Принцип доповнення

ФІЗИКА

Частина 5 АТОМНА ФІЗИКА

Розділ 16 ХВИЛЬОВІ ВЛАСТИВОСТІ РЕЧОВИНИ

16.6. Принцип доповнення

Потреби фізики зумовили появу концепції доповнення, яка водночас має глибоко філософський характер і є яскравим підтвердженням органічного зв’язку фізики з філософією, що характерно для науки XX ст.

Принцип доповнення, запропонований Н. Бором для розв’язання парадоксальних ситуацій, що виникають при інтерпретації квантової механіки, має фундаментальне значення як для філософської інтерпретації квантової механіки, так і

для адекватного розуміння фізичного змісту і подальших шляхів її розвитку.

Вартий уваги також факт визнання можливості використання старих класичних понять, з одного боку, та утвердження потреби нових, немеханічних понять, з іншого. Вперше вихідна ідея, що лежить в основі концепції доповнення, була застосована її автором як методологічна вимога при побудові теорії атома. Пізніше ідея необхідності і взаємовиключення різнотипних описань стала ядром принципу доповнення.

Отже, вихідне поняття доповнення відображає вимогу узгодженого розуміння об’єкта дослідження на основі суперечностей між

уявленнями і висновками класичних теорій та новими, квантовими ідеями про цей об’єкт.

Загальним принципом класичної фізичної методології є твердження: поняття та уявлення про макросвіт мають абсолютну значущість, тобто, зокрема, необхідні й достатні також для описання мікросвіту. Тому в класичній фізиці припускається можливість описання фізичних об’єктів, незалежно від засобів і умов спостереження і вимірювання, з відривом від описання фізичної констатації об’єктів, а також як завгодно точного детального підрозділу поведінки об’єкта та експерименту над ним без зміни суті спостережуваного явища.

У квантовій механіці така абсолютизація фізичних процесів принципово неможлива: описуючи явища, тут не можна залишати осторонь умови фізичної констатації в експерименті. Не можна також домагатися як завгодно докладної (в класичному розумінні) деталізації цього фізичного явища. Явищам, які описує квантова механіка, притаманні цілісність, неподільність, індивідуальність.

Такі особливості квантових явищ обмежують придатність класичного способу описання, але не виключають його. Навпаки, це описання залишається необхідним, оскільки на ньому грунтується фізична констатація явищ. Отже, потрібне деяке видозмінення (або узагальнення) класичного способу описання, для того щоб, по-перше, залишалась можливість для введення нових, пов’язаних з квантом дії понять, і, по-друге, залишилась можливість описання експерименту над квантовими об’єктами засобами класичної фізики. Шукане узагальнення і було сформульовано спочатку у вигляді принципу певної відповідності між поняттями старої теорії і новими, квантовими ідеями. Принцип відповідності Бора забезпечує не тільки якісний (змістовний), а й кількісний (математичний) бік правильного узагальнення класичної теорії для квантових об’єктів. Отже, принцип відповідності має двоїстий характер: з одного боку, ним забезпечується кількісний бік відповідності старої та нової теорій, а з другого – він відображає також якісну контрастність цих теорій. Співвідношення узгодженості і контрастності, доведене до кількісної визначеності, дає змогу розглядати принцип відповідності як конкретно – фізичне вихідне поняття доповнення.

Подальшу конкретизацію специфічних умов та типу описання квантових явищ із застосуванням класичних понять визначає принцип доповнення. Співвідношення невизначеностей при цьому виступає як математичний вираз доповнення класичних понять. Суть принципу доповнення зводиться до такого: з метою вичерпного описання квантових явищ за допомогою класичних понять і образів потрібні дві системи понять, що доповнюють одна одну. Під доповненням цих систем розуміють таке їхнє відношення: а) системи понять є взаємовиключними з класичного погляду; б) кожна з систем, взята окремо, недостатня для повного описання мікрооб’єкта; в) системи еквівалентні – жодній з них не можна надати перевагу.

Неминучість доповнення та обгрунтування необхідності принципу доповнення в квантовій механіці випливає з експериментально перевірених і твердо встановлених явищ, а також із фактичного співвідношення фізичних величин: наявність кванта дії і входження його до відповідних формул для енергії та імпульсу, придатність законів збереження енергії та імпульсу для індивідуальних мікропро – цесів, явища корпускулярно-хвильового дуалізму, поділ приладів на два типи: імпульсно-енергетичні і просторово-часові. Причому застосування приладу одного типу унеможливлює одночасне застосування приладу другого типу.

На теоретичному рівні описання мікропроцесів принцип доповнення виступає насамперед як своєрідний гносеологічний принцип заборони, який фіксує обмежену застосовність класичних уявлень про атрибути матерії до мікросвіту. Класичні поняття причинності та просторово-часової локалізації, а також корпускулярні й хвильові властивості виявляються альтернативними і доповнювальними. Н. Бор вважав, що будь-яке однозначне застосування динамічних законів збереження в квантовій фізиці вимагає, щоб описання явища супроводжувалося принциповою відмовою від детальної локалізації в просторі-часі.

За своїм внутрішнім фізичним змістом поняття координати, імпульсу, часу, енергії залишаються в квантовій механіці тими самими, що і в класичній фізиці. Змінюється лише спосіб їхнього зв’язку між собою – саме цей спосіб є некласичним і фіксується в нових специфічних квантових поняттях невизначеності, доповнення.

У принципі доповнення досягається більш високий, порівняно з принципом відповідності, тип узгодження контрастності між квантовим змістом явища та його класичним описанням. Класичне описання можна застосовувати, але лише особливим, додатковим чином. Принципом доповнення Н. Бор ввів до фізичного знання абсолютно нову тематичну форму відтворення реальності. Він зажадав, щоб із двох альтернатив фізичного пояснення явищ обидві були прийняті одночасно, незважаючи на те що вони не можуть бути адекватними одночасно в будь-який момент часу або за будь-яких умов. Крім того, в цьому виявляється специфіка діалектики доповнення: протилежності, залишаючись у конфронтації одна з одною, розвиваються паралельно, не поглинаючи одна одну через “зняття” на шляху прогресуючого руху, тобто не постає питання про “зняття” класичної фізики як менш адекватної, менш правдивої. Класична механіка зберігає свою самостійність та істинність (відносну) при описанні квантових явищ. Лише особливе спряження цих способів описання сприяє отриманню дійсного знання. Отже, принцип доповнення слід розглядати як якісний стрибок у формуванні і розвитку вихідного поняття концепції доповнення, він є подальшим розвитком ідей, закладених у принципі відповідності, етапом найбільш чіткого та повного формулювання, що лежить в основі методології Н. Бора.