kvantna teorija

OSNOVE KVANTNE TEORIJE

Uspeh naučnih teorija, a posebno Njutnove teorije gravitacije, naveo je francuskog naučnika, Markiza Laplasa, da početkom devetnaestog veka utvrdi da je Univerzum potpuno deterministički. Laplas je smatrao da postoji skup naučnih zakona koji bi trebalo da nam omoguće da predvidimo sve što će se dogoditi u Univerzumu, pod uslovom da znamo celokupno stanje Univerzuma u datom vremenu. Primera radi, kada bismo znali položaje i brzine Sunca i planeta u nekom trenutku, tada bismo pomoću Njutnovih zakona mogli da izračunamo stanje Sunčevog sistema u bilo kom drugom vremenu. Determinizam izgleda prilično očigledan u ovom slučaju, ali Laplas je otišao i korak dalje, utvrdivši da postoje slični zakoni koji upravljaju svim ostalim oblastima, uključujući tu i ljudsko ponašanje.

http://razbibriga.net/clear.gif

Doktrini naučnog determinizma odlučno su se usprotivili mnogi autori koji su bili mišljenja da se ovim sputava sloboda Boga da utiče na svet, ali ona je ipak formalno ostala na snazi u nauci sve do ranih godina XX veka. Jedan od prvih pokazatelja da će ovo uverenje morati da bude napušteno usledio je kada je iz proračuna britanskih naučnika lorda Rejlija i sera Džejmsa Džinsa proizašlo da neki topli objekat, ili telo, kakva je zvezda, mora da zrači energiju u beskonačnom obimu. Saglasno zakonima u čiju se ispravnost verovalo u to vreme, jedno toplo telo trebalo je da odašilje elektromagnetne talase (kao što su radio-talasi, vidljiva svetlost ili rendgenski talasi) ravnomerno na svim frekvencama. Primera radi, toplo telo trebalo bi da zrači istu količinu energije na frekvencama između jedan i dva miliona talasa u sekundi, kao i na frekvencama između dva i tri miliona talasa u sekundi. Budući da je frekvenca talasa neograničena, to bi značilo da je ukupna energija zračenja beskonačna.

Da bi izbegao ovaj očigledno besmislen ishod, nemački naučnik Maks Plank izložio je 14. decembra 1900. godine zamisao da svetlost, rendgenski zraci i ostali talasi ne bivaju emitovani u proizvoljnom obimu, već samo u određenim paketima koje je on nazvao kvantima. Osim toga, svaki kvant ima određenu količinu energije koja je tim veća što je veća frekvenca talasa, tako da bi na dovoljno visokoj frekvenci emitovanje samo jednog kvanta zahtevalo više energije nego što je uopšte raspoloživo. Prema tome, zračenje na visokim frekvencama bilo bi smanjeno, a i stopa kojom telo gubi energiju bila bi konačna.

Kvantna hipoteza sasvim je dobro objasnila izmerenu količinu emitovanog zračenja toplih tela, ali njen uticaj na determinističku doktrinu bio je shvaćen tek 1926, kada je jedan drugi nemački naučnik, Verner Hajzenberg, formulisao svoje znamenito načelo neodređenosti. Da bi se predvideli budući položaj i brzina neke čestice, potrebno je tačno izmeriti njen sadašnji položaj i brzinu. Očigledni način da se to učini jeste osvetliti česticu. Čestica će reflektovati jedan deo talasa svetlosti, što će ukazati na njen položaj. No, položaj čestice neće se moći tačnije odrediti nego što iznosi razmak između dva brega svetlosnog talasa, tako da je potrebno koristiti svetlost kratkih talasnih dužina da bi se precizno odredio položaj čestice. Prema Plankovoj kvantnoj hipotezi, međutim, ne može se upotrebiti proizvoljno mala količina svetlosti; treba uzeti bar jedan kvant. Ovaj kvant će poremetiti česticu i promeniti njenu brzinu na način koji ne možemo predvideti. Štaviše, što tačnije merimo položaj, to treba koristiti kraće talasne dužine svetlosti, pa je tako veća i energija jednog kvanta. A time će i brzina čestice biti u većoj meri poremećena. Drugim rečima, što tačnije pokušavate da izmerite položaj čestice, to manje precizno možete izmeriti njenu brzinu i obrnuto. Hajzenberg je pokazao da proizvod neodređenosti položaja čestice, neodređenosti brzine čestice i mase čestice ne može biti manji od određene veličine koja je poznata kao Plankova konstanta. Ovo ograničenje ne zavisi od načina na koji pokušavate da izmerite položaj ili brzinu čestice, kao ni od tipa čestice. Hajzenbergovo načelo neodređenosti predstavlja temeljno, neumitno svojstvo sveta.

http://razbibriga.net/clear.gif

Načelo neodređenosti izvršilo je veoma važan uticaj na naš način viđenja sveta. Čak ni sada mnogi filozofi još nisu postali svesni ovog uticaja, tako da je on i dalje predmet ozbiljnih kontroverzi. Načelo neodređenosti označilo je kraj sna o jednoj teoriji nauke, o jednom modelu Univerzuma koji bi bio potpuno deterministički: sasvim je izvesno da se ne mogu tačno predviđati budući događaji, ako se ne može precizno izmeriti čak ni trenutno stanje Univerzuma!

Nov pogled na stvaran svet omogućio je Hajzenbergu, Ervinu Šredingeru i Polu Diraku da tokom dvadesetih godina XX veka preformulišu mehaniku u jednu novu teoriju koja je dobila naziv kvantna mehanika i koja se temelji na načelu neodređenosti. U ovoj teoriji, čestice više nemaju zasebne i sasvim određene položaje i brzine koji se ne mogu posmatrati. Umesto toga, one imaju kvantno stanje koje predstavlja kombinaciju položaja i brzine. Ustvari, u kvantnoj teoriji čestice više nisu samo čestice, a talasi nisu samo talasi, kvantna teorija uvodi dualnu prirodu materije po kojoj se svakoj čestici pripisuje talas određene frekvence, a svakom talasu se pripisuje odgovarajuća korpuskularna struktura.

Uopšteno govoreći, kvantna mehanika ne predviđa jedinstven i određen rezultat nekog posmatranja. Naprotiv, ona predviđa veći broj različitih mogućih rezultata i govori nam o tome kakvi su izgledi svakog od njih. Drugim rečima, ukoliko se preduzme isto merenje na velikom broju sličnih sistema, koji su svi započeli na isti način, ustanoviće se da će rezultat merenja biti A u izvesnom broju slučajeva, B u nekom drugom broju i tako dalje. Moguće je predvideti približan broj puta kada će rezultat biti A ili B, ali se ne može predvideti poseban rezultat nekog pojedinačnog merenja. Kvantna mehanika, dakle, uvodi neizbežan elemenat nepredvidljivosti ili nasumičnosti u nauku. Ajnštajn se ovome veoma protivio, uprkos važnoj ulozi koju je sam odigrao u razvoju ove zamisli. On je, naime, dobio Nobelovu nagradu upravo za doprinos postavljanju kvantne teorije. No, Ajnštajn nikada nije prihvatio ideju da Univerzumom vlada slučajnost; njegovo gledanje na ovu stvar sažeto je iskazano u znamenitoj rečenici: "Bog se ne igra kockicama!" Većina drugih naučnika, međutim, bila je spremna da prihvati kvantnu mehaniku zato što se ona savršeno slagala sa nalazima eksperimenata. I stvarno, bila je to izuzetno uspela teorija, koja stoji u temelju gotovo celokupne moderne nauke i tehnologije. Ona upravlja ponašanjem tranzistora i integrisanih kola, koji predstavljaju ključne delove elektronskih uređaja kao što su televizori i računari, a u osnovi je i moderne hemije i biologije. Jedina područja fizike u koja kvantna mehanika još nije prikladno uvedena jesu gravitacija i makrokosmičko uređenje Univerzuma.

ISTORIJA KVANTNE TEORIJE

Plank je usmerio problem sa zračenja na atom koji zrači... (1895)... otkriće zakona toplotnog zračenja... Plank je uočio da njegova formula prodire do temelja našeg poznavanja prirode, kao i to da se dotadašnji tradicionalni temelji, pomeraju... Planku, koji je u čitavom svom nazoru bio konzervativan, ova konsekvenca se nije ni najmanje dopadala, ali je, ipak, decembra 1900. godine objavio svoju hipotezu kvanta... Ideja da se energija može emitovati ili apsorbovati samo u diskretnim kvantima energije bila je toliko nova da se nikako nije mogla uklopiti u tradicionalne okvire fizike.
Albert Ajnštajn – nove ideje primenio na dva fizička problema. Prvi je bio tzv. fotoelektrični efekat, emisija elektrona pod uticajem svetlosti. Eksperimenti, posebno oni Lenardovi, pokazali su da energija emitovanih elektrona ne zavisi od intenziteta svetlosti, već jedino do njene boje, ili preciznije, od frekvencije. Ovo se nije moglo razumeti na osnovu tradicionalne teorije zračenja. Ajnštajn je ova opažanja mogao objasniti tumačeći da Plankova hipoteza kaže da se svetlost sastoji od kvanata energije koji putuju kroz prostor. Energija jednog svetlosnog kvanta, po Planku, bila bi jednaka frekvenciji svetlosti pomnoženoj Plankovom konstantom. (h=6.626*10-34 Js (Džul-sekundi))
Drugi problem se ticao specifične toplote čvrstih tela. Tradicionalna teorija vodila je vrednostima za specifičnu toplotu koje su se poklapale sa rezultatima ispitivanja na visokim temperaturama, ali su odstupala od onih na niskim. I u ovom slučaju Ajnštajn je mogao da razume ovakvo ponašanje primenom kvantne hipoteze na eleastične oscilacije atoma u čvrstom telu.

nastavak:

Ovi rezultati otkrivaju duboko revolucionarni karakter nove hipoteze, pošto prva od njih vodi do opisa svetlosti koji se u potpunosti razlikuje od tradicionalne talasne slike. Svetlost se može tumačiti kao da se sastoji od svetlosnih kvanata, energijskih paketića koji putuju kroz prostor velikom brzinom. Ajnštajn nije mogao u potpunosti da ospori protivrečnost između talasne slike i ideje o svetlosnim kvantima.
Raderfordov model atoma iz 1911. godine. Atom je predstavljen tako da ima jezgro, koje je pozitivnog naboja i koje sadrži skoro čitavi masu atoma, i elektrona koji kruže oko jezgra kao planete oko Sunca. Prvobitno ovaj model atoma nije mogao da objasni najosobenije svojstvo atoma, njegovu izvanrednu stabilnost. Nijedan se planetarni sistem, koji sledi zakone Njutnove mehanike, nikada ne bi vratio u prvobitan oblik ukoliko bi se sudario sa drugim takvim sistemom. Ali atom ugljenika, naprimer, ostaće atom ugljenika i posle bilo kakvog sudara ili interakcije u hemijskoj vezi.
Objašnjenje ove neobične stabilnosti dao je Bor 1913. godine, primenjujuću Plankovu kvantnu hipotezu. Ako atom može da menja svoju energiju jedino u diskretnim kvantima energije, to mora značiti da atom može postojati jedino u diskretnim stacionarnim stanjima od kojih je najniže normalno stanje atoma. Prema tome, posle bilo koje interakcije atom se na kraju vraća u svoje normalno stanje... Njegova teorija je počivala na kombinaciji klasične mehanike za kretanje elektrona i kvantnih uslova, koji su se primenjivali na klasična kretanja, za određivanje diskretnih stacionarnih stanja sistema. Konzistentnu matematičku formulu ovih uslova dao je kasnije Zomerfeld.
Komptonov eksperiment rasejavanja X-zraka... Frekvencija rasejanih X-zraka razlikuje se od frekvencije upadnih X-zraka. Ova promena frekvencije može se formalno razumeti ako se pretpostavi da se rasipanje može opisati kao sudar kvanta svetlosti sa elektronom... Dva eksperimenta – jedan o interferenciji rasejane svetlosti, a drugi o promeni frekvencije rasejane svetlosti – izgleda da protivreče jedan drugome bez ikakve mogućnosti izmirenja.... De Brolji je 1924. godine pokušao da proširi ovaj dualizam između talasnog opisa i čestičnog opisa i na elementarne čestice materije, pre svega na elektrone...
Prema Borovoj teoriji, neslaganje izračunate orbitalne frekvencije elektrona i frekvencije emitovanog zračenja mora se tumačiti kao ograničavanje pojma orbite elektrona. Pojam orbite je od samog početka bio nekako nejasan. Na višim orbitama, međutim, elektroni bi trebalo da se kreću na većoj udaljenosti od jezgra, upravo onako kako to čine kada se posmatraju kako se kreću kroz maglenu komoru. Tada bi bilo opravdano govoriti o orbitama elektrona. Prema tome, bilo je potpuno zadovoljavajuće to što se na ovim višim orbitama frekvencija emitovanog zračenja približavala frekvenciji orbite i njenim višim harmonicima. Bor je sugerisao da se intenziteti emitovanih spektralnih linija približavaju intenzitetima odgovarajućih harmonika - načelo korespondencije.

nastavak:

Precizna matematička formulacija kvantne teorije potiče iz dva različita razvojna pravca:
• Jedan započinje Borovim principom korespondencije – moralo se odustati od koncepta orbite elektrona, ali se ona ipak morala i zadržati u limesu visokih kvantnih brojeva, tj. u slučaju velikih orbita (ono što matematičari zovu Furijeov razvoj orbite)... Sama po sebi nametnula se ideja da mehaničke zakone treba zapisati ne kao jednačine za položaje i brzine elektrona, već kao jednačine za frekvencije i amplitude njihovog Furijeovog razvoja... 1925. godine ova zamisao je dovela do matematičkog formalizma nazvanog matrična mehanika ili, uopštenije, kvantna mehanika... Kasnije su ispitivanja Borna, Jordana i Diraka pokazala da matrice ne komutiraju...
• Drugi pravac kojim se ova ideja razvijala sledila je De Broljijevu ideju o talasima materije – Šredinger – talasna mehanika.
Tako smo imali konzistentan matematički formalizam koji bi se mogao definisati na dva ekvivalentna načina, bilo da se pođe od relacija među matricama ili talasnih jednačina.

nastavak:

Bor, Kramers i Slejter 1924. godine pokušavaju da reše protivrečnost između talasne slike i čestične slike uvodeći pojam talasa verovatnoće. Elektromagnetni talasi nisu tumačeni kao stvarni, već kao talasi verovatnoće čiji intenzitet u svakoj tački određuje verovatnoću apsorpcije – ili indukovane emisije – nekog kvanta svetlosti od strane nekog atoma u toj tački. Ova je ideja dovela do zaključka da zakoni očuvanja energije i impulsa ne treba da važe za svaki pojedinačan događaj, da su oni samo statistički zakoni i da su istiniti samo u statističkom proseku... Talas verovatnoće Bora, Kramersa i Slejtera – težnja ka nečemu – kvantitativna verzija starog pojma mogućnosti (potentia) u Aristotelovoj filozofiji – nešto na sredini između ideje nekog događaja i aktuelnog događaja, neka neobična vrsta fizičke stvarnosti upravo na sredini između mogućnosti i stvarnosti. ( hmmm... šta bi Aristotelić rekao na ovakvo poimanje njegove dynamis... )
Šredinger – pokazao da je njegov formalizam talasne mehanike matematički ekvivalentan kvantnoj mehanici.... pokušao je da neko vreme napusti ideju o kvantima i kvantnim skokovima i da elektrone u atomu jednostavno zameni svojim trodimenzionalnim materijalnim talasima... Umesto nivoa energije – frekvencije... Šredinger je atom opisao kao sistem koji nije sastavljen od jezgra i elektrona, već od jezgra i talasa materije...
Do konačnog rešenja došlo se na dva načina.
= princip neodređenosti = moglo se govoriti o položaju i brzini elektrona kao u Njutnovoj mehanici, mogle su se posmatrati i meriti ove veličine... Ali nije bilo moguće sa proizvoljno velikom tačnošću istovremeno utvrditi obe veličine...
= Borov pojam komplementarnosti = čestičnu i talasnu sliku stvarnosti je smatrao za dva komplementarna opisa iste stvarnosti.

KOPENHAGENSKA INTERPRETACIJA KVANTNE TEORIJE

Sama kopenhagenska interpretacija kvantne teorije polazi od jednog paradoksa. Bilo koji eksperiment u fizici opisuje se jezikom klasične fizike. Ipak, primena ovih pojmova ograničena je relacijama neodređenosti.
Funkcija verovatnoće – sama po sebi ne reprezentuje tok događaja u vremenskom toku, već težnju da se neki događaj desi... Funkcija verovatnoće sjedinjuje objektivne elemente tendencije i subjektivne elemente nepotpunog znanja. Ona sadrži tvrdnje o mogućnostima ili tendencijama (mogućnost u Aristotelovoj filozofiji) – one su objektivne jer ne zavise od posmatrača, pored toga sadrže i naše stavove o sistemu... Funkcija verovatnoće, za razliku od poznatog postupka u Njutnovoj mehanici, ne opisuju neki određeni događaj ali, bar u toku procesa posmatranja, opisuje čitav ansambl mogućih događaja... Samo posmatranje menja funkciju verovatnoće diskontinualno, ono od svih mogućih događaja izdvaja samo onaj koji se ostvario....
Stara izreka Priroda ne čini skokove (Natura non facit saltus) ---- kvantni skokovi... U klasičnoj fizici – svet ili barem delovi sveta se mogu opisati bez ikakvog pozivanja na nas same – ideal objektivnog sveta...
Vajczeker – «priroda je starija od čoveka, ali je čovek stariji od nauke o prirodi»...
Bor je rekao da kvantna teorija podseća na staru mudrost da kada tražimo životni sklad nikada ne smemo da zaboravimo da smo u drami našeg postojanja istovremeno i glumci i gledaoci...

KVANTNA TEORIJA I KORENI NAUKE O ATOMIMA

Savremeno tumačenje atomskih događaja ima veoma malo sličnosti sa izvornom materijalističkom filozofijom (Leukip i Demokrit); atomska fizika je odvratila nauku od težnje ka materijalizmu koju je ona pokazivala u XIX veku.
Danas fizičari pokušavaju da iznađu osnovni zakon kretanja materije...
= u jednom slučaju, da se sve elementarne čestice mogu svesti na nekoliko 'osnovnih' elementarnih čestica;
= u drugom slučaju, da se sve elementarne čestice svedu na neku univerzalnu supstanciju koju bismo mogli zvati energija ili materija, u tom slučaju nijedna od različitih čestica ne bi se mogla smatrati osnovnijom od ostalih – ovo potonje stanovište odgovara Anaksimandru, a i Hajzenberg je uveren da je ono ispravno u savremenoj fizici.
Heraklit – vatra je istovremeno i materija i pokretačka sila..... U ovoj tački savremena fizika je bliska Heraklitovom učenju... ako se reč vatra zameni rečju energija... supstancija iz koje su sve elementarne čestice, svi atomi i stvari sačinjene, energija je ono što pokreće... Ona se može promeniti u kretanje, u toplotu, u svetlost i u napon. Energijom se može nazvati osnovni uzrok svih promena u svetu.
Mogućnost praznog prostora je uvek bila sporna tema u filozofiji. U opštoj teoriji relativnosti materija proizvodi geometriju ili geometrija materiju. To više odgovara stanovištu koje su imali mnogi filozofi koji su prostor odredili kao rasprostrtost materije... Ali Demokrit jasno napušta ovo stanovište da bi promenu i kretanje učinio mogućim... Platon nije bio atomista, ali je sjedinio ideje bliske atomistima sa učenejm pitagorejske škole kao i sa Empedoklovim poučavanjima... Platon je poredio najsitnije delove elemenata zemlje sa kockom, vazduha sa oktaedrom, vatre sa tetraedrom i vode sa ikosaedrom. Ne postoji element koji odgovara dodekaedru... Osnovni trouglovi ne mogu se smatrati materijom pošto nemaju protežnost u prostoru – jedino kada se ovi trouglovi sastave da bi obrazovali neko pravilno telo nastaje jedinica materije...
Savremeno određenje elementarne čestice – ako želimo da damo neki prikaz, jedino što možemo navesti kao prikaz jeste funkcija verovatnoće... Elementarnoj čestici se ne može dodeliti ni kvalitet bića, ona je mogućnost ili tendencije ka biću..... utoliko je elementarna čestica savremene fizike daleko apstraktnija nego atom u grčkoj filozofiji...
Prema teoriji relativnosti, masa i energija su u suštini isti pojmovi... ovo bi se moglo tumačiti kao da je energija prva supostancija sveta, ona poseduje suštinsko svojstvo supstancije, postojanost... Savremena fizika u tom pogledu vrlo je bliska Heraklitovom stanovištu, ukoliko se njegov element vatra interpretira kao energija...
U Demokritovoj filozofiji atomi su večne i neuništive jedinice materije, oni se nikada ne mogu pretvarati jedni u druge. Po tom pitanju savremena fizika zauzima stav krajnje protivan materijalizmu Demokrita i staje na stranu Platona i pitagorejaca. Elementarne čestice svakako nisu večne i neuništive jedinice materije, one se mogu pretvarati jedne u druge...
Konačna jednačina kretanja materije još uvek nije poznata....

RAZVOJ FILOZOFSKIH IDEJA OD DEKARTA U POREĐENJU SA NOVOM SITUACIJOM U KVANTNOJ TEORIJI

U kopenhagenskoj interpretaciji kvantne teorije nije moguće zanemarivati činjenicu da je prirodnu nauku stvorio čovek. Prirodna nauka nije prosto nešto što samo po sebi opisuje i objašnjava prirodu. Ona je deo uzajamnog dejstva između nas i prirode; opisuje prirodu onako kako se ona pokazuje izložena našem načinu ispitivanja. Na ovu mogućnost Dekart nije mogao pomisliti, ali ona onemogućava oštro razdvajanje Ja i Sveta.
Metafizički realizam – svet, tj. protežuće stvari, postoje... Praktični realizam – postoje trvdnje koje se mogu učiniti objektivnim (najveći deo našeg svakodnevnog iskustva sastoji se od takvih tvrdnji)... Dogmatski realizam – ne postoje tvrdnje o materijalnom svetu koje se ne mogu učiniti objektivnim... Aktuelna pozicija klasične fizike jeste pozicija dogmatskog realizma, jedino kroz kvantnu teoriju može se shvatiti da je egzaktna nauka moguća iako se ne zasniva na njemu.... Kada je Ajnštajn kritikovao kvantnu teoriju, on je to činio sa osnova dogmatskog realizma...
Zakon kauzaliteta više se ne primenjuje u kvantnoj teoriji, a zakon održanja materije više ne važi za materijalne čestice...

ODNOS KVANTNE TEORIJE PREMA DRUGIM DELOVIMA NAUKE O PRIRODI

Pojmovi prirodnih nauka se ponekad mogu jasno odrediti na osnovu njihove međusobne povezanosti – Njutn u svom delu Principia započinje grupom definicija i aksioma koji su međusobno povezani tako da čine 'zatvoreni sistem'.
U njutnovskoj mehanici sila gravitacije se smatrala datom, a ne predmetom daljeg teorijskog proučavanja. U radu Faradeja i Maksvela, međutim, polje same sile postalo je predmet istraživanja; fizičari su želeli da znaju kako se ovo polje sile menja kao funkcija vremena i prostora. Pokušali su da postave jednačine kretanja za polja, a ne prvenstveno za tela na koja polja deluju. Ova promena nas je vratila na stanovište koje su zastupali mnogi naučnici pre Njutna. Činilo se da se dejstvo moglo prenositi sa jednog tela na drugo samo kada se dva tela dodiruju, npr. sudarom ili trenjem. Njutn je uveo potpuno novu i neobičnu hipotezu, pretpostavljajući silu koja deluje na daljinu. Sada se u teoriji polja sile možemo vratiti starijoj ideji da se dejstvo sile prenosi s jedne tačke na susednu tačku, jedino uz pomoć ponašanja polja, jezikom diferencijalnih jednačina. Upravo to se pokazalo kao moguće i zato je opis elektromagnetnih polja koje daju Maksvelove jednačine izgledao kao zadovoljavajuće rešenje problema sile. Njutnovi aksiomi i definicije odnosili su se na tela i njihova kretanja... Ali kod Maksvela polja sila su dostigla isti stepen realnosti...
Teorija relativnosti je pokazala da se koncept etra kao supstance na koju se odnose Maksvelove jednačine mora napustiti – polja se moraju razmatrati kao nezavisna realnost... Pod utiskom potpuno nove situacije mnogi fizičari su, pomalo ishitreno, došli do sledećeg zaključka: njutnovska mehanika je konačmo oborena... primarna stvarnost je polje, a ne telo, te ustrojstvo prostora i vremena dosledno opisuju Lorencove i Ajnštajnove formule, a ne Njutnovi aksiomi... Njutnova mehanika u mnogim slučajevima bila je dobra aproksimacija, ali ona se sada mora usavršiti radi strožijeg opisa prirode... Ovaj stav zanemaruje činjenicu da je većina eksperimenata kojima se mere polja zasnovana na njutnovskoj mehanici, i da se njutnovska mehanika ne može usavršiti, moguće je jedino zameniti je nečim suštinski drugačijim!
Razvoj kvantne teorije poučio nas je da bi tu situaciju pre trebalo opisati na sledeći način: kad god je moguće primeniti pojmove njutnovske mehanike na opisivanje događaja u prirodi, zakoni koje je formulisao Njutn potpuno su ispravni i ne mogu se usavršavati. Ali, elektromagnetne pojave nije moguće prikladno objasniti pojmovima njutnovske mehanike.

nastavak:

Možemo razlikovati četiri sistema koji su dosegli svoj konačni oblik:
• njutnovsku mehaniku – pogodnu za opis svih mehaničkih sistema, kretanja fluida i oscilacija elastičnih tela; obuhvata akustiku, statiku i aerodinamiku
• drugi zatvoreni sistem pojmova nastao je tokom XIX veka u vezi sa teorijom toplote – mada se mogla povezati sa mehanikom preko razvoja statističke mehanike, ne bi bilo realno smatrati je delom mehanike... mnogi pojmovi nemaju svoj pandan u ostalim granama fizike: toplota, specifična toplota, entropija, slobodna energija... toplota se smatra energijom koja je statistički raspodeljena... pojam verovatnoće u bliskoj vezi sa pojmom entropije... Teorija toplote može se kombinovati sa bilo kojim drugim zatvorenim sistemom pojmova
• treći zatvoreni sistem pojmova i aksioma počiva na pojavama elektriciteta i magnetizma i svoj konačni oblik zadobija u prvoj deceniji XX veka u radu Lorenca, Ajnštajna i Minkovskog. Ovaj sistem obuhvata elektrodinamiku, specijalnu teoriju relativnosti, optiku, magnetizam, a može uključiti i De Broljijevu teoriju talasa materije, ali ne i Šredingerovu talasnu teoriju
• četvrti koherentni sistem je kvantna teorija... Njen središnji pojam je funkcija verovatnoće ili statistička matrica... Obuhvata kvantnu i talasnu mehaniku, teoriju atomskih spektara, hemiju i teoriju o ostalim svojstvima materije kao što su električna provodljivost, feromagnetizam...
U ovom prikazu izostavljena je opšta teorija relativnosti, pošto nije zadobila svoj konačni oblik... no značajno se razlikuje od ostala četiri skupa...
Najvažnija odlika jednog zatvorenog sistema aksioma i definicija jeste mogućnost iznalaženja konzistentne matematičke reprezentacije za taj sistem.

KVANTNA TEORIJA I STRUKTURA MATERIJE

Rana grčka filozofija – pojam kosmičke materije... Aristotel – odnos forme i materije... Dekart – dualizam res extensa i res cogitans... XIX vek – dualizam materije i sile... Opis materije u kome umesto mnoštva različitih hemijskih elemenata postoje samo tri osnovne jedinice – proton, neutorn i elektron.... Ali, otkrivene su nove čestice (oko 25 novih vrsta)... Materija je u potpunosti promenljiva... Sve elementarne čestice mogu se, na dovoljno visokim energijama, preobraziti u druge čestice ili se naprosto mogu stvoriti iz kinetičke energije i mogu se anihilirati u energiju (npr. zračenje)... Elementarne čestice su samo različiti oblici u kojima se materija može pojaviti... Dualizam u kvantoj teoriji čini da se isti entitet pokaže istovremeno i kao materija i kao sila...

Hajzenbergov princip neodređenosti

Rezultat idealnog merenja u kvantnoj fizici je uvek karakterisan statističkom raspodelom. Standardna devijacija ove raspodele predstavlja neodređenost datog merenja i što je ona veća, to je veća i neodređenost. Klasična fizika pretpostavlja da je uvek moguće istovremeno meriti proizvoljan broj fizičkih veličina sa proizvoljno malim neodređenostima. Ova pretpostavka ne važi u kvantnoj fizici i u opštem slučaju takvo merenje više nije moguće te se stoga mora formulisati novi princip koji će dati vezu između neodređenosti istovremeno merenih veličina. Ovakav princip je istorijski prvi formulisao Verner Hajzenberg 1927. godine za položaj i impuls. Matematički formulisan on glasi

http://razbibriga.net/clear.gif

tj. proizvod neodređenosti merenja položaja i impulsa je uvek veći ili jednak polovini redukovane plankove konstante. Ovo znači da što preciznije merimo položaj kvantnog objekta, istovremeno merenje impulsa će biti neodređenije i obrnuto. Uzrok ovog ponašanja ne leži u nesavršenosti mernih instrumenata ili opita već je reč o opštem matematičkom principu koji sledi iz međusobnog odnosa fizičkih veličina. Budući da je vrednost konstante na desnoj strani hajzenbergove nejednakosti reda veličine 10-35 Džul-sekundi relacije neodređenosti nisu značajne u makrosvetu.