互补原则。科学发现的历史和本质

互补原则。科学发现的历史和本质

最重要的科学发现

一个非常精确和广阔的原则硼称为互补性 - 当今最深刻的哲学和自然科学思想之一。只有相对性原理或物理场的概念等思想才能与之相提并论。

“在 N. Bohr 在科莫发表演讲之前的几年里，有很多关于量子理论的物理解释的讨论，”W. I. Frankfurt 写道。量子理论 - 在假设中，根据该假设，每个原子过程都以不连续性为特征，与经典理论格格不入。量子理论的主要规定之一是经典概念在应用于原子现象时的基本局限性，这与经典物理学不同，但同时，对经验材料的解释主要基于经典概念的应用。正因为如此，量子理论的制定出现了重大困难。经典理论假设可以考虑一种物理现象，而不会对其产生根本上不可消除的影响。

对于科莫国际物理学大会上的报告“量子假设和原子理论的最新发展”，鉴于所讨论问题的重要性，玻尔被给予了四倍的时间限制。关于他的报告的讨论占据了大会的其余部分。

“......普遍作用量子的发现，”尼尔斯·玻尔说，“导致需要对观察问题进行进一步分析。从这一发现可以得出经典物理学的整个描述方法（包括相对论）仅在描述中包含的所有作用维度的量值与作用量子相比都大的情况下才适用背带。如果不满足这个条件，就像原子物理现象领域的情况一样，那么一种特殊的规律就会生效，这种规律不能包含在因果描述的框架中……这个结果最初看起来像是然而，矛盾的是，它的解释是，在这个领域，不再可能在物理对象的独立行为与其与用作测量仪器的其他物体的相互作用之间划清界限；这种相互作用必然出现在观察过程中，并且不能直接通过测量概念的含义来考虑......

这种情况实际上意味着物理学在实验数据的分析和综合方面出现了一个全新的局面。它迫使我们用一些更普遍的原则代替经典的因果关系理想，通常称为“互补”。我们借助各种测量仪器获得的关于被研究对象行为的信息，虽然看似不相容，但实际上不能以通常的方式相互直接关联，而必须认为是相辅相成的。

因此，特别是，任何试图一致地分析一个单独的原子过程的“个体性”的尝试都失败了，通过将这样的过程分成单独的部分，这似乎象征着行动的量子，这是失败的原因。这是因为如果我们想在过程中的任何时刻通过直接观察来确定，那么我们需要为此使用测量装置，其使用不符合此过程的规律。过程。

在相对论的公设和互补性原理之间，尽管存在差异，但我们可以看到某种形式上的类比。在于，正如相对论中的一样，由于光速的有限性，在不同参照系中具有不同形状的规律性证明是等价的，所以，在互补性原理中，规律性在各种测量仪器的帮助下研究，由于作用量子的有限性而显得相互矛盾，在逻辑上是相容的。

为了尽可能清楚地描述原子物理学中已经发展起来的情况，从知识论的角度来看这是全新的，我们想在这里首先详细考虑一下这样的情况测量，其目的是控制某些物理过程的时空过程。这种控制最终总是归结为在对象的行为与确定我们使用的时空参考框架的尺度和时钟之间建立一定数量的明确关系。

我们只能谈论研究对象在空间和时间上的独立行为，独立于观察的条件，当描述对所考虑的过程至关重要的所有条件时，我们可以完全忽略对象的相互作用当建立上述连接时，不可避免地会出现这种情况。然而，如果像量子领域的情况那样，这种相互作用本身对所研究现象的进程有很大的影响，情况就会完全改变，尤其是我们必须放弃时空特征之间的联系。一个事件和普遍的动力定律，这是经典描述的特征。守恒。这是因为使用刻度和时钟来建立参考系统，根据定义，排除了考虑在所考虑的现象期间转移到测量设备的动量和能量大小的可能性。

类似地，反之亦然，在公式中本质上使用动量或能量概念的量子定律只能在这样的实验条件下得到验证，即排除对物体时空行为的严格控制。

根据不确定性关系海森堡，不可能在同一个实验中确定原子物体的两个特征——坐标和动量。

但玻尔走得更远。他指出，原子粒子的坐标和动量不仅不能同时测量，而且通常在同一仪器的帮助下。事实上，要测量原子粒子的动量，需要一种极轻的移动“仪器”。但正是因为他的机动性，他的位置非常不确定。要测量坐标，您需要一个非常大的“设备”，当粒子撞击它时它不会移动。但无论她在这种情况下的气势如何变化，我们都不会注意到它。

“由于玻尔，可加性是每个人都可以使用的词和思想转变，”LI 的判断写道并解释说：是的，它们的属性确实是不相容的，但是对于一个原子对象的完整描述，它们都是同样必要的因此并不矛盾，而是相辅相成。

这个关于两个不兼容设备的属性互补性的简单论证很好地解释了互补性原理的含义，但绝不是穷举它。事实上，我们需要的不是仪器本身，而是仅仅为了测量原子对象的属性。 x 坐标和动量 p 是对应于用两台仪器测量的两个属性的概念。在我们熟悉的知识链中——一个现象——一个图像、一个概念、一个公式，互补性原理主要影响量子力学的概念体系及其结论的逻辑。

事实上，形式逻辑的严格规定中有“排中法则”，即：两个相反的陈述，一个为真，一个为假，不能有第三个。在经典物理学中，没有理由怀疑这个规则，因为“波”和“粒子”的概念实际上是相反的，本质上是不相容的。然而事实证明，在原子物理学中，它们同样适用于描述相同对象的属性，并且为了完整的描述，有必要同时使用它们。

玻尔的互补性原则是一种成功的尝试，它将既定概念系统的缺点与我们对世界知识的进步相协调。这一原理扩展了我们思考的可能性，解释了在原子物理学中，不仅概念发生了变化，而且关于物理现象本质的问题的表述也发生了变化。

但互补原理的意义远远超出了它最初产生的量子力学。直到后来，当试图将其扩展到其他科学领域时，它对整个人类知识体系的真正意义才变得清晰。人们可以争论这一步骤的合法性，但不能否认它在所有情况下的成果，即使是那些远离物理学的情况。

“玻尔表明，”波诺马列夫指出，“应用于原子物体的‘波还是粒子？’这个问题被错误地提出了。原子没有这种单独的属性，因此这个问题不允许有明确的答案“是”或“否”。同样，对于以下问题没有答案：“哪个更大：一米还是一公斤？”，以及任何其他类似类型的问题。

原子现实的两个附加属性不能在不破坏我们称为原子的自然现象的完整性和统一性的情况下分开......

...原子物体既不是粒子也不是波，甚至两者都不是。原子对象是第三种东西，不等于波和粒子属性的简单总和。这种原子“东西”超出了我们的五种感官，但它肯定是真实的。我们没有图像和感官来充分想象这个现实的特性。然而，我们基于经验的智力力量，让我们即使没有经验也能知道它。最后（必须承认玻恩是对的），“……现在的原子物理学家已经远离了老式博物学家的田园诗般的想法，他们希望洞察自然的秘密，在自然界中等待蝴蝶的出现。草地。”

作者：萨明 D.K.

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