Penemuan Louis de Broglie. Rasio De Broglie

5. Aplikasi pertama dari hipotesis kuantum

Bab VI. atom boron

1. Spektrum dan garis spektral

2. Teori Bohr

3. Pengembangan teori Bohr. teori Sommerfeld

4. Teori Bohr dan struktur atom

5. Kritik terhadap teori Bohr

Bab VII. Prinsip kesesuaian

1. Kesulitan dalam mendamaikan teori kuantum dan teori radiasi

2. Prinsip korespondensi Bohr

3. Beberapa penerapan prinsip korespondensi

Bab VIII. Mekanika gelombang

1. Ide dasar mekanika gelombang

2. Partikel dan gelombang yang terkait dengannya

3. Karya Schrödinger

4. Difraksi elektron

5. Penjelasan fisika mekanika gelombang

6. Teori Gamow

Bab IX. Mekanika kuantum Heisenberg

1. Gagasan utama Heisenberg

2. Mekanika kuantum

3. Identitas mekanika kuantum dan gelombang

4. Prinsip korespondensi dalam mekanika baru

Bab X. Interpretasi Probabilistik Mekanika Baru

1. Ide umum dan prinsip dasar

2. Hubungan ketidakpastian

3. Mencocokkan dengan mekanik lama

4. Indeterminisme dalam mekanika baru

5. Saling melengkapi, idealisasi, ruang dan waktu

Bab XI. Putaran elektron

1. Struktur halus dan anomali magnetik

2. Hipotesis Uhlenbeck dan Goudsmit

3. Teori Pauli

4. Teori Dirac

5. Negara dengan energi negatif. elektron positif

Bab XII. Mekanika gelombang sistem dan prinsip Pauli

1. Mekanika gelombang sistem partikel

2. Sistem yang terdiri dari partikel-partikel yang sifatnya sama. prinsip pauli

3. Aplikasi mekanika gelombang sistem

4. Statistik kuantum

5. Catatan tentang prinsip identitas

literatur

Broglie, de Broglie (de Broglie) Louis de (lahir 15.8.1892, Dieppe), fisikawan Prancis. Anggota (1933) dan Sekretaris Tetap (1942) dari Akademi Ilmu Pengetahuan Prancis. Anggota asing dari Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet (1958). Lulus dari Universitas Paris (1909). Dari tahun 1928 ia mengajar di sana. Pada tahun 1924, dalam disertasi doktornya: "Penelitian tentang teori kuantum" mengemukakan gagasan sifat gelombang materi (yang disebut gelombang de Broglie), yang menjadi dasar mekanika kuantum modern. Sifat gelombang mikropartikel kemudian dikonfirmasi oleh eksperimen difraksi elektron dan partikel lainnya. Broglie juga berurusan dengan mekanika kuantum relativistik, pertanyaan tentang struktur nukleus, dan teori perambatan gelombang elektromagnetik dalam pandu gelombang. Broglie juga memiliki karya tentang sejarah fisika. Hadiah Nobel (1929)

Louis de Broglie adalah fisikawan terbesar di zaman kita, salah satu pendiri teori kuantum. Penulis dalam bentuk yang sangat mudah diakses menunjukkan betapa revolusi yang telah dibuat oleh teori kuantum dalam perkembangan fisika modern. Seluruh buku ini ditulis dalam bentuk tinjauan sejarah tentang ide-ide dasar yang mau tidak mau harus mengarah dan benar-benar mengarah pada penciptaan mekanika kuantum.
De Broglie menguraikan seluruh teori kuantum tanpa formula tunggal!
Buku De Broglie tidak diragukan lagi menarik bagi berbagai fisikawan, bagi siswa yang mempelajari fisika modern, dan bagi pembaca yang tertarik pada kemajuan fisika.

Louis de Broglie. "Revolusi dalam Fisika" (Fisika Baru dan Quanta)
Atomizdat, Moskow, 1965

Kata Pengantar Editor

Buku yang menarik perhatian pembaca ini ditulis oleh salah satu ilmuwan terkenal, yang ikut serta dalam pengembangan fisika kuantum, bahkan ketika ia baru mengambil langkah pertama. Ini adalah salah satu dari sedikit buku di mana teori kuantum non-relativistik, yang telah menjadi klasik, tetapi masih belum terlalu jelas dan tidak terlalu familiar bagi mereka yang tidak terlibat langsung dalam bidang fisika ini, disajikan dalam bentuk populer. dan cara yang cukup lengkap.
Ini adalah contoh gaya sastra populer terbaik, di mana penulis tidak pernah jatuh ke dalam selera yang buruk dari sikap merendahkan terhadap pembaca, yang diekspresikan dalam fakta yang sangat primitif, dengan bantuan penjelasan "dengan jari" dan vulgar "gambar", mereka mencoba menjelaskan kepada pembaca yang dianggap "terbelakang" beberapa masalah yang tinggi dan tidak dapat diakses. Sebaliknya, ini adalah percakapan serius tentang hal-hal yang serius dan sulit, yang mengasumsikan kemampuan pembaca untuk ketegangan intelektual yang sama persis seperti yang harus dilakukan penulis untuk mengajukan pertanyaan-pertanyaan sulit sejelas dan semudah mungkin.
Apa yang membuat buku ini populer terutama karena penyajiannya tidak menggunakan peralatan matematika sama sekali dan tidak memerlukan pengetahuan khusus dari pembaca. Semua yang diperlukan darinya adalah budaya umum dan niat baik, yang dirangsang oleh minat langsung pada subjek.
Buku ini ditulis pada tahun 1936 dan dicetak ulang pada tahun 1946 dengan hampir tidak ada perubahan. Memang, fisika kuantum non-relativistik hampir sepenuhnya terbentuk pada tahun 1930. Hanya sedikit koreksi yang dilakukan pada teks buku ini oleh perkembangan ilmu pengetahuan selama 15 tahun, dan, terlebih lagi, semuanya tidak penting secara fundamental, tetapi berhubungan dengan fakta-fakta tertentu. Dan terlebih lagi, fakta-fakta bukan dari mekanika kuantum non-relativistik, yang merupakan isi buku de Broglie, tetapi ke bidang teori medan kuantum atau teori partikel elementer, yang terkait erat dengannya. Daerah-daerah terakhir ini telah berkembang sangat kuat pada tahun-tahun pascaperang, meskipun kita tampaknya masih jauh dari pemahaman yang benar di sini.
Jadi, misalnya, sekarang telah ditetapkan dengan tepat bahwa setiap partikel (saat ini ada sekitar 30 partikel elementer yang berbeda) memiliki antipartikelnya sendiri, seperti halnya positron berkorespondensi dengan elektron. Dalam beberapa kasus yang jarang terjadi pada partikel yang benar-benar netral, partikel tersebut bertepatan dengan antipartikelnya, sehingga beberapa alasan de Broglie ternyata tidak dapat dipertahankan atau sangat disederhanakan. Misalnya (lihat hal. 56), "asimetri aneh" yang dibicarakan de Broglie sehubungan dengan proton dan elektron sekarang dianggap oleh kita sebagai fitur mendalam dari struktur asimetris dunia kita dengan latar belakang simetri lengkap fisik hukum tentang partikel dan antipartikel. Fakta ini jelas terkait dengan sifat khas arah positif waktu (lih. pembahasan fakta ini di halaman 74, 75), karena dengan pembalikan formal waktu (mengganti t dengan - t), semua partikel berubah menjadi antipartikel dengan paritas yang berlawanan.
Setelah pekerjaan mendasar Pauli pada apa yang disebut invarians CPT (1942) dan penemuan menakjubkan beberapa tahun terakhir (paritas nonkonservasi - Lee dan Young, 1956; paritas gabungan - Landau, 1956), area ini menjadi lebih dapat dipahami.
Bidang penting lainnya adalah mekanika kuantum relativistik, atau teori medan kuantum, yang saat ini sedang dikembangkan dengan sangat intensif. Beberapa pernyataan de Broglie secara logis termasuk dalam area ini. Misalnya, pernyataannya tentang kesulitan teori foton yang ia uraikan atau tentang kesulitan masalah benda banyak relativistik (fisika statistik relativistik).
Tentu saja, poin-poin ini harus dinyatakan dengan sedikit berbeda dari penemuan-penemuan baru-baru ini. Meskipun kesulitan mendasar yang besar tetap ada di bidang ini, sekarang banyak yang dapat dijelaskan dan beberapa deskripsi kuantitatif dari beberapa fakta dapat diberikan. Kami tidak menganggap perlu untuk menghapus bagian-bagian ini dari teks buku, atau, terlebih lagi, mengubahnya dengan cara apa pun. Untuk subjek buku de Broglie - mekanika kuantum non-relativistik - mereka memiliki makna sekunder.
Beberapa klaim dapat dibuat untuk pembuktian dalam buku ini tentang konsep probabilistik mekanika kuantum dan interpretasi dari apa yang disebut dualisme gelombang sel darah. Terkadang orang mendapat kesan bahwa sudut pandang de Broglie agak berubah dari bab ke bab. Jadi mungkin, karena de Broglie, pada periode yang berbeda dari karya ilmiahnya, memiliki pandangan yang berbeda tentang konsep mekanika kuantum yang sangat sulit dan mendasar ini. Siapa pun yang ingin menggali lebih dalam tentang ini, kami merujuk pada diskusi antara Niels Bohr dan Albert Einstein, yang diterbitkan, misalnya, dalam Fisika Atom dan Pengetahuan Manusia Bohr. Kedua ilmuwan besar itu memiliki pandangan yang berbeda, dan diskusi mereka - contoh perselisihan ilmiah di mana para peserta hanya mencari penegakan kebenaran, dan bukan konfirmasi sudut pandang mereka - sangat berkontribusi pada pemahaman masalah yang sulit dan penting ini. .
Bagi pembaca yang ingin melanjutkan pengenalannya dengan ide-ide fisika kuantum dan pencapaian barunya, kami menawarkan di akhir buku ini daftar referensi yang dapat digunakan untuk memilih buku sesuai keinginannya.
Tetapi buku karya de Broglie ini juga sangat cocok untuk pengenalan pertama dengan teori kuantum dan bahkan, menurut pendapat kami, akan menarik bagi banyak fisikawan yang bekerja di bidang ini.
Memang, kemampuan de Broglie untuk secara jelas menyatakan masalah yang kompleks, untuk menguraikan hubungan rasional dari ide-ide, adalah fitur yang sangat berharga dari buku ini. Namun, jika kedalaman terkadang dikorbankan untuk kejelasan dan hubungan ini terlihat agak disederhanakan, maka untuk presentasi populer ini belumlah buruk, dan pembaca yang lebih canggih akan memaafkan saat-saat ini dan menemukan cara untuk mengoreksi dirinya sendiri fitur-fitur tertentu dalam gambaran yang benar secara keseluruhan.
MK Polivanov

Pengantar. Arti dari Quanta
1. Mengapa Anda perlu tahu tentang kuanta?

Banyak orang, melihat judul buku kecil ini, pasti akan takut dengan kata misterius "quanta". Memang, bahkan tentang teori relativitas, yang telah dibahas cukup ramai dalam beberapa tahun terakhir, masyarakat umum memiliki gagasan yang sangat kabur. Adapun teori kuantum, saya yakin pembaca memiliki gagasan yang lebih kabur tentangnya. Benar, ini bisa dimaafkan, karena kuanta adalah hal yang agak misterius.
Adapun saya, saya mulai mempelajari kuanta ketika saya berusia sekitar dua puluh tahun, dan terus mempelajarinya selama seperempat abad. Namun, saya harus jujur ​​mengakui bahwa jika selama ini saya telah mencapai pemahaman yang agak lebih dalam dari beberapa aspek masalah ini, maka saya belum bisa mengatakan dengan pasti apa yang tersembunyi di balik topeng yang menyembunyikan wajah sebenarnya dari quants. Namun demikian, bagi saya tampaknya, terlepas dari semua pentingnya dan signifikansi kemajuan yang telah terjadi dalam fisika selama berabad-abad yang lalu, para ilmuwan belum dapat memahami secara mendalam sifat sebenarnya dari fenomena sampai mereka tidak mengetahui apa pun tentang keberadaan kuanta. . Karena tanpa kuanta tidak mungkin membayangkan cahaya atau materi.
Seseorang dapat memahami betapa besarnya pengaruh signifikan yang diberikan pada arah perkembangan pengetahuan manusia pada hari ketika kuanta secara diam-diam memasuki sains. Pada hari itu juga, bangunan fisika klasik yang megah dan megah terguncang hingga ke dasarnya, meskipun belum ada seorang pun yang menyadari hal ini dengan jelas. Dalam sejarah sains, belum banyak getaran yang sebanding dengan kekuatan yang satu ini.
Dan baru sekarang kita dapat memahami dan menghargai keagungan dan pentingnya revolusi yang telah terjadi. Fisika klasik, sesuai dengan cita-cita Descartes, menggambarkan alam semesta sebagai semacam mekanisme besar, yang perilakunya dapat dijelaskan dengan cukup akurat dengan menetapkan posisi semua bagiannya dalam ruang dan mengubah posisi seiring waktu; mekanisme, perilaku yang, pada prinsipnya, dapat diprediksi secara akurat, mengetahui sejumlah parameter tertentu yang menentukan keadaan awalnya. Namun, sudut pandang ini didasarkan pada hipotesis tertentu, yang dibuat dan validitasnya tampak jelas. Salah satunya terdiri dari asumsi bahwa area dalam ruang dan waktu di mana kita hampir secara naluriah berusaha untuk menempatkan semua sensasi kita adalah area yang sepenuhnya kaku dan pasti, dan di dalamnya setiap fenomena fisik dapat, pada prinsipnya, sepenuhnya dilokalisasi secara ketat, terlepas dari dari semua proses dinamis yang mengatur fenomena ini. Oleh karena itu, seluruh perkembangan dunia fisik direduksi menjadi perubahan posisi spasial tubuh dari waktu ke waktu. Itulah sebabnya besaran dinamis, seperti energi dan momentum, muncul dalam fisika klasik sebagai turunan yang dibentuk menggunakan konsep kecepatan. Dengan demikian, kinematika ternyata menjadi dasar dari dinamika.
Situasi yang cukup berbeda dalam fisika kuantum. Adanya kuantum aksi menimbulkan kontradiksi antara konsep lokalisasi ketat dalam ruang dan waktu dengan konsep perkembangan dinamis. Masing-masing secara terpisah dapat digunakan untuk menggambarkan dunia nyata. Namun, mereka tidak dapat diterapkan secara bersamaan dengan semua tingkat keparahan. Lokalisasi yang tepat dalam ruang dan waktu adalah semacam idealisasi statis yang mengesampingkan perkembangan dan gerakan apa pun. Konsep keadaan gerak, yang diambil dalam bentuknya yang murni, sebaliknya, adalah idealisasi dinamis yang bertentangan dengan konsep posisi dan momen waktu yang tepat.
Dalam kerangka teori kuantum, dunia fisik tidak dapat dijelaskan tanpa menggunakan salah satu dari dua konsep yang kontradiktif ini sampai tingkat tertentu. Dengan demikian, ia berasal dari semacam kompromi, dan hubungan ketidakpastian Heisenberg yang terkenal menunjukkan kepada kita sejauh mana kompromi ini mungkin dilakukan. Di antara kesimpulan lain dari teori baru, berikut bahwa kinematika bukan lagi ilmu yang memiliki makna fisik independen. Dalam mekanika klasik, adalah mungkin untuk mempelajari perpindahan dalam ruang dan dengan demikian menentukan kecepatan dan percepatan, terlepas dari bagaimana perpindahan ini direalisasikan secara fisik. Kemudian, dari studi abstrak tentang hukum gerak ini, dengan memperkenalkan beberapa prinsip fisika baru, seseorang dapat melanjutkan ke dinamika. Dalam mekanika kuantum, jalur seperti itu pada prinsipnya tidak dapat diterima, karena lokalisasi ruang-waktu, yang mendasari kinematika, hanya mungkin dalam beberapa kasus khusus, yang ditentukan oleh kondisi gerak dinamis tertentu. Kita akan melihat nanti mengapa, dalam studi fenomena dalam skala besar, masih sangat mungkin untuk menggunakan hukum kinematika. Namun, ketika kita beralih ke pertimbangan fenomena yang terjadi pada skala atom, di mana kuanta memainkan peran utama, kita dapat mengatakan bahwa kinematika, yang didefinisikan sebagai ilmu gerak, terlepas dari semua kondisi dinamis, benar-benar kehilangan signifikansinya.
Hipotesis lain, yang pada dasarnya mendasari fisika klasik, adalah bahwa dengan bantuan tindakan pencegahan yang tepat, pada prinsipnya adalah mungkin untuk membuat pengaruh gangguan terhadap perjalanan alami dari fenomena yang diteliti yang diperkenalkan oleh proses pengukuran dapat diabaikan. Dengan kata lain, diasumsikan bahwa percobaan dapat dilakukan sedemikian rupa sehingga pengaruh gangguan yang ditimbulkannya pada jalannya proses yang diteliti kecil. Hipotesis semacam itu dapat dianggap valid untuk fenomena yang terjadi dalam skala besar. Namun, untuk fenomena dunia atom, ternyata tidak benar. Hal ini disebabkan adanya kuantum aksi dan fakta bahwa, seperti yang ditunjukkan oleh analisis Heisenberg dan Bohr yang halus dan mendalam, setiap upaya untuk mengukur kuantitas apa pun yang menjadi ciri sistem tertentu mengarah pada perubahan tak terkendali dalam kuantitas lain yang menentukan sifat-sifat sistem ini. Lebih tepatnya, setiap pengukuran kuantitas apa pun, yang memungkinkan Anda untuk menetapkan posisi sistem dalam ruang dan waktu, menghasilkan perubahan tak terkendali dalam kuantitas konjugasi yang sesuai yang menentukan keadaan dinamis sistem. Secara khusus, ternyata tidak mungkin untuk secara akurat mengukur dua besaran yang saling konjugasi pada saat yang sama.
Sekarang jelas dalam arti apa dapat dikatakan bahwa keberadaan kuantum aksi membuat lokalisasi spatio-temporal dari berbagai bagian sistem tidak sesuai dengan salah satu keadaan dinamis spesifiknya, karena untuk melokalisasi sistem itu perlu tahu persis sejumlah besaran, yang pengukurannya mengecualikan, pada gilirannya, penentuan besaran konjugasi yang sesuai yang mencirikan keadaan dinamis sistem, dan sebaliknya. Keberadaan kuanta dengan cara yang sangat aneh menentukan batas bawah magnitudo gangguan yang diperkenalkan oleh fisikawan ketika mengukur sistem yang dipelajarinya. Dengan demikian, salah satu hipotesis yang menjadi dasar fisika klasik ternyata terbantahkan, dan pentingnya fakta ini sangat besar.
Jadi, ternyata seseorang tidak akan pernah bisa mengetahui nilai pasti lebih dari setengah besaran yang diperlukan untuk sepenuhnya menggambarkan sistem dari sudut pandang klasik. Nilai beberapa besaran yang mencirikan sistem semakin tidak pasti, semakin akurat nilai besaran konjugasinya diketahui. Dari sini berikut perbedaan penting antara fisika lama dan baru dalam pandangan mereka tentang determinisme dalam fenomena alam.
Dari sudut pandang fisika klasik, penetapan besaran yang menentukan posisi berbagai bagian sistem pada suatu titik waktu tertentu, dan besaran dinamis konjugasi yang sesuai, cukup memadai, setidaknya secara prinsip, untuk deskripsi yang akurat tentang keadaan sistem pada semua titik waktu berikutnya. Mengetahui nilai eksak x0, y0,... dari besaran-besaran yang mencirikan sistem pada suatu saat t0, adalah mungkin untuk memprediksi dengan pasti nilai x, y,... dari besaran-besaran ini yang akan ditemukan jika ditentukan pada waktu t berikutnya. Ini mengikuti dari persamaan yang mendasari teori mekanik dan fisik, dan merupakan properti matematis langsung dari persamaan ini.
Pernyataan tentang kemungkinan memprediksi secara akurat fenomena masa depan dari fenomena sekarang, dan tentang fakta bahwa masa depan dalam arti tertentu sepenuhnya terkandung di masa sekarang dan tidak dapat menambahkan apa pun ke dalamnya, merupakan apa yang disebut determinisme fenomena alam. Tetapi kemungkinan prediksi yang tepat seperti itu mengandaikan penentuan yang tepat pada suatu titik waktu dari variabel-variabel yang menggambarkan posisi dalam ruang, dan variabel-variabel dinamis yang terkait dengannya. Yaitu, penentuan kuantitas yang saling konjugasi secara simultan ternyata tidak mungkin dari sudut pandang mekanika kuantum. Dan ini terkait dengan perubahan signifikan yang telah terjadi dalam pemahaman tentang kemungkinan pandangan ke depan dari fisika teoretis modern dan keterkaitan fenomena alam.
Karena nilai-nilai besaran yang mencirikan keadaan sistem pada waktu t0 hanya dapat ditetapkan dengan beberapa ketidakpastian, yang tidak dapat dihindari dalam teori kuantum, maka, oleh karena itu, fisikawan tidak dapat lagi memprediksi secara akurat berapa nilai jumlah ini akan di beberapa waktu berikutnya. Dia hanya dapat memprediksi probabilitas bahwa ketika menentukan besaran-besaran ini pada waktu t berikutnya, kita akan mendapatkan satu atau lain dari nilainya. Hubungan antara hasil pengukuran yang berurutan, yang menjelaskan sisi kuantitatif fenomena, tidak akan lagi menjadi hubungan sebab akibat yang sesuai dengan determinisme klasik. Ini akan menjadi koneksi probabilistik, satu-satunya yang kompatibel dengan ketidakpastian yang mengikuti dari keberadaan kuantum tindakan. Ini adalah perubahan utama dalam pandangan kami tentang hukum fisika, perubahan, semua konsekuensi filosofis yang, menurut kami, masih jauh dari pemahaman.
Sebagai hasil dari perkembangan fisika teoretis terbaru, muncul dua gagasan penting: prinsip Bohr yang saling melengkapi dan prinsip representasi terbatas. Bohr adalah orang pertama yang memperhatikan bahwa dalam fisika kuantum baru, seperti yang diberikan mekanika gelombang, konsep partikel dan gelombang, lokalisasi ruang-waktu, dan keadaan dinamis yang terdefinisi dengan baik saling melengkapi. Dengan ini, dia mengerti bahwa deskripsi lengkap dari fenomena yang diamati membutuhkan penggunaan kedua konsep ini, tetapi bagaimanapun, dalam arti, mereka tidak cocok satu sama lain. Gambaran yang mereka bangkitkan tidak akan pernah bisa digunakan secara bersamaan untuk menggambarkan realitas. Misalnya, sejumlah besar fenomena yang diamati dalam fisika atom hanya dapat dijelaskan dalam konsep partikel. Oleh karena itu, penggunaan konsep ini diperlukan bagi fisikawan. Dengan cara yang sama, untuk menjelaskan sejumlah fenomena lain, perlu menggunakan konsep gelombang. Penerapan yang konsisten dari salah satu dari dua representasi ini untuk menggambarkan fenomena alam, secara tegas, mengecualikan penggunaan yang lain. Namun, pada kenyataannya, ketika menjelaskan beberapa proses, kedua konsep digunakan, dan, meskipun sifatnya kontradiktif, satu atau yang lain harus digunakan tergantung pada situasinya.
Hal yang sama terjadi dengan konsep lokalisasi ruang-waktu dan keadaan dinamis yang terdefinisi dengan baik: mereka saling melengkapi seperti konsep partikel dan gelombang, yang dengannya, seperti yang akan segera kita lihat, mereka terkait erat. Orang mungkin bertanya mengapa penerapan ide-ide kontradiktif ini tidak pernah mengarah pada absurditas. Seperti yang telah kami katakan, ini disebabkan oleh fakta bahwa tidak mungkin untuk secara bersamaan menentukan semua detail yang memungkinkan kedua representasi ini disempurnakan sepenuhnya. Dalam bahasa matematika, hal ini diungkapkan oleh hubungan ketidakpastian Heisenberg, yang pada akhirnya merupakan konsekuensi dari keberadaan kuantum aksi. Jadi, signifikansi besar penemuan kuanta dalam perkembangan fisika teoretis modern muncul dengan sangat jelas.
Prinsip komplementaritas Bohr terkait erat dengan prinsip keterbatasn representasi. Gambar-gambar sederhana seperti partikel, gelombang, titik yang terlokalisasi secara ketat di ruang angkasa, keadaan gerakan yang terdefinisi dengan baik, pada dasarnya adalah beberapa abstraksi, idealisasi. Dalam kebanyakan kasus, idealisasi ini kira-kira sesuai dengan keadaan sebenarnya, meskipun mereka memiliki batas penerapan tertentu. Penerapan masing-masing idealisasi ini hanya mungkin sampai penggunaan idealisasi "tambahan" diperlukan. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa partikel ada, karena sejumlah besar fenomena fisik hanya dapat dijelaskan jika keberadaannya diakui. Namun, dalam fenomena lain, sifat korpuskular kurang lebih terselubung dan hanya sifat gelombang dari proses yang dimanifestasikan dengan jelas.
Kurang lebih idealisasi skematis yang kita ciptakan mampu mencerminkan beberapa aspek dari berbagai fenomena, tetapi masih terbatas dan kerangka kakunya tidak sesuai dengan semua kekayaan realitas.
Kami tidak ingin memperpanjang tinjauan awal tentang perspektif baru ini, yang memungkinkan kami untuk menguraikan perkembangan fisika kuantum. Kami akan memiliki kesempatan untuk membahas secara rinci setiap masalah yang sedang dipertimbangkan, melengkapi dan memperdalamnya seperti yang disajikan. Apa yang telah dikatakan di sini cukup untuk menunjukkan kepada pembaca betapa dalam dan menariknya teori kuantum. Itu tidak hanya menghidupkan cabang sains - fisika atom - yang paling hidup dan menarik, tetapi juga memperluas pemahaman kita tentang dunia dan menyebabkan munculnya banyak ide baru yang tidak diragukan lagi akan meninggalkan jejak mendalam pada sejarah manusia. pikiran. Itulah sebabnya fisika kuantum menarik tidak hanya bagi para spesialis, tetapi juga patut mendapat perhatian setiap orang yang berbudaya.

2. Mekanika dan fisika klasik hanyalah perkiraan

Sekarang mari kita bahas secara singkat pertanyaan tentang peran apa yang diberikan fisika modern pada mekanika dan fisika klasik. Tentu saja, mereka sepenuhnya mempertahankan signifikansi praktis mereka di bidang fenomena yang untuknya mereka diciptakan dan di mana validitasnya dikonfirmasi oleh pengalaman. Penemuan kuanta sama sekali tidak melanggar hukum benda jatuh atau hukum optik geometris. Setiap kali suatu hukum dikonfirmasi dengan tingkat akurasi tertentu (dan hasil apa pun hanya dapat diverifikasi dengan akurasi tertentu), dapat dikatakan bahwa hasil ini pada dasarnya final dan tidak ada teori berikutnya yang dapat menyangkalnya. Jika tidak demikian, maka tidak ada ilmu yang bisa berkembang sama sekali. Namun, mungkin saja kemunculan data eksperimen baru atau teori baru akan mengarah pada fakta bahwa hukum yang ditemukan sebelumnya akan dianggap hanya sebagai beberapa perkiraan. Dengan kata lain, ketika akurasi pengukuran meningkat, validitasnya akhirnya dilanggar. Kasus-kasus seperti itu telah berulang kali ditemui dalam sejarah perkembangan ilmu pengetahuan. Dari hukum optik geometris, misalnya, diketahui bahwa hukum perambatan cahaya bujursangkar, meskipun diverifikasi dengan tingkat akurasi yang tinggi dan pada awalnya dianggap sepenuhnya akurat, ternyata benar hanya kira-kira. Ini menjadi jelas setelah ditemukannya fenomena difraksi dan pembentukan sifat gelombang cahaya. Dengan cara pendekatan yang berurutan, menghilangkan kontradiksi internal, sains dapat berkembang. Teori-teori yang tercipta dalam proses perkembangannya tidak akan sepenuhnya terbantahkan dan dihancurkan oleh perkembangan ilmu pengetahuan selanjutnya, tetapi akan masuk sebagai komponen-komponen ke dalam teori-teori baru yang lebih umum. Dari sudut pandang ini, mekanika dan fisika klasik dapat dilihat sebagai pengantar fisika kuantum.
Mekanika dan fisika klasik diciptakan untuk menggambarkan fenomena yang terjadi pada skala fenomena kita sehari-hari. Mereka tetap valid untuk menggambarkan proses yang terjadi pada skala astronomi yang lebih besar. Namun begitu kita beralih ke skala atom, keberadaan kuanta langsung membatasi ruang lingkup mekanika dan fisika klasik. Apa hubungannya? Dan dengan fakta bahwa besarnya kuantum aksi, yang dicirikan oleh konstanta Planck yang terkenal, sangat kecil dibandingkan dengan unit pengukuran kita yang biasa. Gangguan yang dimasukkan ke dalam pengukuran sebagai akibat keberadaan kuanta ternyata sangat kecil dalam kondisi normal sehingga hampir tidak mungkin diperhatikan dalam satuan yang digunakan dalam kasus ini. Gangguan ini jauh lebih kecil daripada kesalahan pengukuran yang pasti muncul dalam eksperimen yang dirancang untuk menguji satu atau lain hukum klasik.
Dalam terang teori kuantum, mekanika klasik dan fisika tidak lagi benar-benar eksak. Namun, dalam kondisi normal, pelanggaran hukum klasik ternyata tidak terlihat karena kesalahan pengukuran yang selalu ada. Jadi, untuk fenomena yang terjadi pada skala kita yang biasa, mekanika klasik dan fisika menjadi pendekatan yang sangat baik.
Maka disini kita bertemu kembali dengan proses perkembangan ilmu yang biasa. Prinsip-prinsip yang mapan, hukum yang diverifikasi secara andal, meskipun dipertahankan dalam pengembangan sains lebih lanjut, sudah dianggap tidak sepenuhnya akurat, tetapi hanya sebagai semacam pendekatan, batas penerapannya ditentukan oleh teori baru yang lebih umum. .
Karena, bagaimanapun, untuk fenomena skala kita, mekanika dan fisika klasik, yang sama sekali tidak memperhitungkan keberadaan kuanta, tetap valid, beberapa orang mungkin mengatakan bahwa, pada dasarnya, kuanta tidak memiliki signifikansi universal seperti yang dikaitkan dengannya. untuk, karena dalam fenomena rentang yang sangat luas, termasuk, khususnya, bidang aplikasi praktis, sifat kuantum fenomena dapat sepenuhnya diabaikan. Namun, sudut pandang ini bagi kita tampaknya salah. Pertama, dalam bidang yang begitu penting dan menjanjikan seperti fisika atom dan nuklir, kuanta memainkan peran yang sangat penting sehingga sama sekali tidak mungkin untuk memahami fenomena yang terkait dengan bidang ini tanpa menggunakan teori kuantum. Kedua, dalam fisika makroskopik, di mana karena kecilnya kuantum dan kesalahan eksperimen yang tak terhindarkan, sifat kuantum dari proses tidak memanifestasikan dirinya secara eksplisit, kehadiran kuantum aksi memerlukan semua konsekuensi yang kami tunjukkan sebelumnya. Dan jika mereka praktis tidak memiliki efek nyata, maka ini sama sekali tidak mengurangi signifikansi mereka, baik untuk fisika maupun untuk filsafat. Oleh karena itu, saat ini, teori kuantum adalah salah satu fondasi penting ilmu pengetahuan alam.
.

Ide-ide De Broglie

Pada tahun 1923, dalam laporan Akademi Ilmu Pengetahuan Paris, tiga artikel oleh fisikawan Prancis Louis de Broglie diterbitkan: "Gelombang dan kuanta", "Kuanta cahaya, difraksi dan interferensi", "Kuantum, teori kinetik gas dan prinsip pertanian", di mana ide yang sama sekali baru yang mentransfer dualisme dalam teori cahaya ke partikel materi itu sendiri.

De Broglie mempertimbangkan beberapa proses gelombang yang terkait dengan benda yang bergerak dengan kecepatan v = ?с. Gelombang ini memiliki frekuensi yang ditentukan oleh hubungan E = h? = m(с) 2 , dan bergerak ke arah gerak benda dengan kecepatan u = c/? "Kami akan menganggapnya hanya sebagai gelombang fiktif yang terkait dengan pergerakan tubuh yang bergerak." De Broglie lebih lanjut menunjukkan bahwa untuk elektron yang bergerak sepanjang lintasan tertutup dengan kecepatan konstan kurang dari kecepatan cahaya, lintasannya akan stabil jika sejumlah bilangan bulat dari gelombang tersebut cocok dengannya.Kondisi ini bertepatan dengan kondisi kuantum Bohr: mvR = nh/2?. Kecepatan partikel v = ?с adalah kecepatan sekelompok gelombang dengan frekuensi yang berbeda sedikit satu sama lain dan sesuai dengan frekuensi m(с)2/jam.gelombang fase tidak membawa energi. Hipotesis De Broglie memungkinkan "untuk melakukan sintesis gerakan gelombang dan kuanta." De Broglie menegaskan keberadaan fenomena gelombang di alam untuk partikel materi juga. Dia menulis: “Fenomena difraksi ditemukan dalam aliran elektron yang melewati lubang yang cukup kecil. Mungkin konfirmasi eksperimental dari ide-ide kita harus dicari ke arah ini.

De Broglie menunjukkan bahwa mekanika barunya terkait dengan mekanika lama, klasik dan relativistik, "dengan cara yang sama seperti optik gelombang terkait dengan geometri". Dia menulis bahwa sintesis yang dia usulkan “tampaknya menjadi mahkota logis dari pengembangan bersama dinamika dan optik sejak abad ke-17.

Pada 25 November 1924, de Broglie mempertahankan disertasinya "Penelitian tentang teori kuantum". Beberapa penulis menganggap waktu ini sebagai awal dari ide-ide mekanika gelombang. De Broglie kemudian keberatan, menunjukkan bahwa ia telah menemukan mekanika gelombang sedini 1923, "karena dalam disertasinya ia hanya mengembangkan ide-ide yang terkandung dalam artikel saya yang ditulis pada bulan September - Oktober 1923." Untuk penemuan sifat gelombang elektron, de Broglie dianugerahi Hadiah Nobel pada tahun 1929.

Namun kemudian artikel-artikel tersebut tidak serta merta menimbulkan respon yang luas. Referensi difraksi elektron yang terkandung di dalamnya melewati para peneliti. Difraksi elektron ditemukan 5 tahun setelah munculnya artikel de Broglie, tanpa ada hubungannya dengan mereka dan sampai batas tertentu secara tidak sengaja. Tetapi para ahli teori Einstein dan Schrödinger memperhatikan ide-ide de Broglie, yang berhasil mengembangkannya dalam karya-karya mereka.

Dalam artikelnya "Quantums, the kinetic theory of gas and the farm principle", de Broglie, berdasarkan penelitian yang dilakukan pada tahun 1911-1913. Planck, Nernst, serta Saccourt dan Tetrode, mengembangkan statistik gas dan kuanta cahaya. Sakkur dan Tetrode, mulai tahun 1911-1912. penerapan ide-ide teori kuantum untuk gas, diusulkan untuk mempertimbangkan volume fase dasar gas sama dengan h3. Planck mengambil ide ini dan menghubungkannya dengan teorema Nernst, sifat kuantum yang pertama kali ia bangun. Sekarang de Broglie, menggunakan gagasannya tentang gelombang materi, menurunkan hukum distribusi Maxwell untuk gas dan rumus Planck untuk kuanta cahaya.

1. Ide-ide dasar mekanika gelombang Pada tahun 1923, menjadi hampir jelas bahwa teori Bohr dan teori lama kuantum hanyalah penghubung antara ide-ide klasik dan beberapa pandangan yang sangat baru, yang memungkinkan wawasan yang lebih dalam untuk mempelajari fenomena kuantum. Di masa lalu