Сравнение положений квантовой и классической механики

Сравнение положений квантовой и классической механики

5. Точный численный расчет движений массивных объектов позволяет эффективно изменять и преобразовывать его по своему усмотрению.
Именно эти перечисленные выше концептуальные положения и выводы, именуемые как ньютоново-картезианская (Картезий – латинизированное имя Декарта) парадигма, являются методологической основой классического механистического естествознания. Вместе с лапласовским детерминизмом ньютоново-картезианская парадигма создала основу классического естествознаний и всей классической науки, господствующих в мышлении людей с XVIII века.
Классическая механика дала четкие ориентиры в понимании фундаментальных категорий – пространства, времени и движения материи. Законы классической механики с большой точностью (но все же приближенно) отражают истинные законы природы. До сих пор спомощью законов, сформулированных И. Ньютоном, производится, например, расчет траекторий искусственных спутников Земли.
В начале XX в. были обнаружены физические явления, свидетельствующие о неприменимости механики Ньютона к процессам взаимодействия света с веществом и процессам, происходящим в атоме. Установление связи между этими группами явлений и попытки объяснить их на основе теории привели к открытию законов квантовой механики.
В макромире, описываемом классической физикой, возможно произвольно изменять величины излучения и поглощения энергии: данные процессы протекают непрерывно. Когда речь заходит о микромире, классический подход невозможен: здесь энергия излучается и поглощается только определенными порциями - квантами.
Впервые в науке представления о кванте высказал в 1900 г. М. Планк. Своими исследованиями он продемонстрировал, что излучение энергии происходит дискретно, определенными порциями – квантами. Величина кванта энергии Е пропорциональна частоте излучения: E = h, где h = 6,62 × 1024 Дж. с – постоянная Планка (относится к мировым, фундаментальным константам),  – частота света, Е – энергия кванта. Открытие Планка разрушило остов классической механики и привело к признанию двойственного характера света, который обладает одновременно и корпускулярными, и волновыми свойствами.
В 1924 г. французский физик Л. де Бройль выдвинул гипотезу о наличии волновых и корпускулярных свойств у всех микрообъектов - электронов, протонов, атомов, молекул и др. Связь между волновыми и корпускулярными свойствами описывалась простыми соотношениями:  = E/h, X = h/p, где Е – энергия, h – постоянная Планка, р - импульс. Позднее эта идея была подтверждена экспериментально, и принцип корпускулярно-волнового дуализма был распространен на все процессы движения и взаимодействия в микромире.
Развивая идею де Бройля о том, что всем микрочастицам соответствуют волны, великий австрийский физик Эрвин Шредингер (1887-1961) ввел в 1926 году дифференциальное уравнение с частными производными для так называемой – функции, описывающей форму волны де Бройля. Волновое уравнение Шредингера – результат обобщения экспериментальных данных, его, как и уравнения Ньютона, нельзя вывести или доказать. Истинность фундаментальных уравнений подтверждается экспериментально.
В квантовой механике при описании объекта (частицы) на первый план выступает понятие состояния объекта, которое в классической физике задается координатами и скоростью частицы. В связи с невозможностью одновременного определения координаты и скорости согласно так называемому принципу неопределенности Гейзенберга, отпадает классическое задание состояния с помощью координат и импульсов. Квантово-механическое состояние задается с помощью набора квантовых чисел. Например, состояние электрона в атоме задается квантовыми числами n, l, m, и где n – главное квантовое число, l – орбитальное квантовое число, m – магнитное квантовое число.
Обобщая результаты, можно сформулировать основные принципы квантовой механики:
Принцип дополнительности Н. Бора: а) объекты микромира нельзя рассматривать по принципу либо частица, либо волна, так как микрообъекты микромира являются тем и другим одновременно; б) описания объекта как волны или как частицы являются не противоречащими, взаимоисключающими, а взаимодополняющими.
Принцип соответствия, сформулирован Н. Бором: новая общая теория, являющаяся развитием классической, не отвергает ее полностью, а включает в себя классическую теорию, указывая границы ее применения, т. е. в определенных случаях новая теория переходит в старую.
Принцип неопределенностей или соотношение «неопределенностей» В. Гейзенберга: в квантовой системе принципиально невозможно одновременно измерить место положения частицы и ее импульс.
Принцип тождественности, т.е. принципиальную одинаковость всех элементарных частиц своего класса, - все электроны одинаковы, все протоны одинаковы и т.д. Принцип тождественности - фундаментальный принцип квантовой механики, не имеющий аналогов в механике классической.