Кіріспе
Классикалық Ньютон физикасы формальды түрде кішкентай масштабта кванттық механикамен және үлкен масштабтағы салыстырмалылық теориясымен ауыстырылды. Көптеген адамдар күнделікті өмірдегі оқиғаларды қабылдау тәсілімен ойлайтындықтан, классикалық физикаға жаңа философиялық түсіндіру қажет болды. Классикалық механика өзінің бақылау саласында өте жақсы жұмыс істеді, бірақ өте кішкентай масштабта – атомдық деңгейдегі жүйелерде – және заттар өте жылдам қозғалғанда немесе өте массивті болғанда дәл болжамдар жасау мүмкін болмады. Кванттық механика немесе салыстырмалылық теориясының көзімен қарағанда, классикалық физиканың күнделікті тәжірибемізден алынған, нақты дәлелдері жоқ ұғымдарды қамтитынын көреміз. Мысалы, кең таралған идея – барлық бақылаушылар ортақ бір абсолютті уақытқа ие. Тағы бір идея – электрондар ядроның нақты орбиталарымен айналатын миниатюралық планеталар сияқты жекеленген денелер. Сәйкестік принципі бойынша классикалық есептемелер макроскопикалық құбылыстармен айналысқанда кванттық механикаға тең келетін жуықтамалар болып табылады. Классикалық механика кванттық жүйелерді сипаттау үшін қолданылғанда, ультракүлгін катастрофа сияқты қара дене сәулеленуіндегі мәселелер, Гиббс парадоксы және энтропияның нөлдік нүктесінің болмауы сияқты түрлі проблемалар туындайды. Классикалық физика қазіргі физикаға қарағанда қарапайым тілге жақын болғандықтан, бұл тақырып қарапайым тілдің философиялық түсіндіруінің бір бөлігі болып табылады, оның өзге де аспектілері де бар.
Өлшеу процесі
Классикалық механикада белгілі бір қасиеттер – бөлшектің жылдамдығы немесе массасы; газдың температурасы сияқты – қағидат бойынша кез келген қажетті дәлдікпен өлшенуі мүмкін деп есептеледі. Кванттық механикадағы өлшеу мәселесін зерттеу, кез келген объектіні өлшеу өлшеу аппараты мен сол объектінің арасындағы өзара әрекеттесуді қамтитынын көрсетті, бұл оған әлдебір жолмен әсер етеді; бөлшектер деңгейінде бұл әсер міндетті түрде маңызды болады. Күнделікті макроскопиялық деңгейде бұл әсерді азайтуға болады. Сонымен қатар, жай ғана «өлшенетін» қасиеттің классикалық идеализациясы, мысалы, газдың температурасын термометрмен өлшеу, өлшеу құрылғысының қызметі туралы алдын ала мәліметтерді ескермейді. Микродеңгейдегі нысандардың орны мен импульсын дәл анықтау үшін операциялық анықтамаларды жасауға күш жұмсалғанда, физиктер осы деңгейде қолданылатын өлшеу құрылғылары үшін осындай мәліметтер беруге мәжбүр болды. Осы тұрғыдағы маңызды ой эксперименті Хайзенберг микроскопы деп аталады. Адам үшін мәселе – тікелей сезімдік тәжірибесі жоқ шындықтың бір бөлігін қалай дұрыс сипаттау керек. Кванттық салаға жасаған зерттеулерімізде біз үшін ең маңыздысы – ақпарат алуға мүмкіндік беретін оқиғалар арасында не болып жатқаны. Кванттық домен туралы біздің түсінігіміз макродомен құралдары мен сезім мүшелерінің физикалық оқиғалармен өзара әрекеттесуіне негізделген, және бұл өзара әрекеттесулер бізге іздеген ақпаратымыздың барлығын емес, тек бір бөлігін ғана береді. Содан кейін біз осы эксперименттер сериясынан қосымша ақпаратты жанама жолмен алуға тырысамыз. Бұл тұйыққа қадалудың бір түсіндіруін Вернер Гейзенберг 1958 жылғы «Физика және философия» кітабында келтіреді. Физика ғылымның бір бөлігі деп айтуға болады және ол табиғатты сипаттау мен түсінуді мақсат етеді. Кез келген түсінік, ғылыми болсын, болмасын, біздің тілімізге, идеяларды жеткізуге байланысты. Құбылыстардың, тәжірибелердің және олардың нәтижелерінің кез келген сипаттамасы, қарым-қатынас құралы ретінде тілге сүйенеді. Бұл тілдің сөздері күнделікті өмірдің ұғымдарын білдіреді, олар физиканың ғылыми тілінде классикалық физиканың ұғымдарына дейін нақтылануы мүмкін. Бұл ұғымдар – оқиғалар, эксперименттер және олардың нәтижелері туралы түсініксіз қарым-қатынас жасаудың жалғыз құралы. Сондықтан, егер атом физигінен оның тәжірибелерінде не болып жатқанын сипаттауды сұраса, «сипаттау», «нақты» және «болады» деген сөздер тек күнделікті өмірдің немесе классикалық физиканың ұғымдарын білдіре алады. Физик осы негізден бас тартса, ол түсінікті қарым-қатынас құралын жоғалтады және ғылымында жалғаса алмайды. Сондықтан, «не болғаны» туралы кез келген мәлімдеме классикалық ұғымдарға негізделген және термодинамика мен белгісіздік қатынастарына байланысты, атомдық оқиғалардың егжей-тегжейіне қатысты толық емес болады. Кванттық теориялық процесте екі тікелей бақылаудың арасында «не болып жатқанын сипаттау» талабы өзіне қайшы, өйткені «сипаттау» сөзі классикалық ұғымдарды қолдануға қатысты, ал бұл ұғымдарды бақылаулар арасындағы кеңістікте қолдануға болмайды; оларды тек бақылау нүктелерінде қолдануға болады.
We can say that physics is a part of science and as such aims at a description and understanding of nature. Any kind of understanding, scientific or not, depends on our language, on the communication of ideas. Every description of phenomena, of experiments and their results, rests upon language as the only means of communication. The words of this language represent the concepts of daily life, which in the scientific language of physics may be refined to the concepts of classical physics. These concepts are the only tools for an unambiguous communication about events, about the setting up of experiments, and about their results. If therefore the atomic physicist is asked to give a description of what really happens in his experiments, the words "description" and "really" and "happens" can only refer to the concepts of daily life or of classical physics. As soon as the physicist gave up this basis he would lose the means of unambiguous communication and could not continue in his science. Therefore, any statement about what has "actually happened" is a statement in terms of the classical concepts and because of thermodynamics and of the uncertainty relations by its very nature incomplete with respect to the details of the atomic events involved. The demand to "describe what happens" in the quantum theoretical process between two successive observations is a contradiction in adjecto, since the word "describe" refers to the use of the classical concepts, while these concepts cannot be applied in the space between the observations; they can only be applied at the points of observation.
Кванттық механика мен арнайы салыстырмалылық теориясындағы бақылаудың басымдығы
Кванттық механика да, арнайы салыстырмалылық теориясы да классикалық механикадан өзгешелігін байқаулардың басымдығын мойындаумен және байқау мүмкін емес ұғымдарды қабылдаудан бас тартумен бастайды. Осылайша, арнайы салыстырмалылық теориясы классикалық механикада қабылданған абсолютті бір уақытты жоққа шығарады; ал кванттық механика жүйенің қасиеттері (мысалы, нақты орны) туралы макродеңгейдегі байқаулармен байланыстырылатын болмаса, сөйлеуге рұқсат етпейді. Орналасу мен импульс – бізді күтіп, табуға болатын нәрсе емес, олар белгілі бір амалдарды орындау нәтижесінде алынатын мәліметтер.