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
звичайно намагаються перекласти роботи чарівників на іншу мову, так що вони стають схожі на роботи мудреців,
інакше жоден читач не зміг би зрозуміти фізику. Планк виступив як чарівник, запропонувавши в 1900 р. свою теорію
теплового випромінювання, та й Эйнштейн почасти був їм, коли в 1905 р. увів поняття фотонів. (Можливо, саме тому він
пізніше розцінював теорію фотонів як саме революційне зі своїх досягнень.) Звичайно не дуже важко зрозуміти
роботи фізиків-мудреців, але роботи фізиків-чарівників часто зовсім незрозумілі. У цьому змісті стаття
Гейзенберга 1925 р. була чистою магією.
Може бути, і не варто так уважно читати першу статтю Гейзенберга. Він спілкувався з безліччю обдарованих
фізиків-теоретиків, включаючи Макса Борна й Паскуаля Йордана в Німеччині й Поля Дирака в Англії, так що до кінця 1925 р.
ці вчені перетворили ідеї Гейзенберга в зрозумілу й систематичну версію квантової
57
механіки, називану в наш час матричною механікою. У січні наступного року в Гамбурзі шкільний приятель
Гейзенберга Вольфганг Паули зумів застосувати нову матричну механіку до рішення основного завдання атомної
фізики - розрахунку енергій квантових станів атома водню, підтвердивши тим самим результати, отримані раніше
Бором на основі напівкласичних постулатів.
Проведений Паули квантовомеханический розрахунок рівнів енергії водню був блискучою демонстрацією
математичного мистецтва, мудрим використанням знайдених Гейзенбергом правил і особливих симетрій атома водню.
Хоча Гейзенберг і Дирак, може бути, були більше плідними, чим Паули, жоден з фізиків, що жили тоді, не був
більше розумним. Але навіть Паули не зумів застосувати свої обчислювальні прийоми до наступного по складності атому гелію,
не говорячи вже про більше важкі атоми або молекули.
Насправді та квантова механіка, що у наші дні вивчають на молодших курсах і використовують у повсякденної
роботі хіміки й фізики, це не матрична механіка Гейзенберга, Паули і їхніх співробітників, а математично еквівалентний
(хоча й значно більше зручний) формалізм, запропонований трохи пізніше Эрвином Шр.дингером. У тій версії
квантової механіки, що розробив Шр.дингер, кожний можливий фізичний стан системи описується
завданням величини, відомої як хвильова функція системи, що небагато нагадує спосіб опису світла як хвилі
електричного й магнітного полів. Ще до робіт Гейзенберга Луи де Бройль у статтях 1923 р. і докторської дисертації
1924 р. описав підхід до квантової механіки, заснований на понятті хвильової функції. Де Бройль припустив, що
електрон можна розглядати як певного сорту хвилю, причому довжина хвилі пов'язана з імпульсом електрона тим же
співвідношенням Эйнштейна, що визначає зв'язок довжини хвилі світла з імпульсом фотона; в обох випадках довжина хвилі
дорівнює фундаментальної постійної природи, відомої як постійна Планка, діленої на імпульс. Де Бройль
зовсім не уявляв собі фізичний зміст цієї хвилі й не запропонував ніякого динамічного хвильового
рівняння; він просто припустив, що дозволені орбіти електронів в атомі водню повинні бути досить
більшими, щоб уздовж них уміщалося ціле число повних довжин хвиль - одна для щонайнижчого енергетичного стану,
дві для наступні й т.д. Примітно, що ця проста й не занадто добре мотивована гіпотеза приводила до тих
же успішним результатам для енергій електрона на різних орбітах в атомі водню, що й пророблені десятьма роками
раніше обчислення Бору.
Після такої дисертації можна було б сподіватися, що де Бройлю вдасться вирішити всі проблеми фізики. Насправді
за всю
[...]
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