Louis de Broglie akifungua. Uwiano wa De Broglie

5. Maombi ya kwanza ya hypothesis ya quantum

Sura ya VI. atomi ya Bohr

1. Spectra na mistari ya spectral

2. Nadharia ya Bohr

3. Maendeleo ya nadharia ya Bohr. Nadharia ya Sommerfeld

4. Nadharia ya Bohr na muundo wa atomi

5. Uhakiki wa nadharia ya Bohr

Sura ya VII. Kanuni ya mawasiliano

1. Ugumu wa kupatanisha nadharia ya quantum na nadharia ya mionzi

2. Kanuni ya mawasiliano ya Bohr

3. Baadhi ya matumizi ya kanuni ya mawasiliano

Sura ya VIII. Mitambo ya mawimbi

1. Mawazo ya msingi ya mechanics ya wimbi

2. Chembe na wimbi linalohusishwa nayo

3. Kazi za Schrödinger

4. Tofauti ya elektroni

5. Maelezo ya kimwili ya mechanics ya wimbi

6. Nadharia ya Gamow

Sura ya IX. Mechanics ya quantum ya Heisenberg

1. Mawazo makuu ya Heisenberg

2. Mitambo ya quantum

3. Utambulisho wa mechanics ya quantum na wimbi

4. Kanuni ya mawasiliano katika mechanics mpya

Sura ya X. Ufafanuzi wa uwezekano wa mechanics mpya

1. Mawazo ya jumla na kanuni za msingi

2. Uhusiano wa kutokuwa na uhakika

3. Kulinganisha na mechanics ya zamani

4. Indeterminism katika mechanics mpya

5. Kukamilishana, ukamilifu, nafasi na wakati

Sura ya XI. Mzunguko wa elektroni

1. Muundo mzuri na upungufu wa sumaku

2. Dhana ya Uhlenbeck na Goudsmit

3. Nadharia ya Pauli

4. Nadharia ya Diraki

5. Mataifa yenye nishati hasi. Elektroni chanya

Sura ya XII. Mitambo ya wimbi ya mifumo na kanuni ya Pauli

1. Mitambo ya mawimbi ya mifumo ya chembe

2. Mifumo inayojumuisha chembe za asili sawa. Kanuni ya Pauli

3. Maombi ya mitambo ya wimbi la mifumo

4. Takwimu za quantum

5. Ujumbe juu ya kanuni ya utambulisho

Fasihi

Broglie, de Broglie Louis de (b. 15.8.1892, Dieppe), mwanafizikia wa Kifaransa. Mwanachama (1933) na katibu wa kudumu (1942) wa Chuo cha Sayansi cha Ufaransa. Mwanachama wa kigeni wa Chuo cha Sayansi cha USSR (1958). Alihitimu kutoka Chuo Kikuu cha Paris (1909). Tangu 1928 alifundisha huko. Mnamo 1924, katika tasnifu yake ya udaktari: "Tafiti juu ya Nadharia ya Quantums," aliweka mbele wazo la mali ya wimbi la jambo (kinachojulikana kama wimbi la de Broglie), ambalo liliunda msingi wa mechanics ya kisasa ya quantum. Sifa za mawimbi za chembechembe ndogo zilithibitishwa baadaye na majaribio ya utengano wa elektroni na chembe nyingine. Broglie pia alifanyia kazi mechanics ya quantum relativistic, maswali ya muundo wa kiini, na nadharia ya uenezi wa mawimbi ya sumakuumeme katika miongozo ya mawimbi. Broglie pia aliandika kazi kwenye historia ya fizikia. Tuzo la Nobel (1929)

Louis de Broglie ndiye mwanafizikia mkuu wa zama zetu, mmoja wa waanzilishi wa nadharia ya quantum. Mwandishi anaonyesha kwa njia inayoweza kufikiwa sana kile ambacho nadharia ya quantum ya mapinduzi imefanya katika maendeleo ya fizikia ya kisasa. Kitabu kizima kimeandikwa katika mfumo wa muhtasari wa kihistoria wa mawazo ya kimsingi ambayo bila shaka yalipaswa kuongoza na kusababisha kuundwa kwa mechanics ya quantum.
De Broglie anafafanua nadharia nzima ya quantum bila fomula moja!
Kitabu cha De Broglie ni cha manufaa bila shaka kwa wanafizikia mbalimbali, kwa wanafunzi wanaosoma fizikia ya kisasa, na kwa wasomaji wanaopenda maendeleo ya fizikia.

Louis de Broglie. "Mapinduzi katika Fizikia" (Fizikia Mpya na Quanta)
Atomizdat, Moscow, 1965

Dibaji ya Mhariri

Kitabu kilicholetwa kwa tahadhari ya wasomaji kiliandikwa na mmoja wa wanasayansi maarufu, ambaye mwenyewe alishiriki katika maendeleo ya fizikia ya quantum, hata wakati ilikuwa ikichukua hatua zake za kwanza. Hii ni moja ya vitabu vichache ambapo nadharia ya quantum isiyo ya kawaida, ambayo tayari imekuwa ya kitambo, lakini bado haieleweki sana na haijulikani sana kwa wale ambao hawahusiki moja kwa moja katika eneo hili la fizikia, inawasilishwa kwa umaarufu na kikamilifu. .
Huu ni mfano wa mtindo bora wa fasihi maarufu, ambapo mwandishi haanguki kamwe katika sauti mbaya ya mtazamo wa kujishusha kwa msomaji, ambayo inaonyeshwa kwa ukweli kwamba jambo fulani la juu na lisiloweza kufikiwa. Kinyume chake, haya ni mazungumzo mazito juu ya mambo mazito na magumu, ambayo yanaashiria kwa msomaji uwezo wa kutumia juhudi sawa za kiakili ambazo mwandishi anapaswa kufanya ili kuwasilisha maswala magumu kwa uwazi na kwa urahisi iwezekanavyo.
Kinachofanya kitabu hiki kuwa maarufu zaidi ni kwamba uwasilishaji hautumii vifaa vyovyote vya hisabati na hauhitaji maarifa yoyote maalum kutoka kwa msomaji. Yote ambayo inahitajika kutoka kwake ni utamaduni wa jumla na mapenzi mema, ambayo yanachochewa na maslahi ya moja kwa moja katika somo.
Kitabu hiki kiliandikwa mnamo 1936 na kuchapishwa tena mnamo 1946 bila mabadiliko yoyote. Hakika, fizikia ya quantum isiyo ya uhusiano ilikuwa karibu kuundwa kabisa kufikia 1930. Marekebisho machache tu yalifanywa kwa maandishi ya kitabu hiki kutokana na maendeleo ya miaka 15 ya sayansi, na zaidi ya hayo, yote hayana umuhimu wa msingi, lakini yanahusiana. kwa ukweli maalum. Na zaidi ya hayo, kwa ukweli sio wa mechanics ya quantum isiyo ya uhusiano, ambayo inajumuisha yaliyomo kwenye kitabu cha de Broglie, lakini kwa uwanja wa nadharia ya uwanja wa quantum au nadharia ya chembe za msingi, inayohusiana sana nayo. Maeneo haya ya mwisho yameendelea sana katika miaka ya baada ya vita, ingawa bado tunaonekana kuwa mbali na uelewa wa kweli hapa.
Kwa mfano, sasa imethibitishwa kwa usahihi kwamba chembe yoyote (kwa sasa kuna takriban chembe 30 tofauti za msingi) ina antiparticle yake, kama vile positron inalingana na elektroni. Katika baadhi ya matukio nadra ya chembe zisizoegemea upande wowote, chembe hufuatana na antiparticle yake, kwa hivyo baadhi ya hoja za de Broglie huwa hazikubaliki au kurahisishwa sana. Kwa mfano (ona uk. 56), "asymmetry ya ajabu" ambayo de Broglie anazungumzia kuhusiana na protoni na elektroni sasa inachukuliwa na sisi kama kipengele cha kina cha muundo wa asymmetric wa ulimwengu wetu dhidi ya historia ya ulinganifu kamili wa kimwili. sheria zinazohusiana na chembe na antiparticles. Ukweli huu ni dhahiri unahusishwa na asili inayojulikana ya mwelekeo chanya wa wakati (taz. mjadala wa ukweli huu kwenye uk. 74, 75), kwani kwa mabadiliko rasmi ya wakati (kubadilisha t na - t) chembe zote hubadilika kuwa antiparticles na. usawa kinyume.
Baada ya kazi ya Pauli ya semina juu ya kinachojulikana kama invariance ya CPT (1942) na uvumbuzi wa kushangaza wa miaka ya hivi karibuni (usawa usio wa uhifadhi - Lee na Yang, 1956; usawa wa pamoja - Landau, 1956), eneo hili limeeleweka vyema.
Eneo lingine muhimu ni mechanics ya quantum relativistic au nadharia ya uwanja wa quantum, ambayo kwa sasa inaendelezwa kwa bidii sana. Baadhi ya kauli za de Broglie kimantiki zinahusiana haswa na eneo hili. Kwa mfano, matamshi yake kuhusu ugumu wa nadharia ya fotoni aliyowasilisha au kuhusu ugumu wa tatizo la miili mingi inayohusiana (relativistic statistical physics).
Bila shaka, pointi hizi zinapaswa kuwa alisema tofauti kidogo katika mwanga wa uvumbuzi wa hivi karibuni. Ingawa shida kubwa za kimsingi zimesalia katika eneo hili, mengi sasa yanaweza kuelezewa na maelezo kadhaa ya ukweli fulani yanaweza kutolewa. Hatuoni kuwa ni muhimu kuondoa vifungu hivi kutoka kwa maandishi ya kitabu, sembuse kuvibadilisha kwa njia yoyote. Kwa somo la kitabu cha de Broglie - mechanics ya quantum isiyo ya uhusiano - yana umuhimu wa pili.
Madai mengine yanaweza kufanywa kwa uhalalishaji katika kitabu hiki wa dhana ya uwezekano wa mechanics ya quantum na kwa tafsiri ya kile kinachoitwa uwili wa chembe-mawimbi. Wakati mwingine inaonekana kwamba mtazamo wa de Broglie unabadilika kwa kiasi fulani kutoka sura hadi sura. Labda hii ni kweli, kwa sababu de Broglie, katika vipindi tofauti vya kazi yake ya kisayansi, alishikilia maoni tofauti juu ya dhana hii ngumu sana na ya msingi ya mechanics ya quantum. Yeyote anayetaka kuelewa hili zaidi anarejelewa kwenye mjadala kati ya Niels Bohr na Albert Einstein, uliochapishwa, kwa mfano, katika kitabu cha Bohr Atomic Physics and Human Cognition. Wanasayansi wawili wakuu walishikilia maoni tofauti, na majadiliano yao - mfano wa mzozo wa kisayansi ambao washiriki wanatafuta tu kuanzisha ukweli na sio kuthibitisha maoni yao - imechangia sana kuelewa swali hili ngumu na muhimu.
Kwa msomaji ambaye anataka kuendelea na ujuzi wake na mawazo ya fizikia ya quantum na mafanikio yake mapya, tunatoa mwishoni mwa kitabu orodha ya marejeleo ambayo anaweza kuchagua kitabu kwa kupenda kwake.
Lakini kitabu hiki cha de Broglie kinafaa sana kwa marafiki wa kwanza na nadharia ya quantum na hata, kwa maoni yetu, itakuwa ya manufaa kwa wanafizikia wengi wanaofanya kazi katika uwanja huu.
Hakika, uwezo wa de Broglie wa kuwasilisha kwa uwazi masuala changamano na kueleza muunganisho wa kimantiki wa mawazo unajumuisha sifa muhimu sana za kitabu hiki. Ikiwa wakati mwingine kina kinatolewa kwa uwazi na uunganisho huu unaonekana kuwa rahisi, basi kwa uwasilishaji maarufu hii sio kasoro, na msomaji wa kisasa zaidi atasamehe wakati huu na kutafuta njia yake mwenyewe ya kusahihisha vipengele vya mtu binafsi katika picha sahihi ya jumla.
M.K. Polivanov

Utangulizi. Maana ya jina la Quanta
1. Kwa nini unahitaji kujua kuhusu quanta?

Wengi, wakiangalia kichwa cha kitabu hiki kidogo, bila shaka wataogopa na neno la ajabu "quanta". Hakika, hata nadharia ya uhusiano, ambayo imejadiliwa kwa nguvu katika miaka michache iliyopita, ina wazo lisilo wazi sana kati ya duru pana za wasomaji. Kuhusu nadharia ya quantum, ninaamini msomaji ana wazo lisilo wazi zaidi juu yake. Ukweli, hii ni udhuru, kwa sababu quanta ni jambo la kushangaza.
Kama mimi, nilianza kusoma quanta nilipokuwa na umri wa miaka ishirini, na niliendelea kusoma kwa robo ya karne. Na bado lazima nikubali kwa uaminifu kwamba ingawa wakati huu wote nimepata ufahamu wa kina wa baadhi ya vipengele vya suala hili, bado siwezi kusema kwa ujasiri kamili ni nini kilichofichwa chini ya mask ambayo inaficha uso wa kweli wa quants. Walakini, inaonekana kwangu kwamba, licha ya umuhimu na umuhimu wote wa maendeleo ambayo yamefanyika katika fizikia katika karne za hivi karibuni, wanasayansi hawakuweza kuelewa kwa undani asili ya kweli ya matukio hadi hawakujua chochote juu ya uwepo wa quanta. Kwa maana bila quanta itakuwa vigumu kufikiria ama mwanga au jambo.
Mtu anaweza kuelewa ni ushawishi gani mkubwa uliowekwa kwenye mwelekeo wa maendeleo ya maarifa ya mwanadamu siku ambayo quanta iliingia kwa siri katika sayansi. Siku hiyohiyo, jumba kuu na kuu la fizikia ya kitambo lilitikisika hadi msingi wake, ingawa hakuna mtu ambaye bado alikuwa anajua waziwazi. Katika historia ya sayansi, kumekuwa na mitetemeko mingi kulinganishwa na hii kwa nguvu.
Na sasa tu ndio tunaweza kuelewa na kuthamini ukubwa na umuhimu wa mapinduzi ambayo yamefanyika. Fizikia ya kitamaduni, sawa na bora ya Descartes, ilionyesha Ulimwengu kama aina ya utaratibu mkubwa, tabia ambayo inaweza kuelezewa kwa usahihi kabisa kwa kutaja nafasi za sehemu zake zote katika nafasi na mabadiliko ya msimamo kwa wakati; utaratibu ambao tabia yake, kimsingi, inaweza kutabiriwa kwa usahihi kabisa, kujua idadi fulani ya vigezo vinavyoamua hali yake ya awali. Hata hivyo, mtazamo huu ulitokana na dhana fulani ambazo zilifanywa na uhalali wake ulionekana dhahiri. Mojawapo ni dhana kwamba eneo katika nafasi na wakati ambao sisi karibu tunajitahidi kuweka hisia zetu zote ni eneo lisilo na uhakika na ndani yake kila jambo la kimwili linaweza, kwa kanuni, kuwa eneo la ndani kabisa, bila kujali yote. michakato yenye nguvu inayodhibiti jambo hili. Kwa hiyo, maendeleo yote ya ulimwengu wa kimwili yalipunguzwa kwa mabadiliko katika nafasi ya anga ya miili kwa muda. Ndio maana idadi inayobadilika, kama vile nishati na kasi, huonekana katika fizikia ya kitambo kama derivatives inayoundwa kwa kutumia dhana ya kasi. Kwa hivyo, kinematics inageuka kuwa msingi wa mienendo.
Hali katika fizikia ya quantum ni tofauti kabisa. Kuwepo kwa quantum ya hatua husababisha kupingana kati ya dhana ya ujanibishaji mkali katika nafasi na wakati na dhana ya maendeleo ya nguvu. Kila moja yao tofauti inaweza kutumika kuelezea ulimwengu wa kweli. Walakini, haziwezi kutumika wakati huo huo na ukali wote. Ujanibishaji halisi katika nafasi na wakati ni aina ya uboreshaji tuli, ukiondoa maendeleo yoyote na harakati yoyote. Dhana ya hali ya mwendo, iliyochukuliwa kwa fomu yake safi, kinyume chake, ni dhana ya nguvu ambayo inapingana na dhana ya nafasi halisi na wakati wa wakati.
Ndani ya mfumo wa nadharia ya quantum, ulimwengu wa kimwili hauwezi kuelezewa bila kutumia, kwa kiwango kimoja au kingine, yoyote ya dhana hizi mbili zinazopingana. Kwa hivyo, inatokana na aina ya maelewano; mahusiano ya kutokuwa na uhakika ya Heisenberg yanatuonyesha ni kwa kiasi gani maelewano haya yanawezekana. Miongoni mwa mahitimisho mengine kutoka kwa nadharia mpya, inafuata kwamba kinematics sio sayansi tena ambayo ina maana huru ya kimwili. Katika mechanics ya classical, iliwezekana kujifunza harakati katika nafasi na hivyo kuamua kasi na kuongeza kasi, bila kujali jinsi harakati hizi zilifanyika kimwili. Kisha kutokana na utafiti huu wa mukhtasari wa sheria za mwendo, kwa kuanzisha kanuni mpya za kimwili, mtu anaweza kuendelea na mienendo. Katika mechanics ya quantum, njia kama hiyo haikubaliki kimsingi, kwani ujanibishaji wa kinematiki wa anga inawezekana tu katika hali zingine maalum zilizoamuliwa na hali maalum za mwendo. Baadaye tutaona kwa nini, wakati wa kusoma matukio kwa kiwango kikubwa, hata hivyo inakubalika kabisa kutumia sheria za kinematics. Hata hivyo, tunapoendelea kuzingatia matukio yanayotokea kwa kiwango cha atomiki, ambapo quanta ina jukumu kubwa, tunaweza kusema kwamba kinematics, inayofafanuliwa kama sayansi ya mwendo bila kujali hali zote za nguvu, inapoteza kabisa maana yake.
Dhana nyingine, kimsingi msingi wa fizikia ya classical, ni kwamba kwa msaada wa tahadhari zinazofaa inawezekana, kimsingi, kufanya ushawishi wa usumbufu katika mwendo wa asili wa jambo chini ya utafiti ulioanzishwa na mchakato wa kipimo usio na maana. Kwa maneno mengine, inachukuliwa kuwa jaribio linaweza kufanywa kwa njia ambayo ushawishi wa usumbufu katika mchakato wa utafiti unaosababishwa na hilo ni mdogo kama unavyotaka. Dhana hii inaweza kuchukuliwa kuwa halali kwa matukio yanayotokea kwa kiwango kikubwa. Kwa matukio ya ulimwengu wa atomiki, inageuka kuwa sio sahihi. Hii ni kutokana na kuwepo kwa wingi wa hatua na ukweli kwamba, kama uchambuzi wa hila na wa kina wa Heisenberg na Bohr ulionyesha, jaribio lolote la kupima kiasi chochote kinachoashiria mfumo fulani husababisha mabadiliko yasiyodhibitiwa katika viwango vingine vinavyoamua mali. ya mfumo huu. Kwa usahihi, kipimo chochote cha kiasi chochote, ambacho kinatuwezesha kuanzisha nafasi ya mfumo katika nafasi na wakati, husababisha mabadiliko yasiyodhibitiwa katika wingi wa conjugate unaofanana ambao huamua hali ya nguvu ya mfumo. Hasa, inageuka kuwa haiwezekani kupima kwa usahihi idadi mbili za kuunganisha kwa wakati mmoja.
Sasa ni wazi kwa maana gani tunaweza kusema kwamba kuwepo kwa quantum ya hatua hufanya ujanibishaji wa spatio-temporal wa sehemu mbalimbali za mfumo hauendani na hali yoyote maalum ya nguvu, kwani ili kuweka mfumo wa ndani ni muhimu. kujua kwa usahihi safu nzima ya idadi, kipimo cha ambayo haijumuishi, kwa upande wake, uamuzi wa idadi inayolingana ya conjugate inayoonyesha hali ya nguvu ya mfumo, na kinyume chake. Kuwepo kwa quanta kwa njia ya kipekee sana huamua kikomo cha chini juu ya ukubwa wa usumbufu ambao mwanafizikia huanzisha wakati wa kupima mifumo anayojifunza. Kwa hivyo, moja ya nadharia ambayo ilikuwa msingi wa fizikia ya kitambo ilikanushwa, na umuhimu wa ukweli huu ni mkubwa sana.
Kwa hivyo, zinageuka kuwa mtu hawezi kamwe kujua maadili halisi ya zaidi ya nusu ya kiasi kinachohitajika kuelezea kabisa mfumo kutoka kwa mtazamo wa classical. Thamani ya kiasi fulani kinachoonyesha mfumo ni isiyo na uhakika zaidi, kwa usahihi zaidi thamani ya kiasi chake kinachohusishwa inajulikana. Hii ina maana tofauti kubwa kati ya fizikia ya zamani na mpya katika maoni yao juu ya uamuzi katika matukio asilia.
Kwa mtazamo wa fizikia ya kitamaduni, kubainisha idadi ambayo huamua nafasi ya sehemu mbali mbali za mfumo kwa wakati fulani, na idadi inayolingana ya nguvu, inatosha, angalau kwa kanuni, kuelezea kwa usahihi hali ya mfumo. mfumo kwa nyakati zote zinazofuata. Kujua maadili halisi x0, y0,... ya idadi inayoashiria mfumo kwa wakati fulani t0, iliwezekana kutabiri bila shaka ni maadili gani x, y, ... ya idadi hii ingepatikana ikiwa ingepatikana. kuamuliwa wakati fulani uliofuata t. Hii inafuatia kutoka kwa milinganyo inayozingatia nadharia za kimakanika na za kimaumbile, na ni sifa ya moja kwa moja ya hisabati ya milinganyo hii.
Taarifa juu ya uwezekano wa kutabiri kwa usahihi matukio yajayo kulingana na matukio ya sasa, na kwamba siku zijazo, kwa maana fulani, ziko kabisa katika sasa na haziwezi kuongeza chochote kwake, zinajumuisha kile kinachoitwa uamuzi wa matukio ya asili. Lakini uwezekano huo wa utabiri sahihi unaonyesha uamuzi sahihi kwa wakati fulani wa vigezo vinavyoelezea nafasi katika nafasi na vigezo vya nguvu vinavyohusishwa nayo. Na ni hakika uamuzi huu wa wakati mmoja wa idadi ya kuunganishwa ambayo inageuka kuwa haiwezekani, kutoka kwa mtazamo wa mechanics ya quantum. Na hii inahusishwa na mabadiliko makubwa ambayo yametokea katika uelewa wa uwezo wa kuona mbele wa fizikia ya kisasa ya kinadharia na uunganisho wa matukio ya asili.
Kwa kuwa maadili ya idadi ambayo ni sifa ya hali ya mfumo kwa wakati t0 inaweza kuamuliwa tu na kutokuwa na uhakika, kuepukika katika nadharia ya quantum, basi, ipasavyo, mwanafizikia hawezi tena kutabiri kwa usahihi ni nini maadili ya idadi hii yatakuwa. kuwa katika wakati fulani unaofuata kwa wakati. Anaweza tu kutabiri uwezekano kwamba wakati wa kuamua idadi hii kwa wakati unaofuata t tutapata maadili fulani. Uunganisho kati ya matokeo ya vipimo vya mfululizo, ambayo inaelezea upande wa kiasi cha matukio, haitakuwa tena uhusiano wa causal unaolingana na uamuzi wa classical. Badala yake itakuwa muunganisho unaowezekana, pekee unaoendana na kutokuwa na uhakika unaofuata kutokana na kuwepo kwa wingi wa kitendo. Hii ndio mabadiliko kuu katika maoni yetu juu ya sheria za mwili, mabadiliko, matokeo yote ya kifalsafa ambayo, kama inavyoonekana kwetu, bado ni mbali na kueleweka.
Kama matokeo ya maendeleo ya fizikia ya kisasa ya kinadharia, mawazo mawili muhimu yalionekana: Kanuni ya Bohr ya kukamilishana na kanuni ya mawazo yenye ukomo. Bohr alikuwa wa kwanza kugundua kuwa katika fizikia mpya ya quantum, kama inavyotolewa na mechanics ya wimbi, dhana za chembe na wimbi, ujanibishaji wa muda wa nafasi na hali ya nguvu iliyofafanuliwa vizuri ni ya ziada. Kwa hili alimaanisha kwamba maelezo kamili ya matukio yanayoonekana yanahitaji matumizi ya dhana hizi zote mbili, lakini hata hivyo, kwa maana, haziendani na kila mmoja. Picha ambazo huibua haziwezi kamwe kutumiwa kuelezea ukweli kwa wakati mmoja. Kwa mfano, idadi kubwa ya matukio yaliyozingatiwa katika fizikia ya atomiki yanaweza kuelezewa tu kwa suala la dhana ya chembe. Kwa hiyo, matumizi ya dhana hii ni muhimu kwa mwanafizikia. Kwa njia hiyo hiyo, kuelezea idadi ya matukio mengine ni muhimu kutumia dhana ya wimbi. Utumizi thabiti wa mojawapo ya dhana hizi mbili kuelezea matukio ya asili, kwa kusema madhubuti, haijumuishi matumizi ya nyingine. Walakini, kwa kweli, wakati wa kuelezea michakato fulani, dhana zote mbili hutumiwa, na, licha ya asili yao ya kupingana, moja au nyingine lazima itumike kulingana na hali hiyo.
Vile vile ni sawa na dhana za ujanibishaji wa wakati wa nafasi na hali ya nguvu iliyofafanuliwa vizuri: ni sawa na dhana ya chembe na mawimbi, ambayo, zaidi ya hayo, kama tutakavyoona hivi karibuni, yanahusiana kwa karibu. Mtu anaweza kuuliza kwa nini matumizi ya mawazo haya yanayopingana kamwe hayaleti upuuzi. Kama tulivyokwisha sema, hii ni kwa sababu ya ukweli kwamba haiwezekani kuamua wakati huo huo maelezo yote ambayo yataturuhusu kufafanua kikamilifu maoni haya mawili. Katika lugha ya hisabati, hii inaonyeshwa na uhusiano wa kutokuwa na uhakika wa Heisenberg, ambayo hatimaye ni matokeo ya kuwepo kwa wingi wa hatua. Hii inaonyesha wazi umuhimu mkubwa wa ugunduzi wa quanta katika maendeleo ya fizikia ya kisasa ya kinadharia.
Inayohusiana kwa karibu na kanuni ya ukamilishano ya Bohr ni kanuni ya uwakilishi mdogo. Picha rahisi kama vile chembe, wimbi, hatua iliyowekwa ndani ya nafasi, hali ya harakati iliyofafanuliwa vizuri, kwa asili, vifupisho kadhaa, maoni bora. Katika hali nyingi, maoni haya takriban yanahusiana na hali halisi ya mambo, ingawa yana mipaka fulani ya utumiaji. Utumiaji wa kila moja ya maoni haya yanawezekana tu hadi matumizi ya "ziada" bora iwe muhimu. Kwa hivyo, tunaweza kusema kwamba chembe zipo, kwa kuwa idadi kubwa ya matukio ya kimwili inaweza kuelezewa tu ikiwa kuwepo kwao kunadhaniwa. Walakini, katika hali zingine asili ya mwili imefunikwa zaidi au chini na asili ya mawimbi tu ya mchakato inaonyeshwa wazi.
Mawazo ya kimkakati zaidi au machache ambayo tumeunda yanaweza kuakisi baadhi ya vipengele vya matukio mbalimbali, lakini bado yana mipaka na utajiri wote wa uhalisi hauendani na mfumo wao mgumu.
Hatutaki kuongeza muda wa uchunguzi huu wa awali wa mitazamo mipya, ambayo imeturuhusu kuelezea maendeleo ya fizikia ya quantum. Tutakuwa na fursa nyingine ya kukaa kwa undani juu ya kila moja ya maswala yanayozingatiwa, tukiyaongeza na kuyaongeza tunapowasilisha. Yale ambayo yamesemwa hapa tayari yanatosha kuonyesha msomaji jinsi nadharia ya quantum ilivyo ndani na ya kuvutia. Haikuleta uhai tu tawi zuri na la kuvutia la sayansi - fizikia ya atomiki - lakini pia bila shaka ilipanua uelewa wetu wa ulimwengu na kusababisha kuibuka kwa maoni mengi mapya ambayo bila shaka yataacha alama kubwa katika historia ya fikira za mwanadamu. Ndio maana fizikia ya quantum ni ya kupendeza sio tu kwa wataalam, inastahili umakini wa kila mtu aliyekuzwa.

2. Mitambo ya kawaida na fizikia ni makadirio tu

Sasa hebu tujadili kwa ufupi swali la ni jukumu gani fizikia ya kisasa inapeana mechanics ya classical na fizikia. Kwa kweli, wanahifadhi kikamilifu umuhimu wao wa vitendo katika eneo la matukio ambayo waliumbwa na ambayo uhalali wao unathibitishwa na uzoefu. Ugunduzi wa quanta kwa njia yoyote haukiuki sheria za miili inayoanguka au sheria za optics ya kijiometri. Wakati wowote sheria inapothibitishwa kwa kiwango fulani cha usahihi (na matokeo yoyote yanaweza tu kuthibitishwa kwa usahihi fulani), inaweza kubishaniwa kuwa matokeo haya kimsingi ni ya mwisho na hakuna nadharia zinazofuata zinaweza kukanusha. Ikiwa hii haikuwa hivyo, basi hakuna sayansi ingeweza kukuza hata kidogo. Hata hivyo, inaweza kutokea kwamba kuibuka kwa data mpya ya majaribio au nadharia mpya kutapelekea sheria zilizopatikana hapo awali kuzingatiwa kama makadirio fulani. Kwa maneno mengine, usahihi wa vipimo unavyoongezeka, uhalali wao hatimaye unakiukwa. Kesi kama hizo zimetokea mara kwa mara katika historia ya maendeleo ya sayansi. Kutoka kwa sheria za optics ya kijiometri, kwa mfano, inajulikana kuwa sheria ya uenezi wa mwanga wa rectilinear, ingawa ilijaribiwa kwa usahihi wa hali ya juu na hapo awali ilizingatiwa kuwa sahihi kabisa, iligeuka kuwa takriban tu sahihi. Hii ilionekana wazi baada ya ugunduzi wa jambo la diffraction na uanzishwaji wa asili ya wimbi la mwanga. Ni kwa njia hii ya makadirio mfululizo, kuondoa utata wa ndani, ambayo sayansi inaweza kukuza. Nadharia zilizoundwa katika mchakato wa ukuzaji wake hazitakanuliwa kabisa na kuharibiwa na maendeleo ya baadaye ya sayansi, lakini zitajumuishwa kama sehemu katika nadharia mpya, za jumla zaidi. Kwa mtazamo huu, mechanics na fizikia ya kitambo inaweza kuzingatiwa kama utangulizi wa fizikia ya quantum.
Mitambo na fizikia ya kitamaduni ziliundwa ili kuelezea matukio yanayotokea kwa ukubwa wa matukio yetu ya kila siku. Zinasalia kuwa halali kwa kuelezea michakato inayotokea kwenye mizani kubwa zaidi ya unajimu. Lakini mara tu tunapohamia kwenye kiwango cha atomiki, kuwepo kwa quanta mara moja kunapunguza upeo wa matumizi ya mechanics na fizikia ya classical. Je, hii inahusiana na nini? Na kwa ukweli kwamba ukubwa wa quantum ya hatua, inayojulikana na Planck mara kwa mara, ni ndogo sana ikilinganishwa na vitengo vyetu vya kawaida vya kipimo. Usumbufu ulioletwa katika vipimo kwa sababu ya uwepo wa quanta hugeuka kuwa ndogo sana chini ya hali ya kawaida hivi kwamba haiwezekani kugundua katika vitengo vilivyotumiwa. Usumbufu huu ni mdogo sana kuliko makosa ya kipimo ambayo bila shaka hujitokeza katika majaribio yaliyofanywa ili kujaribu sheria moja au nyingine ya kitamaduni.
Kwa kuzingatia nadharia ya quantum, mechanics ya classical na fizikia sio sahihi kabisa. Hata hivyo, chini ya hali ya kawaida, ukiukwaji wa sheria za classical hugeuka kuwa haijulikani kutokana na makosa ya kipimo ambayo huwa daima. Kwa hivyo, kwa matukio yanayotokea kwenye mizani yetu ya kawaida, mechanics ya classical na fizikia hugeuka kuwa makadirio mazuri sana.
Kwa hiyo, hapa tunakutana tena na mchakato wa kawaida wa maendeleo ya kisayansi. Kanuni zilizoimarishwa, sheria zilizojaribiwa kwa uaminifu, ingawa zimehifadhiwa katika maendeleo zaidi ya sayansi, hazizingatiwi tena kuwa sahihi kabisa, lakini tu kama makadirio fulani, mipaka ya utumiaji ambayo imedhamiriwa na nadharia mpya, ya jumla zaidi.
Kwa kuwa mechanics ya kitambo na fizikia, ambayo haizingatii uwepo wa quanta hata kidogo, inabaki kuwa halali kwa matukio kwa kiwango chetu, wengine wanaweza kusema kwamba, kwa asili, quanta haina umuhimu wa ulimwengu wote kama inavyohusishwa nao, kwani. katika matukio ya eneo pana sana, ikiwa ni pamoja na, hasa, eneo la matumizi ya vitendo, asili ya quantum ya matukio inaweza kupuuzwa kabisa. Walakini, maoni haya yanaonekana sio sawa kwetu. Kwanza, katika uwanja muhimu na wa kuahidi kama fizikia ya atomiki na nyuklia, quanta inachukua jukumu kubwa kwamba haiwezekani kabisa kuelewa matukio yanayohusiana na uwanja huu bila kuhusisha nadharia ya quantum. Pili, katika fizikia ya macroscopic, ambapo, kwa sababu ya saizi ndogo ya quanta na makosa ya majaribio yasiyoepukika, asili ya michakato haijidhihirisha wazi, uwepo wa quantum ya hatua unajumuisha matokeo yote ambayo tulielezea hapo awali. Na ikiwa hawana ushawishi unaoonekana, basi hii haipunguzi umuhimu wao, kwa fizikia na falsafa. Kwa hiyo, kwa sasa, nadharia ya quantum ni moja ya misingi muhimu ya sayansi ya asili.
.

Mawazo ya De Broglie

Mnamo 1923, nakala tatu za mwanafizikia wa Ufaransa Louis de Broglie zilichapishwa katika ripoti za Chuo cha Sayansi cha Paris: "Mawimbi na Quanta", "Quanta ya Nuru, Kuingiliana na Kuingilia", "Quantum, Nadharia ya Kinetic ya Gesi na Kanuni ya Shamba”, ambamo wazo jipya kabisa linalohamisha uwili katika nadharia ya nuru hadi kwenye chembe za maada zenyewe.

De Broglie anazingatia mchakato fulani wa wimbi unaohusishwa na mwili unaotembea kwa kasi v = ?с. Wimbi hili lina mzunguko ulioamuliwa na uhusiano E = h? = m(c) 2, na huenda katika mwelekeo wa mwendo wa mwili kwa kasi u = c/? "Tutazingatia tu kama wimbi la uwongo linalohusishwa na kuhamishwa kwa mwili unaosonga." De Broglie anaonyesha zaidi kwamba kwa elektroni inayotembea kando ya trajectory iliyofungwa na kasi ya mara kwa mara chini ya kasi ya mwanga, trajectory itakuwa imara ikiwa ina idadi kamili ya mawimbi hayo /2?. Kasi ya chembe v = ?с ni kasi ya kundi la mawimbi yenye masafa ambayo hutofautiana kidogo kutoka kwa kila mmoja na yanalingana na mzunguko wa m(с)2/h Wimbi hili, ambalo de Broglie aliliita "wimbi la awamu," marubani harakati ya chembe kubeba nishati mс2 yenyewe wimbi awamu haina kubeba nishati. Nadharia ya De Broglie inaruhusu "kufanya mchanganyiko wa mwendo wa wimbi na quanta." De Broglie anasisitiza uwepo katika asili ya matukio ya wimbi kwa chembe za maada. Anaandika: “Matukio ya mtengano hugunduliwa katika mtiririko wa elektroni zinazopita kwenye mashimo madogo sana. Labda uthibitisho wa majaribio wa maoni yetu unapaswa kutafutwa katika mwelekeo huu.

De Broglie anaonyesha kwamba mechanics yake mpya inahusiana na mechanics ya zamani, classical na relativistic, "kama vile optics ya wimbi inahusiana na jiometri." Anaandika kwamba muundo aliopendekeza "unaonekana kuwa taji ya kimantiki ya maendeleo ya pamoja ya mienendo na macho tangu karne ya 17.

Mnamo Novemba 25, 1924, de Broglie alitetea tasnifu yake "Utafiti juu ya Nadharia ya Quantums." Waandishi wengine wanaona wakati huu kuwa mwanzo wa kuibuka kwa mawazo ya mechanics ya wimbi. De Broglie baadaye alipinga, akionyesha kwamba alikuwa amegundua mechanics ya mawimbi huko nyuma mnamo 1923, "kwani katika tasnifu yake aliendeleza tu mawazo yaliyomo katika nakala zangu zilizoandikwa mnamo Septemba - Oktoba 1923." Kwa ugunduzi wake wa asili ya wimbi la elektroni, de Broglie alipewa Tuzo la Nobel mnamo 1929.

Lakini basi makala hizi hazikusababisha mwitikio mpana mara moja. Dalili ya diffraction ya elektroni iliyomo ndani yao ilipitishwa na wajaribu. Diffraction ya elektroni iligunduliwa miaka 5 baada ya kuonekana kwa karatasi za de Broglie, bila uhusiano wowote nao na kwa kiasi fulani kwa ajali. Lakini mawazo ya de Broglie yaligunduliwa na wananadharia - Einstein na Schrödinger, ambao walifanikiwa kuyaendeleza katika kazi zao.

Katika makala yake "Quantum, nadharia ya kinetic ya gesi na kanuni ya shamba," de Broglie, kulingana na utafiti uliofanywa mwaka wa 1911-1913. Planck, Nernst, pamoja na Saccourt na Tetrode, huendeleza takwimu za gesi na quanta nyepesi. Saccourt na Tetrode, kuanzia 1911-1912. matumizi ya mawazo ya nadharia ya quantum kwa gesi, walipendekeza kuzingatia kiasi cha awamu ya msingi ya gesi sawa na h3. Planck alichukua wazo hili na kuliunganisha na theorem ya Nernst, asili ya quantum ambayo alikuwa wa kwanza kuanzisha. Sasa de Broglie, akitumia wazo lake la mawimbi ya suala, anapata sheria ya Maxwell ya usambazaji wa gesi na fomula ya Planck ya quanta nyepesi.

1. Mawazo ya kimsingi ya mechanics ya wimbi Mnamo 1923, ikawa karibu wazi kwamba nadharia ya Bohr na nadharia ya zamani ya quantum ni kiungo cha kati kati ya mawazo ya classical na maoni mapya sana ambayo yanaruhusu ufahamu wa kina katika utafiti wa matukio ya quantum. Katika zamani