Принцип определенности: координата и импульс микрочастицы существуют одновременно

ФИЛОСОФИЯ

РЕЛИГИЯ

МИФ

3

Вестник Челябинского государственного университета. 2018. № 2 (412).

Философские науки. Вып. 47. С. 11—17.

УДК 11/12

ББК 87.21

ПРИНЦИП ОПРЕДЕЛЕННОСТИ: КООРДИНАТА И ИМПУЛЬС МИКРОЧАСТИЦЫ СУЩЕСТВУЮТ ОДНОВРЕМЕННО

М. Г. Годарев-Лозовский

Санкт-Петербургское отделение Российского философского общества, Санкт-Петербург, Россия

Теория физического пространства и движения порождает дуализм: темпоральность — атемпоральность, что проявляется в не связанных друг с другом динамиках импульса и координаты квантовой частицы. Неравенства Гейзенберга обусловливаются, в частности, логическим требованием практически бесконечно малой продолжительности актуальных величин координаты и импульса частицы. В результате возникает частотная интерпретация волновой функции как относительной частоты определенных значений координаты и импульса микрообъекта. Обоснована непрерывность в пространстве и во времени материальной среды, заполняющей мировое пространство. Сформулирован следующий из неравенств Гейзенберга онтологический принцип определенности: координата и импульс квантовой микрочастицы (независимо друг от друга и от измерения) существуют одновременно.

Ключевые слова: атемпоральность, бестраекторность, волновая функция, дополнительность, индетерминизм, квантовая механика, неравенства Гейзенберга.

Принцип атемпоральности элементарного (неделимого) перемещения квантовой частицы

Ранее нами предложена теория физического пространства и движения и принцип атемпоральности: некоторые параметры квантового микрообъекта, в том числе координаты, изменяются атемпорально [1].

Основания принципа:

А) Общефилософское: теория физического пространства и движения атемпораль-ностью перемещения разрешает многовековые апории Зенона. Теория включает следующие постулаты: абсолютная пустота в природе отсутствует, а потому реальное плоское пространство, заполненное материей, актуально бесконечно делимо; элементарное (далее неделимое) перемещение-те-лепортация микрочастицы бестраекторно

и атемпорально; из последовательных элементарных перемещений атомов складывается темпоральное движение макротела [Там же].

Б) Научное: бестраекторность квантовой частицы.

В) Научно-философское: отсутствие вектора скорости в формуле импульса квантовой частицы.

Г) Экспериментальное: квантовые скачки координат частицы, в том числе при тунне-лировании. В координатном представлении туннелирование частицы в пространстве реализуется скачком, дискретно: оно не описывается уравнением Шредингера, структура зон в области туннелирования неизвестна, при этом волновые пакеты под барьером не распространяются, а расплываются [2].

Все перечисленное свидетельствует в пользу атемпорального (неклассического) характера движения в пространстве квантовой частицы.

Но что же однозначно темпорально в квантовой механике?

Принцип темпоральности динамики импульса квантовой частицы

Определим физический процесс как динамику системы, связанную со временем. В этом случае динамика импульса — это процесс.

Основания принципа:

A) Общефилософское: нераспространение принципа атемпоральности на динамику импульса частицы (импульсное представление в квантовой теории задается независимо от координатного, а спектр собственных значений оператора импульса непрерывен).

Б) Научное: академик Л. Келдыш, предметом исследований которого на протяжении всей жизни был квантовый туннельный эффект, по существу, приходит к выводу: импульс туннелирующей частицы в отличие от координаты непрерывно изменяется во времени по классическому закону, а туннелирование в пространстве через запрещенную зону реализуется с сохранением мгновенного значения квазиимпульса [2].

B) Научно-философское: импульс квантовой частицы связан с длиной и частотой его волны во времени.

Г) Экспериментальные: в отличие от координатного в импульсном представлении известна структура зон в области туннелиро-вания, которое последовательно реализуется вдоль оси энергий [Там же].

Но каким образом сочетаются темпоральность и атемпоральность?

Индетерминистическая интерпретация неравенств Гейзенберга координата — импульс

Неравенства Гейзенберга — это математическое выражение, которое лежит в основании всей квантовой механики. Соотношение неопределенностей — это неравенства Гейзенберга, справедливо интерпретируемые инструменталистами как невозможность одновременно точного измерения некоторого рода величин. Чем определеннее одна величина, тем неопределеннее другая. Мы полагаем, однако, что принцип неопределенности — это неверное название этих неравенств, так как предполагает фундаментальную роль неопределенности. Известно, что квантовая теория не запрещает сколь угодно точное определение каждой из не-

коммутирующих величин, но по отдельности, и, учитывая это обстоятельство, неопределенность не выступает как фундаментальное понятие. Совершенно естественно, что в момент измерения одной величины другая — неопределенна. Неопределенность не может быть сущностным, онтологическим свойством самого микрообъекта, имея отношение лишь к познавательной ситуации.

Иногда говорят о неравенствах Гейзенберга координата — скорость. Однако некорректность подобного обозначения неравенств показывает неопределенность координаты электрона, например, в атоме водорода, которая в несколько раз больше пути, который мог бы пройти электрон за единицу времени с приписываемой ему в квазиклассическом приближении скоростью.

Как уже отмечалось, вектор скорости не имеет отношения к импульсу квантовой частицы: первый у нее просто отсутствует, притом что групповая скорость характерна исключительно ее волне. Известно, что координата и импульс — это не-коммутирующие величины в квантовой механике. «Из того, что некоммутирующие величины не существуют друг относительно друга, не следует, что они не существуют независимо друг от друга и независимо от измерения» [3].

Как же соотносятся временная и вневременная реальности в основании квантовой механики? Стало общеизвестным утверждение Р. Фейнма-на, что квантовую механику никто не понимает. А поиск скрытых смыслов этой науки многие физики и философы считают чуть ли не дурным тоном. При этом справедливо полагают, что неравенства Гейзенберга для координаты и импульса не являются следствием несовершенства измерительного прибора. Предпосылкой предлагаемой индетерминистической интерпретации неравенств Гейзенберга может служить утверждение, что динамика импульса квантовой частицы не связана с динамикой ее координат, то есть динамика импульса реализуется во времени, а динамика координаты — в пространстве. Выражаясь физически, говорят, что импульс частицы p не является функцией координаты частицы х [4. С. 34]. При этом квантовая теория не запрещает сколь угодно точное определение как импульса, так и координаты по отдельности. Отметим, что эта общепринятая трактовка неравенств Гейзенберга в квантовой механике действительно констатирует фундаментальный научный факт, но не обнаруживает при этом его причин.

А. Севальников отмечает, что квантовую механику допустимо рассматривать как в импульсном, так и в координатном математическом представлении: они симметричны (но — не тождествен-

ны! — М. Г.-Л.). При этом возникает парадокс: как можно оторвать импульс от координат частицы? Ю. Владимиров пытается этот парадокс разрешить допущением, что координаты — это параметр из прошлого, а импульс — это параметр из будущего [5].

Однако существует еще один известный неординарный выход из этого концептуального тупика. Согласно В. Бернштейну, оба параметра, то есть импульс и координаты, раздельно физически не существуют, а в процессе измерения регистрируется единственный параметр — действие, но оно регистрируется либо как импульс, либо как координаты, в зависимости от того, как отградуирован прибор [6. С. 200—205].

С нашей точки зрения, действительно можно согласиться с В. Бернштейном, что мы измеряем одно и то же — то есть действие, но либо в пространстве (например, точечный след электрона на экране), либо во времени, то есть отклонение стрелки прибора при регистрации импульса. Но можно согласиться и с Ю. Владимировым в том, что, регистрируя координаты, мы измеряем параметр из прошлого, однако, регистрируя импульс мы измеряем параметр, который изменяется во времени. Мы уже установили ранее, что в противоположность динамике импульса координата изменяется вне времени, то есть атемпорально.

Основания индетерминистической интерпретации:

A) Общефилософское: известно, что в широком смысле под индетерминизмом понимается отсутствие связи. Мы установили также, что темпоральная динамика импульса — это процесс, а атемпоральная динамика координаты не связана со временем, то есть не является процессом.

Б) Научное: в импульсном представлении частота плавно изменяется в течении импульса. Однако в координатном представлении координаты изменяются скачком, дискретно [2].

B) Научно-философское: мы полагаем, что неравенства Гейзенберга допустимо интерпретировать как отсутствие классической связи между динамиками импульса и координаты. Если сила сообщает классической частице импульс и в результате изменяется ее координата, то импульс в квантовой механике не связан с изменением координаты частицы. На этом основании многие ученые ошибочно полагают, что отсутствие физической причины динамики координаты указывает на нарушение причинности в микромире. Однако причина чего-либо может носить и метафизический характер, но она в любом

случае не должна нарушать классической логики.

Четыре логических условия реализации неравенств Гейзенберга координата — импульс

Научной общественности хорошо известен первый постулат Гейзенберга: вне зависимости от конструкции измерительного прибора и метода измерения Х-координаты точечной частицы в тот момент, когда эта координата измеряется, обязательно изменяется значение Х-составляющей и импульса частицы. Действительно, в неравенствах Гейзенберга момент времени ? символизирует мгновение одновременного измерения одной величины и изменения другой! [7]. Спиноза утверждал, что неумение измерить не является доказательством в том числе, добавим, доказательством фундаментального характера неопределенности. На самом деле доказательством является непротиворечивое рассуждение. Реализация неравенств Гейзенберга не может быть логически противоречивой и нарушать закон исключенного третьего. Широко известно высказывание Д. Гильберта: «Запретить математику пользоваться законом исключенного третьего — все равно что запретить боксеру пользоваться кулаками». Известно также, что Н. Бор категорически возражал против мнения о нарушении этого закона в атомной физике [8].

Мы полагаем, что неравенства Гейзенберга не действуют в физической реальности в случае отказа от любого из обозначенных ниже логических условий:

1) темпоральность динамики процессов, в том числе динамики импульса квантовой частицы;

2) атемпоральность динамики координаты квантовой частицы;

3) микротемпоральность (практически бесконечно малая продолжительность) актуализации определенных значений координаты и импульса квантовой частицы. В данном случае под практически бесконечно малой продолжительностью понимается временной промежуток, значительно меньший, чем планковское время, то есть

& < 10-44с.

Основание микротемпоральности: принцип суперпозиции, трактуемый как мгновенная реализация квантовой частицей всех вероятных возможностей одномоментно;

4) асинхронистичность динамики импульса и координаты квантовой частицы.

Основание асинхронистичности: термин «синхронистичность» ввел в науку К. Юнг. Естественно, что в природе не все динамки синхронизируются. Мы уже отмечали, что в отличие от импульса классической частицы в квантовой механике импульс частицы не является функцией ее координаты. Именно в связи с этим обстоятельством для квантовой частицы (в отличие от классической) невозможна синхронизация обеих динамик, то есть темпоральной и атемпоральной, а динамика импульса запаздывает за динамикой координаты. Не исключено, что известные эксперименты академика Н. Басова по мгновенной телепортации в пространстве на макрорасстояние электромагнитного импульса обнаруживают аналогичный «эффект запаздывания» [9. С. 23]. В настоящей работе уже отмечен факт межзонного квантового туннелирования с сохранением мгновенного значения квазиимпульса, на который указывает Л. Келдыш [2]. Однако в квантовой механике синхронистичность тоже проявляется, но иначе, чем в классической механике: в микромире, например, могут синхронно изменяться состояния многих запутанных частиц, в том числе в известных экспериментах А. Аспека.

Принцип квантовой суперпозиции и условие микротемпоральности приводят к идее мгновенной частоты посещения частицей всех ее вероятных координат. Но что описывает волновая функция?

Частотная интерпретация волновой функции

С помощью математического пространства волновая функция описывает относительную частоту посещения индивидуальной частицей в данный момент времени различных точек реального пространства.

Основания частотной интерпретации волновой функции:

A) Общефилософское: реальная частица не может существовать вне реального пространства.

Б) Научное: известно, что волновая функция нормирована, то есть вероятность обнаружения квантовой частицы на бесконечном пространстве равна 1, иначе выражаясь — частица обязательно должна где-то находиться.

B) Научно-философское: частотная интерпретация классической вероятности как относительной частоты события при большом

числе испытаний может распространяться на волновую функцию [10].

Еще академик В. Фок отмечал: «Волновая функция существует не всегда, и не всегда она меняется по уравнению Шредингера; при известных условиях она просто зачеркивается и заменяется другой (так называемая редукция волнового пакета). Очевидно, что такого рода «мгновенное изменение» не согласуется с понятием поля» [11. С. 461]. Мы еще коснемся этого понятия несколько позже. Но что происходит с частицей в краткое мгновение ее нахождения в некоторой точке пространства? Естественно, что она взаимодействует со средой. Что же представляет собой эта среда?

Концепция непрерывности материальной среды, заполняющей мировое пространство

Постулат № 1: непрерывность материальной среды в пространстве

Основания:

A) Общефилософское: отсутствие абсолютной пустоты в природе и теория физического пространства и движения [1].

Б) Научное: обобщение S-теоремы Климон-товича с термодинамической среды на всю материальную среду как таковую: непрерывная среда порождает дискретные структуры ^-теорема Климонтовича как закон уменьшения энтропии: если за точку отсчета принять «равновесное состояние», отвечающее нулевым значениям управляющего параметра, то по мере удаления от равновесного состояния вследствие изменения управляющего параметра значения энтропии, отнесенные к заданному значению средней энергии, уменьшаются [12]).

B) Научно-философское: в отличие от материальной среды поля как математические функции координат и времени (по определению Р. Фейнмана) не могут заполнять физическое пространство. Между полями и физической средой такое же различие, как между виртуальной (математической) частицей и реальной (физической), которая подчиняется закону сохранения энергии. Таким образом, физическое поле — это не что иное, как математическое средство описания взаимодействий среды и частиц. При этом совершенно очевидно, что неподвижный эфир, как его представляли еще до начала прошлого века, безвозвратно утрачен для науки.

Постулат № 2: непрерывность материальной среды во времени

Основания:

A) Общефилософское: полная тождественность самому себе материального объекта, взаимодействующего со средой, реализуется в промежуток времени (интервал отождествления), который стремится к нулю [13]. В этой связи характерно, что квантовая частица, появляясь в каждой точке облака вероятности множество раз за мгновение, имеет каждый раз новый импульс.

Б) Научно-философское: требование непрерывности волновой функции в математическом аппарате квантовой механики.

B) Экспериментальное: нулевые колебания вакуума и порождаемые ими квантовые флуктуации указывают на экстратемпоральную динамику (постоянное бурление) материальной среды.

Таким образом, мы можем констатировать, что онтология пространства, среды и движения представляет собой единое целое.

Некоторые выводы

Многие ученые ошибочно полагают, что если мы не можем одновременно измерить определенные координату и импульс, то эти величины не существуют как таковые вне измерения. Однако логика в подобном подходе явно отсутствует, ведь в мироздании существует многое, что неиз-

меримо даже потенциально. Действительно, обе величины — актуальный импульс во времени и актуальная координата в пространстве — могут сосуществовать одновременно, но практически бесконечно малое время, а осознать этот факт способен только глубоко мыслящий человек. Ф. Вильф убедительно констатирует: физически бессодержательно одновременное измерение двух сопряженных величин, а не само их существование [7. С. 130, 153]. На основе всего вышеизложенного сформулируем ключевой кинематический принцип для понимания всей квантовой механики: актуальные координаты присущи квантовой частице практически бесконечно малое время, а динамика их атемпоральна. Интересно, что само взаимодействие микрообъекта с прибором, вероятно, задерживает частицу на конечное время в определенном состоянии, что часто описывают как коллапс волновой функции [3]. Иногда возникают возражения против кинематического принципа, связанные с якобы нарушением им известной теоремы Белла. Однако П. Куракин в своей работе убедительно показывает, что скрытые параметры, эволюционирующие во внутреннем времени теории, не попадают под действие этой теоремы [14].

И самое, наверное, главное из всего, что мы можем утверждать: координата и импульс квантовой частицы (независимо друг от друга и от измерения) существуют одновременно.

Список литературы

1. Годарев-Лозовский, М. Г. Проблема пространства и движения в квантовой механике / М. Г. Года-рев-Лозовский // Вестн. Перм. ун-та. Сер.: Философия, психология, социология. — 2015. — № 2. — С. 48—54.

2. Келдыш, Л. В. Динамическое туннелирование / Л. В. Келдыш // Вестн. Рос. акад. наук. — 2016. — Т. 86, № 12. — С. 1059—1072.

3. Аронов, Р. А. Физическая реальность и познание / Р. А. Аронов // Логико-гносеологические патологии в науке и философии. — М. : URSS, 2010. — С. 324—337.

4. Севальников, А. Ю. Интерпретации квантовой механики. В поисках новой онтологии / А. Ю. Севальников. — М. : URSS, 2009.

5. Проблема реализма в современной квантовой механике : материалы дискуссии // Философия науки и техники. — 2016. — Т. 21, № 2. — С. 49—51.

6. Бернштейн, В. М. Масса и энергия / В. М. Бернштейн. — М., 2010.

7. Вильф, Ф. Ж. Логическая структура квантовой механики / Ф. Ж. Вильф. — М. : УРСС, 2003.

8. Бор, Н. Избранные научные труды : в 2 т. / Н. Бор. — М., 1971.

9. Об аномально быстром движении светового импульса / Н. Г. Басов, Р. В. Амбарцумян, В. С. Зуев [и др.] // Журн. эксперим. и теорет. физики. — 1966. — № 50 (1).

10. Годарев-Лозовский, М. Г. Время и частотная интерпретация волновой функции / М. Г. Годарев-Лозовский // CredoNew : междунар. теорет. журн. — 2017. — № 2. — С. 73—87.

11. Фок, В. А. Об интерпретации квантовой механики / В. А. Фок // Успехи физ. наук. — 1957. — Т. 62, № 4.

12. Климонтович, Ю. Л. Уменьшение энтропии в процессе самоорганизации. S-Теорема / Ю. Л. Климонтович // Письма в Журн. техн. физики. — 1983. — Т. 9, вып. 23. — С. 1412—1416.

13. Левин, Г. Д. Тождество и сходство / Г. Д. Левин // Вопр. философии. — 2005. — № 12. — С. 107—118.

14. Куракин, П. В. Скрытые параметры и скрытое время в квантовой теории / П. В. Куракин. — М., 2004.

Сведения об авторе

Годарев Максим Григорьевич (псевд. Годарев-Лозовский М. Г.) — сопредседатель Санкт-Петербургского отделения Российского философского общества, руководитель философского семинара в Смольном институте, Российская академия образования. Санкт-Петербург, Россия. godarev-lozovsky@ yandex.ru

Bulletin of Chelyabinsk State University. 2018. No. 2 (412). Philosophy Sciences. Iss. 47. Pp. 11—17.

THE CERTAINTY PRINCIPLE: THE COORDINATE AND THE MOMENTUM OF MICRO-PARTICLES EXIST SIMULTANEOUSLY

Maxim G. Godarev-Lozovsky

St. Petersburg branch of the Russian Philosophical Society, St. Petersburg, Russia.

godarev-lozovsky@yandex. ru

The temporality of the dynamics of momentum and atemporality of the dynamics of the coordinates of a quantum particle lead to the understanding of the inequalities of Heisenberg as lack of communication between these variables. Identified here almost infinitely small duration of actual values of the coordinate and the momentum of a particle indicates the interpretation of the wave function as the frequency of the actual values of these variables which characterize the continuous interaction with the environment.

Based on the ontology of space, environment and movement offered is the following certainty principle — coordinate and momentum of a quantum micro-particle exist simultaneously — which follows from the inequalities of Heisenberg, but: a) they exist in almost infinitely small intervals of time; b) atemporal dynamics the coordinate and the temporal dynamics of the momentum are not synchronized; c) it is impossible to simultaneously accurately measure the coordinate and the momentum of a particle.

Keywords: atemporality, atrajectority, wave function, complementarity, indeterminism, quantum mechanics, Heisenberg's inequalities.

References

1. Godarev-Lozovsky M.G. Problema prostranstva i dvizheniya v kvantovoy mekhanike [The problem of space and motion in quantum mechanics]. Vestnik Permskogo universiteta. Filosofiya. Psikhologiya. Sotsi-ologiya [Bulletin of Perm university. Philosophy. Psychology. Sociology], 2015, no. 2, pp. 48—54. (In Russ.).

2. Keldysh L.V. Dinamicheskoye tunnelirovaniye [Dynamic Tunneling]. VestnikRossiyskoy akademii nauk [Bulletin of the Russian Academy of Sciences], 2016, vol. 86, no. 12, pp. 1059—1072. (In Russ.).

3. Aronov R.A. Fizicheskaya realnost'ipoznaniye [Physical reality and cognition]. Moscow, URSS Publ., 2010. 528 p. (In Russ.).

4. Seval'nikov A.Yu. Interpretatsii kvantovoy mekhaniki. Vpoiskakh novoy ontologii [Interpretations of quantum mechanics. In search of a new ontology]. Moscow, URSS Publ., 2009. 189 p. (In Russ.).

5. Problema realizma v sovremennoy kvantovoy mekhanike. Materialy diskussii [The problem of realism in modern quantum mechanics. Discussion papers]. Filosofiya nauki i tekhniki [Philosophy of science and technology], 2016, vol. 21, pp. 49—51. (In Russ.).

6. Bernstein V. M. Massa i energiya [Mass and energy]. Moscow, 2010. 250 p. (In Russ.).

7. Vil'f F.Zg. Logicheskaya struktura kvantovoy mekhaniki [The Logical structure of quantum mechanics]. Moscow, URSS Publ., 2003. 261 p. (In Russ.).

8. Bohr N. Izbrannye nauchnye trudy [Selected scientific works]. Moscow, 1971. (In Russ.).

9. Basov N.G., Ambartsumyan R.V., Zuyev V.S. [et al.]. Ob anomal'no bystrom dvizhenii svetovogo impul'sa [Anomalously fast motion of the light pulse]. Zhurnal eksperimentalnoy i teoreticheskoy fiziki [Journal of Experimental and Theoretical Physics], 1966, no. 50 (1). (In Russ.).

10. Godarev-Lozovsky M.G. Vremya i chastotnaya interpretatsiya volnovoy funktsii [Time and frequency interpretation of wave function]. Kredo new [Credo new], 2017, no. 2, pp. 73—87. (In Russ.).

11. Fok V. A. Ob interpretatsii kvantovoy mekhaniki [On the interpretation of quantum mechanics]. Uspekhi fizicheskikh nauk [Advances in physical Sciences], 1957, vol. 62, no. 4. (In Russ.).

12. Klimontovich Yu.L. Umen'sheniye entropii v protsesse samoorganizatsii. S-Teorema [The Decrease in entropy in the process of self-organization. S-Theorem]. Pis'ma v Zhurnal tekhnicheskoy fiziki [Technical Physics Letters], 1983, vol. 9, iss. 23, pp. 1412—1416. (In Russ.).

13. Levin G.D. Tozhdestvo i skhodstvo [Identity and similarity]. Voprosy filosofii [Questions of philosophy], 2005, no. 1, pp. 107—118. (In Russ.).

14. Kurakin P.V. Skrytye parametry i skrytoe vremya v kvantovoy teorii [Hidden variables and hidden time in quantum theory]. Moscow, 2004. (In Russ.).