Дао физики

Важно осознать, что статистические формулировки законов атомной и субатомной физики не отражают нашего незнания физической ситуации, как в случае с использованием вероятностей страховыми компаниями или игроками в азартные игры. В квантовой теории вероятность следует воспринимать как основополагающее свойство атомной действительности, управляющее ходом всех процессов и даже существованием материи. Субатомные частицы не столько существуют в определенное время в определенных местах, сколько "могут существовать", а атомные явления не столько происходят определенным образом в определенные моменты времени, сколько "могут происходить".

Так, мы не можем точно сказать, где в данный момент находится электрон данного атома. Его местонахождение зависит от действия силы притяжения ядра и воздействия других электронов того же атома. Эти обстоятельства создают вероятностную модель местонахождения электрона в различных областях атома. Иллюстрация на рис. 9 может служить примером нескольких вероятностных моделей. Электрон, вероятнее всего, находится там, где фон светлый, и, менее вероятно, там, где фон темный. Очень важный момент — то, что весь паттерн соответствует одному электрону в данный момент. Внутри паттерна мы не можем указать конкретное местонахождение электрона, мы можем лишь с какойто вероятностью указать область его пребывания. На языке формальной математики эти тенденции, или вероятности, выражаются вероятностной функцией — математической величиной, характеризующей вероятности местонахождения электрона в разных точках в разное время.

Контраст между двумя типами описания — классические термины для подготовки эксперимента и вероятностные функции для наблюдаемых объектов — приводит к серьезным метафизическим проблемам, которые до сих пор остаются нерешенными. Тем не менее, на практике эти проблемы попросту обходят, описывая наблюдающую систему в операциональных терминах, то есть в терминах предписаний, позволяющих ученым подготовить и провести эксперимент. Благодаря этому измерительные приборы и сами ученые представляют собой единую комплексную систему, которая не делится на самостоятельные, четко определенные части. Поэтому не нужно описывать экспериментальное оборудование как систему самостоятельной физической природы. Для дальнейшего описания процесса наблюдения мы приведем конкретный пример с простейшей физической единицей — субатомной частицей, такой, как электрон. Если мы задались целью наблюдать и измерять такую частицу, нам сначала придется ее изолировать или даже создать в процессе того, что называется подготовкой эксперимента. После того, как частица готова для наблюдения, можно измерить ее характеристики, и в этом состоит процесс измерения. Можно символически описать ситуацию следующим образом. Частицу А готовят в точке А, затем она перемещается из А в В и подвергается измерениям в точке В. На практике и подготовка. и измерение частицы могут представлять собой целый ряд довольно сложных процессов. Так, например, в физике высоких энергий при подготовке столкновений частиц частицы-снаряды разгоняются, вновь и вновь двигаясь по круговой дорожке, до тех пор, пока их энергия не возрастет до нужного уровня. Этот процесс происходит в ускорителе частиц. Когда необходимое количество энергии приобретено, частицы покидают ускоритель (А) и перемещаются в район мишени (В), где сталкиваются с другими частицами. Столкновения происходят в пузырьковой камере: частицы оставляют видимые следы, которые потом фотографируются. Подвергая математическому анализу следы частиц, ученые могут говорить о свойствах частиц; при этом часто используют компьютеры: анализ очень сложен. Все эти процессы составляют акт измерения.