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DÉCOUVERTES SCIENTIFIQUES LES PLUS IMPORTANTES
Le principe de complémentarité. Histoire et essence de la découverte scientifique
Annuaire / Les découvertes scientifiques les plus importantes Un principe très précis et volumineux Bor appelée complémentarité - l'une des idées philosophiques et scientifiques naturelles les plus profondes de l'époque actuelle. Seules des idées telles que le principe de relativité ou l'idée d'un champ physique peuvent lui être comparées. "Dans les années qui ont précédé le discours de N. Bohr à Côme, il y a eu de nombreuses discussions sur l'interprétation physique de la théorie quantique", écrit W. I. Frankfurt. théorie des quanta - dans le postulat selon lequel tout processus atomique est caractérisé par une discontinuité, étranger à la théorie classique. La théorie quantique reconnaît comme l'une de ses principales dispositions les limites fondamentales des concepts classiques lorsqu'ils sont appliqués aux phénomènes atomiques, ce qui est étranger à la physique classique, mais en même temps, l'interprétation du matériel empirique repose principalement sur l'application de concepts classiques. De ce fait, des difficultés importantes surgissent dans la formulation de la théorie quantique. La théorie classique suppose qu'un phénomène physique peut être considéré sans avoir sur lui une influence fondamentalement inamovible. Pour le rapport au Congrès international de physique de Côme "Postulat quantique et derniers développements de la théorie atomique" compte tenu de l'importance des problèmes discutés, Bohr s'est vu accorder quatre fois le délai. La discussion de son rapport occupa le reste du congrès. "... La découverte du quantum universel d'action", a déclaré Niels Bohr, "a conduit à la nécessité d'une analyse plus approfondie du problème de l'observation. Il découle de cette découverte que toute la méthode de description caractéristique de la physique classique (y compris la théorie de la relativité) ne reste applicable que tant que toutes les grandeurs de la dimension d'action incluses dans la description sont grandes par rapport au quantum d'action Sangle. Si cette condition n'est pas satisfaite, comme c'est le cas dans le domaine des phénomènes de la physique atomique, alors des régularités d'un genre particulier entrent en vigueur, qui ne peuvent être incluses dans le cadre d'une description causale ... Ce résultat, qui semblait initialement le paradoxe trouve cependant son explication dans le fait que dans ce domaine il n'est plus possible de tracer une ligne claire entre le comportement indépendant d'un objet physique et son interaction avec d'autres corps utilisés comme instruments de mesure ; une telle interaction naît nécessairement dans le processus d'observation et ne peut être directement prise en compte par le sens même du concept de mesure... Cette circonstance signifie en fait l'émergence d'une situation complètement nouvelle en physique par rapport à l'analyse et à la synthèse des données expérimentales. Cela nous oblige à remplacer l'idéal classique de causalité par un principe plus général, généralement appelé "complémentaire". Les informations sur le comportement des objets étudiés que nous obtenons à l'aide de divers instruments de mesure, bien qu'apparemment incompatibles, ne peuvent en réalité pas être directement liées les unes aux autres de la manière habituelle, mais doivent être considérées comme complémentaires les unes des autres. Ainsi, en particulier, l'échec de toute tentative d'analyse cohérente de "l'individualité" d'un processus atomique séparé, qui, semble-t-il, symbolise le quantum d'action, en divisant un tel processus en parties séparées, s'explique par l'échec. Ceci est dû au fait que si l'on veut fixer par observation directe n'importe quel moment du déroulement du processus, alors il faut utiliser pour cela un appareil de mesure dont l'utilisation ne peut être conforme aux lois du déroulement de ce processus. traiter. Entre le postulat de la théorie de la relativité et le principe de complémentarité, avec toutes leurs différences, on peut voir une certaine analogie formelle. Elle réside dans le fait que, tout comme dans la théorie de la relativité, des régularités qui ont une forme différente dans des référentiels différents en raison de la finitude de la vitesse de la lumière s'avèrent équivalentes, ainsi, dans le principe de complémentarité, des régularités étudiés à l'aide de divers instruments de mesure et semblant contradictoires du fait de la finitude du quantum d'action, sont logiquement compatibles. Afin de donner une image aussi claire que possible de la situation qui s'est développée en physique atomique, qui est tout à fait nouvelle du point de vue de la théorie de la connaissance, nous voudrions ici tout d'abord examiner en détail de telles mesures, dont le but est de contrôler le cours spatio-temporel d'un processus physique. Un tel contrôle revient finalement toujours à établir un certain nombre de relations univoques entre le comportement d'un objet et les échelles et horloges qui déterminent le référentiel spatio-temporel que nous utilisons. On ne peut parler du comportement indépendant de l'objet d'étude dans l'espace et dans le temps, indépendant des conditions d'observation, que lorsqu'on décrit toutes les conditions indispensables au processus considéré, on peut complètement négliger l'interaction de l'objet avec l'appareil de mesure, ce qui se produit inévitablement lorsque les connexions ci-dessus sont établies. Si toutefois, comme c'est le cas dans le domaine quantique, une telle interaction a elle-même une grande influence sur le déroulement du phénomène étudié, la situation change complètement, et il faut notamment abandonner le lien entre les caractéristiques spatio-temporelles de un événement et les lois dynamiques universelles, caractéristiques de la description classique. Cela découle du fait que l'utilisation d'échelles et d'horloges pour établir un système de référence exclut par définition la possibilité de prendre en compte la quantité de mouvement et l'énergie transférées à l'appareil de mesure lors du phénomène considéré. De même, et inversement, les lois quantiques, dans la formulation desquelles les concepts de quantité de mouvement ou d'énergie sont essentiellement utilisés, ne peuvent être vérifiées que dans de telles conditions expérimentales, lorsqu'un contrôle strict du comportement spatio-temporel de l'objet est exclu. D'après la relation d'incertitude Heisenberg, il est impossible de déterminer les deux caractéristiques d'un objet atomique - coordonnée et quantité de mouvement - dans la même expérience. Mais Bohr est allé plus loin. Il a noté que la coordonnée et la quantité de mouvement d'une particule atomique ne peuvent pas être mesurées non seulement simultanément, mais en général à l'aide du même instrument. En effet, pour mesurer la quantité de mouvement d'une particule atomique, il faut un "instrument" mobile extrêmement léger. Mais justement à cause de sa mobilité, sa position est très incertaine. Pour mesurer la coordonnée, vous avez besoin d'un "appareil" très massif qui ne bougerait pas lorsqu'une particule le heurterait. Mais peu importe comment son élan change dans ce cas, nous ne le remarquerons même pas. "L'additionnalité est ce mot et cette tournure de pensée qui sont devenus accessibles à tous grâce à Bohr", écrit L.I. jugements et expliqué: oui, leurs propriétés sont en effet incompatibles, mais pour une description complète d'un objet atomique, les deux sont également nécessaires et donc ne se contredisent pas, mais se complètent. Ce simple argument sur la complémentarité des propriétés de deux dispositifs incompatibles explique bien le sens du principe de complémentarité, mais ne l'épuise nullement. En fait, nous avons besoin d'instruments non pas par eux-mêmes, mais uniquement pour mesurer les propriétés des objets atomiques. L'abscisse et la quantité de mouvement p sont les concepts qui correspondent à deux propriétés mesurées avec deux instruments. Dans la chaîne de connaissances qui nous est familière - un phénomène - une image, un concept, une formule, le principe de complémentarité affecte principalement le système de concepts de la mécanique quantique et la logique de ses conclusions. Le fait est que parmi les dispositions strictes de la logique formelle, il y a la «règle du tiers exclu», qui dit: de deux énoncés opposés, l'un est vrai, l'autre est faux et il ne peut y avoir de troisième. En physique classique, il n'y avait pas lieu de douter de cette règle, puisque les notions d'« onde » et de « particule » y sont en réalité opposées et essentiellement incompatibles. Il s'est avéré, cependant, qu'en physique atomique, les deux sont également applicables pour décrire les propriétés des mêmes objets, et pour une description complète, il est nécessaire de les utiliser simultanément. Le principe de complémentarité de Bohr est une tentative réussie de concilier les lacunes d'un système établi de concepts avec les progrès de notre connaissance du monde. Ce principe a élargi les possibilités de notre pensée, expliquant qu'en physique atomique, non seulement les concepts changent, mais aussi la formulation même des questions sur l'essence des phénomènes physiques. Mais l'importance du principe de complémentarité va bien au-delà de la mécanique quantique, où il est né à l'origine. Ce n'est que plus tard - en essayant de l'étendre à d'autres domaines de la science - que sa véritable signification pour l'ensemble du système de la connaissance humaine est devenue claire. On peut argumenter sur la légitimité d'une telle démarche, mais on ne peut nier sa fécondité dans tous les cas, même ceux éloignés de la physique. "Bohr a montré", note Ponomarev, "que la question 'Onde ou particule ?', telle qu'appliquée à un objet atomique, est posée de manière incorrecte. L'atome n'a pas de telles propriétés distinctes, et donc la question ne permet pas une réponse sans ambiguïté " oui » ou « non ». De la même manière, puisqu'il n'y a pas de réponse à la question : « Quel est le plus grand : un mètre ou un kilogramme ? », et toute autre question du même type. Deux propriétés supplémentaires de la réalité atomique ne peuvent être séparées sans détruire la complétude et l'unité du phénomène naturel que nous appelons l'atome... ...Un objet atomique n'est ni une particule ni une onde, et même ni l'un ni l'autre à la fois. Un objet atomique est quelque chose de tiers, non égal à la simple somme des propriétés d'une onde et d'une particule. Ce "quelque chose" atomique est au-delà de nos cinq sens, et pourtant il est certainement réel. Nous n'avons pas d'images et de sens pour imaginer pleinement les propriétés de cette réalité. Cependant, la force de notre intellect, basé sur l'expérience, nous permet de le savoir sans lui. Au final (il faut avouer que Born avait raison), "... désormais le physicien de l'atome s'est éloigné des idées idylliques du naturaliste à l'ancienne qui espérait percer les secrets de la nature, à l'affût des papillons dans la prairie." Auteur : Samin D.K.
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