Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.abitu.ru/en2002/closed/viewwork.html?thesises=68 Дата изменения: Fri May 5 15:24:58 2006 Дата индексирования: Tue Oct 2 02:58:33 2012 Кодировка: koi8-r

Формирование квантовой механики

Часть I. Основные положения квантовой теории, их возникновение и развитие

Квантовая теория сыграла важнейшую роль в формировании и утверждении
во второй половине 20-го века «постклассической» науки, пришедшей на смену
«классической» науке 19-го века. Квантовая механика создана усилиями целой
плеяды физиков, включая таких крупнейших физиков и мыслителей 20-го века,
как А. Эйнштейн и Н. Бор. Все создатели квантовой теории были отмечены
Нобелевскими премиями.
К последней четверти 19-го века у физиков сложилось представление о
том, что все принципиальные закономерности физики уже установлены.
Несоответствия экспериментальных данных теоретическим представлениям
казались устранимыми в рамках имеющихся теорий. Однако развитие физики
разрушило это представление. На этом пути первый шаг в преодолении
традиционного мышления был сделан немецким физиком Максом Планком,
явившимся первым нобелевским лауреатом в ряду создателей квантовой
механики. В 1918 г. он был отмечен премией «в знак признания его заслуг в
деле развития физики благодаря открытию квантов энергии». Планк допустил
смелое предположение: вопреки общефизическому представлению о непрерывности
изменения всех физических (измеряемых) величин - энергия изменяется
дискретно. Он ввел величину минимально возможного «кванта действия», от
которого зависит минимально возможная энергия: энергия колебания с частотой
( равна h(, где «квант действия» в новой, современной физике
рассматривается как одна из фундаментальных констант Природы, имеет
специальное обозначение (h) и название - «постоянная Планка».
Свою гипотезу Планк выдвинул в 1900 г. Большую роль в ее утверждении
сыграл Альберт Эйнштейн, сделавший следующий шаг в становлении новой
теории. В 1905 году Эйнштейн ввел понятие «фотон» при теоретическом
истолковании закономерностей фотоэффекта (электронная эмиссия, возникающая
при поглощении света некоторыми металлами) и название «квант». По
Эйнштейну, фотон - это единичная «порция» (квант) электромагнитного
излучения, своеобразная частица излучения, движущаяся со скоростью света.
Эйнштейн ввел представление о двойственной природе электромагнитного
излучения: оно обладает и волновыми свойствами, и свойствами частиц. В 1907
г. Эйнштейн успешно использовал представление о квантах и частицах света -
фотонах при анализе теплоемкости кристаллов. Нобелевскую премию Эйнштейн
получил в 1921 г. за «вклад в теоретическую физику, в частности открытие
закона фотоэлектрического эффекта».
В следующем, 1922 г. Нобелевская премия по физике вновь была
присуждена за открытия, связанные со становлением квантовой теории. Ее
получил датский физик Нильс Бор «за заслуги в исследовании строения атомов
и испускаемого ими излучения». В своей докторской диссертации Бор вскрыл
неспособность классической теории объяснить магнитные явления в металлах,
что привело его к пониманию ограниченных возможностей электродинамики в
применении к описанию поведения электронов. Бор заинтересовался работами
Резерфорда, предложившего в 1911 г. ядерную модель атома. Несколько лет они
проработали совместно. В 1913 г. Бор опубликовал свои результаты по
рассмотрению «планетарной модели атома» («атом Бора»). Используя
представление о прерывных изменениях энергии, Бор ввел понятие «избранных,
допустимых» движений электрона в атоме относительно ядра. Это позволило ему
дать «ключ» к расшифровке известных в физике линейчатых спектров атомов.
Бор сыграл совершенно выдающуюся роль в дальнейшем развитии квантовой
теории («принцип дополнительности» и «копенгагенская» интерпретация
квантовой механики).
В 1929 г. Нобелевская премия была присуждена французскому физику Луи
де-Бройлю «за открытие волновой природы электрона». После того, как
Эйнштейн допустил, что волны света могут вести себя как частицы, де-Бройль
ввел представление о том, что частицы могут вести себя как волны. Он
постулировал определенное соотношение между импульсом частицы и длиной
волны, сопоставляемой с её движением. Согласно де-Бройлю, на разрешенных
орбитах электрона в «атоме Бора» укладывается целое число этих волн.
Электронные волны, введенные в физику де-Бройлем, получили
экспериментальное подтверждение в опытах Дж. Дэвиссона и Дж. Томсона,
установивших дифракцию электронов на кристаллах - Нобелевская премия по
физике за 1937 г.
Вслед за гениальными догадками и теоретическими построениями Планка,
Эйнштейна, Бора, де-Бройля, немецкий физик Вернер Гейзенберг и австрийский
физик Эрвин Шрёдингер сформулировали математический аппарат квантовой
теории, первый - в «матричной форме», а второй в виде «волновой механики»,
причем Шрёдингер доказал эквивалентность двух математических форм теории. В
1932 г. Гейзенберг получил Нобелевскую премию «за создание квантовой
механики». В следующем, 1933 г. Нобелевскую премию по физике получили
Шрёдингер и английский физик Поль Дирак «за открытие новых продуктивных
форм атомной теории». Дирак усовершенствовал математический аппарат
квантовой теории, включив («уравнение Дирака»). Уравнение Дирака
«узаконило» спин электрона и предсказало его магнитные свойства. Дирак
предсказал «античастицу» электрона - позитрон.
В 1945 г. Нобелевская премия по физике была присуждена Вольфгангу
Паули «за открытие принципа запрета, который называют принципом запрета
Паули».
Важный шаг в формировании квантовой теории, физическом понимании её
математического аппарата был сделан немецким физиком Максом Борном ,
получившим Нобелевскую премию по физике в 1954 г. «за фундаментальные
исследования по квантовой механике, особенно за статистическую
интерпретацию волновой функции». (Именно Борн в 1925 г. впервые ввел термин
«квантовая механика»).
Вероятностную интерпретацию описания движения в квантовой теории Борн
сформулировал в 1926 г., в 1927 г. Гейзенберг опубликовал свой «принцип
неопределенности». Планк, Эйнштейн, де-Бройль, Шрёдингер не смогли в полной
мере принять выводы квантовой теории. В формулировании и отстаивании этих
идей основную роль сыграл Нильс Бор. Идеи квантовой теории во второй
половине 20-го века не только утвердились, но явились основой новых
технологий и технологических изобретений.

Часть II. Драма идей и людей - создателей квантовой теории

«Погружаясь» в физику, Планк не предполагал, что, став
экспериментатором, подарит миру выход на новый уровень сознания через ломку
старых принципов. А. Эйнштейн «раздвоил» понятие света. Его гениальные
изыскания уходили корнями в детские стремления объяснить природу. Нильс
Бор, создав свою модель атома, прославился не только как физик с блестящей
научной репутацией, но и как человек редкой самостоятельной мысли. Луи де-
Бройль, тот, кем был очарован Эйнштейн, пришел к физике через литературу и
историю благодаря работам брата Мориса. Когда возникла задача описать
двойственность электрона математически, то вперед всех выдвинулось новое
поколение физиков, не обремененное грузом традиций, - Гейзенберг, Паули и
Дирак. Бор, как мудрый дедушка, вывел физиков из тьмы однобоких
представлений к свету принципа дополнительности. Но одновременно со
становлением новой науки разыгрывалась драма идей и ученых: авторы
первоосновных положений Планк, Эйнштейн и де-Бройль не принимали необычную
физическую картину мира.
Квантовая физика явилась родительницей авангардных отраслей науки:
электроники, лазеров, электронного микроскопа и многого другого. Открылись
новые технические возможности. Все это нашло военное применение против
фашизма. В июле 1945 года в Аламогордо взорвалась первая атомная бомба,
будто кто-то включил злое солнце. В августе 1945 года были разрушены
японские города Хиросима и Нагасаки. Ученые мучились от горя и стыда, это
была уже вторая драма их жизни.
Список литературы
1. Давид Бом, "Квантовая теория", М, ГИФМЛ.1961г
2. Нильс Бор, "Атомная физика и человеческое познание", М, Изд. ин.
литерат., 1961г.
3. Энциклопедия «Лауреаты Нобелевской премии», тома 1 и 2, Прогресс, М.,
1992 г.