Кванттық теорияның философиялық мәселелері
Әл-Фaраби aтындағы ҚaзҰУ прoфессoры, дoцент Жaнатаев Дaнат Жанaтайұлы
Әл-Фараби атындағы ҚазҰУ 1-курс магистранты Дүйсенбай Айкүміс
Кванттық теория - бұл айналамыздағы әлемді сипаттайтын ең дәл модельдердің бірі, ал кванттық механика аппаратын қолдану арқылы жасалған техникалық шешімдер қазіргі қоғамның күнделікті өміріне мықтап енген. Бұл білім саласының негізгі тұжырымдамаларын түсіну ғылымнан алыс адамдар ғана емес, зерттеушілердің өздері де интуициямен елеулі қайшылықтарға түсетіні таңқаларлық, оны көптеген түрлі түсіндірулер растайды. Бұл мақалада мен кванттық теорияның негізгі ұғымдарын авторға ең интуитивті тұрғыдан, бірнеше өзгертілген ықтималдық теориясымен қарастыруды ұсынамын.
1905 жылы Эйнштейн фотоэлектрлік әсердің кейбір аспектілерін - ультракүлгін сәуле түсетін металл бетінен электрондардың шығарылуын түсіндіру үшін кванттық теорияны қолданды. Жол бойында Эйнштейн айқын парадоксты атап өтті: екі ғасыр бойы оның үздіксіз толқындар ретінде таралатыны белгілі болған жарық, белгілі бір жағдайларда бөлшектердің ағымы сияқты әрекет ете алады.
Кванттық теорияның жаңа маңызды ерекшелігі 1924 жылы де Бройль материяның толқындық табиғаты туралы түбегейлі гипотезаны ұсынған кезде пайда болды: егер электромагниттік толқындар, мысалы жарық, кейде бөлшектер сияқты әрекет етсе (Эйнштейн көрсеткен), онда бөлшектер, мысалы электрон белгілі бір жағдайларда толқындар сияқты әрекет ете алады. Де Бройль тұжырымында Бөлшекке сәйкес келетін жиілік Фотон (Жарық бөлшектері) сияқты оның энергиясымен байланысты, бірақ Де Бройль ұсынған математикалық өрнек толқын ұзындығы, бөлшек массасы және оның жылдамдығы (импульс) арасындағы эквивалентті қатынас болды. Электрондық толқындардың бар екендігі 1927 жылы Клинтон Дэвиссон мен АҚШ-тағы Лестер Джермер және Англиядағы Джон-Паджет Томсон эксперименталды түрде дәлелденді.
Шредингер II теориясындағы электрондардың жылдамдығы жарық жылдамдығына жақын болды, бұл Эйнштейннің арнайы салыстырмалылық теориясын енгізуді және өте жоғары жылдамдықта Электрон массасының едәуір өсуін ескеруді талап етті. Шредингердің сәтсіздікке ұшырауының себептерінің бірі ол сол кезде аз белгілі болған спин (электронның өз осінің айналасында айналуы) деп аталатын электронның белгілі бір қасиетінің болуын ескермеді. Шредингер келесі әрекетті 1926 жылы жасады, бұл жолы электрондардың жылдамдығы соншалықты аз таңдалды, сондықтан салыстырмалылық теориясын тарту қажеттілігі өздігінен жойылды. Екінші әрекет Шредингердің толқындық теңдеуін шығарумен аяқталды, ол толқындық функция тұрғысынан материяның математикалық сипаттамасын берді. Шредингер өзінің теориясын толқын механикасы деп атады. Толқындық теңдеудің шешімдері эксперименттік бақылауларға сәйкес келді және кванттық теорияның кейінгі дамуына қатты әсер етті.
Осыдан біраз уақыт бұрын Вернер Гейзенберг, Макс Борн және Паскаль Иордан кванттық теорияның матрицалық механика деп аталатын тағы бір нұсқасын жариялады, ол кванттық құбылыстарды бақыланатын шамалар кестелері арқылы сипаттады. Бұл кестелер белгілі бір жолмен матрицалар деп аталатын реттелген математикалық жиынтықтар болып табылады, олардың үстіне белгілі ережелерге сәйкес әртүрлі математикалық амалдарды жасауға болады. Матрицалық механика сонымен бірге байқалған тәжірибелік мәліметтермен келісуге мүмкіндік берді, бірақ толқындық механикадан айырмашылығы кеңістіктік координаттарға немесе уақытқа нақты сілтемелер болған жоқ. Гейзенберг, әсіресе, эксперименттен анықталуы мүмкін қасиеттердің пайдасына кез-келген қарапайым көрнекі бейнелерден немесе модельдерден бас тартуды талап етті.
Шредингер толқындық механика мен матрицалық механика математикалық жағынан тең екенін көрсетті. Қазір кванттық механиканың жалпы атауымен белгілі, бұл екі теория кванттық құбылыстарды сипаттаудың көптен күткен жалпы негізін берді. Көптеген физиктер толқындық механиканы артық көрді, өйткені оның математикалық аппараты оған көбірек таныс болды, ал оның ұғымдары "физикалық" болып көрінді; матрицалардағы операциялар қиын болды.