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
хвилі, тому що дифракція завжди розмазує зображення будь-якого предмета, розміри якого менше довжини хвилі
світла. Але світло короткої довжини хвилі складається з фотонів, що володіють, відповідно, більшим імпульсом. Тому,
коли ми використовуємо фотони з більшим імпульсом для спостереження електрона, він неминуче одержує більшу віддачу в
результаті зіткнення, несучи якусь частку імпульсу фотона. Таким чином, чим точніше ми намагаємося виміряти
положення електрона, тим менше ми знаємо після такого виміру про імпульс електрона. Це правило одержало назву
співвідношення невизначеностей Гейзенберга3). Електронна хвиля, що має в якімсь місці гострий максимум,
відповідає електрону з досить чітко певним положенням, але імпульс такого електрона може мати майже
будь-яке значення. Навпаки, електронна хвиля, що має форму згладженої, равноудаленной послідовності горбів і
западин на відстані багатьох довжин хвиль, відповідає електрону з досить певним значенням імпульсу, але
зовсім невиразним становищем 58. Найбільш типові електрони, начебто тих, які перебувають в атомах або
молекулах, не мають ні певного положення, ні певного імпульсу.
Фізики продовжували запекло сперечатися про інтерпретацію квантової механіки протягом багатьох лет після того, як
вони навчилися вирішувати рівняння Шр.дингера. Серед них виділявся Эйнштейн, що відкидав квантову механіку у своєї
роботі; більшість фізиків просто намагалося неї зрозуміти. Багато суперечок на ці теми проходили в Інституті теоретичної
фізики Копенгагенского університету під керівництвом Нильса Бору4). Особлива увага Бор обертала на дивне
властивість квантової механіки, названа їм додатковістю59: знання однієї властивості або аспекту поводження системи
виключає знання ряду інших властивостей. Співвідношення невизначеностей Гейзенберга саме являло приклад допол-
3) Більш точно, оскільки довжина хвилі світла дорівнює постійної Планка, діленої на імпульс фотона,
невизначеність у положенні будь-якої частки не може бути менше, ніж постійна Планка, ділена на
невизначеність її імпульсу. Ми не зауважуємо невизначеності в положенні звичайних тіл начебто
биллиардных куль, тому що постійна Планка дуже мала. У системі одиниць, з якої найкраще знайомо
більшість фізиків і заснованої на сантиметрах, грамах і секундах як базових одиницях довжини, маси й
часу, планковская постійна дорівнює 6,626 х 10-27 г див2 з-1. Це значення так мало, що довжина хвилі
биллиардного кулі, що котиться по столі, багато менше розміру атомного ядра. Таким чином, не становить
праці одночасно дуже точно виміряти як положення кулі, так і його імпульс.
4) Мені пощастило зустрічатися з Бором, правда вже наприкінці його наукової діяльності й на самому початку
моєї. Бор приймав мене, коли я в перший раз приїхав на річне стажування в його інститут у Копенгагені.
Однак ми розмовляли дуже мало, так що я не виніс із цих розмов якихось мудрих думок - Бор був
знаменитий своїм бурмотанням і завжди було досить важко догадатися, що він має на увазі. Я пам'ятаю
вираження жаху на особі моєї дружини, коли під час вечірки, що проходила в зимовому саду його будинку, Бор
щось довго їй говорив і вона почувала, що не може зрозуміти нічого з того, що їй говорить великий
людина.
61
нительности: знання положення частки (або імпульсу) виключає знання її імпульсу (або положення)5).
На початку 1930-х рр. дискусії в інституті Бору привели до створення ортодоксальної «копенгагенской» формулювання
квантової механіки, що використовувала значно більше загальні поняття, чим уживані у хвильовій механіці
окремих електронів. Незалежно від того, чи складається система з однієї або багатьох часток, її стан у будь-який момент
часу описується набором чисел - значеннями хвильової функції, причому кожне число відповідає певної
можливої конфігурації системи. Те саме стан можна описати, перераховуючи значення хвильової функції для
конфігурацій, заданих безліччю різних способів, наприклад, вказівкою положень всіх часток у системі, або
[...]
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]
У світі фізики
Наука та техніка