В построенной Бором модели атома электроны, «возбужденные» бомбардирующей их энергией, могут перепрыгивать с одной орбиты на другую (ближнюю или дальнюю) орбиту, мгновенно перемещаясь с одной позиции на другую, несмежную позицию, минуя фазу физического передвижения.
Эта модель привела к возникновению гипотезы, согласно которой атом, когда у него есть возможность выбора, в какое состояние перепрыгнуть, принимает решение наугад. Квантовый скачок (физики предпочитают термин «прыжок") — это самое мелкое изменение, которое может произойти, и происходит оно непредсказуемо.
В течение последующих двух десятилетий математическое моделирование атома привело к новым контринтуитивным озарениям. Мы рассмотрим только два самых значительных из них: принцип неопределенности Гейзенберга и принцип компле-ментарности Бора.
Принцип неопределенности Гейзенберга
В 1927 году Вернер Гейзенберг доказал, что уравнениям квантовой механики присуща неопределенность. Он показал, что если мы попытаемся одновременно измерить координату и импульс электрона, то у нас ничего не получится. Чем точнее мы знаем, где находится объект, тем меньше мы уверены в величине его импульса, и наоборот. Таким образом, принцип неопределенности утверждает, что координата и импульс субатомной частицы не могут одновременно принимать точные значения. Средствами литературного языка точно описать атом невозможно; все, что мы можем сделать, это измерить атом, да и то с обязательной степенью неопределенности. Причина вовсе не в дефектах измерительных технологий. Все дело, собственно, в расплывчатости наших представлений о том, как ведут себя микроскопические частицы материи. Мы никогда не узнаем, ведут ли себя атомы как конкретные физические системы, двигающиеся с определенной скоростью.
В результате Гейзенберг опроверг предположение о том, что «за статистической вселенной в нашем восприятии спрятан «реальный», но «бесполезный и бессмысленный» мир, подчиняющийся «законам причинности».
Принцип комплементарности: корпускулярно- волновой дуализм
В 1927 году Бор детально изложил свою теорию о том, что свет имеет одновременно волновую и корпускулярную природу. Результаты исследования реальности зависят от экспериментатора и применяемой им методики. Если вы ищете фотон с помощью детектора частиц, вы увидите частицу. Возьмите волновой детектор и раз! — вы получите волну. Ни тот, ни другой вариант, сказал Бор, не является более реальным или более точным. Одновременно мы можем видеть либо волну, либо частицу, но для полного понимания природы света необходимы оба определения. Обе методики комплементарны (взаимодополняют друг друга).