Страсти по неопределённости

Фрагмент из книги Вернера Гейзенберга был опубликован в журнале "Природа" в 1985 г. №10. Гейзенберг вспоминает эпизод обсуждения соотношения неопределённостей в 1927 г. Проблема была такая: можно ли в квантовой механике решить ситуацию, при которой электрон приблизительно находится в определённом месте и при этом приблизительно обладает заранее данной скоростью, и можно ли сделать эту неточность настолько малой, чтобы не возникло расхождения с экспериментальными данными?  Было установлено, что подобную ситуацию можно математически изобразить и произведение неопределённостей не может быть меньше кванта действия Планка.

Гейзенберг вспоминает, что обсуждение проблемы квантовой теории велось не только в конференц-зале, но и в ресторане отеля. Бор и Эйнштейн несли основную тяжесть этой борьбы за новое толкование квантовой теории. Эйнштейн не хотел допустить в детерминированные процессы неопределённости: "Бог не играет в кости". Поэтому Эйнштейн не мог примириться с соотношением неопределённости и стал придумывать мысленные эксперименты. Спор начинался обычно рано утром и за завтраком Эйнштейн объявлял какой-нибудь мысленный эксперимент, опровергающий соотношение неопределённостей. Но на общем ужине Нильс Бор доказывал Эйнштейну, что мысленный эксперимент не может привести к преодолению соотношения неопределённостей. Однако уже на следующее утро за завтраком у Эйнштейна был готов ещё один новый мысленный эксперимент,   призванный теперь уже по-настоящему показать недействительность соотношения неопределённостей. Однако к вечеру и эта попытка кончалась не лучше, чем предыдущая.

Гейзенберг комментирует ресторанные "бодания" с представлениями Эйнштейна, что объективный мир физических процессов протекает по незыблемым законам и математические символы теоретической физики призваны отразить этот объективный мир и тем самым сделать возможным предсказывать его будущее поведение. А гадкие кванты утверждают, что такого объективного мира в пространстве и времени не существует и математические символы теоретической физики отражают только возможное, а не фактическое.

Возможно, Гейзенберг прав. Но у меня другое объяснение таким мысленным экспериментам ниспровергателя неопределённостей.

Другой пример без ресторанных "боданий" с запретом соотношения неопределённостей произошёл в России. Георгий Гамов в 1932 г., в 28 лет, был избран член-корреспондентом АН СССР. В то же время Гамов почувствовал изменения в отношении положения учёных в СССР. Его не выпустили в Рим на Международный конгресс по ядерной физике. На лекциях запретили упоминать принцип неопределённости Гейзенберга, который противоречил диалектическому материализму. Тогда учёный с женой-красавицей сбежал из СССР от диалектических материалистов к стихийным материалистам и идеалистам.

Но вернёмся к ниспровергателю соотношения неопределённостей. В 1905 г. Эйнштейн гипотезу световых квантов Планка применил для объяснения фотоэффекта. Эйнштейн стал рассматривать световой квант как элементарную неделимую частицу, подчиняющуюся тем же кинематическим законам, что и частицы вещества. Происходит столкновение фотонов с электронами металла, электрон получает всю энергию фотона мгновенно и вылетает из металла, Видимо, фотон как бильярдный шар вышибает электрон.

Как Эйнштейн представлял эту частицу, состоящую из миллиона периодов колебаний эл. магн. волны?  Видимо, это иглообразный поток частиц. Если кванты света состоят из миллиона периодов колебаний, то как электрон получает кинетическую энергию мгновенно? И главное, квант света имеет длительность во времени и, соответственно, имеет частотный спектр. А вот здесь снова появляется соотношение неопределённостей, но в спектрально-временных представлениях: чем больше длительность кванта во времени, тем меньше ширина спектра и наоборот. Тем не менее, Эйнштейн получил формулы для объяснения фотоэффекта и получил Нобелевскую премию по физике.

Получается, что кинематическими законами механики можно математически правильно объяснить фотоэффект. С этим фактом можно было бы согласиться, но венгерский физик Пала Зелени экспериментально доказал Эйнштейну, что атом излучает обычные сферически расходящиеся эл. магн. волны и Эйнштейн был вынужден с этим согласиться. На склоне лет Эйнштейн даже признался, что за полвека раздумий не продвинулся в понимании вопроса о природе фотона ни на шаг.

Ключ к пониманию фотоэффекта на основе волновых представлений был предложен немецким физиком Паулем Друде. Электроны в металле обладают собственным периодом колебаний. Существует явление резонанса - это резкое возрастание амплитуды колебаний при частоте вынуждающей силы, равной или близкой к собственной частоте резонансной системы. Поэтому процесс "выталкивания" электронов из металла можно объяснить следствием резонанса и электрон пробретает кинетическую энергию постепенно. Явление резонанса является причиной фотоэффекта. Подтверждением такого представления является селективный (избирательный) фотоэффект: вблизи некоторых частот фототок возрастает, как при резонансе.

Если фотоэффект можно объяснить простыми кинематическими законами механики, то неопределённости из физики необходимо исключить, что и пытался сделать Эйнштейн.

У меня были свои "разборки" с соотношением неопределённости в спектрально-временных представлениях. Популярное изложение можно посмотреть:
"Принцип неопределённости и парадокс нулевой частоты".
"Классический принцип неопределённости".

"То, что полностью контролируется, никогда не бывает вполне реальным. То, что реально, никогда не бывает вполне контролируемым". Владимир Набоков.