/kripto/index.htm /divo/index.htm /100tayn/index.htm /mif/index.htm /vinchi/19.htm /621/index.htm /tainy/index.htm /CentrKrest/index.htm /reih/index.htm /st/35.htm /st/41.htm /st/45.htm /st/46.htm /st/47.htm /st/48.htm /st/53.htm /st/54.htm /st/56.htm /st/57.htm /st/58.htm /st/60.htm /st/61.htm /st/62.htm /st/64.htm /st/70.htm /st/72.htm /st/73.htm /st/76.htm /st/78.htm /st/79.htm /finance-2/index.htm /karty/f29.htm /encKat/index.htm /rInform/151.htm /rIskusstvo/index.htm /encMonarhi/index.htm /CentrBalty/index.htm /chip/1105-index.htm /znak/index.htm /haron/index.htm /stovelik.htm /002.htm /2index2.htm /2index3.htm /2index22.htm /vang.htm /gen.htm /rrG.htm /003.htm /09-7.htm /001.htm /zh.htm /ipoteka-2.htm /100avant/index.htm /med/med12-2.htm /med/med14-4.htm /med/index.htm /med/med.htm /finance-3/19.htm /finance-3/2.htm /finance-3/29.htm /finance-3/30.htm /finance-3/38.htm /finance-3/39.htm /finance-3/76.htm /finance-3/85.htm /finance-3/99.htm /finance-3/1.htm /CentrKrest/11.htm /CentrKrest/12.htm /CentrKrest/13.htm /CentrKrest/14.htm /CentrKrest/15.htm /CentrKrest/16.htm /CentrKrest/17.htm /CentrKrest/18.htm /CentrKrest/19.htm /CentrKrest/21.htm /CentrKrest/3.htm /CentrKrest/4.htm /CentrKrest/6.htm /CentrKrest/7.htm /CentrKrest/8.htm /reih/2.htm /reih/8.htm /reih/11.htm /reih/16.htm /reih/21.htm /reih/22.htm /reih/23.htm /finance-2/25.htm /finance-2/36.htm /finance-2/45.htm /finance-2/51.htm /finance-2/52.htm /finance-2/8.htm /finance-2/97.htm /finance-2/98.htm /karty/f1.htm /karty/f11.htm /karty/f12.htm /karty/f2.htm /karty/f21.htm /karty/f22.htm /karty/f26.htm /karty/f27.htm /karty/f3.htm /karty/f4.htm /karty/f6.htm /karty/f8.htm /encKat/1-2.htm /encKat/2-1.htm /encKat/2-5.htm /encKat/2-6.htm /encKat/2-8.htm /encKat/2-11.htm /encKat/2.htm /encKat/3-2.htm /encKat/3-3.htm /encKat/3-4.htm /encKat/3-5.htm /encKat/3-8.htm /encKat/3-17.htm /encKat/3-9.htm /encKat/3-10.htm /encKat/3-11.htm /encKat/3-13.htm /encKat/3-15.htm /encKat/3-16.htm /encKat/3-18.htm /encKat/3-19.htm /encKat/3-20.htm /encKat/3-21.htm /encKat/3-22.htm /encKat/3-23.htm /encKat/3-24.htm /encKat/3-25.htm /encKat/3-26.htm /encKat/3-27.htm /encKat/3-29.htm /encKat/3-30.htm /encKat/3-31.htm /encKat/3-32.htm /encKat/3-33.htm /encKat/3-34.htm /encKat/3-37.htm /encKat/3-38.htm /finance-4/71.htm /rInform/152.htm /rInform/153.htm /rInform/154.htm /rIskusstvo/10.htm /rIskusstvo/12.htm /rIskusstvo/13.htm /rIskusstvo/14.htm /rIskusstvo/15.htm /rIskusstvo/17.htm /rIskusstvo/18.htm /rIskusstvo/19.htm /rIskusstvo/20.htm /rIskusstvo/22.htm /rIskusstvo/26.htm /rIskusstvo/29.htm /rIskusstvo/3.htm /rIskusstvo/33.htm /rIskusstvo/34.htm /rIskusstvo/35.htm /rIskusstvo/37.htm /rIskusstvo/38.htm /rIskusstvo/39.htm /rIskusstvo/40.htm /rIskusstvo/41.htm /rIskusstvo/42.htm /rIskusstvo/43.htm /rIskusstvo/45.htm /rIskusstvo/46.htm /rIskusstvo/47.htm /rIskusstvo/48.htm /rIskusstvo/49.htm /rIskusstvo/5.htm /rIskusstvo/50.htm /rIskusstvo/51.htm /rIskusstvo/52.htm /rIskusstvo/53.htm /rIskusstvo/54.htm /rIskusstvo/55.htm /rIskusstvo/56.htm /rIskusstvo/57.htm /rIskusstvo/59.htm /rIskusstvo/6.htm /rIskusstvo/60.htm /rIskusstvo/7.htm /rIskusstvo/8.htm /rIskusstvo/1.htm /sens/3.htm /sens/4.htm /sens/1.htm /CentrBalty/1.htm /CentrBalty/10.htm /CentrBalty/11.htm /CentrBalty/12.htm /CentrBalty/13.htm /CentrBalty/2.htm /CentrBalty/3.htm /CentrBalty/4.htm /CentrBalty/5.htm /CentrBalty/6.htm /CentrBalty/7.htm /CentrBalty/8.htm /CentrBalty/9.htm /chip/1005-index.htm /chip/1105-2.htm /chip/1105-16.htm /chip/1105-17.htm /chip/1105-19.htm /chip/index.htm /znak/789-1.htm /znak/1189-1.htm /znak/292-1.htm /znak/591-1.htm /znak/889-1.htm /znak/391-1.htm /znak/489-1.htm /haron/3.htm /haron/4.htm /haron/5.htm /haron/maski.htm /haron/13.htm /haron/22.htm /haron/41.htm /haron/52.htm /haron/76.htm /haron/84.htm /haron/85.htm /haron/87.htm /haron/89.htm /haron/103.htm /bibl.htm /ffHiler.htm /feng/index.htm /divo/40-48.htm /divo/40-49.htm /divo/40-50.htm /divo/40-52.htm /divo/40-54.htm /divo/40-55.htm /divo/14-1.htm /divo/16-1.htm /divo/40-36.htm /divo/32.htm /divo/31-55.htm /divo/31-71.htm /divo/31-72.htm /divo/31-73.htm /divo/31-75.htm /divo/31-77-1.htm /divo/31-81.htm /divo/31-85-1.htm /divo/31-88.htm /divo/31-89.htm /divo/31-90.htm /divo/31-94.htm /divo/31-96.htm /divo/31-97.htm /divo/31-99.htm /divo/31-101.htm /divo/31-102.htm /divo/31-103.htm /divo/35.htm /divo/36.htm /divo/38.htm /divo/39.htm /divo/40-1.htm /divo/40-2.htm /divo/40-3.htm /divo/40-4.htm /divo/40-5.htm /divo/40-6.htm /divo/40-7.htm /divo/40-8.htm /divo/40-12.htm /divo/40-15.htm /divo/40-16.htm /divo/40-18.htm /divo/40-21.htm /divo/40-22.htm /divo/40-23.htm /divo/40-26.htm /divo/40-29.htm /divo/40-31.htm /divo/40-34.htm /divo/40-38.htm /divo/40-39.htm /divo/40-42.htm /divo/40-43.htm /divo/40-44.htm /divo/40-45.htm /griun/prav.htm /100tayn/89.htm /100tayn/10.htm /100tayn/1.htm /100tayn/2.htm /100tayn/4.htm /100tayn/5.htm /100tayn/6.htm /100tayn/7.htm /100tayn/8.htm /100tayn/11.htm /100tayn/12.htm /100tayn/13.htm /100tayn/14.htm /100tayn/15.htm /100tayn/16.htm /100tayn/17.htm /100tayn/18.htm /100tayn/19.htm /100tayn/21.htm /100tayn/23.htm /100tayn/24.htm /100tayn/27.htm /100tayn/29.htm /100tayn/30.htm /100tayn/31.htm /100tayn/32.htm /100tayn/33.htm /100tayn/34.htm /100tayn/37.htm /100tayn/40.htm /100tayn/41.htm /100tayn/43.htm /100tayn/44.htm /100tayn/45.htm /100tayn/46.htm /100tayn/47.htm /100tayn/48.htm /100tayn/49.htm /100tayn/50.htm /100tayn/52.htm /100tayn/53.htm /100tayn/54.htm /100tayn/55.htm /100tayn/58.htm /100tayn/59.htm /100tayn/61.htm /100tayn/62.htm /100tayn/63.htm /100tayn/64.htm /100tayn/65.htm /100tayn/67.htm

:: Всемирная История

:: Энциклопедия Чудес

:: Энциклопедия катастроф

:: Мед. Энциклопедия

:: Энциклопедия Смерти

:: Правители России

:: Мифологический словарь

:: Все статьи

:: Тайны двадцатого века

:: Серия «Сто Великих»

:: Русская Книга Рекордов

:: Чудеса и Приключения

:: Знак Вопроса (Знание)

:: История Геродота

:: Альбомы, живопись

:: Заказать гороскоп

:: Гадальные карты

Словарь Брокгауза и Ефрона

Лекарственные растения

Энциклопедия целительства

Энциклопедия камней

Оружие - словарь-справочник

Военная Энциклопедия

Энциклопедия семьи

Биографии (справочник)

Справочник мастера

Энциклопедия техника

Банковская Энциклопедия

Экономический словарь

Бухгалтерский словарь

Вся библиотека

Оглавление

---

100 великих научных открытий

---

Дмитрий Самин

Основы мироздания

Квантовая механика

Когда прошел восторг первых успехов теории Бора, все вдруг осознали простую истину: схема Бора противоречива. От такого факта некуда было укрыться, и им объясняется тогдашний пессимизм Эйнштейна, равно как и отчаяние Паули.

Физики вновь и вновь убеждались, что электрон при движении в атоме не подчиняется законам электродинамики: он не падает на ядро и даже не излучает, если атом не возбужден. Все это было настолько необычно, что не укладывалось в голове: электрон, который «произошел» от электродинамики, вдруг вышел из-под контроля ее законов. При любой попытке найти логический выход из подобного порочного круга ученые всегда приходили к выводу: атом Бора существовать не может.

Выходило, что движение электрона в атоме подчиняется каким-то другим законам — законам квантовой механики. Квантовая механика — это наука о движении электронов в атоме. Она первоначально так и называлась: атомная механика. Гейзенберг — первый из тех, кому выпало счастье эту науку создавать.

Вернер Карл Гейзенберг (1901 — 1976) родился в немецком городе Вюрцбурге. В сентябре 1911 года Вернера отдали в престижную гимназию. В 1920 году Гейзенберг поступил в Мюнхенский университет. Окончив его, Вернер был назначен ассистентом профессора Макса Борна в Геттингенском университете. Борн был уверен, что атомный микромир настолько отличается от макромира, описанного классической физикой, что ученым нечего и думать пользоваться при изучении строения атома привычными понятиями о движении и времени, скорости, пространстве и определенном положении частиц. Основа микромира — кванты, которые не следовало пытаться понять или объяснить с наглядных позиций устаревшей классики. Эта радикальная философия нашла горячий отклик в душе его нового ассистента.

Действительно, состояние атомной физики напоминало в это время какое-то нагромождение гипотез. Вот если бы кому-нибудь удалось на опыте доказать, что электрон действительно волна, вернее, и частица и волна. Но таких опытов пока не было. А раз так, то и исходить из одних только предположений, что представляет собой электрон, по мнению педантичного Гейзенберга, было некорректно. А нельзя ли создать теорию, в которой будут только известные экспериментальные данные об атоме, полученные при изучении излучаемого им света? Что можно сказать об этом свете наверняка? Что он имеет такую-то частоту и такую-то интенсивность, не больше...

В июне 1925 года заболевший Гейзенберг уехал отдохнуть на остров Гельголанд в Балтийском море. Отдохнуть ему не удалось — там он вдруг понял неожиданную истину: нельзя представлять себе движение электрона в атоме как движение маленького шарика по траектории. Нельзя, потому что электрон не шарик, а нечто более сложное, и проследить движение этого «нечто» столь же просто, как движение бильярдного шара, нельзя.

Л.Пономарев в своей книге пишет: «Гейзенберг утверждал: уравнения, с помощью которых мы хотим описать движение в атоме, не должны содержать никаких величин, кроме тех, которые можно измерить на опыте. А из опытов следовало, что атом устойчив, состоит из ядра и электронов и может испускать лучи, если его вывести из состояния равновесия. Эти лучи имеют строго определенную длину волны и, если верить Бору, возникают при перескоке электрона с одной стационарной орбиты на другую. При этом схема Бора ничего не говорила о том, что происходит с электроном в момент скачка, так сказать «в полете» между двумя стационарными состояниями. А все, и Гейзенберг в том числе, по привычке добивались ответа именно на этот вопрос. Но в какой-то момент ему стало ясно: электрон не бывает «между» стационарными состояниями, такого свойства у него просто нет!

А что есть? Есть нечто, чему он не знал пока даже названия, но был убежден: оно должно зависеть только от того, куда перешел электрон и откуда».

До того времени физики пытались найти гипотетическую траекторию электрона в атоме, которая непрерывно зависит от времени и которую можно задать рядом чисел, отмечающих положение электрона в определенные моменты времени. Гейзенберг утверждал: такой траектории в атоме нет, а вместо непрерывной кривой есть набор дискретных чисел, значения которых зависят от номеров начального и конечного состояний электрона.

Он представил состояние атома в виде бесконечной шахматной доски, в каждом квадрате которой написаны числа. Естественно, что значения этих чисел зависят от положения квадрата на «атомной доске», то есть от номера строки (начальное состояние) и номера столбца (конечное состояние), на пересечении которых стоит число.

Если известны числа X своеобразной записи «атомной игры», то об атоме известно все необходимое, чтобы предсказать его наблюдаемые свойства: спектр атома, интенсивность его спектральных линий, число и скорость электронов, выбитых из атома ультрафиолетовыми лучами, а также многое другое.

Числа X нельзя назвать координатами электрона в атоме. Они заменяют их, или, как стали говорить позже, представляют их. Но что означают эти слова — на первых порах не понимал и сам Гейзенберг. Однако тут же с помощью Макса Борна (1882—1970) и Паскуаля Иордана удалось понять, что таблица чисел — не просто таблица, а матрица.

«Матрицы, — замечает Л.И.Пономарев, — это таблицы величин, для которых существуют свои строго определенные операции сложения и умножения. В частности, результат перемножения двух матриц зависит от порядка, в котором они перемножаются. Это правило может показаться странным и подозрительным, но никакого произвола в себе не содержит. По существу, именно это правило отличает матрицы от других величин. Менять его по своей прихоти мы не вправе — в математике тоже есть свои незыблемые законы. Законы эти, независимые от физики и всех других наук, закрепляют на языке символов все мыслимые логические связи в природе. Причем заранее неизвестно, реализуются ли все эти связи в действительности.

Конечно, математики о матрицах знали задолго до Гейзенберга и умели с ними работать. Однако для всех было полной неожиданностью, что эти странные объекты с непривычными свойствами соответствуют чему-то реальному в мире атомных явлений. Заслуга Гейзенберга и Борна в том и состоит, что они преодолели психологический барьер, нашли соответствие между свойствами матриц и особенностями движения электронов в атоме и тем самым основали новую, атомную, квантовую, матричную механику.

Атомную — потому, что она описывает движение электронов в атоме. Квантовую — ибо главную роль в этом описании играет понятие кванта действия. Матричную — поскольку математический аппарат, необходимый для этого, — матрицы».

В новой механике каждой характеристике электрона: координате, импульсу, энергии — соответствовали соответствующие матрицы. Потом уже для них записывали уравнения движения, известные из классической механики.

Гейзенберг установил даже нечто большее: он выяснил, что квантово-механические матрицы координаты и импульса — это не вообще матрицы, а только те из них, которые подчиняются коммутационному (или перестановочному) соотношению.

В новой механике это перестановочное соотношение играло точно такую же роль, как условие квантования Бора в старой механике. И точно так же, как условия Бора выделяли стационарные орбиты из набора всех возможных, коммутационное соотношение Гейзенберга выбирает из множества всех матриц только квантово-механические.

Не случайно, что в обоих случаях — и в условиях квантования Бора, и в уравнениях Гейзенберга — необходимо присутствует постоянная Планка. Постоянная Планка непременно входит во все уравнения квантовой механики, и по этому признаку их можно безошибочно отличить от всех других уравнений.

Новые уравнения, которые нашел Гейзенберг, были непохожи ни на уравнения механики, ни на уравнения электродинамики. С точки зрения этих уравнений состояние атома полностью задано, если известны матрицы координаты или импульса. Причем структура этих матриц такова, что в невозбужденном состоянии атом не излучает. Согласно Гейзенбергу, движение — это не перемещение электрона-шарика по какой-либо траектории вокруг ядра.

Движение — это изменение состояния системы во времени, которое описывает матрицы координаты и импульса.

Вместе с вопросами о характере движения электрона в атоме сам собой отпал и вопрос об устойчивости атома. С новой точки зрения в невозбужденном атоме электрон покоится, а потому и не должен излучать.

Теория Гейзенберга была внутренне непротиворечива, чего схеме Бора так недоставало. Вместе с тем она приводила к таким же результатам, что и правила квантования Бора. Кроме того, с ее помощью удалось, наконец, показать, что гипотеза Планка о квантах излучения — это простое и естественное следствие новой механики.

Надо сказать, что матричная механика появилась весьма кстати. Идеи Гейзенберга подхватили другие физики и скоро, по выражению Бора, она приобрела «вид, который по своей логической завершенности и общности мог конкурировать с классической механикой».

Впрочем, было в работе Гейзенберга и одно удручающее обстоятельство. По его словам, ему никак не удавалось вывести из новой теории простой спектр водорода. И каково было его удивление, когда некоторое время спустя после опубликования его работы, как он написал, «Паули преподнес мне сюрприз: законченную квантовую механику атома водорода. Мой ответ от 3 ноября начинался словами: «Едва ли нужно писать, как сильно я радуюсь новой теории атома водорода и насколько велико мое удивление, что Вы так быстро смогли ее разработать».

Появление матричной механики Гейзенберга физики встретили с огромным облегчением: «Механика Гейзенберга снова вернула мне радость жизни и надежду. Хотя она и не дает решения загадки, но я верю, что теперь снова можно продвигаться вперед», — писал Паули 9 октября 1925 года.

Свою веру он вскоре сам же и оправдал. Применив новую механику к атому водорода, он получил те же формулы, что и Нильс Бор на основе своих постулатов. Конечно, при этом возникли новые трудности, однако это уже были трудности роста, а не безнадежность тупика.

Вся библиотека

Оглавление

.