1.
В первой половине ХХ века были сформулированы основные понятия квантовой физики. Интерпретация экспериментальных данных о квантовых частицах была дана на основе новой неклассической квантовой интуиции.
Основными наблюдаемыми величинами, характеризующими квантовую частицу, являются координата и импульс.
Измерения, проводимые в квантовой системе, имеют принципиальные особенности.
При измерениях классической системы понимается, что измерение не изменяет состояния измеряемой системы.
При измерениях квантовой системы её состояние возмущается, изменяясь тем сильнее, чем точнее измерения. (1)
Оказалось, что при измерениях одноимённых квантовых частиц результаты значений и импульсов, и координат лежат в определённых областях. На этом основании в 1927 г.
В. Гейзенберг сформулировал зависимость, имеющую место при сопоставлении квадратичного отклонения значений координаты Δх и импульса ΔРх.
Δх ⋅ ΔРх = h / 2 -9- (2),
где h – квант действия, равный постоянной Планка, отнесённой к 2π, h = h / 2π.
Δх = √ (х – хср)2 ; ΔРх = √ (рх – рср)2
Данная зависимость впоследствии стала называться соотношением неопределённостей Гейзенберга или принципом неопределённости. Принцип неопределённости, характеризующий вероятностное состояние квантовой системы, вполне корректен. Эксперимент всегда подтверждает эту закономерность (3).
2.
«Основным методом квантовой механики является статистический метод.» (4) Использование статистического метода при изучении квантовых частиц предполагает наличие и анализ массива измерений наблюдаемых координаты и импульса.
«Для измерения импульса частицы чувствительный элемент прибора, его датчик, должен быть очень лёгким, а для измерения координаты – тяжёлым. Тяжёлый датчик позволяет точно охарактеризовать положение измеряемой частицы, и при этом датчик почти не сдвинется, так что ошибка в измерении координаты будет очень мала. Но именно по этой причине такой прибор не пригоден для точного измерения импульса: ведь из-за большой массы датчика он будет очень слабо реагировать на импульс измеряемой частицы. Наоборот, лёгкий датчик сильно реагирует на импульс измеряемой частицы, но зато при этом сильно сдвигается, так что определение координаты частицы становится практически невозможным.
Таким образом, принципиально невозможно создать прибор, измеряющий (с большой точностью) и координату, и импульс.» (5)
Особенность измерения квантовой частицы заключается ещё и в том, что её можно измерить только один раз. Повторное проведение замеров наблюдаемых у одной и той же частицы невозможно, так как эта частица улетает. Вторичное измерение частицы в одном эксперименте практически не выполнимо в связи с непредсказуемыми последствиями первичного измерения. Вторичное измерение, к тому же бесполезно в связи с изменением параметров наблюдаемых при воздействии на частицу датчика во время первого измерения.
Для получения представления о возможных параметрах второй наблюдаемой квантовой частицы, у которой уже была измерена первая наблюдаемая, используются результаты измерений второй наблюдаемой массива одноимённых квантовых частиц, проведённых в таких же, неизменных условиях.
Под неизменными условиями понимается неизменный способ получения массива одноимённых квантовых частиц, меняется лишь датчик, которым производится замер второй наблюдаемой.
3.
Эйфория от революционных прорывов в различных областях естественных наук, принятие на вооружение теории полей, основанной на точечном описании пространства, невозможность одновременного определения у квантовой частицы и координаты, и импульса, а также другие причины – всё это привело к следующему. При осмыслении результатов исследований квантового мира был совершён отказ от логически выверенных, апробированных классических представлений о процессе познания, о таких понятиях как целостность и дискретность, произошла выработка «… совершенно новой, неклассической интуиции, которая на первый взгляд казалась почти безумием (как например, в связи с понятием корпускулярно-волнового дуализма).» (6)
В попытке прояснения принципа неопределённости Гейзенберга новая квантовая интуиция позволила перенести результаты измерений наблюдаемой у массива одноимённых квантовых частиц на одну такую же частицу, представив дело таки образом, что если частица принципиально может обладать теми или иными значениями наблюдаемой, то она ими всеми и обладает. В результате произошло искажение статистического метода, сущность которого состоит в определении вероятности того, в каком состоянии могла ранее находиться квантовая частица.
На основании статистических данных невозможно утверждать, что во всех возможных состояниях квантовая частица находилась одновременно. Статистический же метод квантовой механики, установленный на основе новой квантовой интуиции, постулировал именно это. Возможность и вероятность нахождения квантовой частицы в том или ином состоянии были трансформированы в утверждение об одномоментном нахождении квантовой частицы во всех возможных состояниях. Тем самым была искажена суть принципа неопределённости Гейзенберга. Вероятностное соотношение было абсолютизировано. Все возможные значения второй наблюдаемой массива одноимённых квантовых частиц были присвоены одной такой же квантовой частице, у которой была определена только первая наблюдаемая. На этом основании, используя новую квантовую интуицию, был сделан вывод о том, что «…микрочастица не может находиться в состоянии, в котором имеют определённые значения и импульс, и координата.» (2)
Изначально, и выше, при анализе способов измерения квантовых частиц, это уже было отмечено, суть вопроса заключалась лишь в технической невозможности одновременного, достаточно точного измерения наблюдаемых координаты и импульса. В дальнейшем указанная техническая трудность, благодаря новой квантовой интуиции, была преобразована в квазинаучное представление об одновременном множестве значений второй наблюдаемой у одной квантовой частицы при фиксированной первой наблюдаемой.
Дискретные, целостные, постоянно заряженные квантовые частицы, такие как протон и электрон, в свете новой квантовой интуиции стали какими-то размазанными в пространстве и псевдо-виртуальными. И, если электрон в атоме водорода действительно наблюдается как облако вокруг протона, то протон – это стабильное, стационарное, в любое время определяемое ядро атома водорода. Протон – это основной, по существу, бессмертный носитель массы, причём массы покоя, которая не может быть размыта в пространстве по определению. Существование стабильного и стационарного протона является наиболее ярким подтверждением ошибочности новой квантовой интуиции.
Конкретизируем ситуацию и рассмотрим протон в состоянии множества значений импульса тела при фиксированной координате. Импульс тела пропорционален его массе и скорости. Р = m ⋅ v
Фиксированная координата протона исключает его перемещение. То есть, в рассматриваемом случае фактор скорости не может изменить импульса тела протона.
Другим фактором, изменяющим импульс тела, является масса. Масса протона 0,9 ⋅ 10-27 г – это константа из констант. Протон, без воздействия на него, не изменяется на протяжении многих миллиардов лет (7). Следовательно, и этот фактор не изменяет импульс тела протона. Таким образом, при неизменной координате, без воздействия на протон материальных тел, его импульс должен оставаться неизменным. Признание, в соответствии с новой квантовой интуицией, ничем не инициированного, перманентного изменения импульса тела протона отрицает объективность столпа естественно научных представлений – закона сохранения энергии.
Ещё явственнее отрицание новой квантовой интуицией закона сохранения энергии проявляется на примере фотона. Импульс фотона записывается следующей формулой:
Рф = Е / с, где Е – энергия фотона;
с - скорость света (8).
Так как скорость света с является константой, то в данном случае при фиксированной координате фотона множественность значений импульса фотона напрямую декларирует множественность значений энергии одной и той же квантовой частицы в одном и том же месте, в одно и то же время.
На основе новой квантовой интуиции был сделан и следующий вывод: «новые закономерности микропроцессов, выражающиеся в волновых и квантовых свойствах движения частиц, не позволяют рассматривать это движение как совершающееся по траекториям. Действительно, понятие траектории связано с одновременным существованием у частицы и определённого импульса, и определённой координаты, что, якобы, несовместимо с волновыми свойствами движения и, как бы, следует из соотношения - 9 - (4), (Δх ⋅ ΔРх = h / 2).
Волновую сущность движения квантовых частиц не подвергает сомнению никто. Однако, нигде и никем не дано исчерпывающего определения волновому движению квантовой частицы, описания этого движения. Как нет описания и самой квантовой частицы.
Так или иначе, квантовая частица обладает не только волновыми, но и корпускулярными свойствами. При максимальном увеличении частоты, и, соответственно, уменьшении длины волны, характеризующей квантовую частицу, последняя будет локализована в малом объёме, и, практически, неотличима от корпускулы.
Представим себе корпускулу, то есть «… воображаемый сгусток вещества шарообразной формы.» (9) Для того, чтобы движение корпускулы было одновременно и равномерным, и волнообразным, его траектория должна быть спиралеобразной. Подтверждением тому являются параметры движения пули, выпущенной из нарезного оружия. Импульс тела равномерно движущейся корпускулы в любой точке спиралеобразной траектории будет оставаться неизменным, ибо в этих условиях и масса, и скорость движения корпускулы не изменяются.
Но, если мы имеем дело не просто с корпускулой, а с квантовой частицей в предельно энергичном, практически корпускулярном состоянии, то у такой квантовой частицы при равномерном движении по спирали импульс тела также не будет меняться. Таким образом, одно исключение из существующих ныне квантовомеханических представлений нами уже найдено.
Квантовая частица представляет из себя дискретное спиралеобразное тело (10) (11). В таком виде квантовая частица полностью соответствует всем параметрам и закономерностям, обнаруженным в результате экспериментальных исследований квантовых частиц. Форма тела квантовой частицы повторяет траекторию её движения. При равномерном спиралеобразном перемещении квантовой частицы и её импульс тела, и импульс точки в любом месте дискретного тела квантовой частицы будут оставаться неизменными на всём протяжении равномерного и спиралеобразного движения квантовой частицы, поскольку ни её масса, ни скорость её движения не изменяются.
К сожалению, представления новой квантовой интуиции не позволили сделать это очевидное, классически выверенное заключение.
4.
В 1927 г. для прояснения принципа неопределённостей Гейзенберга Н.Бор сформулировал принцип дополнительности. Суть этого принципа заключается в следующем. Якобы, в квантовой природе вещей заложено, «… что дополнительными друг к другу являются по существу сами эти величины: координата и импульс.» (5) Вывод очень странный, ибо не только квантовая частица, но любое движущееся тело непременно будут иметь и координату, и импульс. Оба этих параметра по-своему характеризуют материальный объект, то есть обогащают, углубляют, дополняют представление о нём. Сами же эти параметры независимы друг от друга по определению. К этим параметрам можно добавить и иные независимые параметры, которые также будут дополнять представление об объекте, например, массу, цвет, спин еtс.
И ещё один нонсенс. Несмотря на декларированный Бором принцип дополнительности координаты квантовой частицы её импульсом и наоборот, экспериментальных данных, подтверждающих взаимозависимость этих параметров, нет.
«Принцип дополнительности оказался действенным психологическим средством, позволившим физикам примириться со странными положениями квантовой механики.» (12) Заметим, что в приведённой цитате принцип дополнительности Бора назван психологическим средством, а не выверенным физическим законом.
Вывод: появление в первой половине ХХ века новой квантовой интуиции продемонстрировало пластику человеческого разума.
Однако, применение на практике новой квантовой интуиции привело к отрыву от классических представлений о дискретности и целостности материальных тел, к фактическому отрицанию закона сохранения энергии. Была выработана искажённая, не соответствующая реальной действительности картина квантового мира.
Литература:
1. Менский М.Б. «Человек и квантовый мир», Век 2,Фрязино, 2007, с. 62-64.
2. Блохинцев Д.И., Драбкина С.И. «Квантовая механика» ГНИ «Большая советская энциклопедия», издание второе, 1953, т.22, с 448.
3. Менский М.Б., см. 1, с. 61.
4. Блохинцев Д.И., см.2, с. 449.
5. Менский М.Б., см. 1, с. 65.
6. Менский М.Б., см. 1, с. 69.
7. Форд К.У. «Мир элементарных частиц», Издательство «Мир», Москва, 1955, с. 30.
8. Форд К.У., см 7 с. 93.
9. Форд К.У., см 7 с. 87.
10. Демченко А.В. «От пустоты к тверди», E-mail: v.khokhlov@inbox.ru
11. Демченко А.В. «О дуализме квантовых частиц» E-mail: v.khokhlov@inbox.ru
12. Менский М.Б., см. 1, с. 66.