Hapja e Louis de Broglie. raporti De Broglie

5. Zbatimet e para të hipotezës kuantike

Kapitulli VI. atomi Bohr

1. Spektrat dhe vijat spektrale

2. Teoria e Bohr-it

3. Zhvillimi i teorisë së Bohr-it. Teoria e Sommerfeld

4. Teoria e Bohr-it dhe struktura e atomeve

5. Kritika e teorisë së Bohr-it

Kapitulli VII. Parimi i korrespondencës

1. Vështirësia e harmonizimit të teorisë kuantike dhe teorisë së rrezatimit

2. Parimi i korrespondencës së Bohr-it

3. Disa zbatime të parimit të korrespondencës

Kapitulli VIII. Mekanika valore

1. Idetë themelore të mekanikës valore

2. Grimca dhe vala e lidhur me të

3. Veprat e Shrodingerit

4. Difraksioni i elektronit

5. Shpjegimi fizik i mekanikës valore

6. Teoria e Gamow

Kapitulli IX. Mekanika kuantike e Heisenberg

1. Idetë kryesore të Heisenberg

2. Mekanika kuantike

3. Identiteti i mekanikës kuantike dhe valore

4. Parimi i korrespondencës në mekanikën e re

Kapitulli X. Interpretimi probabilistik i mekanikës së re

1. Idetë e përgjithshme dhe parimet bazë

2. Marrëdhënie pasigurie

3. Krahasimi me mekanikën e vjetër

4. Indeterminizmi në mekanikën e re

5. Plotësimi, idealizimi, hapësira dhe koha

Kapitulli XI. Rrotullimi i elektronit

1. Struktura e imët dhe anomalitë magnetike

2. Hamendësimi i Uhlenbeck dhe Goudsmit

3. Teoria e Paulit

4. Teoria e Dirakut

5. Gjendjet me energji negative. Elektroni pozitiv

Kapitulli XII. Mekanika valore e sistemeve dhe parimi Pauli

1. Mekanika valore e sistemeve të grimcave

2. Sisteme të përbëra nga grimca të së njëjtës natyrë. Parimi Pauli

3. Zbatime të mekanikës valore të sistemeve

4. Statistikat kuantike

5. Një shënim mbi parimin e identitetit

Letërsia

Broglie, de Broglie Louis de (l. 15.8.1892, Dieppe), fizikan francez. Anëtar (1933) dhe sekretar i përhershëm (1942) i Akademisë Franceze të Shkencave. Anëtar i huaj i Akademisë së Shkencave të BRSS (1958). U diplomua në Universitetin e Parisit (1909). Që nga viti 1928 ai dha mësim atje. Në vitin 1924, në disertacionin e doktoraturës: "Kërkim mbi Teorinë e Kuantumeve", ai parashtroi idenë e vetive valore të materies (e ashtuquajtura vala de Broglie), e cila formoi bazën e mekanikës kuantike moderne. Vetitë valore të mikrogrimcave u konfirmuan më pas nga eksperimentet mbi difraksionin e elektroneve dhe grimcave të tjera. Broglie gjithashtu punoi në mekanikën kuantike relativiste, çështjet e strukturës së bërthamës dhe teorinë e përhapjes së valëve elektromagnetike në valë-drejtues. Broglie gjithashtu shkroi vepra mbi historinë e fizikës. Çmimi Nobel (1929)

Louis de Broglie është fizikani më i madh i epokës sonë, një nga themeluesit e teorisë kuantike. Autori tregon në një formë shumë të kapshme se çfarë ka bërë një revolucion teoria kuantike në zhvillimin e fizikës moderne. I gjithë libri është shkruar në formën e një pasqyre historike të ideve bazë që në mënyrë të pashmangshme duhet të kishin çuar dhe çonin në krijimin e mekanikës kuantike.
De Broglie shpjegon të gjithë teorinë kuantike pa një formulë të vetme!
Libri i De Broglie është me interes të padyshimtë për një gamë të gjerë fizikanësh, për studentët që studiojnë fizikën moderne dhe për lexuesit e interesuar për përparimin e fizikës.

Louis de Broglie. "Revolucioni në fizikë" (Fizika e Re dhe Kuanta)
Atomizdat, Moskë, 1965

Parathënie e redaktorit

Libri i sjellë në vëmendjen e lexuesve është shkruar nga një prej shkencëtarëve të famshëm, i cili vetë mori pjesë në zhvillimin e fizikës kuantike, edhe kur ajo po hidhte hapat e saj të parë. Ky është një nga librat e paktë ku teoria kuantike jorelativiste, e cila tashmë është bërë klasike, por ende nuk është shumë e kuptueshme dhe jo shumë e njohur për ata që nuk janë të përfshirë drejtpërdrejt në këtë fushë të fizikës, paraqitet gjerësisht dhe plotësisht. .
Ky është një shembull i stilit më të mirë të letërsisë popullore, ku autori nuk bie kurrë në tonin e keq të një qëndrimi nënçmues ndaj lexuesit, i cili shprehet në faktin se një çështje e lartë dhe e paarritshme. Përkundrazi, bëhet fjalë për një bisedë serioze për gjëra të rënda dhe të vështira, që presupozon te lexuesi aftësinë për të ushtruar të njëjtën përpjekje intelektuale që duhet të bëjë autori për t'i paraqitur çështjet e vështira sa më qartë dhe më të kapshme.
Ajo që e bën librin të njohur kryesisht është se prezantimi nuk përdor asnjë aparat matematikor dhe nuk kërkon ndonjë njohuri të veçantë nga lexuesi. Gjithçka që kërkohet prej tij është kultura e përgjithshme dhe vullneti i mirë, i cili nxitet nga interesimi i drejtpërdrejtë për këtë temë.
Ky libër u shkrua në vitin 1936 dhe u ribotua në vitin 1946 pa pothuajse asnjë ndryshim. Në të vërtetë, fizika kuantike jorelativiste u formua pothuajse plotësisht në vitin 1930. Teksti i këtij libri u bënë vetëm disa amendamente për shkak të zhvillimit 15-vjeçar të shkencës, dhe për më tepër, të gjitha nuk janë të një rëndësie themelore, por kanë të bëjnë ndaj fakteve të veçanta. Dhe për më tepër, jo për faktet e asaj mekanike kuantike jorelativiste, që përbën përmbajtjen e librit të de Broglie, por për fushën e teorisë kuantike të fushës ose teorisë së grimcave elementare, të lidhura ngushtë me të. Këto fusha të fundit janë zhvilluar shumë në vitet e pasluftës, edhe pse ne duket se jemi ende larg një kuptimi të vërtetë këtu.
Për shembull, tani është vërtetuar saktësisht se çdo grimcë (aktualisht ka rreth 30 grimca të ndryshme elementare) ka antigrimcën e saj, ashtu si një pozitron korrespondon me një elektron. Në disa raste të rralla të grimcave vërtet neutrale, grimca përkon me antigrimcën e saj, kështu që disa nga arsyetimet e de Broglie rezultojnë të jenë të paqëndrueshme ose shumë të thjeshtuara. Për shembull (shih f. 56), "asimetria e çuditshme" për të cilën flet de Broglie në lidhje me protonet dhe elektronet, tani perceptohet nga ne si një tipar i thellë i strukturës asimetrike të botës sonë në sfondin e simetrisë së plotë fizike. ligjet në lidhje me grimcat dhe antigrimcat. Ky fakt lidhet padyshim me natyrën e dalluar të drejtimit pozitiv të kohës (krh. diskutimin e këtij fakti në fq. 74, 75), pasi me një përmbysje formale kohore (duke zëvendësuar t me - t) të gjitha grimcat kthehen në antigrimca me barazi e kundërt.
Pas punës kryesore të Paulit mbi të ashtuquajturën pandryshueshmëri të CPT (1942) dhe zbulimeve mahnitëse të viteve të fundit (moskonservimi i barazisë - Lee dhe Yang, 1956; barazia e kombinuar - Landau, 1956), kjo zonë është bërë më e kuptuar.
Një fushë tjetër e rëndësishme është mekanika kuantike relativiste ose teoria kuantike e fushës, e cila aktualisht po zhvillohet shumë intensivisht. Disa nga deklaratat e de Broglie lidhen logjikisht në mënyrë specifike me këtë fushë. Për shembull, vërejtjet e tij për vështirësitë e teorisë së fotoneve që ai paraqiti ose për vështirësitë e problemit relativist të shumë trupave (fizikë statistikore relativiste).
Sigurisht, këto pika duhet të ishin shprehur pak më ndryshe në dritën e zbulimeve të fundit. Edhe pse mbeten vështirësi të mëdha themelore në këtë fushë, tani mund të shpjegohet shumë dhe mund të jepet një përshkrim sasior i disa fakteve. Nuk e konsiderojmë të nevojshme heqjen e këtyre pasazheve nga teksti i librit dhe aq më pak ndryshimin e tyre në asnjë mënyrë. Për temën e librit të de Broglie - mekanika kuantike jorelativiste - ato kanë një rëndësi dytësore.
Mund të bëhen disa pretendime për justifikimin në këtë libër të konceptit probabilist të mekanikës kuantike dhe për interpretimin e të ashtuquajturit dualitet valë-grimcë. Ndonjëherë duket se këndvështrimi i de Broglie ndryshon disi nga kapitulli në kapitull. Kjo ndoshta është e vërtetë, sepse de Broglie, në periudha të ndryshme të karrierës së tij shkencore, kishte pikëpamje të ndryshme për këtë koncept shumë të vështirë dhe themelor të mekanikës kuantike. Kushdo që dëshiron ta kuptojë këtë më tej i referohet diskutimit midis Niels Bohr dhe Albert Einstein, botuar, për shembull, në librin e Bohr-it "Fizika atomike dhe njohja njerëzore". Dy shkencëtarët e mëdhenj kishin pikëpamje të ndryshme dhe diskutimi i tyre - një shembull i një mosmarrëveshjeje shkencore në të cilën pjesëmarrësit kërkojnë vetëm të vërtetojnë të vërtetën dhe jo të konfirmojnë këndvështrimin e tyre - ka kontribuar shumë në kuptimin e kësaj pyetjeje të vështirë dhe të rëndësishme.
Për lexuesin që dëshiron të vazhdojë njohjen e tij me idetë e fizikës kuantike dhe arritjet e saj të reja, ne ofrojmë në fund të librit një listë referencash nga të cilat ai mund të zgjedhë një libër sipas dëshirës së tij.
Por ky libër nga de Broglie është shumë i përshtatshëm për një njohje të parë me teorinë kuantike dhe madje, sipas mendimit tonë, do të jetë me interes për shumë fizikantë që punojnë në këtë fushë.
Në të vërtetë, aftësia e de Broglie për të paraqitur qartë çështje komplekse dhe për të përshkruar një lidhje racionale të ideve përbën veti shumë të vlefshme të këtij libri. Nëse ndonjëherë thellësia sakrifikohet për qartësinë dhe kjo lidhje duket disi e thjeshtuar, atëherë për një prezantim popullor kjo nuk është një defekt, dhe një lexues më i sofistikuar do t'i falë këto momente dhe do të gjejë një mënyrë për veten e tij për të korrigjuar veçoritë individuale në pamjen e përgjithshme të saktë.
M.K. Polivanov

Prezantimi. Kuptimi i kuanteve
1. Pse duhet të dini për kuantet?

Shumë, duke parë titullin e këtij libri të vogël, padyshim që do të tremben nga fjala misterioze "kuantë". Në të vërtetë, edhe teoria e relativitetit, e cila është diskutuar mjaft vrullshëm vitet e fundit, ka një ide shumë të paqartë midis rretheve të gjera të lexuesve. Sa i përket teorisë kuantike, besoj se lexuesi ka një ide edhe më të paqartë për të. Vërtetë, kjo është e falshme, sepse kuantet janë një gjë mjaft misterioze.
Sa për mua, kam filluar të studioj kuantet kur isha rreth njëzet vjeç dhe vazhdova t'i studioja ato për një çerek shekulli. E megjithatë duhet të pranoj sinqerisht se megjithëse gjatë gjithë kësaj kohe kam arritur një kuptim disi më të thellë të disa aspekteve të kësaj çështjeje, nuk mund të them ende me siguri të plotë se çfarë fshihet nën maskën që fsheh fytyrën e vërtetë të kuantëve. Megjithatë, më duket se, me gjithë rëndësinë dhe rëndësinë e përparimit që ka ndodhur në fizikë gjatë shekujve të fundit, shkencëtarët nuk ishin në gjendje të kuptonin thellësisht natyrën e vërtetë të fenomeneve derisa nuk dinin asgjë për ekzistencën e kuanteve. Sepse pa kuanta do të ishte e pamundur të imagjinohej as drita, as materia.
Dikush mund të kuptojë se çfarë ndikimi të rëndësishëm është ushtruar në vetë drejtimin e zhvillimit të njohurive njerëzore në ditën kur kuantet hynë në mënyrë të fshehtë në shkencë. Pikërisht atë ditë, godina madhështore dhe madhështore e fizikës klasike u trondit deri në themelet e saj, megjithëse askush nuk e dinte ende qartë këtë. Në historinë e shkencës, nuk ka pasur shumë dridhje të krahasueshme për nga fuqia me këtë.
Dhe vetëm tani jemi në gjendje të kuptojmë dhe vlerësojmë përmasat dhe rëndësinë e revolucionit që ka ndodhur. Fizika klasike, besnike ndaj idealit të Dekartit, e përshkroi Universin si një lloj mekanizmi të madh, sjellja e të cilit mund të përshkruhet mjaft saktë duke specifikuar pozicionet e të gjitha pjesëve të tij në hapësirë ​​dhe ndryshimin e pozicionit me kalimin e kohës; një mekanizëm, sjellja e të cilit, në parim, mund të parashikohej absolutisht me saktësi, duke ditur një numër të caktuar parametrash që përcaktojnë gjendjen e tij fillestare. Megjithatë, ky këndvështrim bazohej në disa hipoteza që ishin bërë dhe vlefshmëria e të cilave dukej e qartë. Një prej tyre është supozimi se rajoni në hapësirë ​​dhe kohë në të cilin ne pothuajse instinktivisht përpiqemi të vendosim të gjitha ndjesitë tona është një rajon plotësisht i ngurtë dhe i përcaktuar dhe në të çdo fenomen fizik, në parim, mund të lokalizohet plotësisht në mënyrë strikte, pavarësisht nga të gjitha. proceset dinamike që kontrollojnë këtë fenomen. Prandaj, i gjithë zhvillimi i botës fizike u reduktua në ndryshime në pozicionin hapësinor të trupave me kalimin e kohës. Kjo është arsyeja pse sasitë dinamike, të tilla si energjia dhe momenti, shfaqen në fizikën klasike si derivate të formuar duke përdorur konceptin e shpejtësisë. Kështu, kinematika rezulton të jetë baza e dinamikës.
Situata në fizikën kuantike është krejtësisht e ndryshme. Ekzistenca e një sasie veprimi çon në një kontradiktë midis konceptit të lokalizimit të rreptë në hapësirë ​​dhe kohë dhe konceptit të zhvillimit dinamik. Secila prej tyre veç e veç mund të përdoret për të përshkruar botën reale. Megjithatë, ato nuk mund të zbatohen njëkohësisht me gjithë ashpërsi. Lokalizimi i saktë në hapësirë ​​dhe kohë është një lloj idealizimi statik, duke përjashtuar çdo zhvillim dhe çdo lëvizje. Koncepti i gjendjes së lëvizjes, i marrë në formën e tij të pastër, përkundrazi, është një idealizim dinamik që bie ndesh me konceptet e pozicionit të saktë dhe momentit të kohës.
Brenda kuadrit të teorisë kuantike, bota fizike nuk mund të përshkruhet pa përdorur, në një shkallë ose në një tjetër, ndonjë nga këto dy koncepte kontradiktore. Pra, ajo rrjedh nga një lloj kompromisi, marrëdhëniet e njohura të pasigurisë së Heisenberg-ut na tregojnë se deri në çfarë mase është i mundur ky kompromis. Ndër përfundimet e tjera nga teoria e re, rezulton se kinematika nuk është më një shkencë që ka një kuptim fizik të pavarur. Në mekanikën klasike, ishte e mundur të studioheshin lëvizjet në hapësirë ​​dhe kështu të përcaktohej shpejtësia dhe nxitimi, pavarësisht se si realizoheshin fizikisht këto lëvizje. Pastaj nga ky studim abstrakt i ligjeve të lëvizjes, duke futur disa parime të reja fizike, mund të kalohet në dinamikë. Në mekanikën kuantike, një rrugë e tillë është e papranueshme në parim, pasi lokalizimi hapësinor kohor që qëndron në themel të kinematikës është i mundur vetëm në disa raste të veçanta të përcaktuara nga kushte specifike dinamike të lëvizjes. Më vonë do të shohim pse, kur studiojmë fenomene në një shkallë të gjerë, është megjithatë mjaft e pranueshme të përdoren ligjet e kinematikës. Megjithatë, kur kalojmë në shqyrtimin e fenomeneve që ndodhin në shkallën atomike, ku kuantet luajnë një rol kryesor, mund të themi se kinematika, e përcaktuar si shkencë e lëvizjes pavarësisht nga të gjitha kushtet dinamike, e humb plotësisht kuptimin e saj.
Një hipotezë tjetër, e cila në thelb qëndron në themel të fizikës klasike, është se me ndihmën e masave të duhura paraprake është e mundur, në parim, të bëhet i papërfillshëm ndikimi i shqetësimeve në rrjedhën natyrore të fenomenit në studim të paraqitur nga procesi i matjes. Me fjalë të tjera, supozohet se eksperimenti mund të kryhet në atë mënyrë që ndikimi i shqetësimeve në rrjedhën e procesit në studim të shkaktuar prej tij të jetë aq i vogël sa të dëshirohet. Kjo hipotezë mund të konsiderohet e vlefshme për fenomenet që ndodhin në shkallë të gjerë. Për fenomenet e botës atomike, rezulton të jetë e pasaktë. Kjo është për shkak të ekzistencës së një sasie veprimi dhe faktit se, siç tregoi analiza delikate dhe e thellë e Heisenberg dhe Bohr, çdo përpjekje për të matur çdo sasi që karakterizon një sistem të caktuar çon në një ndryshim të pakontrolluar në sasi të tjera që përcaktojnë vetitë. të këtij sistemi. Më saktësisht, çdo matje e çdo sasie, e cila na lejon të vendosim pozicionin e sistemit në hapësirë ​​dhe kohë, rezulton në një ndryshim të pakontrolluar në sasinë përkatëse të konjuguar që përcakton gjendjen dinamike të sistemit. Në veçanti, rezulton të jetë e pamundur të maten me saktësi dy sasi të ndërlidhura në të njëjtin moment.
Tani është e qartë se në çfarë kuptimi mund të themi se ekzistenca e një sasie veprimi e bën lokalizimin hapësinor-kohor të pjesëve të ndryshme të sistemit të papajtueshëm me ndonjë nga gjendjet e tij specifike dinamike, pasi për të lokalizuar sistemin është e nevojshme të di me saktësi një seri të tërë sasish, matja e të cilave përjashton, nga ana tjetër, përcaktimin e sasive përkatëse të konjuguara që karakterizojnë gjendjen dinamike të sistemit dhe anasjelltas. Ekzistenca e kuanteve në një mënyrë shumë unike përcakton kufirin e poshtëm të madhësisë së shqetësimeve që një fizikan paraqet kur mat sistemet që studion. Kështu, një nga hipotezat që ishte baza e fizikës klasike u hodh poshtë dhe rëndësia e këtij fakti është shumë e madhe.
Pra, rezulton se nuk mund të dihen kurrë vlerat e sakta të më shumë se gjysmës së sasive të nevojshme për të përshkruar plotësisht një sistem nga një këndvështrim klasik. Vlera e një sasie të caktuar që karakterizon një sistem është sa më e pasigurt, aq më saktë dihet vlera e sasisë së saj shoqëruese. Kjo nënkupton një ndryshim domethënës midis fizikës së vjetër dhe asaj të re në pikëpamjet e tyre mbi determinizmin në fenomenet natyrore.
Nga pikëpamja e fizikës klasike, specifikimi i sasive që përcaktojnë pozicionin e pjesëve të ndryshme të sistemit në një moment të caktuar kohor, dhe sasive dinamike të konjuguara përkatëse, është mjaft i mjaftueshëm, të paktën në parim, për të përshkruar me saktësi gjendjen e sistemi në të gjitha kohët e mëvonshme. Duke ditur vlerat e sakta x0, y0,... të sasive që karakterizojnë sistemin në një moment t0, ishte e mundur të parashikohej pa mëdyshje se cilat vlera x, y,... të këtyre sasive do të gjendeshin nëse do të ishin përcaktuar në një kohë të mëvonshme t. Kjo rrjedh nga ekuacionet që qëndrojnë në themel të teorive mekanike dhe fizike dhe është një veti e drejtpërdrejtë matematikore e këtyre ekuacioneve.
Deklaratat për mundësinë e parashikimit të saktë të dukurive të së ardhmes bazuar në dukuritë e tashme, dhe se e ardhmja, në një farë kuptimi, është plotësisht e përfshirë në të tashmen dhe nuk mund t'i shtojë asgjë, përbëjnë atë që quhet determinizëm i dukurive natyrore. Por një mundësi e tillë e parashikimit të saktë presupozon përcaktimin e saktë në një moment në kohë të variablave që përshkruajnë pozicionin në hapësirë ​​dhe variablave dinamikë që lidhen me të. Dhe është pikërisht ky përcaktim i njëkohshëm i sasive të ndërlidhura që rezulton i pamundur, nga pikëpamja e mekanikës kuantike. Dhe kjo shoqërohet me ndryshime të rëndësishme që kanë ndodhur në kuptimin e aftësive parashikuese të fizikës teorike moderne dhe ndërlidhjen e fenomeneve natyrore.
Meqenëse vlerat e sasive që karakterizojnë gjendjen e sistemit në kohën t0 mund të përcaktohen vetëm me njëfarë pasigurie, të pashmangshme në teorinë kuantike, atëherë, në përputhje me rrethanat, një fizikan nuk mund të parashikojë më saktë se cilat do të jenë vlerat e këtyre sasive. të jetë në një moment të mëpasshëm në kohë. Ai mund të parashikojë vetëm probabilitetin që gjatë përcaktimit të këtyre sasive në një kohë të mëvonshme t të marrim vlera të caktuara. Lidhja midis rezultateve të matjeve të njëpasnjëshme, e cila shpjegon anën sasiore të fenomeneve, nuk do të jetë më një marrëdhënie shkakësore që korrespondon me determinizmin klasik. Më tepër do të jetë një lidhje probabiliste, e vetmja e përputhshme me pasigurinë që rrjedh nga vetë ekzistenca e kuantit të veprimit. Ky është ndryshimi kryesor në pikëpamjet tona për ligjet fizike, një ndryshim, të gjitha pasojat filozofike të të cilit, siç na duket, janë ende larg të kuptuarit.
Si rezultat i zhvillimit të fizikës teorike moderne, u shfaqën dy ide të rëndësishme: parimi i komplementaritetit të Bohr-it dhe parimi i ideve të kufizuara. Bohr ishte i pari që vuri re se në fizikën e re kuantike, siç jepet nga mekanika valore, konceptet e grimcave dhe valëve, lokalizimi i hapësirë-kohës dhe një gjendje dinamike e mirëpërcaktuar janë plotësuese. Me këtë ai donte të thoshte se një përshkrim i plotë i fenomeneve të vëzhgueshme kërkon përdorimin e të dy këtyre koncepteve, por megjithatë, në një farë kuptimi, ato janë të papajtueshme me njëri-tjetrin. Imazhet që ata evokojnë kurrë nuk mund të përdoren njëkohësisht për të përshkruar realitetin. Për shembull, një numër i madh fenomenesh të vëzhguara në fizikën atomike mund të shpjegohen vetëm në termat e konceptit të grimcave. Prandaj, përdorimi i këtij koncepti është i nevojshëm për një fizikan. Në të njëjtën mënyrë, për të shpjeguar një sërë fenomenesh të tjera është e nevojshme të përdoret koncepti i valës. Përdorimi i vazhdueshëm i njërit prej këtyre dy koncepteve për të përshkruar fenomenet natyrore, në mënyrë rigoroze, përjashton përdorimin e tjetrit. Sidoqoftë, në realitet, kur përshkruhen disa procese, përdoren të dy konceptet dhe, pavarësisht natyrës së tyre kontradiktore, njëra ose tjetra prej tyre duhet të përdoret në varësi të situatës.
E njëjta gjë është e vërtetë me konceptet e lokalizimit të hapësirë-kohës dhe një gjendje dinamike të mirëpërcaktuar: ato janë po aq plotësuese sa konceptet e grimcave dhe valëve, me të cilat, për më tepër, siç do të shohim së shpejti, ato janë të lidhura ngushtë. Dikush mund të pyesë pse zbatimi i këtyre ideve kontradiktore nuk çon kurrë në absurditet. Siç kemi thënë tashmë, kjo për faktin se është e pamundur të përcaktohen njëkohësisht të gjitha detajet që do të na lejonin t'i sqaronim plotësisht këto dy ide. Në gjuhën matematikore, kjo shprehet me relacionin e pasigurisë së Heisenbergut, e cila në fund të fundit është pasojë e ekzistencës së kuantit të veprimit. Kjo tregon qartë rëndësinë e madhe të zbulimit të kuanteve në zhvillimin e fizikës teorike moderne.
I lidhur ngushtë me parimin e komplementaritetit të Bohr-it është parimi i përfaqësimit të kufizuar. Imazhe të tilla të thjeshta si një grimcë, një valë, një pikë e lokalizuar rreptësisht në hapësirë, një gjendje e lëvizjes së mirëpërcaktuar, janë në thelb disa abstraksione, idealizime. Në shumicën e rasteve, këto idealizime përafërsisht korrespondojnë me gjendjen aktuale të punëve, megjithëse ato kanë kufij të caktuar zbatueshmërie. Përdorimi i secilit prej këtyre idealizimeve është i mundur vetëm derisa të bëhet i nevojshëm përdorimi i një idealizimi "shtesë". Kështu, mund të themi se grimcat ekzistojnë, pasi një numër i madh fenomenesh fizike mund të shpjegohen vetëm nëse supozohet ekzistenca e tyre. Megjithatë, në fenomene të tjera natyra korpuskulare është pak a shumë e mbuluar dhe vetëm natyra valore e procesit manifestohet qartë.
Idealizimet pak a shumë skematike që kemi krijuar janë të afta të pasqyrojnë disa aspekte të fenomeneve të ndryshme, por ato janë ende të kufizuara dhe e gjithë pasuria e realitetit nuk përshtatet në kuadrin e tyre të ngurtë.
Ne nuk duam ta zgjasim këtë studim paraprak të perspektivave të reja, që na ka lejuar të përshkruajmë zhvillimin e fizikës kuantike. Do të kemi një mundësi tjetër të ndalemi në detaje për secilën nga çështjet në shqyrtim, duke e plotësuar dhe thelluar ashtu siç e paraqesim. Ajo që është thënë këtu është tashmë e mjaftueshme për t'i treguar lexuesit se sa e thellë dhe interesante është teoria kuantike. Ai jo vetëm që solli në jetë degën më të gjallë dhe magjepsëse të shkencës - fizikën atomike - por gjithashtu zgjeroi padyshim kuptimin tonë për botën dhe çoi në shfaqjen e shumë ideve të reja që padyshim do të lënë një gjurmë të thellë në historinë e mendimit njerëzor. Kjo është arsyeja pse fizika kuantike është me interes jo vetëm për specialistët, por meriton vëmendjen e çdo personi të kulturuar.

2. Mekanika dhe fizika klasike janë vetëm përafërsi

Tani le të diskutojmë shkurtimisht pyetjen se çfarë roli i cakton fizika moderne mekanikës dhe fizikës klasike. Sigurisht, ato ruajnë plotësisht rëndësinë e tyre praktike në fushën e fenomeneve për të cilat janë krijuar dhe në të cilat vlefshmëria e tyre konfirmohet nga përvoja. Zbulimi i kuanteve në asnjë mënyrë nuk shkel ligjet e trupave që bien ose ligjet e optikës gjeometrike. Sa herë që një ligj konfirmohet me një shkallë të caktuar saktësie (dhe çdo rezultat mund të verifikohet vetëm me një saktësi të caktuar), mund të argumentohet se ky rezultat është në thelb përfundimtar dhe asnjë teori e mëvonshme nuk mund ta kundërshtojë atë. Nëse nuk do të ishte kështu, atëherë asnjë shkencë nuk mund të zhvillohej fare. Megjithatë, mund të ndodhë që shfaqja e të dhënave të reja eksperimentale ose teorive të reja do të çojë që ligjet e gjetura më parë të konsiderohen vetëm si një përafrim. Me fjalë të tjera, me rritjen e saktësisë së matjeve, vlefshmëria e tyre përfundimisht cenohet. Raste të tilla kanë ndodhur vazhdimisht në historinë e zhvillimit të shkencës. Nga ligjet e optikës gjeometrike, për shembull, dihet se ligji i përhapjes drejtvizore të dritës, megjithëse u testua me një shkallë të lartë saktësie dhe fillimisht u konsiderua plotësisht i saktë, doli të ishte vetëm afërsisht i saktë. Kjo u bë e qartë pas zbulimit të fenomenit të difraksionit dhe vendosjes së natyrës valore të dritës. Pikërisht në këtë mënyrë të përafrimeve të njëpasnjëshme, duke eliminuar kontradiktat e brendshme, mund të zhvillohet shkenca. Teoritë e krijuara në procesin e zhvillimit të saj nuk do të përgënjeshtrohen dhe shkatërrohen plotësisht nga zhvillimi i mëpasshëm i shkencës, por do të përfshihen si përbërës në teori të reja, më të përgjithshme. Nga ky këndvështrim, mekanika dhe fizika klasike mund të konsiderohen si një hyrje në fizikën kuantike.
Mekanika dhe fizika klasike u krijuan për të përshkruar fenomene që ndodhin në shkallën e fenomeneve tona të përditshme. Ato mbeten të vlefshme për përshkrimin e proceseve që ndodhin në shkallë edhe më të mëdha astronomike. Por, sapo kalojmë në shkallën atomike, ekzistenca e kuanteve kufizon menjëherë fushën e zbatimit të mekanikës dhe fizikës klasike. Me çfarë lidhet kjo? Dhe me faktin se madhësia e kuantit të veprimit, e karakterizuar nga konstanta e famshme e Planck-ut, është jashtëzakonisht e vogël në krahasim me njësitë tona të zakonshme të matjes. Çrregullimet e futura në matje si rezultat i ekzistencës së kuanteve rezultojnë të jenë aq të vogla në kushte të zakonshme saqë janë praktikisht të pamundura për t'u vërejtur në njësitë e përdorura. Këto shqetësime janë dukshëm më të vogla se gabimet e matjes që lindin në mënyrë të pashmangshme në eksperimentet e kryera për të testuar një ose një ligj tjetër klasik.
Në dritën e teorisë kuantike, mekanika dhe fizika klasike nuk janë më absolutisht të sakta. Megjithatë, në kushte normale, shkelja e ligjeve klasike rezulton të jetë e padukshme për shkak të gabimeve në matje që janë gjithmonë të pranishme. Kështu, për fenomenet që ndodhin në shkallët tona të zakonshme, mekanika dhe fizika klasike rezultojnë të jenë një përafrim shumë i mirë.
Pra, këtu përsëri ndeshemi me procesin e zakonshëm të zhvillimit shkencor. Parimet e vendosura fort, ligjet e testuara me besueshmëri, megjithëse të ruajtura në zhvillimin e mëtejshëm të shkencës, nuk konsiderohen më si absolutisht të sakta, por vetëm si një përafrim, kufijtë e zbatueshmërisë së të cilave përcaktohen nga një teori e re, më e përgjithshme.
Meqenëse mekanika dhe fizika klasike, të cilat nuk marrin fare parasysh praninë e kuanteve, mbeten të vlefshme për fenomenet në shkallën tonë, disa mund të thonë se, në thelb, kuantet nuk kanë një rëndësi të tillë universale siç u atribuohet atyre, pasi në një zonë jashtëzakonisht të gjerë fenomene, duke përfshirë, në veçanti, fushën e zbatimeve praktike, natyra kuantike e fenomeneve mund të injorohet plotësisht. Megjithatë, ky këndvështrim na duket i gabuar. Së pari, në një fushë kaq të rëndësishme dhe premtuese si fizika atomike dhe ato bërthamore, kuantet luajnë një rol kaq domethënës sa është krejtësisht e pamundur të kuptohen fenomenet që lidhen me këtë fushë pa përfshirë teorinë kuantike. Së dyti, në fizikën makroskopike, ku për shkak të madhësisë së vogël të kuanteve dhe gabimeve të pashmangshme eksperimentale, natyra kuantike e proceseve nuk shfaqet qartë, prania e një kuantike veprimi sjell të gjitha pasojat që theksuam më parë. Dhe nëse ato praktikisht nuk kanë ndikim të dukshëm, atëherë kjo në asnjë mënyrë nuk e zvogëlon rëndësinë e tyre, si për fizikën ashtu edhe për filozofinë. Prandaj, aktualisht, teoria kuantike është një nga themelet thelbësore të shkencës natyrore.
.

Idetë e De Broglie

Në vitin 1923, tre artikuj nga fizikani francez Louis de Broglie u botuan në raportet e Akademisë së Shkencave të Parisit: "Valët dhe kuantat", "Kuanta e dritës, difraksioni dhe interferenca", "Kuanta, teoria kinetike e gazeve dhe Parimi i fermës”, në të cilin një ide krejtësisht e re që transferon dualizmin në teorinë e dritës tek vetë grimcat e materies.

De Broglie konsideron një proces të caktuar valor të lidhur me një trup që lëviz me një shpejtësi v = ?с. Kjo valë ka një frekuencë të përcaktuar nga relacioni E = h? = m(c) 2, dhe lëviz në drejtim të lëvizjes së trupit me shpejtësi u = c/? "Ne do ta konsiderojmë atë vetëm si një valë fiktive që lidhet me zhvendosjen e një trupi në lëvizje." De Broglie tregon më tej se për një elektron që lëviz përgjatë një trajektoreje të mbyllur me një shpejtësi konstante më të vogël se shpejtësia e dritës, trajektorja do të jetë e qëndrueshme nëse përmban një numër të plotë valësh të tilla. Ky kusht përkon me kushtin kuantik të Bohr-it: mvR = nh /2?. Shpejtësia e grimcave v = ?с është shpejtësia e një grupi valësh me frekuenca që ndryshojnë pak nga njëra-tjetra dhe korrespondojnë me frekuencën m(с)2/h Kjo valë, të cilën de Broglie e quajti "vala fazore", pilot lëvizja e grimcës që bart energji mс2 vetë vala fazore nuk bart energji. Hipoteza e De Broglie lejon "të kryhet një sintezë e lëvizjes së valës dhe kuanteve". De Broglie pohon praninë në natyrë të fenomeneve valore për grimcat e materies. Ai shkruan: “Dukuritë e difraksionit zbulohen në rrjedhën e elektroneve që kalojnë nëpër vrima mjaft të vogla. Ndoshta konfirmimi eksperimental i ideve tona duhet kërkuar në këtë drejtim.”

De Broglie thekson se mekanika e tij e re lidhet me mekanikën e vjetër, klasike dhe relativiste, "ashtu si optika e valës lidhet me ato gjeometrike". Ai shkruan se sinteza që ai propozoi “duket të jetë kulmi logjik i zhvillimit të përbashkët të dinamikës dhe optikës që nga shekulli i 17-të.

Më 25 nëntor 1924, de Broglie mbrojti disertacionin e tij "Kërkim mbi Teorinë e Kuantumeve". Disa autorë e konsiderojnë këtë kohë si fillimin e shfaqjes së ideve të mekanikës valore. De Broglie më pas kundërshtoi, duke theksuar se ai kishte zbuluar mekanikën valore në vitin 1923, "pasi në disertacionin e tij ai zhvilloi vetëm idetë e përfshira në artikujt e mi të shkruar në shtator - tetor 1923". Për zbulimin e tij të natyrës valore të elektroneve, de Broglie u nderua me çmimin Nobel në 1929.

Por atëherë këto artikuj nuk shkaktuan menjëherë një reagim të gjerë. Treguesi i difraksionit të elektroneve të përfshira në to kaloi nga eksperimentuesit. Difraksioni i elektronit u zbulua 5 vjet pas shfaqjes së letrave të de Broglie, pa asnjë lidhje me to dhe në një masë të caktuar rastësisht. Por idetë e de Broglie u vunë re nga teoricienët - Einstein dhe Schrödinger, të cilët i zhvilluan me sukses në veprat e tyre.

Në artikullin e tij "Kuantumi, teoria kinetike e gazeve dhe parimi i fermës", de Broglie, bazuar në kërkimet e kryera në 1911-1913. Planck, Nernst, si dhe Saccourt dhe Tetrode, zhvillon statistikat e gazeve dhe kuanteve të dritës. Saccourt dhe Tetrode, duke filluar nga 1911-1912. aplikimi i ideve të teorisë kuantike për gazet, ata propozuan të marrin në konsideratë vëllimin e fazës elementare të një gazi të barabartë me h3. Planck e zgjodhi këtë ide dhe e lidhi me teoremën e Nernst-it, natyrën kuantike të së cilës ai ishte i pari që vendosi. Tani de Broglie, duke përdorur idenë e tij për valët e materies, nxjerr ligjin e shpërndarjes së Maxwell për gazet dhe formulën e Planck për kuantet e dritës.

1. Idetë themelore të mekanikës valore Në vitin 1923, u bë pothuajse e qartë se teoria e Bohr-it dhe teoria e vjetër e kuantikës janë vetëm një lidhje e ndërmjetme midis ideve klasike dhe disa pikëpamjeve shumë të reja që lejojnë një pasqyrë më të thellë në studimin e fenomeneve kuantike. Në të vjetrën