Introducere

Această lucrare este o încercare de a explica fenomenul liberului arbitru din punctul de vedere al indeterminismului fizic. În înțelegerea noastră, indeterminismul fizic este un concept care presupune natura potențial probabilistică a relațiilor cauză-efect în interacțiunea obiectelor fizice. Ambiguitatea acestor relații este interpretată de noi ca spațiu de libertate al subiectului. Conceptul opus - determinismul fizic - duce, în opinia noastră, la o imagine fatalistă a lumii. „Determinismul fizic își condamnă adepții la quietismo complet. La urma urmei, dacă fenomenele conștiinței sunt epifenomene și „atomii corpului nostru se comportă conform legilor fizice la fel de constant ca planetele, atunci de ce să încercăm?”

În prima secțiune, liberul arbitru este definit de noi ca fiind capacitatea unui subiect de a influența intenționat incertitudinea cuantică a micro-obiectelor. Folosim relația de incertitudine formulată în fizica cuantică ca o fundamentare teoretică a indeterminismului fizic.

În a doua secțiune, dezvoltăm conceptul propus și explorăm premisele pentru apariția libertății umane. În opinia noastră, materia deja neînsuflețită are unele proprietăți, din care subiectul și capacitatea sa de a influența incertitudinea cuantică se formează istoric.

1. Relația de incertitudine Heisenberg și liberul arbitru

Gândind și acționând la nivel de zi cu zi, unei persoane i se pare de la sine înțeles că este liberă în acțiunile sale sau, cu alte cuvinte, în fiecare moment de timp o persoană alege una dintre numeroasele alternative posibile de comportament în conformitate cu dorințe, intenții și scopuri. În același timp, nu este negată semnificația circumstanțelor exterioare care limitează această alegere, pe care o persoană nu o poate depăși prin niciun efort de voință. (Ultima afirmație este infirmată de susținătorii unor forme de idealism subiectiv, totuși, acest punct de vedere nu va fi luat în considerare în această lucrare).

Când sunt transferate în sfera reflecțiilor filozofice, ideile despre libertate se dovedesc a fi departe de a fi atât de simple și evidente, ceea ce se reflectă în formularea categorii filozofice„libertate și necesitate”. Aceste categorii reprezintă o pereche filozofică tradițională de concepte care se exclud reciproc, care exprimă relația dintre activitatea umană și legile obiective ale naturii și ale societății.

Orice filosof care recunoaște existența obiectivă a lumii materiale și natura universală a cauzalității fenomenelor care au loc în ea se confruntă în mod necesar cu întrebarea: dacă se recunoaște că activitatea umană, ca și alte fenomene naturale, este condiționată cauzal, atunci cum ar trebui ideile să fie legate de această cauzalitate despre libertate? Evident, înainte de a da un răspuns la această întrebare, este necesar să se decidă asupra formulării principiului cauzalității. În special, este necesar să se rezolve problema lipsei de ambiguitate a relațiilor cauză-efect, adică să se răspundă la întrebarea: aceeași cauză dă naștere aceluiași efect sau poate o cauză să dea naștere vreun efect din mai multe posibile posibile? Poate fi produs același efect de una dintre mai multe cauze?

Dezvoltarea mecanicii clasice a condus la formularea unui concept numit „determinism laplacian”. Acest concept se bazează pe o determinare rigidă a relațiilor cauză-efect, care se exprimă prin faptul că orice cauză (totalitatea circumstanțelor care afectează starea sistemului) conduce în mod necesar la exact un efect și invers. Conform determinismului laplacian, starea oricărui sistem în orice moment (viitor sau trecut) poate fi prezisă pe baza cunoașterii complete a stării sistemului în momentul prezent. Deoarece cunoașterea completă a stării universului nu este disponibilă pentru mintea umană finită, multe fenomene îi apar ca fiind întâmplătoare. Cu toate acestea, demonul ipotetic al lui Laplace are acces la cunoștințe complete despre starea actuală a Universului, prin urmare, cunoștințele despre starea Universului în orice moment de timp (trecut sau viitor) îi sunt de asemenea disponibile.

Conceptul de determinism laplacian duce la fatalism: orice afirmație despre momentul viitor al timpului este fie adevărată, fie falsă în momentul enunțului, indiferent dacă evaluarea acestei afirmații este disponibilă sau nu pentru mintea umană finită. În cadrul acestui concept, liberul arbitru acționează doar ca o iluzie generată de incompletitudinea cunoașterii noastre despre lume: luăm ignorarea motivelor intențiilor noastre drept absența lor. Mai mult, este dificil să vorbim despre orice responsabilitate a unei persoane pentru acțiunile sale: indiferent de eforturile depuse de o persoană, el va efectua numai acțiuni strict determinate de starea actuală a tuturor particulelor Universului. Strict vorbind, chiar și aceste eforturi în sine vor fi o funcție clară a acestui stat.

Astfel, în lumea lui Laplace, necesitatea triumfă ca o victorie absolută; liberul arbitru într-o astfel de lume poate exista doar ca o iluzie. Cu toate acestea, unii filozofi încă aparțin încercărilor de a defini libertatea în cadrul acestei necesități globale. În special, Spinoza a definit această libertate drept „necesitate conștientă”. Spinoza a respins doctrina idealistă a liberului arbitru, a recunoscut voința ca fiind întotdeauna dependentă de motive, dar în același timp a considerat libertatea ca pe un comportament bazat pe cunoașterea necesității. Este foarte greu să fii de acord cu o astfel de interpretare a libertății. Conform acestei idei, suntem liberi numai în cunoașterea legilor obiective ale naturii, inclusiv a acelor legi care au fost motivele acțiunilor noastre. Cu alte cuvinte, măgarul Buridan este liber dacă și numai dacă nivelul dezvoltării sale intelectuale face posibilă determinarea motivelor care l-au determinat să aleagă unul dintre cele două cățe de fân, în ciuda aparentei lor echivalențe. Astfel, doar libertatea de a contempla cade în sarcina subiectului, aşteptând cu răbdare când dezvoltarea lui (din nou sub influenţa unor factori externi lui!) îi va permite să-şi dea seama cu o mai mare sau mai mică certitudine ce se întâmplă.

Evident, ideile despre libertate în cadrul unui determinism strict nu corespund ideilor tradiționale despre aceasta, conform cărora „o persoană își construiește propriul viitor”. Astfel, pentru a rezolva această contradicție, este necesar fie să respingem determinismul laplacian, fie să fim de acord cu concluzia sa că liberul arbitru există doar ca iluzie. A doua posibilitate este ceva mai logică (cel puțin, nu apar noi contradicții pe parcurs). Prima este mai corectă dacă vrem să explicăm fenomenul libertății fără a cădea în stări fataliste.

Pentru a construi o imagine non-fatalistă a lumii, în care să fie loc pentru libertate și responsabilitate, este necesar să recunoaștem, cel puțin, incertitudinea viitorului. Cu alte cuvinte, trebuie să existe multe propoziții despre evenimente viitoare care nu sunt nici adevărate, nici false până la un moment dat. Liberul arbitru în acest caz nu este altceva decât capacitatea subiectului de a influența lumea materială în așa fel încât aceste incertitudini să fie aliniate (determinate) în conformitate cu intențiile sale. În același timp, existența multor afirmații despre viitor, a căror adevăr sau falsitate este determinată cu ceva timp înainte de momentul indicat în ele, nu este negata - subiectul nu poate influența astfel de evenimente. În special, toate afirmațiile care contrazic legile obiective ale naturii sunt false, iar negările afirmațiilor false sunt adevărate. Interpretarea noastră a termenului „libertate” corespunde în mare măsură ideii „de zi cu zi” a acestuia.

Astfel, pentru a depăși consecințele fataliste ale determinismului laplacian, ajungem la negarea unicității relațiilor cauză-efect, adică admitem incertitudinea potențială a rezultatului interacțiunii obiectelor fizice, sau, în cu alte cuvinte, adevărata aleatorie. Aleatorietatea reală se caracterizează prin faptul că nu se reduce la acțiunea unei multitudini de cauze fizice (chiar dacă este infinită). În consecință, un fenomen cu adevărat aleatoriu nu poate fi obiect de studiu în fizică, decât sub forma dezvăluirii legilor statistice ale distribuției de probabilitate a cantităților asociate acestuia. Dacă totuși admitem că am descoperit legi care ne permit să dăm o explicație cauzală a unui fenomen care anterior părea cu adevărat întâmplător, atunci el încetează să mai fie astfel în virtutea definiției sale.

Aici ne apropiem de întrebarea care face obiectul disputei dintre determiniști și indeterminiști: este justificată o astfel de negare a neambiguității relațiilor cauzale? În „Dicționarul filosofic” indeterminismul este definit ca o doctrină, care „se caracterizează prin negarea naturii universale a cauzalității (în forma sa extremă – negarea cauzalității în general)”. În opinia noastră, această definiție nu este în întregime corectă. Indeterminiștii în cazul general ar trebui să includă cercetători care neagă formularea cauzalității, ceea ce duce la dezvoltarea determinismului laplacian. Astfel, indeterministul, care recunoaște aplicabilitatea generală a principiului cauzalității, cere doar o reformulare a acestuia în așa fel încât să permită un element de șansă reală în relațiile cauzale. O astfel de interpretare a termenului „indeterminism” este dictată, în opinia noastră, de analiza lingvistică a acestui termen (la propriu, negarea certitudinii). În consecință, suntem de acord să numim determinism o astfel de interpretare a principiului cauzalității, în care cauza și efectul se determină reciproc.

O încercare interesantă de a combina determinismul consistent cu recunoașterea libertății este cuprinsă în scrierile clasicilor comunismului științific. Engels scrie: „Libertatea nu constă într-o independență imaginară față de legile naturii, ci în cunoașterea acestor legi și în posibilitatea, bazată pe această cunoaștere, de a forța sistematic legile naturii să acționeze pentru anumite scopuri... Liber voinţa, prin urmare, nu înseamnă altceva decât capacitatea de a lua o decizie cu cunoştinţă de cauză". În opinia noastră, o astfel de definiţie a libertăţii este foarte controversată. Pe de o parte, Engels neagă orice formă de independenţă a subiectului faţă de natura naturală. factori, pe de altă parte, el afirmă „capacitatea de a forța legile naturii să acționeze în anumite scopuri.” Engels, așa cum ar fi, „nu observă” insolubilitatea contradicției dintre determinismul laplacian și activitatea activă a subiectului. , iar dacă observă, nu consideră necesar să o comenteze.Lenin, analizând afirmația lui Engels, adaugă de la sine: încă de la începutul raționamentului său, legile naturii... În al doilea rând, Engel c nu este angajat în a măcina „definiții” libertății și necesității... Engels ia cunoștințele și voința omului - pe de o parte, necesitatea naturii - pe de altă parte, și în loc de orice definiție, orice definiție, el spune pur și simplu că necesitatea naturii este primară, iar voința și conștiința omului - secundare. Cu alte cuvinte, în loc să „stopăm” definiția, este necesar să facem pur și simplu abstracție de la contradicția dintre libertate și necesitate? Există un sâmbure de adevăr în asta: într-adevăr, dacă la o anumită etapă a cercetării filozofice antinomia nu a fost rezolvată, este necesar să ne abatem de la ea. Cu toate acestea, înainte de a abstractiza, este necesar să se decidă asupra unui număr de aspecte cheie ale înțelegerii libertății și necesității, în special, ar trebui să-și exprime atitudinea față de determinismul laplacian.

Definiția libertății și necesității dată în Dicționarul filozofic, în ansamblu, repetă argumentele clasicilor comunismului științific. Aici, totuși, punctele de vedere ale adepților determinismului laplacian sunt marcate în mod explicit ca fiind incorecte. Din păcate, „Dicționarul filosofic” nu explică exact în ce puncte se depărtează determinismul apărat de acesta de cel al lui Laplace, cu excepția evaluării lui ca „absoluția necesității obiective”.

Revenind la disputa dintre determiniști și indeterminiști, să încercăm să aflăm ce este necesar pentru a demonstra una dintre aceste poziții și a infirma pe cealaltă. Evident, această sarcină se rezumă la a demonstra că fie toate relațiile posibile dintre cauză și efect din lumea fizică sunt determinate în mod unic, fie că există cel puțin o formă de interacțiune în care există un element de aleatorie reală. Din păcate, în ambele cazuri, pentru a trage concluziile finale, avem nevoie de cunoașterea completă a tuturor fenomenelor posibile din lumea fizică. De mai înainte cunoștințe complete fizica modernă este încă departe (și în general este pusă la îndoială posibilitatea completității absolute a cunoașterii), în această etapă istorică suntem nevoiți să renunțăm la demonstrarea riguroasă sau infirmarea indeterminismului. În acele cazuri în care avem nevoie de una dintre aceste poziții diametrale ca punct de plecare pentru raționamente suplimentare, suntem forțați să o postulăm, apelând pe cât posibil la cunoștințele fizicii moderne pentru a ajuta.

Până la începutul secolului al XX-lea, teoria determinismului a primit multiple confirmări inductive sub forma confirmării neambiguității relațiilor cauză-efect în legile mecanicii clasice. Aparent, acest fapt a fost motivul dezvoltării și răspândită determinismul laplacian. Cu toate acestea, odată cu dezvoltarea secțiunii de mecanică cuantică în fizică, situația s-a schimbat radical. Relația de incertitudine stabilită în cadrul acestei teorii face posibilă presupunerea în mod rezonabil că comportamentul microparticulelor este parțial descris de legile probabilistice, ceea ce pune la îndoială determinarea fără ambiguitate a relațiilor cauză-efect.

Dezvoltarea teoriei mecanicii cuantice a provocat dispute acerbe chiar și între creatorii săi. Majoritatea acestor dispute au vizat interpretarea acestei teorii. „Una dintre interpretările mecanicii cuantice a fost construită din punctul de vedere al determinismului laplacian. De fapt, o astfel de interpretare a fost dezvoltată de Einstein, Planck, Schrödinger și susținătorii lor, când au susținut că natura fundamental probabilistică a mecanicii cuantice vorbește despre incompletitudinea ei ca teorie fizică. Această interpretare a mecanicii cuantice a fost opusă de Born, Brillouin și alții care au văzut în mecanica cuantică teorie fizică completă și completă. Deși discuțiile privind statutul reprezentărilor probabiliste în fizica modernă nu au fost încă finalizate, cu toate acestea, dezvoltarea mecanicii cuantice slăbește poziția susținătorilor determinismului laplacian. Unul dintre susținătorii interpretării mecanicii cuantice ca o teorie cu drepturi depline a fost Niels Bohr.

Deci, neputând să dovedim sau să infirmăm cu strictețe indeterminismul, luăm această poziție, postulând-o. Pentru a fundamenta această poziție, solicităm ajutor: a) relația de incertitudine a mecanicii cuantice; b) convingerea noastră personală că determinismul, în forma în care a fost definit de noi mai devreme, are drept consecință predeterminarea fatală a tuturor proceselor care au loc în Univers. Astfel, avem nevoie de indeterminism pentru a respinge fatalismul, care este absolut incompatibil cu ideile noastre despre libertate.

Din cele de mai sus rezultă că am făcut ca posibilitatea fundamentală a existenței libertății să depindă de faptul dacă o aleatorie reală are loc sau nu în lumea fizică. Decizia sugerează de la sine: ar trebui să punem un semn egal între termenii libertate și șansă? Din nefericire (sau din fericire?), o astfel de decizie din nou nu corespunde ideilor noastre despre libertate: „Despre ce fel de responsabilitate, vinovăție, sănătate mentală putem vorbi în raport cu o persoană a cărei voință nu este determinată de nimic și, prin urmare, fundamental. imprevizibil chiar și pentru el însuși?”.

Pentru a nu cădea în interpretarea libertății ca spontaneitate nedeterminată, haos, trebuie să facem distincție între conceptele de libertate și aleatorietate, deși le recunoaștem ca fiind interconectate. Indicați componenta aleatoare fenomene fizice ca spaţiu al libertăţii subiecţilor. În spațiul libertății, subiectul poate, într-o măsură sau alta, să influențeze evenimente care sunt departe de momentul actual de timp în direcția viitorului, astfel încât afirmațiile despre aceste evenimente din prezent nu sunt nici adevărate, nici false. Astfel, activitatea activă a subiectului (actul de voinţă) constă în „subordonarea” legilor întâmplării obiective în concordanţă cu propriile scopuri. În același timp, ne referim la faptul că, cu cât rezultatele acțiunilor sale sunt prezise mai de încredere de către subiect, cu atât sunt mai libere. Dacă subiectul este incapabil să dea măcar o evaluare a consecințelor activităţi proprii, nu vorbim de liberă, ci de alegere aleatorie. Aici suntem de acord cu acea parte a afirmației lui Engels despre libertate, care spune că libertatea este „abilitatea de a lua decizii cu cunoștință de cauză”.

Certând despre șansa ca spațiu al libertății, ne confruntăm din nou cu o problemă insolubilă din punct de vedere logic. Suntem forțați să recunoaștem faptul influenței realității obiective asupra activității subiectului. În caz contrar, va trebui să infirmăm orientarea spre scop a acestei activități, care va fi astfel redusă la haos. Este evident că natura acestei influențe nu poate fi de natură fizică, întrucât în ​​acest caz vom ajunge la negarea adevăratei aleatoriuturi a fenomenelor, pe care o definim ca spațiul activității libere a subiectului. Să desemnăm ca interacțiuni spirituale mecanismele de influență reciprocă a activității subiectului și a realității obiective. Contradicția logică, însă, nu este rezolvată de noi. Dacă spunem că activitatea liberă a subiectului este determinată de interacțiunile spirituale cu realitatea obiectivă, atunci de fapt, negând determinismul laplacian, acceptăm o altă formă de determinism, mai puțin evidentă, dar cu o consecință descurajatoare similară - negarea liberului arbitru. Dacă, dimpotrivă, negăm orice influență determinantă asupra voinței subiectului, interpretarea voinței ca spontaneitate, întâmplarea este inevitabilă, iarăși cu negarea ulterioară a libertății sale.

Deci, am ajuns într-un impas logic. Singurul lucru care poate fi făcut în această etapă pentru a salva conceptul formulat este să faceți abstracție de la contradicția pe care am menționat-o în paragraful anterior. Ca premisă pentru o astfel de abstractizare, vom accepta următoarea afirmație: vorbind despre natura interacțiunilor spirituale, nu le putem aplica categoriile de determinism sau nedeterminare sau, mai strict, nicio judecată despre interacțiunile spirituale nu poate fi redusă la un mulţime (finită sau infinită) de enunţuri lipsite de ambiguitate. De fapt, prin această afirmație postulăm incognoscibilitatea interacțiunilor spirituale în termenii logicii binare.

Să încercăm să rezumam raționamentul nostru.

Toate tipurile de interacțiuni fizice din lumea reală sunt strict supuse legilor cauzalității, care, totuși, permit ambiguitatea relațiilor cauzale. Relația de incertitudine Heisenberg formulată în mecanica cuantică se descurcă bine cu rolul acestei ambiguități.

Activitatea activă (liberă) a subiectului constă în „subordonarea” legilor întâmplării obiective, „dirijarea” acestuia în așa fel încât, dacă este posibil, să construiască un tablou al evenimentelor viitoare în concordanță cu dorințele subiectului.

Vorbind despre orientarea țintă a activității active a subiectului, nu putem nega influența realității obiective asupra acestei activități. Am arătat că o astfel de influență se realizează nu prin interacțiuni fizice, ci prin interacțiuni spirituale. Interacțiunile spirituale nu pot face obiectul cercetării fizice.

Pentru a depăși contradicția dintre libertate și necesitate în sfera interacțiunilor spirituale, suntem nevoiți să postulăm ireductibilitatea fundamentală a judecăților în raport cu natura lor la enunțuri de logică binară. În special, nu putem vorbi despre determinismul sau nedeterminarea interacțiunilor spirituale.

2. Geneza libertăţii umane

Deci, în secțiunea anterioară, am dat o definiție a libertății ca fiind capacitatea unui subiect de a acționa intenționat în limitele șansei fizice autentice. Pentru a dezvolta conceptul propus, este necesar să răspundem la o serie de întrebări esențiale. În special, în aceasta sectiune vom încerca să identificăm premisele apariţiei libertăţii umane. Evident, această întrebare este indisolubil legată de originea subiectului însuși: nu există subiect și nu există libertate.

Afirmăm că subiectul este, într-o măsură sau alta, produsul unor forme structurate ale materiei. Suntem îndemnați la o astfel de concluzie de faptul că purtătorul său, creierul, este întotdeauna asociat cu conștiința umană. „Ce fapte arată că sufletul, conștiința este o funcție a creierului uman? Sufletul, diversele sale proprietăți se dezvoltă odată cu dezvoltarea creierului uman... Când funcționarea creierului este perturbată din cauza anumitor boli, conștiința este de asemenea perturbată într-o măsură sau alta.

Să definim interpretarea noastră a termenului „subiect” pentru a obține sprijin pentru raționamente suplimentare. Subiectul este „purtător al activității subiectului și al cunoașterii practice, sursa activității îndreptate către obiect”. În înțelegerea noastră, subiectul se caracterizează prin capacitatea de a percepe lumea și de a o influența activ în conformitate cu nevoile sale. Este această caracteristică aplicabilă reprezentanților lumii animale? „Unul dintre trasaturi caracteristice organismele animale este activitatea care se dezvăluie în comportamentul lor orientat către subiect... Corpul nu doar reacționează la situație, ci se confruntă cu o situație dinamică schimbătoare care o pune înaintea necesității unei previziuni probabilistice și a unei alegeri active. Astfel, interpretarea noastră a termenului „subiect” nu este sinonimă cu termenii „conștiință umană și socială”, ci este aplicabilă și reprezentanților lumii animale. Nu reducem comportamentul animalelor la un program rigid stabilit de instincte și le recunoaștem capacitatea de a percepe lumea și de a acționa liber în ea.

Când răspundem la întrebarea despre originea subiectului și libertatea lui, putem pleca din două puncte de vedere polare:

Atât subiectul, cât și libertatea apar brusc, brusc, la un anumit nivel critic de dezvoltare a materiei înalt organizate (de exemplu, creierul).

Materia neînsuflețită are deja unele proprietăți, din care subiectul și capacitatea sa de a influența aleatoriu sunt formate istoric.

Viziunea noastră asupra lumii se bazează pe a doua poziție. Să dăm o justificare neriguroasă (din contra) acestui punct de vedere.

Să presupunem că prima afirmație este adevărată și o condiție necesară pentru existența unui subiect este o formă atât de organizată a materiei precum creierul uman. Cu toate acestea, acest lucru contrazice experiența noastră de comunicare cu animalele superioare: deși creierul animalelor este mai puțin dezvoltat și nu au conștiință umană, le recunoaștem totuși ca subiecți - percepând lumea și acționând activ în ea. Prin urmare, subiectul există doar în limitele creierului uman și ale creierului animalelor superioare. Din nou, nu avem suficiente temeiuri pentru o astfel de concluzie: animalele care rămân în urma oamenilor în dezvoltare cu unul sau mai mulți pași, deși nu au proprietăți atât de pronunțate ale subiectului, nu sunt încă complet lipsite de ele. Coborând, așadar, la formele cele mai joase ale organismelor vii, observăm în ele proprietăți din ce în ce mai puțin pronunțate ale subiectului, dar nu le negăm complet. Am putea concluziona că numai formele vii de organizare a materiei au proprietățile unui subiect. in orice caz stiinta moderna susține că în natură nu există o graniță clară între materia vie și cea nevie; există forme intermediare pe care le putem numi atât vii, cât și nevii. Astfel, ajungem la negarea premisei noastre originale și la înțelegerea că materia are rudimentele subiectivului în formele sale cele mai simple. Odată cu dezvoltarea formelor extrem de organizate ale materiei, aceste proprietăți devin doar mai pronunțate.

Următoarea întrebare este legitimă: cum duce combinarea formelor simple ale materiei în altele mai complexe la formarea unui subiect foarte dezvoltat? Raționamentul suplimentar este o încercare de a răspunde la această întrebare în conformitate cu ideile noastre despre lume. Aceste argumente nu sunt suficient de riguros fundamentate și, în consecință, nu pretind rolul cunoașterii filozofice.

Astfel, materia are proprietățile unui subiect în formele sale cele mai simple. Să fim de acord să numim o particulă elementară o unitate structurală simplă (în sensul atomicității) a materiei. În consecință, vom numi subiect elementar un subiect ipotetic asociat cu o particulă elementară.

Care este subiectul nostru elementar ipotetic? Subiectul în sensul obișnuit, „uman” al cuvântului, se caracterizează prin capacitatea de a acționa intenționat în spațiul de libertate de care dispune. Să încercăm să aplicăm o astfel de caracteristică în raport cu un subiect elementar:

Să conectăm spațiul de libertate al unui subiect elementar cu incertitudinea lui Heisenberg inerentă unei particule elementare.

Apropo de „libertatea” unui subiect elementar, desigur, nu o putem identifica cu activitatea constiinta umana. Cu toate acestea, din moment ce am recunoscut particula ca subiect elementar, trebuie să admitem că are începuturile unei orientări țintă. Se poate presupune că „activitatea” unui subiect elementar are ca scop prevenirea dezintegrarii particulei elementare asociate acestuia.

Dar dacă un obiect fizic foarte specific, o particulă elementară, este asociat cu un subiect elementar, atunci ce este un subiect „uman” cu drepturi depline? După cum am menționat mai devreme, conștiința umană este indisolubil legată de activitatea creierului său. Prin urmare, particule elementare creierul împreună cu procesele care au loc în el și constituie baza fizică a subiectului uman.

Vorbind despre spațiul de libertate al conștiinței umane, nu-l putem asocia cu relația de incertitudine pentru creier în ansamblu, deoarece dimensiunile geometrice ale creierului sunt prea mari pentru ca incertitudinea lui Heisenberg să joace vreun rol aici. Singurul lucru pe care îl putem pune în concordanță cu spațiul libertății umane este incertitudinea particulelor elementare ale elementelor structurale ale creierului său (neuroni și conexiunile dintre ele).

Astfel, vedem următoarea imagine:

Particulele elementare din compoziția creierului uman sunt atât subiecți elementari independenți, cât și parte integrantă baza fizica un alt subiect – conștiința umană.

Relația de incertitudine pentru particulele elementare din compoziția creierului uman este în același timp un spațiu de libertate atât pentru subiecții elementari, cât și pentru conștiința umană.

Rezumând constatările, ajungem la formularea următorului concept:

Orice set de particule elementare care interacționează poate fi considerat un subiect independent, pe care îl vom numi subiect derivat. Un subiect elementar este un derivat dacă particula elementară asociată cu acesta este un derivat al altor particule elementare „mai elementare”.

Expresivitatea proprietăților unui subiect derivat este determinată de natura interacțiunii dintre particulele elementare care alcătuiesc baza acestuia. În special, o minge de biliard, ale cărei particule elementare interacționează doar la nivelul forțelor de atracție/repulsie, poate fi considerată subiect doar ipotetic. În același timp, între elementele structurale ale creierului uman, există de multe ori mai multe forme complexe interacțiune, care duce la formarea unui subiect cu drepturi depline - conștiința umană.

Dacă două sau mai multe entități derivate au ca bază fizică seturi de particule elementare care se intersectează, atunci, formal fiind entități independente, ele au și o parte comună, adică nu sunt independente unele de altele. În consecință, și spațiile lor de libertate se intersectează.

Dezvoltând conceptul propus, putem presupune că totalitatea indivizilor care alcătuiesc societatea umana, este și un subiect derivat (și nu doar ipotetic), întrucât între membrii societății au loc forme foarte complexe de interacțiune. Cele de mai sus, însă, nu contrazice înțelegerea subiectului în filosofia tradițională, care operează cu un astfel de concept precum „conștiința publică”. În plus, în cadrul acestui concept, poate fi explicat un astfel de fenomen precum „psihologia mulțimii”, atunci când un set de indivizi care participă la o mulțime se comportă ca un întreg: o persoană, participând la o mulțime, își pierde o parte din libertatea sa. spațiu, care este acum și un subiect derivat din spațiul libertății reprezentând mulțimea.

Și, în sfârșit, să ne punem întrebarea: ce este un subiect derivat, care acoperă toate unitățile structurale ale materiei? Este această entitate pur ipotetică sau este ceva ce ar putea fi numit Dumnezeu? Din păcate, știm foarte puține despre natura interacțiunilor întregii materie în ansamblu și despre modul în care aceste interacțiuni afectează proprietățile subiectului derivat asociat cu aceasta. Cu toate acestea, se poate presupune că o anumită direcție în comportamentul materiei în ansamblu există încă, de exemplu, spre dezvoltarea materiei de la elemente structurale simple la altele mai complexe. În acest caz, materia însăși acționează ca forța care, influențând intenționat incertitudinea cuantică a micro-obiectelor, interferează cu legile obiective ale creșterii globale a entropiei.

Concluzie

În prima parte, am ajuns la concluzia că liberul arbitru este indisolubil legat de incertitudinea viitorului și este posibil doar dacă există un element de aleatorie reală în lumea interacțiunilor fizice. În caz contrar, subiectul își pierde capacitatea de a influența lumea obiectelor fizice și, prin urmare, de a influența evenimentele viitoare. Cu adevărata aleatorie am conectat relația de incertitudine Heisenberg.

În a doua parte a lucrării, am încercat să oferim propria noastră imagine asupra lumii, a cărei prevedere principală este afirmația că proprietățile subiectivului (inclusiv liberul arbitru) sunt stabilite în fundamentele existenței materiei la toate nivelurile sale. Dezvoltarea acestui concept a condus la o înțelegere a lumii apropiată de panteism. În acest caz, materia acționează ca un subiect, ale cărui acțiuni vizează propria sa dezvoltare de la simplu la complex și, prin urmare, se opun creșterii nelimitate a entropiei.

Bibliografie

Imagine a lumii fizicii moderne. Mecanica cuantică, interpretarea ei. // http://nrc.edu.ru/est/r2/1.html

Levin G.D. Liberul arbitru. Aspect modern. //Q. filozofie. - 2000.- N.6.

Lenin V.I. Materialism și empiriocriticism, M., Editura de literatură politică, 1979.

Marx K., Engels F. Op. a 2-a ed. T.29.

Niels Bohr. Fizică cuantică și filozofie. // http://mainhead.dorms.spbu.ru:8100/physics/books/bohr1/ar13.html

Popper K. Logica si cresterea cunoștințe științifice. - M.: Progres, 1983.

Dicționar enciclopedic sovietic. a 4-a ed. – M.: Sov. Enciclopedie, 1989.

Spirkin A.G. Filosofie: manual. – M.: Gardariki, 2000.

Dicţionar filosofic / Ed. ACEASTA. Frolova. – ed. a 5-a. – M.: Politizdat, 1987.

Fizicienii au reușit să descifreze parțial principiul fundamental al mecanicii cuantice, și anume relația de incertitudine Heisenberg. Pentru o determinare mai precisă atât a locației, cât și a momentului particulei, atomii de rubidiu au fost „storsi” în k
Data: 13-03-2012 23:07

Fizicienii au reușit să descifreze parțial principiul fundamental al mecanicii cuantice, și anume relația de incertitudine Heisenberg. Pentru o determinare mai precisă atât a locației, cât și a momentului particulei, atomii de rubidiu au fost „storsi” în cantitate de 40 de mii de bucăți. Astfel, starea cuantică a particulelor a devenit dependentă.

Cele mai semnificative teorii fizice - teoria relativității și teoria mecanicii cuantice - au interdicții. Astfel, teoria relativității interzice mișcarea la o viteză care depășește viteza luminii. Teoria mecanicii cuantice se bazează pe principiul incertitudinii, adică este imposibil să se determine absolut exact doi parametri ai unei particule simultan - locația acesteia și momentul particulei. Dacă se poate determina cu precizie locația unei particule, atunci este imposibil să se obțină informații exacte despre impulsul acesteia și invers.

După cum știți, interdicțiile sunt enervante, provoacă dorința de a le încălca. Interdicțiile trezesc mintea iscoditoare a unui om de știință și, dacă sunt și absolute, atunci aceasta poate însemna un singur lucru - eternul „ceas deșteptător” al gândirii, o sursă de inspirație pentru căutarea de noi idei și noi teorii.

Incertitudinea cuantică poate fi exprimată numeric. Cel mai adesea acest lucru se face folosind imaginea unui cerc grafic, în interiorul căruia sunt plasate coordonatele reale, precum și momentul real al particulei pe care se fac măsurători. Se știe că este imposibil să se schimbe zona unui cerc, dar este posibil să se schimbe forma reală a regiunii. În ultimele decenii, fizicienii au învățat cum să transforme un cerc într-o elipsă și chiar să-l întindă într-o linie aproape dreaptă. Astfel, precizia oricărui parametru de măsurare al particulei este asigurată, cu toate acestea, în același timp, precizia de măsurare a altui parametru este redusă considerabil.

Acest efect se numește „strângere” și este folosit în știință pentru a „strânge” parametrii atomilor sau fotonilor, crescând astfel acuratețea măsurării unuia dintre parametrii cheie. Metoda de „strângere” este utilizată pentru a obține o acuratețe maximă, de exemplu, ceasurile atomice sau imagistica prin rezonanță magnetică. Această metodă este folosită și în unele aplicații ale industriei militare de apărare.

Cercetătorii de la Institutul de Tehnologie din Georgia (SUA), conduși de profesorul de fizică Michael Chapman, au reușit să obțină „comprimarea” celui de-al treilea parametru, numit „tensor nematic”, sau cvadrupol. Este de remarcat faptul că „compresia” celui de-al treilea parametru are loc nu la nivelul unei particule individuale, ci la nivelul unui întreg grup de particule. Proprietatea nematicității determină gradul de aliniere a microparticulelor într-o matrice a unei substanțe sau obiect și joacă un rol important în descrierea cristalelor lichide, a unor supraconductori la temperatură înaltă și a materialelor cu proprietăți magnetice exotice. Într-un experiment al oamenilor de știință americani, o astfel de caracteristică precum nematicitatea a fost necesară pentru a descrie o formă specială de materie, care a fost numită „condensul Bose-Einstein”. Acest tip de materie este remarcabil prin faptul că toți atomii substanței specificate sunt în aceeași stare cuantică. Mai detaliat, rezultatele cercetătorilor au fost publicate în revista Nature Physics.

Oamenii de știință au reușit deja să obțină rezultate similare în urmă cu 15 ani. Cu toate acestea, la acel moment, experimente similare au făcut posibilă efectuarea de experimente privind „strângerea” sistemelor de atomi, care nu pot fi decât în ​​una dintre cele două stări cuantice. Fizicienii au reușit să „strângă” impulsul unghiular total al unor astfel de grupuri, adică direcția emergentă. camp magnetic.

În noile experimente conduse de oamenii de știință americani conduși de Chapman, grupurile de atomi ar putea avea una dintre cele trei stări cuantice, în timp ce spinul total era zero. Nimeni nu a reușit să efectueze o astfel de „strângere” până astăzi. Noile experimente au permis oamenilor de știință să „strângă” tensorul nematic într-un grup de atomi de rubidiu, numărul de atomi în acest caz a fost de 40 de mii de bucăți. Atomii de rubidiu s-au ciocnit între ei, drept urmare unii dintre atomi au avut capacitatea de a schimba stări cuantice. Ca urmare, atomii au devenit dependenți cuantici unul de celălalt. După cum spune Chapman însuși, acest comportament al atomilor poate reduce incertitudinea măsurătorilor și le poate face mai precise.

Efectul observat va fi extrem de important pentru măsurători precise ale câmpurilor magnetice în viitor. Precizia măsurătorilor este foarte importantă în producția de supercalculatoare cuantice, în care informațiile vor fi acumulate în spinurile atomilor și tensorul lor nematic.

Complexitatea experimentelor ulterioare se datorează zgomotului excesiv emis de instrumentele de laborator. Faptul este că acest zgomot este capabil să creeze propriile câmpuri magnetice, care reduc acuratețea experimentelor și, ca urmare, precizia măsurătorilor.

Pagini înrudite:

1. Postat de guryan 2014-05-12 09:02

Citat: „În ultimele decenii, fizicienii au învățat cum să transforme un cerc într-o elipsă și chiar să îl extindă într-o linie aproape dreaptă”.
===============================================================================================
Interesant, dar oamenii de știință nu s-au întrebat cum se leagă natura cu aceste transformări matematice? Matematica este, până la urmă, un limbaj scurt, dar primitiv, care poate nu numai să descrie aproximativ unele fenomene, ci și să presăreze o poveste fantastică. Orice dovezi matematice sunt tautologii banale obișnuite care pot fi ilustrate cu o expresie simplă: „De două ori doi este patru, pentru că patru împărțit la doi este doi”. Orice dovezi matematice se încadrează în această „formulă”.
Este imposibil să descrii chiar și un simplu cerc cu matematica, deoarece lungimea și diametrul lui sunt INCOMPATIBILE. Și indiferent de felul în care trăiești, diametrul nu va ajunge niciodată la cerc sau se va „lipi” din el. Pi nu este o constantă, este fracție infinită, care poate fi rafinat la infinit.

Efectul Compton

Principiul incertitudinii Heisenberg(sau Heisenberg) - în mecanica cuantică, acesta este denumirea principiului care dă limita inferioară (diferită de zero) pentru produsul dispersiunilor de mărimi care caracterizează starea sistemului.

Principiul incertitudinii este de obicei ilustrat după cum urmează. Să considerăm un ansamblu de particule echivalente care nu interacționează pregătite într-o anumită stare, pentru fiecare dintre ele fie măsurată coordonatele q, sau impuls p. În acest caz, rezultatele măsurătorii vor fi variabile aleatoare, ale căror varianţe vor satisface relaţia de incertitudine . Rețineți că, deși suntem interesați de valorile simultane ale coordonatei și ale impulsului într-o stare cuantică dată, este imposibil să le măsuram pentru aceeași particulă, deoarece orice măsurătoare își va schimba starea.

Într-un sens general, o relație de incertitudine apare între orice variabile de stare definite de operatorii care nu fac navetă. Este una dintre pietrele de temelie ale mecanicii cuantice și a fost descoperită de Werner Heisenberg la Berlin.

Scurtă recenzie

Principiul incertitudinii din mecanica cuantică este explicat uneori în așa fel încât măsurarea coordonatei afectează în mod necesar impulsul particulei. Se pare că Heisenberg însuși a oferit această explicație, cel puțin inițial. Că influența măsurării asupra impulsului este nesemnificativă se poate arăta după cum urmează: se consideră un ansamblu de particule (neinteracționează) preparate în aceeași stare; pentru fiecare particulă din ansamblu, măsurăm fie impuls, fie poziția, dar nu ambele. În urma măsurării, obținem că valorile sunt distribuite cu o oarecare probabilitate, iar pentru variațiile d p și d q relația de incertitudine este adevărată.

Raportul de incertitudine Heisenberg este limita teoretică a preciziei oricărei măsurători. Ele sunt valabile pentru așa-numitele măsurători ideale, uneori numite măsurători von Neumann. Sunt și mai valabile pentru măsurători non-ideale sau Landau.

În consecință, orice particulă (în sensul general, de exemplu, purtând o sarcină electrică discretă) nu poate fi descrisă simultan ca o „particulă punctuală clasică” și ca o undă. (Faptul că oricare dintre aceste descrieri poate fi adevărată, cel puțin în unele cazuri, se numește dualitate val-particulă). Principiul incertitudinii, așa cum a propus inițial de Heisenberg, este adevărat atunci când nici unul dintre aceste două descrieri nu este complet și exclusiv adecvat, de exemplu, o particulă într-o cutie cu o anumită valoare energetică; adică pentru sisteme care nu sunt caracterizate nici o anumită „poziție” specifică (orice valoare specifică a distanței de la peretele potențial), nici o anumită valoare a impulsului (inclusiv direcția acesteia).

Există o analogie precisă, cantitativă, între relațiile de incertitudine Heisenberg și proprietățile undelor sau ale semnalelor. Luați în considerare un semnal care variază în timp, cum ar fi o undă sonoră. Nu are sens să vorbim despre spectrul de frecvență al unui semnal în orice moment. Pentru a determina cu precizie frecvența, este necesar să se observe semnalul pentru o perioadă de timp, pierzându-se astfel acuratețea temporizării. Cu alte cuvinte, un sunet nu poate avea atât o valoare exactă a timpului, cum ar fi un impuls scurt, cât și o valoare exactă a frecvenței, cum ar fi un ton pur continuu. Poziția temporală și frecvența unei unde în timp este ca poziția și impulsul unei particule în spațiu.

Definiție

Dacă sunt pregătite mai multe copii identice ale sistemului într-o stare dată, atunci valorile măsurate ale coordonatei și ale impulsului vor respecta o anumită distribuție a probabilității - acesta este un postulat fundamental al mecanicii cuantice. Prin măsurarea valorii abaterii standard Δ X coordonatele și deviația standard Δ p impuls, constatăm că:

unde este constanta Dirac. În unele cazuri, „incertitudinea” unei variabile este definită ca cea mai mică lățime a intervalului care conține 50% din valori, ceea ce, în cazul unei distribuții normale a variabilelor, duce la o limită inferioară mai mare pentru produsul de incertitudini. Rețineți că această inegalitate oferă mai multe posibilități - statul poate fi astfel încât X poate fi măsurat cu mare precizie, dar apoi p va fi cunoscut doar aproximativ, sau invers p poate fi determinat exact, în timp ce X- Nu. În toate celelalte state, și Xși p poate fi măsurat cu o precizie „rezonabilă” (dar nu în mod arbitrar ridicat).

LA Viata de zi cu zi de obicei nu vedem incertitudine deoarece valoarea este extrem de mică.

Alte caracteristici

Au fost dezvoltate multe caracteristici suplimentare, inclusiv cele descrise mai jos:

O expresie pentru cantitatea finită de informații Fisher disponibile

Principiul incertitudinii este derivat alternativ ca o expresie a inegalității Cramer-Rao în teoria clasică de măsurare. În cazul în care se măsoară poziția particulei. Momentul pătrat mediu al particulei intră în inegalitate ca informație Fisher. Vedeți și informațiile fizice complete.

Principiul incertitudinii generalizate

Principiul incertitudinii nu se aplică doar poziției și impulsului. În forma sa generală, se aplică fiecărei perechi variabile conjugate. În general, și spre deosebire de cazul poziției și impulsului discutat mai sus, limita inferioară a produsului incertitudinilor a două variabile conjugate depinde de starea sistemului. Principiul incertitudinii devine apoi o teoremă în teoria operatorilor, pe care o prezentăm aici.

Prin urmare, următoarea formă generală este adevărată principiul incertitudinii, crescut pentru prima dată în oraș de Howard Percy Robertson și (independent) Erwin Schrödinger:

Această inegalitate se numește Raportul Robertson-Schrödinger.

Operator AB − BA numit comutator Ași Bși notat ca [ A,B] . Este pentru aceia X, pentru care ambele ABXși BAX .

Din relația Robertson-Schrödinger rezultă imediat Relația de incertitudine Heisenberg:

Presupune Ași B- Două mărimi fizice, care sunt asociate cu operatori autoadjuncți. În cazul în care un ABψ și BAψ sunt definite, atunci:

Operatorul de valoare medie a mărimii Xîn starea ψ a sistemului și

De asemenea, este posibil să existe doi operatori auto-adjuncți care nu fac navetă Ași B, care au același vector propriu ψ . În acest caz, ψ este o stare pură care este măsurabilă simultan pentru Ași B .

Variabile generale observabile care se supun principiului incertitudinii

Rezultatele matematice anterioare arată cum se găsesc relații de incertitudine între variabilele fizice, și anume, se determină valorile perechilor de variabile Ași B, al cărui comutator are anumite proprietăți analitice.

• Cea mai cunoscută relație de incertitudine este între poziția și impulsul unei particule în spațiu:

• relația de incertitudine dintre două componente ortogonale ale operatorului momentului unghiular total al unei particule:

• Următoarea relație de incertitudine dintre energie și timp este adesea prezentată în manualele de fizică, deși interpretarea ei necesită atenție, deoarece nu există niciun operator care să reprezinte timpul:

Interpretări

Lui Albert Einstein nu i-a plăcut foarte mult principiul incertitudinii și i-a provocat pe Niels Bohr și Werner Heisenberg cu un celebru experiment de gândire (Vezi dezbaterea Bohr-Einstein pentru detalii): haideți să umplem o cutie cu material radioactiv care emite radiații aleatoriu. Cutia are un obturator deschis, care imediat după umplere este închis de un ceas la un anumit moment în timp, permițând o cantitate mică de radiație să scape. Astfel, ora este deja cunoscută cu exactitate. Încă vrem să măsurăm cu precizie variabila conjugată de energie. Einstein a sugerat să faceți acest lucru cântărind cutia înainte și după. Echivalența dintre masă și energie conform relativității speciale vă va permite să determinați exact câtă energie rămâne în cutie. Bohr a obiectat astfel: dacă energia pleacă, atunci bricheta se va mișca puțin pe cântar. Acest lucru va schimba poziția ceasului. Astfel, ceasurile se abat de la cadrul nostru fix de referință și, conform relativității speciale, măsurarea timpului lor va diferi de a noastră, ceea ce duce la o valoare de eroare inevitabilă. Analiza detaliată arată că inexactitatea este dată corect de relația Heisenberg.

În interpretarea de la Copenhaga, pe scară largă, dar nu universal acceptată, a mecanicii cuantice, principiul incertitudinii este acceptat la un nivel elementar. Universul fizic nu există într-o formă deterministă, ci mai degrabă ca un set de probabilități, sau posibilități. De exemplu, modelul (distribuția probabilității) produs de milioane de fotoni care difractează printr-o fantă poate fi calculat folosind mecanica cuantică, dar calea exactă a fiecărui foton nu poate fi prezisă prin nicio metodă cunoscută. Interpretarea de la Copenhaga susține că nu poate fi anticipată deloc Nu metodă.

Tocmai această interpretare a pus-o la îndoială Einstein când i-a scris lui Max Born: „Sunt sigur că Dumnezeu nu aruncă zarurile” ( Die Theorie liefert viel. Aber ich bin überzeugt, dass der Alte nicht würfelt). Niels Bohr, care a fost unul dintre autorii Interpretării de la Copenhaga, a răspuns: „Einstein, nu-i spune lui Dumnezeu ce să facă”.

Einstein era convins că această interpretare era greșită. Raționamentul său s-a bazat pe faptul că toate distribuțiile de probabilitate deja cunoscute erau rezultatul unor evenimente deterministe. Distribuția unei aruncări de monede sau a unui zar de rulare poate fi descrisă printr-o distribuție de probabilitate (50% capete, 50% cozi). Dar asta nu înseamnă că mișcările lor fizice sunt imprevizibile. Mecanicii obișnuiți pot calcula exact cum va ateriza fiecare monedă dacă forțele care acționează asupra ei sunt cunoscute și capul/cozile sunt încă distribuite aleatoriu (cu forțe inițiale aleatoare).

Einstein a sugerat că există variabile ascunse în mecanica cuantică care stau la baza probabilităților observate.

Nici Einstein, nici oricine altcineva de atunci nu a fost capabil să construiască o teorie satisfăcătoare a variabilelor ascunse, iar inegalitatea lui Bell ilustrează câteva căi foarte spinoase în încercarea de a face acest lucru. Deși comportamentul unei particule individuale este aleatoriu, este, de asemenea, corelat cu comportamentul altor particule. Prin urmare, dacă principiul incertitudinii este rezultatul unui proces determinist, atunci se dovedește că particulele aflate la distanțe mari trebuie să transmită imediat informații între ele pentru a garanta corelații în comportamentul lor.

Principiul incertitudinii în cultura populară

Principiul incertitudinii este adesea greșit înțeles sau denaturat în presa populară. O denaturare comună este aceea că observarea unui eveniment schimbă evenimentul în sine. În general, acest lucru nu are nimic de-a face cu principiul incertitudinii. Aproape orice operator liniar schimbă vectorul asupra căruia acționează (adică aproape orice observație își schimbă starea), dar pentru operatorii comutativi nu există restricții cu privire la posibila răspândire a valorilor (). De exemplu, proiecțiile impulsului pe axe cși y pot fi măsurate împreună în mod arbitrar cu acuratețe, deși fiecare măsurătoare schimbă starea sistemului. În plus, principiul incertitudinii se referă la măsurarea paralelă a mărimilor pentru mai multe sisteme care se află în aceeași stare, și nu despre interacțiuni secvențiale cu același sistem.

Alte analogii (de asemenea, înșelătoare) cu efecte macroscopice au fost propuse pentru a explica principiul incertitudinii: una dintre ele presupune apăsarea unei sămânțe de pepene verde cu degetul. Efectul este cunoscut - este imposibil de prezis cât de repede sau unde va dispărea sămânța. Acest rezultat aleatoriu se bazează în întregime pe aleatorie, ceea ce poate fi explicat în termeni clasici simpli.

În unele povești științifico-fantastice, un dispozitiv pentru depășirea principiului incertitudinii se numește compensator Heisenberg, cel mai faimos folosit pe nava spațială Enterprise din serialul de televiziune științifico-fantastică Star Trek într-un teleporter. Cu toate acestea, nu se știe ce înseamnă „depășirea principiului incertitudinii”. La una dintre conferințele de presă, producătorul serialului a fost întrebat „Cum funcționează compensatorul Heisenberg?”, la care a răspuns „Mulțumesc, bine!”.

umor științific

Natura neobișnuită a principiului de incertitudine al lui Heisenberg și numele său captivant au făcut din acesta sursa mai multor glume. Se spune că un graffiti popular de pe pereții departamentului de fizică al campusurilor universitare este: „Este posibil să fi fost Heisenberg aici”.

Într-o altă glumă despre principiul incertitudinii, un fizician cuantic este oprit pe o autostradă de un polițist și întrebat: „Știți cât de repede mergeați, domnule?” La care fizicianul răspunde: „Nu, dar știu exact unde sunt!”

Principiul incertitudinii: un studiu matematic Sukhanov A. D. Enciclopedia Collier Enciclopedia filosofiei

Una dintre cele mai semnificative filosofii. concepte, căruia i se acordă una (sau unele) dintre următoarele semnificații: 1) că, ale căror caracteristici definitorii sunt extensia, locul în spațiu, masa, greutatea, mișcarea, inerția, rezistența, ... ... Enciclopedie filosofică

Studiază stările microparticulelor și sistemele lor (particule elementare, nuclee atomice, atomi, molecule, cristale), modificarea acestor stări în timp, precum și relația cantităților care caracterizează starea microparticulelor, cu experimentul. macroscopic cantități. LA … Enciclopedia chimică

A nu se confunda cu particulele de proteine ​​care provoacă boli infecțioase, vezi Prionii.Preonii sunt particule elementare ipotetice din care pot fi formați quarcurile și leptonii. În ciuda faptului că în acest moment nu există ...... Wikipedia

Efect de tunel

Principiul incertitudinii Heisenberg(sau Heisenberg) în mecanica cuantică - o inegalitate fundamentală (relație de incertitudine), care stabilește limita de precizie pentru determinarea simultană a unei perechi de observabile cuantice care caracterizează un sistem, descrise de operatori care nu fac navetă (de exemplu, coordonate și impuls, curent și tensiune , câmpuri electrice și magnetice). Relația de incertitudine stabilește o limită inferioară pentru produsul abaterilor standard ale unei perechi de observabile cuantice. Principiul incertitudinii descoperit de Werner Heisenberg este una dintre pietrele de temelie ale mecanicii cuantice.

YouTube enciclopedic

• 1 / 5

  Relațiile de incertitudine Heisenberg sunt limita teoretică a acurateței măsurătorilor simultane a două observabile necommutabile. Ele sunt valabile atât pentru măsurătorile ideale, numite uneori măsurători von Neumann, cât și pentru măsurătorile neideale.

  Conform principiului incertitudinii, poziția și viteza (impulsul) unei particule nu pot fi măsurate cu precizie în același timp. Principiul incertitudinii, deja în forma propusă inițial de Heisenberg, este aplicabil și în cazul în care nu se realizează niciuna dintre cele două situații extreme (un moment complet definit și o coordonată spațială complet nedefinită - sau un impuls complet nedefinit și o coordonată complet definită). ).

  Exemplu: o particulă cu o anumită valoare energetică, situată într-o cutie cu pereți ideal reflectorizați; nu este caracterizat nici o anumită valoare a impulsului (având în vedere direcția sa! ), nici o anumită „poziție” sau coordonată spațială specifică (funcția de undă a particulei este delocalizată în întregul spațiu al cutiei, adică coordonatele sale nu au o valoare specifică, localizarea particulei se realizează nu mai precis decât dimensiunile cutiei).

  Relațiile de incertitudine nu limitează acuratețea unei singure măsurări a oricărei mărimi (pentru mărimile multidimensionale, în cazul general, se înțelege aici doar o singură componentă). Dacă operatorul său comută cu el însuși în diferite momente de timp, atunci precizia măsurătorilor multiple (sau continue) a unei cantități nu este limitată. De exemplu, relația de incertitudine pentru o particulă liberă nu împiedică măsurarea precisă a impulsului său, dar nu permite măsurarea precisă a coordonatei sale (această limitare se numește limită cuantică  standard pentru coordonate).

  Relația de incertitudine din mecanica cuantică în sens matematic este o consecință directă a unei proprietăți a transformării Fourier.

  Există o analogie cantitativă precisă între relațiile de incertitudine Heisenberg și proprietățile undelor sau semnalelor. Luați în considerare un semnal care variază în timp, cum ar fi o undă sonoră. Nu are sens să vorbim despre spectrul de frecvență al unui semnal în orice moment. Pentru a determina cu precizie frecvența, este necesar să se observe semnalul pentru o perioadă de timp, pierzându-se astfel acuratețea temporizării. Cu alte cuvinte, sunetul nu poate avea simultan valoarea exactă a timpului său de fixare, așa cum are un impuls foarte scurt, și valoarea exactă a frecvenței, așa cum este cazul unui ton pur continuu (și, în principiu, infinit de lung) (pur). sinusoid). Poziția în timp și frecvența undei sunt matematic complet analoge cu coordonatele și impulsul (mecanic cuantic) al particulei. Ceea ce nu este deloc surprinzător, având în vedere asta p x = ℏ k x (\displaystyle p_(x)=\hbar k_(x)), adică impulsul în mecanica cuantică este frecvența spațială de-a lungul coordonatei corespunzătoare.

  În viața de zi cu zi, de obicei nu observăm incertitudinea cuantică din cauza valorii ℏ (\displaystyle \hbar ) este extrem de mic și, prin urmare, rapoartele de incertitudine impun restricții atât de slabe asupra erorilor de măsurare care sunt evident imperceptibile pe fondul erorilor practice reale ale instrumentelor sau organelor noastre de simț.

  Definiție

  Dacă există mai multe (multe) copii identice ale sistemului într-o stare dată, atunci valorile măsurate ale coordonatei și ale impulsului vor respecta o anumită distribuție a probabilității - acesta este un postulat fundamental al mecanicii cuantice. Măsurarea valorii abaterii standard ∆ x (\displaystyle \Delta x) coordonate și abatere standard ∆ p (\displaystyle \Delta p) impuls, constatăm că:

  Δ x Δ p ⩾ ℏ 2 (\displaystyle \Delta x\Delta p\geqslant (\frac (\hbar )(2))),

  Rețineți că această inegalitate oferă mai multe posibilități - statul poate fi astfel încât x (\displaystyle x) poate fi măsurat cu mare precizie, dar apoi p (\displaystyle p) va fi cunoscut doar aproximativ, sau invers p (\displaystyle p) poate fi determinat exact, în timp ce x (\displaystyle x)- Nu. În toate celelalte state și x (\displaystyle x), și p (\displaystyle p) poate fi măsurat cu o precizie „rezonabilă” (dar nu în mod arbitrar ridicat).

  Variante și exemple

  Principiul incertitudinii generalizate

  Principiul incertitudinii nu se aplică numai poziției și impulsului (cum a fost propus pentru prima dată de Heisenberg). În forma sa generală, se aplică fiecărei perechi variabile conjugate. În general, și spre deosebire de cazul poziției și impulsului discutat mai sus, limita inferioară a produsului „incertitudinilor” a două variabile conjugate depinde de starea sistemului. Principiul incertitudinii devine apoi o teoremă în teoria operatorilor, care va fi prezentată mai jos.

  Prin urmare, următoarea formă generală este adevărată principiul incertitudinii, crescută pentru prima dată în oraș de Howard Percy Robertson și (independent) Erwin Schrödinger:

  1 4 | ⟨ x | A B − B A | x ⟩ | 2 ⩽ ∥ A x ∥ 2 ∥ B x ∥ 2 . (\displaystyle (\frac (1)(4))|\langle x|AB-BA|x\rangle |^(2)\leqslant \|Ax\|^(2)\|Bx\|^(2) .)

  Această inegalitate se numește Raportul Robertson-Schrödinger.

  Operator A B - B A (\displaystyle AB-BA) numit comutator A (\displaystyle A)și B (\displaystyle B)și notat ca [ A , B ] (\displaystyle ). Este pentru aceia x (\displaystyle x), pentru care ambele A B x (\displaystyle ABx)și B A x (\displaystyle BAx).

  Din relația Robertson-Schrödinger rezultă imediat Relația de incertitudine Heisenberg:

  Presupune A (\displaystyle A)și B (\displaystyle B) sunt două mărimi fizice care sunt asociate cu operatori autoadjuncți. În cazul în care un A B ψ (\displaystyle AB\psi )și B A ψ (\displaystyle BA\psi ) definit, atunci:

  Δ ψ A Δ ψ B ⩾ 1 2 | ⟨ [ A , B ] ⟩ ψ | (\displaystyle \Delta _(\psi)A\,\Delta _(\psi)B\geqslant (\frac (1)(2))\left|\left\langle \left\right\rangle _(\psi )\dreapta|), ⟨ X ⟩ ψ = ⟨ ψ | x | ψ ⟩ (\displaystyle \left\langle X\right\rangle _(\psi )=\left\langle \psi |X|\psi \right\rangle )

  Operatorul de valoare medie a mărimii X (\displaystyle X) in stare ψ (\displaystyle \psi ) sisteme, și

  Δ ψ X = ⟨ X 2 ⟩ ψ - ⟨ X ⟩ ψ 2 (\displaystyle \Delta _(\psi )X=(\sqrt (\langle (X)^(2)\rangle _(\psi )-\langle (X)\rangle _(\psi )^(2))))

  Același lucru se poate face nu numai pentru cupluri conjugat operatori (de exemplu, coordonate și impuls, sau durată și energie), dar în general pentru orice perechi de operatori hermitieni . Există o relație de incertitudine între intensitatea câmpului și numărul de particule, ceea ce duce la fenomenul particulelor virtuale.

  De asemenea, este posibil să existe doi operatori auto-adjuncți care nu fac navetă A (\displaystyle A)și B (\displaystyle B), care au același vector propriu ψ (\displaystyle \psi ). În acest caz ψ (\displaystyle \psi ) este o stare pură care este simultan măsurabilă pt A (\displaystyle A)și B (\displaystyle B).

  Variabile generale observabile care sunt supuse principiului incertitudinii

  Rezultatele matematice anterioare arată cum se găsesc relațiile de incertitudine dintre variabilele fizice, și anume, se determină valorile perechilor de variabile A (\displaystyle A)și B (\displaystyle B), al cărui comutator are anumite proprietăți analitice.

  • Cea mai cunoscută relație de incertitudine este între poziția și impulsul unei particule în spațiu:
  Δ x i Δ p i ⩾ ℏ 2 (\displaystyle \Delta x_(i)\Delta p_(i)\geqslant (\frac (\hbar)(2)))
  • relația de incertitudine dintre două componente ortogonale ale operatorului momentului unghiular  total al unei particule:
  Δ J i Δ J j ⩾ ℏ 2 | ⟨Jk⟩ | (\displaystyle \Delta J_(i)\Delta J_(j)\geqslant (\frac (\hbar)(2))\left|\left\langle J_(k)\right\rangle \right|) Unde i , (\displaystyle i,) j , (\displaystyle j,) k (\displaystyle k) diferită şi J i (\displaystyle J_(i)) denotă momentul unghiular de-a lungul axei x i (\displaystyle x_(i)).
  • Următoarea relație de incertitudine dintre energie și timp este adesea prezentată în manualele de fizică, deși interpretarea ei necesită atenție, deoarece nu există niciun operator care să reprezinte timpul:
  Δ E Δ t ⩾ ℏ 2 (\displaystyle \Delta E\Delta t\geqslant (\frac (\hbar )(2)))

  Aici ∆ E (\displaystyle \Delta E)- incertitudinea schimbării energia sistemului, Δt (\displaystyle \Delta t)- durata măsurării. Nu există un consens cu privire la derivabilitatea acestei relații de la celelalte axiome ale mecanicii cuantice.

  ⟨ (Δ L z) 2 ⟩ ⟨ (Δ sin ⁡ φ) 2 ⟩ ⩾ ℏ 2 4 ⟨ (cos ⁡ φ) 2 ⟩ (\displaystyle \langle (\Delta L_(z))^(2)\rangle (\Delta \sin \varphi)^(2)\rangle \geqslant (\frac (\hbar ^(2))(4))\langle (\cos \varphi)^(2)\rangle ). Cu toate acestea, la ⟨ (φ) 2 ⟩ ≪ π 2 (\displaystyle \langle (\varphi)^(2)\rangle \ll \pi ^(2)) condiția de periodicitate nu este esențială și principiul incertitudinii ia forma obișnuită: ⟨ (Δ L z) 2 ⟩ ⟨ (Δ φ) 2 ⟩ ⩾ ℏ 2 4 (\displaystyle \langle (\Delta L_(z))^(2)\rangle \langle (\Delta \varphi)^(2) \rangle \geqslant (\frac (\hbar ^(2))(4))).

  O expresie pentru cantitatea finită de informații Fisher disponibile

  Principiul incertitudinii este derivat alternativ ca o expresie a teoriei speciale a relativității vă va permite să determinați exact câtă energie rămâne în cutie. Bohr a obiectat astfel: dacă energia pleacă, atunci bricheta se va mișca puțin pe cântar. Acest lucru va schimba poziția ceasului. Astfel, ceasurile se abat de la cadrul nostru de referință fix și, conform relativității speciale, măsurarea timpului lor va diferi de a noastră, ceea ce duce la o valoare de eroare inevitabilă. O analiză detaliată arată că inexactitatea este dată corect de relația Heisenberg.

  În interpretarea de la Copenhaga, pe scară largă, dar nu universal acceptată, a mecanicii cuantice, principiul incertitudinii este acceptat la un nivel elementar. Universul fizic nu există într-o formă deterministă, ci mai degrabă ca un set de probabilități, sau posibilități. De exemplu, modelul (distribuția probabilității) produs de milioane de fotoni care difractează printr-o fantă poate fi calculat folosind mecanica cuantică, dar calea exactă a fiecărui foton nu poate fi prezisă prin nicio metodă cunoscută. Interpretarea de la Copenhaga susține că acest lucru nu poate fi anticipat deloc Nu metodă.

  Tocmai această interpretare a pus-o la îndoială Einstein când i-a scris lui Max Born: „Dumnezeu nu joacă zaruri”. Niels Bohr, care a fost unul dintre autorii Interpretarii de la Copenhaga, a răspuns: „Einstein, nu-i spune lui Dumnezeu ce să facă”.

  Einstein era convins că această interpretare era greșită. Raționamentul său s-a bazat pe faptul că toate distribuțiile de probabilitate deja cunoscute erau rezultatul unor evenimente deterministe. Distribuția unei aruncări de monede sau a unui zar de rulare poate fi descrisă printr-o distribuție de probabilitate (50% capete, 50% cozi). Dar asta nu înseamnă că mișcările lor fizice sunt imprevizibile. Mecanicii obișnuiți pot calcula exact cum va ateriza fiecare monedă dacă forțele care acționează asupra ei sunt cunoscute și capul/cozile sunt încă distribuite aleatoriu (cu forțe inițiale aleatoare).

  Einstein a sugerat că există variabile ascunse în mecanica cuantică care stau la baza probabilităților observate.

  Nici Einstein, nici oricine altcineva de atunci nu a fost capabil să construiască o teorie satisfăcătoare a variabilelor ascunse, iar inegalitatea lui Bell ilustrează câteva căi foarte spinoase în încercarea de a face acest lucru. Deși comportamentul unei particule individuale este aleatoriu, este, de asemenea, corelat cu comportamentul altor particule. Prin urmare, dacă principiul incertitudinii este rezultatul unui proces determinist, atunci se dovedește că particulele aflate la distanțe mari trebuie să transmită imediat informații între ele pentru a garanta corelații în comportamentul lor.

  Principiul incertitudinii în literatura populară

  Principiul incertitudinii este adesea greșit înțeles sau denaturat în presa populară. O denaturare comună este aceea că observarea unui eveniment schimbă evenimentul în sine. În general, acest lucru nu are nimic de-a face cu principiul incertitudinii. Aproape orice operator liniar schimbă vectorul asupra căruia acționează (adică aproape orice observație își schimbă starea), dar pentru operatorii comutativi nu există restricții cu privire la posibila răspândire a valorilor (). De exemplu, proiecțiile impulsului pe axe c (\displaystyle c)și y (\displaystyle y) pot fi măsurate împreună în mod arbitrar cu acuratețe, deși fiecare măsurătoare schimbă starea sistemului. În plus, principiul incertitudinii se referă la măsurarea paralelă a mărimilor pentru mai multe sisteme care se află în aceeași stare, și nu despre interacțiuni secvențiale cu același sistem.

  Alte analogii (de asemenea, înșelătoare) cu efecte macroscopice au fost propuse pentru a explica principiul incertitudinii: una dintre ele presupune apăsarea unei sămânțe de pepene verde cu degetul. Efectul este cunoscut - este imposibil de prezis cât de repede sau unde va dispărea sămânța. Acest rezultat aleatoriu se bazează în întregime pe aleatorie, ceea ce poate fi explicat în termeni clasici simpli.

  articole de jurnal

  • W. Heisenberg, Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik, Zeitschrift für Physik, 43 1927, pp. 172-198. Traducere în engleză: J. A. Wheeler și H. Zurek, Teoria cuantică și măsurarea Princeton Univ. Press, 1983, pp. 62-84.
  • L. I. Mandelstam , I. E. Tamm „Relația incertitudinea energie-timp în nerelativista mecanica cuantică”, Izv. Acad. Științe ale URSS (ser. fizice) 9 , 122-128 (1945).
  • G. Folland, A. Sitaram, Principiul incertitudinii: un studiu matematic, Journal of Fourier Analysis and Applications, 1997 pp 207-238.
  • Suhanov A.D. Noua abordare a relației incertitudinii energie-timp. Fizică particule elementare și nucleu atomice. 2001. Vol.32. Iss.5. S.1177
  • Tarasov V. E. Derivarea relației de incertitudine pentru sisteme hamiltoniene cuantice. Revista științifică de la Moscova. 2011. №.10. C.3-6.