Gribbin John W poszukiwaniu kota Schrodingera

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
.Urodzony w 1805 roku w Dublinie sir William Hamilton jest dosyć powszechnie uważany zanajwybitniejszego matematyka swoich czasów.Jego największym osiągnięciem (aczkolwiekówcześnie mniej docenianym) była unifikacja praw optyki i dynamiki w jedną matematycznąstrukturę - jeden zestaw równań, który może być użyty do opisu ruchu zarówno fali, jak i cząstki.Jego prace ukazały się na przełomie lat dwudziestych i trzydziestych dziewiętnastego wieku i obate aspekty znalazły naśladowców.Zarówno mechanika, jak i optyka były bardzo użyteczne dlabadaczy w drugiej połowie dziewiętnastego wieku, ale prawie nikt nie zauważył połączonegosystemu mechaniczno-optycznego, który był prawdziwym przedmiotem zainteresowania79Hamiltona.Z prac Hamiltona wynika jednoznaczny wniosek, że podobnie jak w optyce promienie"światła muszą zostać zastąpione przez pojęcie światła, tak w mechanice tory cząstek musząustąpić ruchowi falowemu.Jednak tego rodzaju pomysł był dziewiętnastowiecznej fizyce tak obcy,że nikt - łącznie z Hamiltonem - nie sformułował go w tej postaci.Rzecz nie w tym, że pomysłzostał zaproponowany i odrzucony jako absurd; był po prostu tak dziwaczny, że nikomu nawet nieprzyszedł do głowy.Było rzeczą niemożliwą, aby tego rodzaju wniosek mógł sformułowaćktórykolwiek z fizyków w dziewiętnastym wieku - zanim zostało udowodnione, że mechanikaklasyczna jest nieadekwatna do opisu procesów atomowych.Jednak w świetle faktu, że Hamiltontakże stworzył dziedzinę matematyki, w której a x b `" b x a, nie będzie przesadą nazwanie gozapoznanym współtwórcą mechaniki kwantowej.Gdyby był na świecie w czasach zaistnienia teoriikwantowej, z pewnością szybko odkryłby związek między wersją macierzową i falową.Dirac takżemiał szansę być pierwszy, ale nie należy się dziwić, że początkowo nie zauważył tego związku.Wkońcu wciąż był studentem głęboko zaangażowanym w swoją pierwszą pracę naukową.Poza tymistnieją granice tego, co jeden człowiek może dokonać w ciągu kilku tygodni.Być może jeszczeważniejszy był fakt, że miał do czynienia z abstrakcyjnymi ideami, kontynuując wysiłkiHeisenberga, aby oderwać fizykę kwantową od wygodnego obrazu elektronów orbitujących wokółjądra atomowego, i nie spodziewał się, że mógłby znalezć prosty i zrozumiały model atomu.Zpoczątku nikt nie zauważył, że mechanika falowa, wbrew oczekiwaniom Schr�dingera, bynajmniejnie jest takim intuicyjnie prostym modelem.Schr�dinger sądził, że wprowadzając ruch falowy doatomu, pozbył się skoków kwantowych z jednego stanu do innego i przypuszczał, że przejścia"elektronu od jednej energii do innej polegają na czymś w rodzaju zmiany drgań struny skrzypiec odjednego tonu do innego (od jednej harmonicznej do innej).Fala w jego równaniu falowym byłabyfalą de Broglie'a.Jednak w miarę jak próbowano zrozumieć i zinterpretować znaczenie pojęćleżących u podstaw równania Schr�dingera, nadzieje na renesans fizyki klasycznej powoli sięrozwiewały.Koncepcja falowa zupełnie zbiła Bohra z tropu.W jaki sposób fala albo zbióroddziałujących ze sobą fal mógłby zostać zarejestrowany przez licznik Geigera tak, jakbyzarejestrował on pojedynczą cząstkę? Co właściwie faluje" w atomie? I najważniejsze - w jakisposób wytłumaczyć charakter promieniowania ciała doskonale czarnego w kategoriach falSchr�dingera? Bohr zaprosił więc Schr�dingera w 1926 roku do Kopenhagi, gdzie wspólnieprzeanalizowali te problemy i doszli do wniosków, które Schr�dingera bynajmniej nie zachwyciły.Po pierwsze, po dokładniejszej analizie fale okazały się równie abstrakcyjne jak liczby q Diraca.Z analizy matematycznej wynika, że nie mogą one być prawdziwymi falami w przestrzeni jakzmarszczki na powierzchni jeziora, lecz dość skomplikowaną formą drgań w wyimaginowanejprzestrzeni matematycznej zwanej przestrzenią konfiguracyjną.Co gorsza, każda cząstka(powiedzmy, każdy elektron) potrzebuje swoich własnych trzech wymiarów.Jeden elektron sam wsobie może być opisany przez równanie falowe w trójwymiarowej przestrzeni konfiguracyjnej; doopisu dwóch elektronów potrzeba sześciowymiarowej przestrzeni; trzy elektrony wymagajądziewięciu wymiarów i tak dalej.Nawet gdy wszystko zostało przetransponowane na język80mechaniki falowej, kwanty i skoki kwantowe nadal były konieczne do opisu promieniowania ciaładoskonale czarnego.Rozgoryczony Schr�dinger wypowiedział uwagę, która jest często cytowana,z drobnymi zmianami zależnymi od tłumaczenia: Gdybym wiedział, że nie pozbędziemy się tychprzeklętych skoków kwantowych, nigdy bym się nie wziął za ten interes".Heisenberg w swojejksiążce Physics and Philosophy tak określił ówczesny punkt widzenia: Paradoksy dualizmumodelu falowego i modelu cząstkowego nie zostały rozwiązane, lecz jedynie w pewien sposóbukryte w matematycznym formalizmie".Pociągający obraz fizycznie realnych fal obiegających jądra atomowe, który doprowadziłSchr�dingera do odkrycia równania falowego noszącego obecnie jego imię, jest bez wątpieniabłędny.Mechanika falowa w nie większym stopniu niż mechanika macierzowa dowodzi realnościświata atomów, ale w odróżnieniu od mechaniki macierzowej mechanika falowa stwarza iluzjęczegoś swojskiego.Ta sympatyczna iluzja przetrwała do dzisiaj i przesłoniła fakt, że świat atomówjest zupełnie inny niż świat, którego doświadczamy zmysłami.Kilka pokoleń studentów, którzy wmiędzyczasie wyrośli na profesorów, mogłoby osiągnąć głębsze zrozumienie teorii kwantowej,gdyby zostali zmuszeni do zmierzenia się z abstrakcyjną naturą wersji Diraca i nie wyobrażalisobie, że to, co wiedzą o zachowaniu fal w codziennym świecie, daje obraz zachowania atomów [ Pobierz całość w formacie PDF ]

Tematy