Пошук остаточних законів природи
Цей сайт присвячений великій інтелектуальній пригоді - пошуку остаточних законів природи. Мрія про остаточну теорію багато в чому надихає роботи в області фізики високих енергій. Хоча ми й не знаємо, як можуть виглядати остаточні закони або скільки років пройде, перш ніж вони будуть відкриті, все-таки ми думаємо, що вже в сучасних теоріях уловлюються проблиски контурів остаточної теорії.
Сама ідея остаточної теорії суперечлива і є в наші дні предметом інтенсивних суперечок. Це протиріччя вже досягло комітетських кабінетів конгресу США: фізика високих енергій стає усе більше дорогою наукою й обіг учених за суспільною підтримкою частково обґрунтовується історичною місією відкриття остаточних законів
Із самого початку в наміри входив виклад тих питань, які виникають у зв'язку із самою ідеєю остаточної теорії як частини інтелектуальної історії нашого часу, розраховане на людей без спеціальної підготовки по фізиці й вищій математиці. Мова йде про ключові ідеї, що лежать в основі сучасних фундаментальних досліджень по фізиці. Але це не підручник по фізиці, і Ви не зустрінете окремих глав, повністю присвячених часткам, взаємодіям, симетріям і струнам. Навпроти, тут уплетені поняття сучасної фізики в обговорення того, що таке остаточна теорія і як ми збираємося неї шукатися
Остаточна теорія
ГЛАВА IV. Квантова механіка і її критики
Граючий ставив кулю на стіл і вдаряв по кулі києм. Стежачи за кулею, що котиться, містер Томпкинс до свого великого
подиву помітив, що куля почала «розпливатися». Це було єдине вираження, що прийшло йому на розум при
виді дивного поводження більярдної кулі, що, котячись по зеленому полю, здавався усе більше й більше розмитим, на
очах втрачаючи чіткість своїх контурів. Здавалося, що по зеленому сукну котиться не одна куля, а безліч куль, до
тому ж частково проникаючий друг у друга. Містерові Томпкинсу часто траплялося спостерігати подібні явища й колись,
але сьогодні він не прийняв ні краплі скроні й не міг зрозуміти, чому так відбувається.
Георгій Гаморів. Містер Томпкинс досліджує атом1)
Відкриття квантової механіки в середині 1920-х рр. було найглибшою революцією у фізичній теорії з моменту
зародження сучасної фізики в XVII в. Коли ми розглядали вище властивості шматочка мела, наш ланцюжок питань
знову й знову приводила до відповідей, сформульованим мовою квантової механіки. Всі вигадливі математичні
теорії, якими в останні роки займаються фізики, - квантові теорії поля, калібровані теорії, теорії
суперструн - всі вони формулюються в рамках квантової механіки. Якщо і є щось у нашім сьогоднішнім розумінні
природи, що має шанс вижити в остаточній теорії, так це квантова механіка.
Історична важливість квантової механіки складається не тільки в тім, що вона дала відповіді на багато старих питань про
пристрої
1) Гаморів Г. Містер Томпкинс досліджує атом. М.: УРСС, 2003. - Прим. ред.
55
матерії; значно важливіше, що вона змінила наші подання про ті питання, які нам дозволене задавати. З
точки зору послідовників ньютоновской фізики, теорії призначені для того, щоб забезпечувати математичний
апарат, що дозволяє фізикам обчислювати положення й швидкості часток у будь-якій системі в усі майбутні моменти часу,
якщо повністю відомі (що ніколи не реалізується на практиці) значення цих величин у будь-який даний момент часу.
Однак квантова механіка принесла із собою зовсім інший спосіб опису стану системи. У ній ми використовуємо
математичні конструкції, називані хвильовими функціями, які подають інформацію тільки про ймовірності
можливих значень положень і швидкостей часток у системі. Це зміна погляду настільки глибоко, що фізики зараз
використовують слово «класичний» не стосовно стародавніх греків і римлянам або до Моцарту й т.д., а стосовно
періоду «до квантової механіки».
Якщо спробувати назвати момент, коли народилася квантова механіка, те, напевно, їм повинен стати та відпустка, що
улаштував собі молодий Вернер Гейзенберг в 1925 р. Страждаючи від сінної лихоманки, Гейзенберг утік від квітучих лугів
поблизу Г.ттингена на пустельний острів Гельголанд у Північному морі. До цього Гейзенберг і його колеги протягом
декількох років намагалися розв'язати проблему, що виникла в 1913 р. у побудованої Нильсом Бором теорії атома: чому
електрони в атомі займають тільки деякі дозволені орбіти з певними енергіями? На Гельголанде
Гейзенберг почав обмірковувати всі спочатку. Він вирішив, що оскільки ніхто не може безпосередньо спостерігати орбіту
електрона в атомі, він буде намагатися мати справу тільки з величинами, які можна виміряти, а саме з енергіями
квантових станів, у яких всі електрони атома займають дозволені орбіти, і зі швидкостями спонтанного
переходу атома з одного такого стану в будь-який інший стан з випущенням при цьому частки світла (фотона). З
цих швидкостей переходу Гейзенберг склав те, що він назвав «таблицею», потім увів математичні операції із цієї
таблицею, що приводили до появи нових таблиць, причому кожній фізичній величині, наприклад положенню електрона,
його швидкості або квадрату швидкості, відповідала своя таблиця2). Знаючи залежність енергії частки в простій системі
від швидкості й положення, Гейзенберг зумів ви-
2) Більш точно, елементами гейзенберговской таблиці були, як їх називають, амплітуди переходів,
квадрати яких визначають швидкості переходів. Після того як Гейзенберг повернувся з Гельголанда в
Геттінген, йому пояснили, що математичні операції над такими таблицями давно добре відомі
математикам; подібні таблиці математики називають матрицями, а операції, у результаті яких можна
перейти від таблиці, що представляє швидкість електрона, до таблиці, що представляє квадрат швидкості,
відомі як матричне множення. Це один із прикладів загадкової здатності математиків передбачати ті
структури, які мають відношення до реального миру.
[...]
Початок
[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127]