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DESCOBERTAS CIENTÍFICAS MAIS IMPORTANTES
O princípio da complementaridade. História e essência da descoberta científica
Diretório / As descobertas científicas mais importantes Um princípio que é muito preciso e amplo Bor chamada complementaridade - uma das mais profundas ideias filosóficas e natural-científicas da atualidade. Apenas ideias como o princípio da relatividade ou a ideia de um campo físico podem ser comparadas com ele. "Nos anos anteriores ao discurso de N. Bohr em Como, houve inúmeras discussões sobre a interpretação física da teoria quântica", escreve W. I. Frankfurt. teoria quântica - no postulado, segundo o qual todo processo atômico é caracterizado pela descontinuidade, estranha à teoria clássica. A teoria quântica reconhece como uma de suas principais disposições as limitações fundamentais dos conceitos clássicos quando aplicados aos fenômenos atômicos, o que é estranho à física clássica, mas ao mesmo tempo, a interpretação do material empírico baseia-se principalmente na aplicação de conceitos clássicos. Por causa disso, surgem dificuldades significativas na formulação da teoria quântica. A teoria clássica assume que um fenômeno físico pode ser considerado sem ter uma influência fundamentalmente irremovível sobre ele. Para o relatório no Congresso Internacional de Física em Como "Postulado Quântico e o Desenvolvimento Recente da Teoria Atômica", em vista da importância dos problemas discutidos, Bohr recebeu quatro vezes o limite de tempo. A discussão sobre seu relatório ocupou o resto do congresso. "... A descoberta do quantum universal de ação", disse Niels Bohr, "levou à necessidade de uma análise mais aprofundada do problema da observação. Segue-se desta descoberta que todo o método de descrição característico da física clássica (incluindo o teoria da relatividade) permanece aplicável apenas enquanto todas as magnitudes da dimensão de ação incluídas na descrição são grandes em comparação com o quantum de ação Planck. Se essa condição não for satisfeita, como é o caso no campo dos fenômenos da física atômica, entram em vigor regularidades de um tipo especial, que não podem ser incluídas no quadro de uma descrição causal ... Esse resultado, que inicialmente parecia paradoxal, no entanto, encontra sua explicação no fato de que nesta área não é mais possível traçar uma linha clara entre o comportamento independente de um objeto físico e sua interação com outros corpos usados como instrumentos de medição; tal interação surge necessariamente no processo de observação e não pode ser diretamente levada em consideração pelo próprio significado do conceito de medição... Essa circunstância, na verdade, significa o surgimento de uma situação completamente nova na física em relação à análise e síntese de dados experimentais. Ela nos obriga a substituir o ideal clássico de causalidade por algum princípio mais geral, geralmente chamado de "complementar". As informações sobre o comportamento dos objetos em estudo que obtemos com a ajuda de vários instrumentos de medição, embora aparentemente incompatíveis, na realidade não podem ser diretamente relacionadas entre si da maneira usual, mas devem ser consideradas complementares entre si. Assim, em particular, o fracasso de qualquer tentativa de analisar consistentemente a "individualidade" de um processo atômico separado, que, ao que parece, simboliza o quantum de ação, dividindo tal processo em partes separadas, é explicado pelo fracasso. Isso se deve ao fato de que, se quisermos fixar por observação direta qualquer momento no curso do processo, precisamos usar um dispositivo de medição para isso, cujo uso não pode ser consistente com as leis do curso deste processo. Entre o postulado da teoria da relatividade e o princípio da complementaridade, com todas as suas diferenças, percebe-se certa analogia formal. Está no fato de que, assim como na teoria da relatividade, regularidades que têm uma forma diferente em diferentes referenciais devido à finitude da velocidade da luz se tornam equivalentes, então, no princípio da complementaridade, regularidades estudados com a ajuda de vários instrumentos de medição e parecendo mutuamente contraditórios devido à finitude do quantum de ação, são logicamente compatíveis. Para dar uma imagem tão clara quanto possível da situação que se desenvolveu na física atômica, que é completamente nova do ponto de vista da teoria do conhecimento, gostaríamos aqui, em primeiro lugar, de considerar com algum detalhe tais medições, cujo objetivo é controlar o curso espaço-temporal de algum processo físico. Tal controle, em última análise, sempre se resume a estabelecer um certo número de relações inequívocas entre o comportamento de um objeto e as escalas e relógios que determinam o quadro de referência espaço-temporal que usamos. Só podemos falar do comportamento independente do objeto de estudo no espaço e no tempo, independente das condições de observação, quando, ao descrever todas as condições que são essenciais para o processo em consideração, podemos negligenciar completamente a interação do objeto com o dispositivo de medição, que inevitavelmente surge quando as conexões acima são estabelecidas. Se, no entanto, como é o caso do domínio quântico, tal interação em si tem grande influência no curso do fenômeno em estudo, a situação muda completamente, e nós, em particular, devemos abandonar a conexão entre as características espaço-temporais de um evento e as leis dinâmicas universais, que é característica da descrição clássica. Isso decorre do fato de que o uso de escalas e relógios para estabelecer um sistema de referência, por definição, exclui a possibilidade de levar em conta as magnitudes de momento e energia transferidas para o dispositivo de medição durante o fenômeno em consideração. Da mesma forma, e vice-versa, as leis quânticas, em cuja formulação os conceitos de momento ou energia são essencialmente utilizados, só podem ser verificadas sob tais condições experimentais, quando o controle estrito sobre o comportamento espaço-temporal do objeto é excluído. De acordo com a relação de incerteza Heisenberg, é impossível determinar ambas as características de um objeto atômico - coordenada e momento - no mesmo experimento. Mas Bohr foi mais longe. Ele observou que a coordenada e o momento de uma partícula atômica não podem ser medidos não apenas simultaneamente, mas em geral com a ajuda do mesmo instrumento. De fato, para medir o momento de uma partícula atômica, é necessário um "instrumento" móvel extremamente leve. Mas precisamente por causa de sua mobilidade, sua posição é muito incerta. Para medir a coordenada, você precisa de um "dispositivo" muito grande que não se mova quando uma partícula o atinge. Mas não importa como seu impulso mude neste caso, nem vamos notar. “Adicionalidade é essa palavra e essa forma de pensar que se tornou acessível a todos graças a Bohr”, escreve L.I. julgamentos e explica: sim, suas propriedades são de fato incompatíveis, mas para uma descrição completa de um objeto atômico, ambas são igualmente necessárias e, portanto, não se contradizem, mas se complementam. Este simples argumento sobre a complementaridade das propriedades de dois dispositivos incompatíveis explica bem o significado do princípio da complementaridade, mas de forma alguma o esgota. Na verdade, não precisamos de instrumentos sozinhos, mas apenas para medir as propriedades dos objetos atômicos. A coordenada x e o momento p são os conceitos que correspondem a duas propriedades medidas com dois instrumentos. Na cadeia de conhecimento que nos é familiar - um fenômeno - uma imagem, um conceito, uma fórmula, o princípio da complementaridade afeta principalmente o sistema de conceitos da mecânica quântica e a lógica de suas conclusões. O fato é que entre as disposições estritas da lógica formal está a "regra do meio excluído", que diz: de duas afirmações opostas, uma é verdadeira, a outra é falsa, e não pode haver uma terceira. Na física clássica, não havia motivo para duvidar dessa regra, pois ali os conceitos de "onda" e "partícula" são realmente opostos e essencialmente incompatíveis. Descobriu-se, no entanto, que na física atômica ambos são igualmente aplicáveis para descrever as propriedades dos mesmos objetos e, para uma descrição completa, é necessário usá-los simultaneamente. O princípio de complementaridade de Bohr é uma tentativa bem-sucedida de conciliar as deficiências de um sistema estabelecido de conceitos com o progresso de nosso conhecimento do mundo. Esse princípio ampliou as possibilidades de nosso pensamento, explicando que na física atômica não mudam apenas os conceitos, mas também a própria formulação de questões sobre a essência dos fenômenos físicos. Mas o significado do princípio da complementaridade vai muito além da mecânica quântica, onde surgiu originalmente. Só mais tarde - ao tentar estendê-la a outras áreas da ciência - ficou claro seu verdadeiro significado para todo o sistema de conhecimento humano. Pode-se argumentar sobre a legitimidade de tal passo, mas não se pode negar sua fecundidade em todos os casos, mesmo aqueles distantes da física. "Bohr mostrou", observa Ponomarev, "que a pergunta 'Onda ou partícula?', aplicada a um objeto atômico, é colocada incorretamente. O átomo não tem tais propriedades separadas e, portanto, a pergunta não permite uma resposta inequívoca 'sim' ou 'não' Da mesma forma, , pois não há resposta para a pergunta: “O que é maior: um metro ou um quilograma?”, E quaisquer outras perguntas de tipo semelhante. Duas propriedades adicionais da realidade atômica não podem ser separadas sem destruir a completude e a unidade do fenômeno natural que chamamos de átomo... ...Um objeto atômico não é uma partícula nem uma onda, e nem mesmo uma coisa e outra ao mesmo tempo. Um objeto atômico é algo terceiro, não igual à simples soma das propriedades de uma onda e uma partícula. Esse "algo" atômico está além dos nossos cinco sentidos, mas certamente é real. Não temos imagens e sentidos para imaginar plenamente as propriedades dessa realidade. No entanto, a força do nosso intelecto, baseada na experiência, permite-nos conhecê-la sem ela. No final (deve-se admitir que Born estava certo), "... agora o físico atômico se afastou muito das idéias idílicas do naturalista antiquado que esperava penetrar nos segredos da natureza, à espreita de borboletas em o prado." Autor: Samin D. K.
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