в чем заключается принцип дополнительности
Принцип дополнительности
Принцип дополнительности — это методологический и эвристический принцип современной науки (см. Наука), который применяется для описания объектов определённой природы, вводя (дополнительные) взаимоисключающие классы понятий, каждый из которых применим в особых условиях, а их совокупность позволяет воспроизведение целостности данных объектов.
Принцип дополнительности предложен датским физиком Нильсом Бором (1927) при интерпретации квантовой механики: для полного описания квантово-механических объектов нужны два взаимоисключающих («дополнительных») класса понятий, каждый из которых применим в особых условиях, а их совокупность необходима для воспроизведения целостности этих объектов. Физический смысл принципа дополнительности заключается в том, что квантовая теория связана с признанием принципиальной ограниченности классических физических понятий применительно к атомным и субатомным явлениям. Однако, как указывал Бор, «интерпретация эмпирического материала в существенном покоится именно на применении классических понятий» (Бор Н. Избранные научные труды, т. 2. — М., 1970, с. 30). Это означает, что действие квантового постулата распространяется на процессы наблюдения (измерения) объектов микромира: «наблюдение атомных явлений включает такое взаимодействие последних со средствами наблюдения, которым нельзя пренебречь» (там же, с. 37), то есть, с одной стороны, это взаимодействие приводит к невозможности однозначного («классического») определения состояния наблюдаемой системы независимо от средств наблюдения, а с другой стороны, никакое иное наблюдение, исключающее воздействие средств наблюдения, по отношению к объектам микромира невозможно. В этом смысле принцип дополнительности тесно связан с физическим смыслом «соотношения неопределённостей» В. Гейзенберга: при определённости значений импульса и энергии микрообъекта не могут быть однозначно определены его пространственно-временные координаты, и наоборот; поэтому полное описание микрообъекта требует совместного (дополнительного) использования его кинематических (пространственно-временных) и динамических (энергетически-мпульсных) характеристик, которое, однако, не должно пониматься как объединение в единой картине по типу аналогичных описаний в классической физике. Дополнительный способ описания иногда называют неклассическим употреблением классических понятий (И. С. Алексеев).
Принцип дополнительности применим к проблеме «корпускулярно-волнового дуализма», которая возникает при сопоставлении объяснений квантовых явлений, основанных на идеях волновой механики (Э. Шрёдингер) и матричной механики (В. Гейзенберг). Первый тип объяснения, использующий аппарат дифференциальных уравнений, является аналитическим; он подчёркивает непрерывность движений микрообъектов, описываемых в виде обобщений классических законов физики. Второй тип основан на алгебраическом подходе, для которого существен акцент на дискретности микрообъектов, понимаемых как частицы, несмотря на невозможность их описания в «классических» пространственно-временных терминах. Согласно принципу дополнительности, непрерывность и дискретность принимаются как равно адекватные характеристики реальности микромира, они несводимы к некой «третьей» физической характеристике, которая «связала» бы их в противоречивом единстве; сосуществование этих характеристик подходит под формулу «либо одно, либо другое», а выбор из них зависит от теоретических или экспериментальных проблем, возникающих перед исследователем (Дж. Холтон).
Бор полагал, что принцип дополнительности применим не только в физике, но имеет более широкую методологическую значимость. Ситуация, связанная с интерпретацией квантовой механики, «имеет далеко идущую аналогию с общими трудностями образования человеческих понятий, возникающими из разделения субъекта и объекта» (там же, с. 53). Такого рода аналогии Бор усматривал в психологии и, в частности, опирался на идеи У. Джеймса о специфике интроспективного наблюдения за непрерывным ходом мышления: подобное наблюдение воздействует на наблюдаемый процесс, изменяя его; поэтому для описания мыслительных феноменов, устанавливаемых интроспекцией, требуются взаимоисключающие классы понятий, что соответствует ситуации описания объектов микрофизики. Другая аналогия, на которую Бор указывал в биологии, связана с дополнительностью между физико-химической природой жизненных процессов и их функциональными аспектами, между детерминистическим и телеологическим подходами. Он обращал также внимание на применимость принципа дополнительности к пониманию взаимодействия культур и общественных укладов. В то же время Бор предупреждал против абсолютизации принципа дополнительности в качестве некоей метафизической догмы.
Тупиковыми можно считать такие интерпретации принципа дополнительности, когда он трактуется как гносеологический «образ» некоей «внутренне присущей» объектам микромира противоречивости, отображаемой в парадоксальных описаниях («диалектических противоречиях») типа «микрообъект является и волной, и частицей», «электрон обладает и не обладает волновыми свойствами» и так далее. Разработка методологического содержания принципа дополнительности — одно из наиболее перспективных направлений в философии (см. Философия) и методологии науки (см. Методология науки). В его рамках рассматриваются применения данного принципа в исследованиях соотношений между нормативными и дескриптивными моделями развития науки, между моральными нормами и нравственным самоопределением человеческой субъективности, между «критериальными» и «критико-рефлексивными» моделями научной рациональности.
Принцип дополнительности
Принцип дополнительности — один из важнейших принципов квантовой механики, сформулированный в 1927 году Нильсом Бором. Согласно этому принципу, для полного описания квантовомеханических явлений необходимо применять два взаимоисключающих («дополнительных») набора классических понятий, совокупность которых даёт исчерпывающую информацию об этих явлениях как о целостных. Например, дополнительными в квантовой механике являются пространственно-временная и энергетически-импульсная картины.
Примечания
Ссылки
Полезное
Смотреть что такое «Принцип дополнительности» в других словарях:
ПРИНЦИП ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ — методологический принцип, сформулированный Нильсом Бором применительно к квантовой физике, согласно которому, для того чтобы наиболее адекватно описать физический объект, относящийся к микромиру, его нужно описывать во взаимоисключающих,… … Энциклопедия культурологии
Принцип дополнительности — сформулированное датским физиком Н. Бором (1885 1962) в 1927 г. принципиальное положение квантовой механики, согласно которому получение экспериментально информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект (элементарную частицу,… … Концепции современного естествознания. Словарь основных терминов
принцип дополнительности — papildomumo principas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. complementarity principle vok. Ergänzungsprinzip, n; Komplementaritätsprinzip, n rus. принцип дополнительности, m pranc. principe de complémentarité, m … Fizikos terminų žodynas
«ПРИНЦИП ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ» — – 1) принцип, означающий, что взаимодействие между измерительным прибором и объектом составляет неразрывную часть явления; 2) любая процедура, связанная с измерением, которая вносит в изучаемый объект или явление определенные возмущения [89, c.… … Современный образовательный процесс: основные понятия и термины
ПРИНЦИП ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ БОРА — разработанная Нильсом Бором (1925) концепция (принцип) о взаимодействии (взаимном дополнении) двух разнообразных материальных систем в их единстве и противоположности. Так, под различными материальными системами можно понимать живое вещество… … Экологический словарь
Принцип дополнительности Бора — одно из фундаментальных положений квантовой теории, состоящее в том, что в акте измерения могут быть установлены, с точностью, допускаемой принципом (соотношением неопределенностей Гейзенберга), либо энергия и импульс квантовой системы… … Начала современного естествознания
ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ ПРИНЦИП — методологич. принцип, выдвинутый дат. физиком Н. Бором в связи с интерпретацией квантовой механики. Он формулируется так: в процессе познания для воспроизведения целостности объекта необходимо применять взаимоисключающие, дополнительные классы… … Философская энциклопедия
Дополнительности принцип — В 1927 году Нильс Бор дал формулировку одного из важнейших принципов квантовой механики принципа дополнительности. Согласно этому принципу, для полного описания квантовомеханических явлений необходимо применять два взаимоисключающих… … Википедия
ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ ПРИНЦИП — один из фундаментальных принципов квантовой механики, сформулированный Н. Бором, согласно которому полное описание поведения квантовых объектов (элементарных частиц, фотонов, электронов) невозможно в рамках Ьс единого их представления. Внутренне… … Философия науки: Словарь основных терминов
дополнительности \(принцип\) — ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ (ПРИНЦИП) один из важнейших методологических принципов науки, который касается описания сложных и несоразмерных обычному человеческому опыту явлений и реальности. Этот принцип был предложен Н. Бором (1927 1928) с… … Энциклопедия эпистемологии и философии науки
Принцип дополнительности
В повседневной жизни имеется два способа переноса энергии в пространстве — посредством частиц или волн. Чтобы, скажем, скинуть со стола костяшку домино, балансирующую на его краю, можно придать ей необходимую энергию двумя способами. Во-первых, можно бросить в нее другую костяшку домино (то есть передать точечный импульс с помощью частицы). Во-вторых, можно построить в ряд стоящие костяшки домино, по цепочке ведущие к той, что стоит на краю стола, и уронить первую на вторую: в этом случае импульс передастся по цепочке — вторая костяшка завалит третью, третья четвертую и так далее. Это — волновой принцип передачи энергии. В обыденной жизни между двумя механизмами передачи энергии видимых противоречий не наблюдается. Так, баскетбольный мяч — это частица, а звук — это волна, и всё ясно.
Однако в квантовой механике всё обстоит отнюдь не так просто. Даже из простейших опытов с квантовыми объектами очень скоро становится понятно, что в микромире привычные нам принципы и законы макромира не действуют. Свет, который мы привыкли считать волной, порой ведет себя так, будто состоит из потока частиц (фотонов), а элементарные частицы, такие как электрон или даже массивный протон, нередко проявляют свойства волны.
Теперь давайте проведем несложный эксперимент для иллюстрации вышесказанного. Предположим, у нас есть замкнутая камера с двумя тонкими горизонтальными прорезями — одна выше средней линии, другая ниже. Теперь представим, что на эти прорези направлен параллельный пучок световых лучей. Естественно предположить, что частицы света будут проходить через оба отверстия прямо, и на задней стенке камеры (на экране) будут наблюдаться две отчетливые световые полосы напротив каждой из прорезей, а посередине между ними свет попадать не должен.
Однако на практике мы наблюдаем совершенно иную картину. Согласно принципу Гюйгенса, каждая из прорезей играет роль независимого источника вторичных световых волн, и на экране на средней линии между двумя прорезями мы, напротив, должны наблюдать максимум амплитуды их колебаний. В частности, звуковые волны, исходящие из двух стереодинамиков, как раз и дают пик громкости на линии равного удаления между ними. То же самое касается и двух равноудаленных источников световых волн, проецируемых на экран. Иными словами, пик амплитуды волны приходится как раз на ту пространственную зону, куда, согласно корпускулярной теории, должно попадать минимальное число частиц.
Если направить на подобную камеру пучок электронов, на экране будут отчетливо прослеживаться свойственные волнам полосы пиков и спадов интенсивности излучения, то есть электрон будет вести себя как волна. С другой стороны, если «выстреливать» электроны по одному, каждый из них будет оставлять четкий след на экране — то есть вести себя как частица. Самое интересное, что то же самое будет, если вместо пучка электронов вы возьмете пучок фотонов: в пучке они будут вести себя как волны, а по отдельности — как частицы (см. Опыт Дэвиссона—Джермера).
Подытожим сказанное. Если фотоны или электроны направлять в такую камеру по одному, они ведут себя как частицы; однако если собрать достаточную статистику таких одиночных экспериментов, то выяснится, что по совокупности эти же электроны или фотоны распределятся на задней стенке камеры так, что на ней будет наблюдаться знакомая картина чередующихся пиков и спадов интенсивности, свидетельствующая об их волновой природе. Иными словами, в микромире объекты, которые ведут себя как частицы, при этом как бы «помнят» о своей волновой природе, и наоборот. Это странное свойство объектов микромира получило название квантово-волнового дуализма. Проводилось множество экспериментов с целью «разоблачить истинную природу» квантовых частиц: использовались различные экспериментальные методики и установки, включая такие, которые позволили бы на полпути к приемнику выявить волновые свойства отдельной частицы или, напротив, определить волновые свойства светового пучка через характеристики отдельных квантов. Всё тщетно. Судя по всему, квантово-волновой дуализм объективно присущ квантовым частицам.
Принцип дополнительности — простая констатация этого факта. Согласно этому принципу, если мы измеряем свойства квантового объекта как частицы, мы видим, что он ведет себя как частица. Если же мы измеряем его волновые свойства, для нас он ведет себя как волна. Оба представления отнюдь не противоречат друг другу — они именно дополняют одно другое, что и отражено в названии принципа.
Как я уже объяснял во Введении, я считаю, что философия науки выиграла от такого корпускулярно-волнового дуализма несопоставимо больше, чем было бы возможно при его отсутствии и строгом разграничения явлений на корпускулярные и волновые. Сегодня совершенно очевидно, что объекты микромира ведут себя принципиально иным образом, нежели объекты привычного нам макромира. Но почему? На каких скрижалях это записано? И, подобно тому как средневековые натурфилософы мучительно пытались понять, является ли полет стрелы «свободным» или «вынужденным», так и современные философы бьются над разрешением квантово-волнового дуализма. На самом же деле и электроны, и фотоны представляют собой не волны и не частицы, а нечто совершенно особенное по своей внутренней природе — и потому не поддающееся описанию в терминах нашего повседневного опыта. Если же и дальше пытаться втиснуть их поведение в рамки знакомых нам парадигм, неизбежны всё новые парадоксы. Так что главный вывод здесь состоит в том, что наблюдаемый нами дуализм порожден не присущими квантовым объектам свойствами, а несовершенством категорий, которыми мы мыслим.
ПРИНЦИП ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ
Полезное
Смотреть что такое «ПРИНЦИП ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ» в других словарях:
Принцип дополнительности — Принцип дополнительности один из важнейших принципов квантовой механики, сформулированный в 1927 году Нильсом Бором. Согласно этому принципу, для полного описания квантовомеханических явлений необходимо применять два взаимоисключающих… … Википедия
Принцип дополнительности — сформулированное датским физиком Н. Бором (1885 1962) в 1927 г. принципиальное положение квантовой механики, согласно которому получение экспериментально информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект (элементарную частицу,… … Концепции современного естествознания. Словарь основных терминов
принцип дополнительности — papildomumo principas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. complementarity principle vok. Ergänzungsprinzip, n; Komplementaritätsprinzip, n rus. принцип дополнительности, m pranc. principe de complémentarité, m … Fizikos terminų žodynas
«ПРИНЦИП ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ» — – 1) принцип, означающий, что взаимодействие между измерительным прибором и объектом составляет неразрывную часть явления; 2) любая процедура, связанная с измерением, которая вносит в изучаемый объект или явление определенные возмущения [89, c.… … Современный образовательный процесс: основные понятия и термины
ПРИНЦИП ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ БОРА — разработанная Нильсом Бором (1925) концепция (принцип) о взаимодействии (взаимном дополнении) двух разнообразных материальных систем в их единстве и противоположности. Так, под различными материальными системами можно понимать живое вещество… … Экологический словарь
Принцип дополнительности Бора — одно из фундаментальных положений квантовой теории, состоящее в том, что в акте измерения могут быть установлены, с точностью, допускаемой принципом (соотношением неопределенностей Гейзенберга), либо энергия и импульс квантовой системы… … Начала современного естествознания
ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ ПРИНЦИП — методологич. принцип, выдвинутый дат. физиком Н. Бором в связи с интерпретацией квантовой механики. Он формулируется так: в процессе познания для воспроизведения целостности объекта необходимо применять взаимоисключающие, дополнительные классы… … Философская энциклопедия
Дополнительности принцип — В 1927 году Нильс Бор дал формулировку одного из важнейших принципов квантовой механики принципа дополнительности. Согласно этому принципу, для полного описания квантовомеханических явлений необходимо применять два взаимоисключающих… … Википедия
ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ ПРИНЦИП — один из фундаментальных принципов квантовой механики, сформулированный Н. Бором, согласно которому полное описание поведения квантовых объектов (элементарных частиц, фотонов, электронов) невозможно в рамках Ьс единого их представления. Внутренне… … Философия науки: Словарь основных терминов
дополнительности \(принцип\) — ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ (ПРИНЦИП) один из важнейших методологических принципов науки, который касается описания сложных и несоразмерных обычному человеческому опыту явлений и реальности. Этот принцип был предложен Н. Бором (1927 1928) с… … Энциклопедия эпистемологии и философии науки
borisgen
borisgenКруг наших понятий
Хотя этому принципу не менее двух тысяч лет, нельзя сказать, что он глубоко проник в сознание современных людей. В подавляющем большинстве случаев мы во время спора пытаемся навязать оппоненту свое мнение, вместо того, чтобы найти логику или обнаружить противоречия в противоположной точке зрения. Мы до сих пор не готовы признать, что противоположная точка зрения, если она непротиворечива, только дополняет наш собственный взгляд, и позволяет более полно изучить обсуждаемую проблему. Именно в этом состоит смысл утверждения: «в спорах рождается истина», а не в том, чтобы в споре возобладала одна точка зрения и была повержена противоположная.
Как бы воспринимали объемную фигуру плоские человечки?
Только как совокупность проекций на взаимно перпендикулярные плоскости:
Позволю себе напомнить читателю содержание принципа дополнительности. В физике этот принцип имеет значение физического закона и гласит следующее: « Для полного описания сложного объекта или явления требуется, по крайней мере, два взаимоисключающих дополнительных понятия. Данные понятия не противоречат, а взаимно дополняют друг друга».
Примером дополнительности в физике является корпускулярно-волновой дуализм частиц вещества. Волна и частица с точки зрения классической физики – понятия, взаимно исключающие друг друга. Например, волна, падая на преграду, в которой сделано два отверстия, проходит через оба отверстия одновременно. Классическая частица же, налетая на ту же преграду, может пройти либо через одно, либо через другое отверстие, а через оба одновременно – никогда. Для волн характерно явление интерференции и одно из проявлений интерференции – дифракция. Классические частицы в указанных явлениях не участвуют. Но было обнаружено, что микрочастицы в некоторых явлениях ведут себя как частицы в классическом понимании, а в некоторых – как волны. Поэтому корпускулярно-волновой дуализм вещества стал одним из краеугольных камней квантовой физики. С точки зрения принципа дополнительности микрочастица не является ни частицей, ни волной в классическом понимании, а представляет собой нечто более сложное, для описания чего у нас нет ни образов, ни соответствующего языка.
Понятия «волна» и «частица», несмотря на их взаимоисключающий характер, взаимно дополняют друг друга при изучении микрочастиц. Электрон, движущийся в электроннолучевой трубке, при определенных условиях можно рассматривать как материальную точку. А электрон в атоме подобен волне.
Природа едина, и принцип дополнительности как закон природы действует в различных ситуациях, в том числе и весьма далеких от физики. Всюду, где приходится рассматривать сложные явления или объекты, для которых невозможно полное описание с одной точки зрения, необходимо использовать дополнительность. Взаимно дополняют друг друга в экономике государственное регулирование и свобода предпринимательской деятельности, в познании – наука и искусство, анализ и синтез.
На меня глубокое впечатление произвела замечательная книга Л.И. Пономарева: «Под знаком кванта» (Под знаком кванта.– М.: Наука, 1989. – 368 с.), в которой дана яркая характеристика принципа дополнительности. Л.И. Пономарев пишет, что мышление в форме дополнительности ставит ограничения на строгость формулировок. Действительно, строго формулируя какую-либо мысль, мы вынуждены это делать, исходя из одной, определенной, точки зрения. При этом теряется информация, которую дают дополнительные точки зрения. Другими словами, строгость определений всегда связана с потерей информации. «Наши знания либо строги, но тогда не полны, либо полны, но тогда не строги».
Любые сложные ситуации согласно принципу дополнительности должны рассматриваться с противоположных точек зрения. В своей книге Л.И. Пономарев приводит весьма характерные слова В. Брюсова: «Для мышления нужна множественность…Единое начало есть небытие, единство истины есть безмыслие».