Соотношение неопределенностей Гейзенберга

Сам Бор любил приводить  пример из биологии, связанный с  жизнью клетки, роль которой вполне подобна значению атома в физике. Если атом — последний представитель  вещества, который еще сохраняет  его свойства, то клетка — это  самая малая часть любого организма, которая все еще представляет жизнь в ее сложности и неповторимости. Изучить жизнь клетки — значит узнать все элементарные процессы, которые в ней происходят, и при этом понять, как их взаимодействие приводит к совершенно особому состоянию материи — к жизни.

При попытке выполнить  эту программу оказывается, что  одновременное сочетание такого анализа и синтеза неосуществимо. В самом деле, чтобы проникнуть в детали механизмов клетки, мы рассматриваем  ее в микроскоп — сначала обычный, затем электронный — нагреваем  клетку, пропускаем через нее электрический  ток, облучаем, разлагаем на составные  части... Но чем пристальнее мы станем изучать жизнь клетки, тем сильнее  мы будем вмешиваться в ее функции  и в ход естественных процессов, в ней протекающих. В конце  концов, мы ее разрушим и поэтому  ничего не узнаем о ней как о  целостном живом организме.

И все же ответ на вопрос «Что такое жизнь?» требует анализа  и синтеза одновременно. Процессы эти несовместимы, но не противоречивы, а лишь дополнительны — в смысле Бора. И необходимость учитывать  их одновременно — лишь одна из причин, по которой до сих пор не существует полного отверз на вопрос о сущности жизни.

Как и в живом организме, в атоме важна целостность  его свойств «волна — частица». Конечная делимость материи породила не только конечную делимость атомных явлений — она привела также X пределу делимости понятий, с помощью которых мы эти явления описываем.

Часто говорят, что правильно  поставленный вопрос — уже половина ответа. Это не просто красивые слова.

Правильно поставленный вопрос — это вопрос о тех свойствах  явления, которые у него действительно  есть. Поэтому такой вопрос уже  содержат в себе все понятия, которые  необходимо использовать в ответе. На идеально поставленный вопрос можно  ответить коротко: «да» или «нет». Бор  показал, что вопрос «Волна или частица?»  в применении к атомному объекту  неправильно поставлен. Таких раздельных свойств у атома нет, и потому вопрос не допускает однозначного ответа «да» или «нет». Точно так же, как нет ответа у вопроса: «Что больше: метр или килограмм?», и у всяких иных вопросов подобного типа.

Два дополнительных свойства атомной реальности нельзя разделить, не разрушив при этом полноту и  единство явления природы, которое  мы называем атомом. В мифологии  такие случаи хорошо известны: нельзя разрезать на две части кентавра, сохранив при этом в живых и  коня и человека.

 
Неделимость

Атомный объект — это  и не частица, и не волна и даже ни то, ни другое одновременно. Атомный  объект — это нечто третье, не равное простой сумме свойств волны и частицы. Это атомное «нечто» недоступно восприятию наших пяти чувств, и тем не менее оно, безусловно, реально. У нас нет образов и органов чувств, чтобы вполне представить себе свойства этой реальности. Однако сила нашего интеллекта, опираясь на опыт, позволяет познать ее и без этого. В конце концов (надо признать правоту Борна), «...теперь атомный физик далеко ушел от идиллических представлений старомодного натуралиста, который надеялся проникнуть в тайны природы, подстерегая бабочек на лугу».

Когда Гейзенберг отбросил идеализацию классической физики —  понятие «состояние физической системы, независимое от наблюдения», — он тем самым предвосхитил одно из следствий  принципа дополнительности, поскольку понятия «состояние» и «наблюдение» — дополнительные в смысле Бора. Взятые в отдельности, они неполны и поэтому могут быть определены только совместно, друг через друга. Говоря строго, эти понятия вообще не существуют порознь: мы всегда наблюдаем не вообще нечто, а непременно какое-то состояние. И наоборот: всякое «состояние» — это вещь в себе до тех пор, пока мы не найдем способ его «наблюдения».

Взятые по отдельности  понятия: волна, частица, состояние  системы, наблюдение системы — это  некие абстракции, не имеющие отношения  к атомному миру, но необходимые  для его понимания. Простые, классические картины дополнительны в том  смысле, что для полного описания природы необходимо гармоничное  слияние этих двух крайностей, но в  рамках привычной логики они могут  сосуществовать без противоречий лишь в том случае, если область их применимости взаимно ограничена.

Много размышляя над этими  и другими похожими проблемами, Бор  пришел к выводу, что это не исключение, а общее правило:всякое истинно глубокое явление природы не может быть определено однозначно с помощью слов нашего языка и требует для своего определения по крайней мере двух взаимоисключающих дополнительных понятий. Это означает, что при условии сохранения нашего языка и привычной логики мышление в форме дополнительности ставит пределы точной формулировке понятий, соответствующих истинно глубоким явлениям природы. Такие определения либо однозначны, но тогда неполны, либо полны, но тогда неоднозначны, поскольку включают в себя дополнительные понятия, несовместимые в рамках обычной логики. К таким понятиям относятся понятия «жизнь», «атомный объект», «физическая система» и даже само понятие «познание природы».

 
Взаимоисключающие понятия

С давних пор известно, что  наука — это лишь один из способов изучить окружающий мир. Другой, дополнительный, способ воплощен в искусстве. Само совместное существование искусства и науки  — хорошая иллюстрация принципа дополнительности. Можно полностью уйти в науку или всецело жить искусством - оба эти подхода к жизни одинаково правомерны, хотя взятые по отдельности и неполны. Стержень науки — логика и опыт. Основа искусства — интуиция и прозрение. Но искусство балета требует математической точности, а «...вдохновение в геометрии столь же необходимо, как и в поэзии» Они не противоречат, а дополняют друг друга: истинная наука сродни искусству — точно так же, как настоящее искусство всегда включает в себя элементы науки. В высших своих проявлениях они неразличимы и неразделимы, как свойства «волна — частица» в атоме. Они отражают разные, дополнительные стороны человеческого опыта и лишь взятые вместе дают нам полное представление о мире. Неизвестно, к сожалению, только «соотношение неопределенностей» для сопряженной пары понятий «наука — искусство», а потому и степень ущерба, который мы терпим при одностороннем восприятии жизни.

Конечно, приведенная аналогия, как и всякая аналогия, и неполна  и нестрога. Она лишь помогает нам  почувствовать единство и противоречивость всей системы человеческих знаний.

Список литературы:

1. Пономарев Л. По ту сторону кванта - 1971(Глава 8);
2. Кудрявцев П.С. Курс истории физики - 1982;
3. Ресурсы сети Интернет.