Принципы причинности и соответствия в квантовой механике

Философский принцип причинности понимается как взаимообусловленность одного явления (следствия) другим явлением (причиной).

Из соотношения неопределенностей Гейзенберга иногда делают идеалистический вывод о неприменимости принципа причинности к явлениям, происходящих в микромире. При этом основываются на следующих соображениях. В классической механике, согласно принципу причинности по известному состоянию системы в некоторый момент времени (полностью определяемому значениями координат и импульсов всех частиц системы) и силам, приложенным к ней, можно абсолютно точно описать ее состояние в любой последующий момент. Следовательно, классическая физика основывается на следующем понимании причинности: состояние механической системы в начальный момент времени с известным законом взаимодействия частиц есть причина, а ее состояние в последующий момент - следствие.

Согласно соотношению неопределенностей, микрообъекты не могут иметь одновременно определенные координату и соответствующую ей проекцию импульса, поэтому делается вывод о том, что в начальный момент времени состояние системы точно не определяется. Если же состояние системы точно не определено в начальный момент времени, то не могут быть предсказаны и последующие состояния, т.е. нарушается принцип причинности. Однако никакого нарушения принципа причинности применительно к микрообъектам не наблюдается, поскольку в квантовой механике понятие состояния микрообъекта приобретает совершенно иной смысл, чем в классической механике. В квантовой механике состояния микрообъекта полностью определяется волновой функцией. Задание волновой функции для данного момента времени определяет ее значения в последующие моменты. Таким образом, состояние системы микрочастиц однозначно вытекает из предшествующего состояния, как того требует принцип причинности.

В становлении квантово-механических представлений важную роль сыграл выдвинутый Н. Бором в 1923 г. принцип соответствия: всякая новая более общая теория, являющаяся развитием некоторой старой теории, не отвергает ее полностью: основные законы новой теории таковы, что в предельном случае при надлежащем выборе некого характеристического параметра, они переходят в законы старой теории.

Так, формулы кинематики и динамики релятивистской механики переходят при скоростях, много меньших скорости света, в формулы механики Ньютона. Законы квантовой механики переходят в законы классической механики при условиях, когда можно пренебречь величиной кванта действия, т.е. величиной постоянной Планка h. Область, в которой возможно это пренебрежение, является макроскопической.