Две методологические революции в физике - ключ к пониманию
оснований квантовой механики1 ... Дана свободная от парадоксов формулировка базовой системы
понятий и постулатов квантовой механики. Показывается, что
основания проблем квантовых измерений и редукции волновой
функции являются философскими, а не физическими, и их решение
состоит в правильной постановке вопроса и учете
теоретико-операциональной гетерогенности структуры физики, а не во
введении сознания в основания квантовой механики. ... Free of paradoxes representation of the basic system of the
concepts and foundations of the mechanics is done. It is
shown that foundations of 'problems' of quantum measurements and
reduction (collapse) of wave function are philosophical, not
physical. Their solution lies in working out a correct question
statement and also taking into account theoretic-operational
heterogeneity of structure of physical knowledge, but not in
introducing conscience in the foundations of mechanics. ... КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: научная революция, теоретическая физика,
основания квантовой механики, интерпретации квантовой механики,
парадоксы квантовой механики, коллапс (редукция) волновой функции,
измерения в квантовой механике, место наблюдателя, структура
физического эксперимента, соотношения неопределенностей, принцип
дополнительности. ... KEYWORDS: scientific revolution, theoretical physics,
foundations of mechanics, interpretations of quantum
mechanics, collapse (reduction) of wave function, measurement in
mechanics, place of observer, structure of physical
experiment, uncertainty relations, complementarity principle ... Если вы хотите кое-что выяснить у физиков-теоретиков о методах,
которые они применяют, я советую вам твердо придерживаться одного
принципа: не слушайте, что они говорят, а лучше изучайте их
действия... ... А. Эйнштейн ... Современная физика является продуктом двух научных революций -
XVII в. и границы XIX-XX вв. Обычно вторая рассматривается как
революция в физической картине мира, произведенная появлением
теории относительности и квантовой механики. Я хочу указать на
более глубокую революцию, революцию методологическую. ... Увидеть эту методологическую революцию проще всего на фоне
проходившей параллельно подобной революции в геометрии. В геометрии
можно разделить на два класса или типа: первичные, к
которым относятся точка и прямая и вторичные, к которым относятся
составленные из них фигуры. Вторичные явным образом
определяются первичные. Проблема оснований геометрии
состоит в определении первичных. До середины XIX в. они
рассматривались как неопределимые, но интуитивно ясные (очевидные)
понятия2. Однако во второй половине XIX в. в связи с
появлением неэвклидовых геометрий опора на очевидность перестала
удовлетворять (работать). В результате в геометрии возникла
проблема оснований. Д. Гильберт решил ее, введя неявный тип
совместного определения системы исходных (первичных) понятий -
точки, прямой и др. - систему аксиом геометрии, в каждую из
которых входило несколько исходных понятий (например, через две
точки всегда можно провести прямую и только
одну). ... То же имело место и в физике. Здесь (идеальные,
поскольку речь идет о теории) можно разделить на два класса (типа):
первичные идеальные (ПИО), к которым относятся
частица (тело) в механике, жидкость в гидродинамике и т.п., и
вторичные идеальные (ВИО), к которым относятся
модели различных сложных объектов и явлений. Сначала первичные
идеальные объекты считались интуитивно ясными (этот подход лежит в
основе курсов общей физики). Для Галилея и Ньютона главным
предметом поиска был закон движения, объект движения был очевиден.
Ситуация меняется во второй половине XIX в. в связи с появлением
электродинамики и термодинамики, где вопрос стоял уже и о самом
объекте. ... Для выхода из возникшего в результате этого кризиса оснований
(и связанного с ним гносеологического кризиса) был сделан
фактически тот же ход, что и в геометрии (поскольку физика
ориентировалась на заданный в математике уровень строгости) -
переход к неявному типу определения первичных идеальных
объектов. В результате в физике произошли существенные
перестроения структуры ее оснований, которые приобрели наиболее
четкое выражение в современных курсах теоретической физики, первым
среди которых является многотомник Теоретической физики Л. Д.
Ландау и Е. М. Лифшица (в этом мировое значение этого издания). К
сожалению, этот переход не нашел адекватного описания в методологии
и философии науки и не очень четко осознан самими физиками.
Отсутствие этого осознания лежит в основании мнимых парадоксов
квантовой механики (для решения которых предлагают включить
сознание в ее основания [Менский 2000, 2004, 2005; Wheeler 1977]) и
ее непонимания: Квантовую механику никто не понимает, -
утверждает нобелевский лауреат по квантовой механике Р.
Две методологические революции в физике - ключ к пониманию
оснований квантовой механики1 ... Дана свободная от парадоксов формулировка базовой системы
понятий и постулатов квантовой механики. Показывается, что
основания проблем квантовых измерений и редукции волновой
функции являются философскими, а не физическими, и их решение
состоит в правильной постановке вопроса и учете
теоретико-операциональной гетерогенности структуры физики, а не во
введении сознания в основания квантовой механики. ... Free of paradoxes representation of the basic system of the
concepts and foundations of the mechanics is done. It is
shown that foundations of 'problems' of quantum measurements and
reduction (collapse) of wave function are philosophical, not
physical. Their solution lies in working out a correct question
statement and also taking into account theoretic-operational
heterogeneity of structure of physical knowledge, but not in
introducing conscience in the foundations of mechanics. ... КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: научная революция, теоретическая физика,
основания квантовой механики, интерпретации квантовой механики,
парадоксы квантовой механики, коллапс (редукция) волновой функции,
измерения в квантовой механике, место наблюдателя, структура
физического эксперимента, соотношения неопределенностей, принцип
дополнительности. ... KEYWORDS: scientific revolution, theoretical physics,
foundations of mechanics, interpretations of quantum
mechanics, collapse (reduction) of wave function, measurement in
mechanics, place of observer, structure of physical
experiment, uncertainty relations, complementarity principle ... Если вы хотите кое-что выяснить у физиков-теоретиков о методах,
которые они применяют, я советую вам твердо придерживаться одного
принципа: не слушайте, что они говорят, а лучше изучайте их
действия... ... А. Эйнштейн ... Современная физика является продуктом двух научных революций -
XVII в. и границы XIX-XX вв. Обычно вторая рассматривается как
революция в физической картине мира, произведенная появлением
теории относительности и квантовой механики. Я хочу указать на
более глубокую революцию, революцию методологическую. ... Увидеть эту методологическую революцию проще всего на фоне
проходившей параллельно подобной революции в геометрии. В геометрии
можно разделить на два класса или типа: первичные, к
которым относятся точка и прямая и вторичные, к которым относятся
составленные из них фигуры. Вторичные явным образом
определяются первичные. Проблема оснований геометрии
состоит в определении первичных. До середины XIX в. они
рассматривались как неопределимые, но интуитивно ясные (очевидные)
понятия2. Однако во второй половине XIX в. в связи с
появлением неэвклидовых геометрий опора на очевидность перестала
удовлетворять (работать). В результате в геометрии возникла
проблема оснований. Д. Гильберт решил ее, введя неявный тип
совместного определения системы исходных (первичных) понятий -
точки, прямой и др. - систему аксиом геометрии, в каждую из
которых входило несколько исходных понятий (например, через две
точки всегда можно провести прямую и только
одну). ... То же имело место и в физике. Здесь (идеальные,
поскольку речь идет о теории) можно разделить на два класса (типа):
первичные идеальные (ПИО), к которым относятся
частица (тело) в механике, жидкость в гидродинамике и т.п., и
вторичные идеальные (ВИО), к которым относятся
модели различных сложных объектов и явлений. Сначала первичные
идеальные объекты считались интуитивно ясными (этот подход лежит в
основе курсов общей физики). Для Галилея и Ньютона главным
предметом поиска был закон движения, объект движения был очевиден.
Ситуация меняется во второй половине XIX в. в связи с появлением
электродинамики и термодинамики, где вопрос стоял уже и о самом
объекте. ... Для выхода из возникшего в результате этого кризиса оснований
(и связанного с ним гносеологического кризиса) был сделан
фактически тот же ход, что и в геометрии (поскольку физика
ориентировалась на заданный в математике уровень строгости) -
переход к неявному типу определения первичных идеальных
объектов. В результате в физике произошли существенные
перестроения структуры ее оснований, которые приобрели наиболее
четкое выражение в современных курсах теоретической физики, первым
среди которых является многотомник Теоретической физики Л. Д.
Ландау и Е. М. Лифшица (в этом мировое значение этого издания). К
сожалению, этот переход не нашел адекватного описания в методологии
и философии науки и не очень четко осознан самими физиками.
Отсутствие этого осознания лежит в основании мнимых парадоксов
квантовой механики (для решения которых предлагают включить
сознание в ее основания [Менский 2000, 2004, 2005; Wheeler 1977]) и
ее непонимания: Квантовую механику никто не понимает, -
утверждает нобелевский лауреат по квантовой механике Р.
В данной работе рассматривается проблема предметности в контексте принципов научной рациональности (классической и неклассической). На материале базовых постулатов квантовой механики (таких как концепт состояния в квантовой механике, принцип квантовой суперпозиции, принцип неопределенности и др.) становится очевидно, что предметность (специфичная предметность в данном случае, поскольку мы помещены в пространство метафизики науки, работая с конкретной областью физики – квантовой механикой) становится проблематичной, в силу того, что эти принципы и постулаты не очевидны, отличны от уже имеющихся в классической физике и более того, с трудом совместимы с ними. Приняв разделение В.П. Бранского современных проблем физики на онтологические и эпистемологические (которые при этом очень тесно связаны с друг другом в силу специфики предмета квантовой механики), мы выделили три группы проблем: проблема наблюдения, проблема детерминизма и проблема полноты, последовательно разобрав их на примере существующих интерпретаций и подходов квантовой механики, где эта проблема ставится и имеет претензию на разрешение, но, однако, не разрешается до конца. Однако, как нам кажется, самой крупной проблемой, с неизбежностью появляющейся во всех интерпретациях, остается проблема самой квантовой реальности, нашего ее понимания и доступа к ней, поскольку квантовомеханические реалии с трудом представимы и переводимы на привычный нам мир классических объектов. В качестве выводов работы предложены возможные пути разрешения поставленных проблем.
1984 г. Апрель Том 142, вып. 4 УСПЕХИ ФИЗМ ЧЕС КМХ НАУК 530.145О НЕЛОКАЛЬНОСТИ В КВАНТОВОЙ ФИЗИКЕ -Б.И. Спасский, А. В. Московский / В современной теории поля действует принцип локальности, предполагающий «такой механизм взаимодействия между полями, при котором влияние одного из полей, например и, на другое, например v, имеет локальную в пространстве-времени структуру, т. е. поведение поля v в точке х пространства-времени определяется значением поля и (и, возможно, его производных) в той же точке пространства-времени» 68 .В этом смысле под нелокальными теориями имеют в виду целый класс обобщений квантовой теории поля, основанных на предположении о неточечности взаимодействия 62 .Термин нелокальность используется в современной литературе еще и в несколько ином смысле.Дело в том, что существует целый ряд квантовых явлений, которые с точки зрения классической можно интерпретировать как проявление особого рода нелокальности, присущей квантовым объектам.Мы имеем в виду эффект Ааронова -Бома, парадокс Эйнштейна -Подольского -Розена, эффект Брауна -Твисса и другие подобного рода явления.Их обсуждению и посвящена данная статья.Одна из особенностей возникновения и развития квантовой теории состоит в том, что сначала был создан математический аппарат этой теории, а затем началось выяснение физического смысла этого аппарата.Прежде всего появились попытки построить интерпретацию, основанную на классических представлениях, однако очень быстро стало ясно, что эта задача неразрешима.Так, уже в 1910 г.Г. А. Лоренц, обсуждая гипотезу о корпускулярных свойствах света, пришел к заключению о невозможности дать непротиворечивое объяснение корпускулярно-волнового дуализма света.Он рассуждал примерно так г : Если предположить, что пучок световых лучей является потоком частиц, то как можно тогда объяснить интерференцию, дифракцию и тому подобное?Устойчивую интерференционную картину дают только когерентные лучи, поэтому, например, при прохождении пучком полупрозрачного зеркала нужно предположить, что либо один фотон делится на два, и интерферируют между собой эти две половины, или же интерферируют разные фотоны, являющиеся когерентными.Но первое предположение было трудно принять, так как известны были случаи интерференции при большой (порядка метра) разности хода.Отсюда следовало бы, что фотоны должны иметь размеры такого же порядка, что представлялось явно неразумным.Но и другое предположение, согласно которому фотоны в световом пучке образуют когерентный ансамбль, встречало затруднение, так как сразу же возникал вопрос: почему одни фотоны отражаются, а другие преломляются, или почему два фотона, попадая в то место экрана, где наблюдаются темные полосы, уничтожают друг друга.После открытия корпускулярно-волнового дуализма частиц (электронов) подобные вопросы стали еще более острыми.Некоторые физики *) Статья написана весной 1983 г. **) Разумеется, можно предположить, что они просто ошибочны.***) Если оно, разумеется, вообще имеет место.
Туннельный эффект рассматривается с точки зрения локального реализма. Сделан вывод о том, что квантовый объект, туннелирующий через потенциальный барьер, нельзя интерпретировать как материальную точку, потому что такая интерпретация противоречит невозможности движения быстрее скорости света в вакууме. Такого противоречия не возникает, если квантовый объект рассматривать как сплошную среду, образованную материальными полями. Показано, что закон динамики механического движения этих полей материи может быть выведен из закона квантовой эволюции в форме интеграла по траекториям. Анализ процесса туннелирования показывает, что этот закон динамики имеет форму принципа наименьшего действия с комплексной временной переменной. Используемый здесь подход позволяет не только придать физическую интерпретацию туннельному эффекту, согласующуюся со специальной теорией относительности, но также описать широкий круг квантовых явлений, для которых традиционные методы исследования неосуществимы.
основанные понятия квантовой механики, такие как «волны материи» де Бройля, «принцип неопределенности» Гейзенберга, отсутствие размеров и траектории движения у элементарных частиц, универсальность постоянной Планка, а также уравнение Шредингера, до сих пор недостаточно логически обоснованы. Интерес к истокам квантовой механики обусловлен еще тем, что передовые рубежи науки в области изучения структурной организации материи – струнные теории, базирующиеся на квантовой механике, – находятся в практически непреодолимых, по мнению автора статьи, затруднениях. Это заставляет вернуться к переосмыслению основ квантовой физики. В данной работе предложена модель хаотически блуждающей материальной частицы (обладающей размером и траекторией движения), на основании которой удалось выразить постоянную Планка ħ через основные характеристики стационарного случайного процесса; обосновать переход от координатного представления состояния частицы к ее импульсному представлению без привлечения идеи о существовании «волн материи» де Бройля и «принципа неопределенности» Гейзенберга; вывести уравнение Шредингера на основании принципа экстремума усредненного действия хаотически блуждающей частицы. При этом выявлены условия и границы применения обобщённого уравнения Шредингера к описанию явлений как микромира, так и макромира. Промежуточный результат «определение плотности распределения вероятности производной n-го порядка для n раз дифференцируемого, случайного, стационарного процесса» может быть применим во многих областях теории вероятности и статистической физики.
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СТАНОВЛЕНИЯ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ Работа выполнена при финансовой поддержке фонда РГНФ (проект № 13-03-00065).Проиллюстрированы отношения преемственности квантовой механики с классической физикой.Показано, что, во-первых, концепция преемственности и принципа соответствия Бора были необходимыми средствами построения квантовой теории на начальном этапе развития; во-вторых, некоторые концепции классической физики использовались как для построения квантовой теории, так и для ее обоснования.Таким образом, квантовая механика есть синтез старых классических концепций и нового неклассического (физического и математического) содержания.
Аннотация. Принцип наименьшего действия используется во многих областях теоретической физики – в теоретической механике, в электродинамике, в общей теории относительности, в квантовой механике. В начале ХХ века М. Планк открыл квант действия. Однако до сих пор действие и принцип наименьшего действия не имеют единого физического смысла. Целью настоящей работы является интерпретация принципа наименьшего действия на примере моделирования локализации и движения свободной частицы. При моделировании использована идея проявления реальности в результате наложения систем. Движение частицы в пространстве Минковского моделировано наложениемнезависимых подсистем. Введено однородное пространство возможных состояний (или возможных подсистем), где возможные подсистемы не пересекаются (не наложены), а расположены последовательно относительно друг друга. Показано, что движение свободной частицы в пространстве Минковского можно рассматривать как распространение плоской волны впространстве возможных подсистем с определенной фазовой скоростью. При этом в нерелятивистском приближении волна совпадает с волной де Бройля, где фазовая скорость равна скорости частицы в пространстве Минковского. В случае учета конечной скорости распространения взаимодействия релятивистские эффектыотчетливо проявляются в пространстве возможных подсистем. На основе предложенного подхода из квантовых представлений движения частицы выведены основные уравнения релятивистской динамики. Дана интерпретация фазовой скорости движения частицы, с которой связано отрицательное значение лагранжиана свободной частицы. Выявлена связь между действием свободной частицы в релятивистской динамике и действием волныде Бройля. Рассмотрена возможность обобщения принципа наименьшего действия в пространстве возможных подсистем, из которого следуют принцип Ферма и принцип Мопертюи. Предлагаемое представление не противоречит таким популярным в настоящее время фундаментальным принципам, как квантовая запутанностьи квантовая нелокальность, а, наоборот, предполагает наличие этих феноменов.