Квантовая история

Краткая занимательная история развития квантовой механики.

Введение

Исток культуры квантовой механики — это парадоксы.

Альберт Эйнштейн умер в смятении, а Вильгельм фон Бранденбург-Протеш, юный красавец, превратился в старого человека с изуроданным лицом.

Подготовьтесь к мысленному путешествию.

I Две темные тучи: конец классической физики, начало квантовой механики

1 января 1900 года, основатель термодинамики лорд Уильям Томсон произнес речь, где сказал: «В уже почти завершенной физической башне, молодым физикам остается лишь немного подремонтировать... Однако, в ясном небе физики есть две маленькие тревожные тучи». Это было что-то странное. Обе эти тучи были связаны со светом. Одна была связана с постоянством скорости света во всех направлениях, что привело к открытию специальной теории относительности Альбертом Эйнштейном. Вторая же была связана с черным телом излучением.

Планк и Эйнштейн сделали шаги вперёд, решая проблемы черного тела излучения и фотоэлектрического эффекта, установив, что свет представляет собой частицу.

II Бесконечно разделённая материя? Призрак внутри атома

Мир атомов был открыт.

III Первые законы квантового мира: волновая природа частиц

Де Бройль выдвинул единую теорию "волны" вещества!## IV Границы исследования физики, основные правила квантового мира: неопределенность

Суть квантовой механики не в том, чтобы сказать "невозможно измерить", а в том, чтобы говорить о "неопределенности". Это не вопрос способностей исследователя, а вопрос сути электрона.

V Начало формализации квантовой механики: волновая функция

Шредингер написал волновое уравнение, а Борн раскрыл смысл волновой функции. Теперь физики разделились на два лагеря: играют ли Боги со случайностью?

VI Вероятностные свойства волновой функции, преобразование невозможного в возможное: квантовое туннелирование

Вы можете выбрать любое понимание, главное — то, что квантовое туннелирование является реальным явлением.

Если вы введете массу человека в волновое уравнение Шредингера, теоретически существует вероятность того, что человек сможет проникать сквозь стены. Однако эта вероятность настолько мала, что если бы человек пытался это делать каждую секунду до конца возраста Вселенной, он все равно бы ни разу не смог этого сделать.

VII Единая теория электродинамики, волнового уравнения Шредингера и специальной теории относительности: уравнение Дирака

Таким образом, следующий шаг для физиков — попытаться найти новые физические явления через новое уравнение.- Положительно заряженный электрон (плюс-электрон)

• Спин

VIII Последний элемент квантового мира: принцип Паули

Ничего удивительного, просто микроскопические частицы выполняют за нас всю работу. Сейчас наши знания о квантовой механике позволяют объяснять многие аспекты повседневного мира. Суть принципа несовместимости Паули заключается в том, что волновая функция двух полностью одинаковых фермионов должна обязательно быть обменно-антисимметричной.

Кратко говоря, физическая химия существует благодаря принципу несовместимости Паули; принцип несовместимости Паули существует благодаря антисимметричности волновой функции фермионов; антисимметричность волновой функции фермионов существует благодаря спину; спин существует благодаря квантовой электродинамике. Установив квантовую электродинамику, вы тем самым определяете мир за пределами атомного ядра.

9. Курьезное поведение однотипных частиц: правила Фейнмана

В микромире два электрона абсолютно одинаковы.

Однотипные частицы не только внешне и по своим физическим свойствам схожи, но и в основе своей, математически, они неразличимы.

10. Последний бой ЭйнштейнаЗа следующие тридцать лет, несмотря на непонимание "призрачного сверхпроводящего эффекта", фундаментальная частица физика стремительно развивалась. Кто будет заботиться о сомнениях Эйнштейна?

В 1955 году Эйнштейн умер в одиночестве.

Но Бора это забвение не затронуло. Бор умер в 1962 году. На доске, которую он использовал накануне своего смертного часа, был найден чертёж.

Это был световой короб Эйнштейна.