Здравый смысл» и квантовая механика
В действительности все¨ не так, как на самом деле.
Станислав Ежи Лец, «Неприче¨санные мысли»
Многое из того, что кажется школьнику обязательными свойствами любой физической теории, неприменимо в квантовой физике. Вот несколь- ко таких общих положений, которые великолепно работали столетиями, ка-
зались настолько естественными для любой научной теории, что даже не оговаривались явно, но перестали работать в квантовой физике:
Точечная частица находится в некоторой единственной точке простран- ства в любой момент времени, иначе это не точечная частица.
Если провести над системой измерение, то мы станем лучше знать ее¨ состояние, если мерить достаточно аккуратно.
Измерение всегда можно провести сколь угодно аккуратно, по крайней мере
в принципе можно.
Наука объективна в том смысле, что при изучении любого объекта мы можем исключить из рассмотрения субъекта, который этот объект изучает и измеряет.
Если измерение говорит нам «ДА» (система определе¨нно обладает некоторым свойством), то такое же измерение над другой такой же системой в таком же состоянии тоже обязательно даст «ДА» (
детер- минизм).
Для того, чтобы состояние системы изменилось, надо, чтобы что-то провзаимодействовало именно с этой системой.
Состояния всех подсистем однозначно определяют состояние системы в целом.
Все эти утверждения не работают в квантовой механике!!!
«Не работают» не значит, что это «вообще» неверные утверждения. В своей области применимости (в классической физике) они работают ве- ликолепно, но не в квантовой механике. Эти утверждения оказались не фун- даментальными свойствами природы или проявлениями «здравого смыс- ла», а феноменологическими обобщениями с очень широкой, но ограни- ченной областью применимости.
Эти сложности связаны со структурой квантовой теории, в которой, как и в других неклассических теориях, анализ процесса измерения игра- ет принципиальную роль и позволяет/заставляет отказаться от некоторых привычных, но принципиально ненаблюдаемых понятий.
Квантовая механика — теория превращений
Большинство перечисленных выше сбоев классической физической интуиции связаны с тем, что процесс изменения состояния квантовой системы невозможно детально проследить. Впервые физики столкнулись
2.2.
КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА — ТЕОРИЯ ПРЕВРАЩЕНИЙ 29
с этим при попытках описания постулированных Бором (1913) квантовых скачков, при которых состояние атома изменяется скачком с испусканием или поглощением фотона.
Прорыв был достигнут, когда Гайзенберг (1925) отказался от рассмот- рения деталей процесса и вве¨л матрицы, связывающие между собой началь- ные и конечные состояния системы, которые превращаются друг в друга по некоторым правилам.
Одна из основных идей квантовой механики состоит в том, что
Квантовая механика — теория превращений
Приче¨м проследить процесс превращения нельзя. Мы уже сталкива- лись с превращениями в предыдущей главе, при обзоре физики элементар- ных частиц.
Перечислим некоторые важные случаи превращений:
• Любой процесс — превращение начального состояния в конечное.
• Движение = изменение = превращение.
«Распад» элементарной частицы, или радиоактивного ядра — это
пре- вращение. Исходная частица может не содержать внутри чего-либо по- хожего на продукты «распада», в которые она
превращается в некото- рый момент времени (момент точно не определе¨нный, не определимый и вообще «размазанный» по времени).
Фундаментальные
превращения — это элементарные
превращения, на которые могут быть разложены все другие, более сложные превраще- ния.
Стандартные «4 фундаментальных взаимодействия» — это те фунда- ментальные
превращения, которые меняют число частиц, есть и дру- гие фундаментальные
превращения, которые число частиц не меняют (пример см. следующий пункт).
Осцилляции нейтрино (аналогично осцилляции кварков) — процесс
взаимопревращений разных сортов нейтрино друг в друга.
Важное фундаментальное превращение —
превращение элементарной частицы
в себя с изменением координат или без изменения импульса (не забываем, что координата и импульс одновременно не определены).
Если процесс (
превращение) может происходить разными способами (например, процесс может быть разными способами разложен на фун- даментальные взаимодействия), и мы не можем эти способы различить
между собой, то реализуются все способы одновременно, т. е. все спо- собы дают вклад в процесс.
Если с системой ничего не произошло, то она все¨ равно
превратилась из начального состояния обратно в начальное. В процессе этого пре- вращения она могла подвергнуться каким-то нетривиальным превра- щениям, возможно
одновременно разным превращениям (см. предыду- щий пункт).
