riconosce come una delle sue disposizioni principali i limiti fondamentali dei concetti classici quando applicati ai fenomeni atomici, cosa estranea alla fisica classica, ma allo stesso tempo l'interpretazione del materiale empirico si basa principalmente sull'applicazione di concetti classici. Per questo motivo, sorgono difficoltà significative nella formulazione della teoria quantistica. La teoria classica presuppone che un fenomeno fisico possa essere considerato senza avere un'influenza fondamentalmente inamovibile su di esso. Per la relazione al Congresso Internazionale di Fisica di Como "Quantum Postulate and the Recent Development of Atomic Theory", vista l'importanza dei problemi discussi, a Bohr è stato concesso quattro volte il limite di tempo. La discussione sulla sua relazione occupò il resto del congresso. "... La scoperta del quanto d'azione universale", ha detto Niels Bohr, "ha portato alla necessità di un'ulteriore analisi del problema dell'osservazione. Ne consegue che l'intero metodo di descrizione caratteristico della fisica classica (compreso il teoria della relatività) rimane applicabile solo fintanto che tutte le grandezze della dimensione dell'azione incluse nella descrizione sono grandi rispetto al quanto dell'azione Cinghia. Se questa condizione non è soddisfatta, come accade nel campo dei fenomeni della fisica atomica, allora entrano in vigore regolarità di tipo speciale, che non possono essere incluse nel quadro di una descrizione causale... Questo risultato, che inizialmente sembrava paradossale, invece, trova la sua spiegazione nel fatto che in questo ambito non è più possibile tracciare una linea netta tra il comportamento autonomo di un oggetto fisico e la sua interazione con altri corpi utilizzati come strumenti di misura; una tale interazione sorge necessariamente nel processo di osservazione e non può essere direttamente presa in considerazione dal significato stesso del concetto di misurazione... Questa circostanza in realtà significa l'emergere di una situazione completamente nuova in fisica in relazione all'analisi e alla sintesi dei dati sperimentali. Ci costringe a sostituire l'ideale classico di causalità con qualche principio più generale, solitamente chiamato "complementare". Le informazioni sul comportamento degli oggetti oggetto di studio che otteniamo con l'ausilio di vari strumenti di misura, sebbene apparentemente incompatibili, in realtà non possono essere direttamente correlate tra loro nel modo consueto, ma devono essere considerate tra loro complementari. Così, in particolare, il fallimento di qualsiasi tentativo di analizzare in modo coerente l'"individualità" di un processo atomico separato, che, sembrerebbe, simboleggia il quanto d'azione, dividendo un tale processo in parti separate, è spiegato dal fallimento. Ciò è dovuto al fatto che se vogliamo fissare con l'osservazione diretta un qualsiasi momento nel corso del processo, allora dobbiamo utilizzare un dispositivo di misurazione per questo, il cui uso non può essere coerente con le leggi del corso di questo processi. Tra il postulato della teoria della relatività e il principio di complementarità, con tutte le loro differenze, si può notare una certa analogia formale. Sta nel fatto che, proprio come nella teoria della relatività, regolarità che hanno forma diversa in differenti sistemi di riferimento per la finitezza della velocità della luce risultano equivalenti, così, nel principio di complementarità, le regolarità studiati con l'ausilio di vari strumenti di misura e apparentemente contraddittori a causa della finitezza del quanto d'azione, sono logicamente compatibili. Per dare un quadro il più chiaro possibile della situazione che si è sviluppata nella fisica atomica, che è del tutto nuova dal punto di vista della teoria della conoscenza, vorremmo qui, anzitutto, considerare in dettaglio tale misurazioni, il cui scopo è controllare il corso spazio-temporale di alcuni processi fisici. Tale controllo alla fine si riduce sempre a stabilire un certo numero di relazioni inequivocabili tra il comportamento di un oggetto e le scale e gli orologi che determinano il sistema di riferimento spazio-temporale che utilizziamo. Possiamo parlare del comportamento indipendente dell'oggetto di studio nello spazio e nel tempo, indipendente dalle condizioni di osservazione, quando, nel descrivere tutte le condizioni che sono essenziali per il processo in esame, possiamo trascurare completamente l'interazione dell'oggetto con il misuratore, che inevitabilmente nasce quando vengono stabiliti i collegamenti di cui sopra. Se però, come nel caso del dominio quantistico, tale interazione ha di per sé una grande influenza sull'andamento del fenomeno in esame, la situazione cambia completamente, e noi, in particolare, dobbiamo abbandonare la connessione tra le caratteristiche spaziotemporali di un evento e le leggi dinamiche universali, che è caratteristica della descrizione classica della conservazione. Ciò deriva dal fatto che l'uso di bilance e orologi per stabilire un sistema di riferimento esclude, per definizione, la possibilità di tener conto delle grandezze di quantità di moto e di energia trasferite al dispositivo di misura durante il fenomeno in esame. Allo stesso modo, e viceversa, le leggi quantistiche, nella cui formulazione vengono utilizzati essenzialmente i concetti di quantità di moto o di energia, possono essere verificate solo in tali condizioni sperimentali, quando è escluso uno stretto controllo sul comportamento spaziotemporale dell'oggetto. Secondo la relazione di incertezza Heisenberg, è impossibile determinare entrambe le caratteristiche di un oggetto atomico - coordinata e quantità di moto - nello stesso esperimento. Ma Bohr è andato oltre. Ha notato che la coordinata e la quantità di moto di una particella atomica non possono essere misurate non solo simultaneamente, ma in generale con l'aiuto dello stesso strumento. Infatti, per misurare la quantità di moto di una particella atomica, è necessario uno "strumento" mobile estremamente leggero. Ma proprio a causa della sua mobilità, la sua posizione è molto incerta. Per misurare le coordinate, è necessario un "dispositivo" molto massiccio che non si muova quando una particella lo colpisce. Ma non importa come cambia il suo slancio in questo caso, non lo noteremo nemmeno. "L'addizionalità è quella parola e quella svolta di pensiero che è diventata disponibile per tutti grazie a Bohr", scrive L.I. giudizi e spiega: sì, le loro proprietà sono davvero incompatibili, ma per una descrizione completa di un oggetto atomico, entrambi sono ugualmente necessari e quindi non si contraddicono, ma si completano a vicenda. Questo semplice argomento sulla complementarità delle proprietà di due dispositivi incompatibili spiega bene il significato del principio di complementarità, ma non lo esaurisce affatto. In effetti, abbiamo bisogno di strumenti non da soli, ma solo per misurare le proprietà degli oggetti atomici. L'ascissa e la quantità di moto p sono i concetti che corrispondono a due proprietà misurate con due strumenti. Nella catena della conoscenza a noi familiare - un fenomeno - un'immagine, un concetto, una formula, il principio di complementarietà influenza principalmente il sistema di concetti della meccanica quantistica e la logica delle sue conclusioni. Il fatto è che tra le rigide disposizioni della logica formale c'è la "regola del terzo escluso", che dice: di due affermazioni opposte, una è vera, l'altra è falsa, e non può essercene una terza. Nella fisica classica non c'era motivo di dubitare di questa regola, poiché lì i concetti di "onda" e "particella" sono realmente opposti ed essenzialmente incompatibili. Si è scoperto, tuttavia, che nella fisica atomica entrambi sono ugualmente ben applicabili per descrivere le proprietà degli stessi oggetti, e per una descrizione completa è necessario usarli contemporaneamente. Il principio di complementarità di Bohr è un tentativo riuscito di conciliare le carenze di un sistema consolidato di concetti con il progresso della nostra conoscenza del mondo. Questo principio ha ampliato le possibilità del nostro pensiero, spiegando che nella fisica atomica non cambiano solo i concetti, ma anche la formulazione stessa di domande sull'essenza dei fenomeni fisici. Ma il significato del principio di complementarità va ben oltre la meccanica quantistica, dove è sorto originariamente. Solo più tardi - cercando di estenderlo ad altri campi della scienza - si è chiarito il suo vero significato per l'intero sistema della conoscenza umana. Si può discutere sulla legittimità di un tale passo, ma non si può negare la sua fecondità in tutti i casi, anche quelli lontani dalla fisica. "Bohr ha mostrato", osserva Ponomarev, "che la domanda 'Onda o particella?' applicata a un oggetto atomico è posta in modo errato. L'atomo non ha tali proprietà separate, e quindi la domanda non consente una risposta univoca 'sì' o 'no' Allo stesso modo, poiché non c'è risposta alla domanda: "Qual è più grande: un metro o un chilogrammo?", E qualsiasi altra domanda di tipo simile. Due ulteriori proprietà della realtà atomica non possono essere separate senza distruggere la completezza e l'unità del fenomeno naturale che chiamiamo atomo... ...Un oggetto atomico non è né una particella né un'onda, e nemmeno nessuna delle due allo stesso tempo. Un oggetto atomico è qualcosa di terzo, non uguale alla semplice somma delle proprietà di un'onda e di una particella. Questo "qualcosa" atomico è al di là dei nostri cinque sensi, eppure è certamente reale. Non abbiamo immagini e sensi per immaginare appieno le proprietà di questa realtà. Tuttavia, la forza del nostro intelletto, basata sull'esperienza, ci permette di conoscerla senza di essa. Alla fine (bisogna ammettere che Born aveva ragione), "... ora il fisico atomico si è allontanato dalle idee idilliache del naturalista all'antica che sperava di penetrare i segreti della natura, in agguato per le farfalle in il pascolo." Autore: Samin D.K.
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