J082 г.Сентябрь Том 138, вып. 1 УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК ФИЗИКА НАШИХ ДНЕЙ 536.76 ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ, КРИТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ И НЕУСТОЙЧИВОСТИ *) П. ФлёриПереходы между многими различными состояниями вещества происходят в результате микроскопических взаимодействий с участием огромного (приблизительно 10 23 ) числа частиц, из которых состоит вещество, и приводят к драматическим изменениям его макроскопических свойств.Значения некоторых физических параметров при этом обращаются в нуль, тогда как другие параметры -в бесконечность.Эти превращения и характер их протекания обладают удивительными чертами сходства в таких, казалось бы, непохожих системах, как жидкости, магнитные вещества, сверхпроводники, сегнетоэлектрики и жидкие кристаллы, что свидетельствует о принципиальной общности явлений фазовых переходов.В статье обсуждается природа и степень этой общности для равновесных многочастичных систем и указываются аналогии с явлениями неустойчивости в системах, далеких от равновесия (таких, как лазеры, течения жидкостей и каскадные электронные устройства).
J082 г.Сентябрь Том 138, вып. 1 УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК ФИЗИКА НАШИХ ДНЕЙ 536.76 ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ, КРИТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ И НЕУСТОЙЧИВОСТИ *) П. ФлёриПереходы между многими различными состояниями вещества происходят в результате микроскопических взаимодействий с участием огромного (приблизительно 10 23 ) числа частиц, из которых состоит вещество, и приводят к драматическим изменениям его макроскопических свойств.Значения некоторых физических параметров при этом обращаются в нуль, тогда как другие параметры -в бесконечность.Эти превращения и характер их протекания обладают удивительными чертами сходства в таких, казалось бы, непохожих системах, как жидкости, магнитные вещества, сверхпроводники, сегнетоэлектрики и жидкие кристаллы, что свидетельствует о принципиальной общности явлений фазовых переходов.В статье обсуждается природа и степень этой общности для равновесных многочастичных систем и указываются аналогии с явлениями неустойчивости в системах, далеких от равновесия (таких, как лазеры, течения жидкостей и каскадные электронные устройства).
Р. А. АРОНОВ ... Два мира есть у человека:
Один, который нас творил,
Другой, который мы от века
Творим по мере наших сил. ... Н. Заболоцкий ... Эти слова Н. Заболоцкого, разумеется, многозначны. Что понимать под миром, который нас творил, - ту область объективной действительности, ту область природы, в которой в процессе фило- и онтогенеза формируется человек, ее классические законы и свойства, или же другую область объективной действительности, другую область природы, в которой реализуются качественно иные, неклассические квантовые законы и свойства? Что понимать под миром, который мы от века творим по мере наших сил, - сознание человека, его законы и свойства или же законы и свойства объективной действительности, законы и свойства природы, которые формируются под воздействием человека (в соответствии с так называемым телесным подходом в эпистемологии) [1]? ... Развитие науки, прежде всего физики, физиологии и психологии свидетельствует о том, что речь идет о первых вариантах этих альтернатив - об области объективной действительности, области природы, в которой в процессе фило- и онтогенеза формируется человек, об ее классических законах и свойствах и соответственно о сознании человека, его законах и свойствах, формирующихся под воздействием именно этой среды. А это значит, что человек имеет дело в объективной действительности, в природе не с одним миром, а с двумя - непосредственно с классическим миром, в котором реализуются неквантовые, классические законы и свойства, и опосредованно - с квантовым миром, в котором реализуются неклассические, квантовые законы и свойства. ... Анализ физических и философских оснований квантовой механики свидетельствует о том, что она может быть последовательно интерпретирована как теория, описывающая такие формы объективной действительности, для которых характерна относительность, специфическая связь некоторых фундаментальных свойств материальных объектов и взаимоотношений между ними, выступающая как корреля- ... стр. 83 ... ция соответствующих альтернатив, таких как корпускулярные и волновые свойства квантовых объектов, как пространственно-временные и причинные отношения между ними [2]. ... Особенность измерения такого рода свойств квантовых объектов и взаимоотношений между ними, осуществляемого познающим субъектом-наблюдателем с помощью соответствующего прибора, состоит в том, что его результатом являются не значения физических величин, характеризующие эти свойства до акта их измерения познающим субъектом-наблюдателем, а нечто отличное от них - их неквантовые, классические проекции на прибор, которые, естественно, не являются квантовыми корреляциями соответствующих альтернатив, а по необходимости реализуют в каждом конкретном случае лишь какую-то одну из этих альтернатив. ... Эта особенность квантовых измерений на протяжении всего XX столетия являлась предметом острых дискуссий, которые продолжаются до сих пор. Характерна в этом отношении статья [3], в которой предлагается иная интерпретация того, что происходит с такого рода свойствами квантовых объектов и взаимоотношений между ними в квантовом измерении, принципиально отличная от той, о которой шла речь выше. Последний этап в описании квантового измерения, заключающийся в выборе одного из множества альтернативных результатов измерения, оказывается для самой квантовой механики чужеродным, - говорится в ней. - По своей природе этот этап является классическим по той причине, что сознание наблюдателя, воспринимающее в конечном счете результат измерения, оперирует только классическими образами [3. С. 64]. ... По своей природе этот этап действительно является классическим, но отнюдь не из-за того, что сознание познающего субъекта-наблюдателя оперирует только классическими образами. Это утверждение М. Б. Менского, как мне представляется, основано на явном недоразумении. История науки, религии и многочисленных отклонений от них с несомненностью свидетельствует о том, что сознание познающего субъекта-наблюдателя оперирует не только классическими образами. Достаточно сослаться хотя бы на создание квантовой механики, чтобы убедиться в этом, а именно в том, что сознание познающего субъекта-наблюдателя оперирует не только классическими, но также и качественно отличными от них неклассическими, квантово-механическими образами. ... Напомню здесь лишь об одном из таких неклассических, квантово-механических образов, которым оперирует сознание познающего субъекта-наблюдателя и в соответствии с которым квантовая механика описывает квантовые объекты и взаимоотношения между ними с помощью так называемых некоммутативных величин, для которых от перемены мест сомножителей произведение меняется: UV - VU ≠ 0. В области применимости классической физики ничего подобного, как известно, нет: все объекты и взаимоотношения между ними в этой области описываются при помощи коммутативных величин, для которых UV не отличается от VU. ... Исторически процесс изучения свойств материальных объектов и взаимоотношений между ними в области применимости квантовой механики, естественно, начался с экстраполяции на нее коммутативной парадигмы классической физики.
1977 г.Август Том 122, вып. 4 УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК 530.145.06(09 ) РОЖДЕНИЕ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ*) Дж. МехраМне доставляет огромное удовольствие выступать на этом известномколлоквиуме, и я нахожу особенно волнующим то, что это собрание посвящено памяти Вернера Гейзенберга.Гейзенберг внес важный вклад в развитие многих разделов квантовой физики: в атомную и молекулярную физику, физику ядер и элементарных частиц, в квантовую теорию поля -но именно с открытием квантовой механики неразрывно связано его имя.Рождение квантовой механики подарило нам один из наиболее замечательных эпизодов в истории науки; он также богат, сложен, драматичен и трогателен, как и все в истории, человеческой мысли
Макс БорнПонятие реальности в физическом мире на протяжении последнего столетия стало несколько проблематичным.Противоречие между простой и очевидной реальностью бесчисленных приборов, машин, двигателей и аппаратов всех видов, созданных промышленностью и лежащих в основе прикладной физики, и неясной и абстрактной реальностью основных физических понятий, вроде сил и полей, частиц и квантов, несомненно, запутанное.Оно имеется уже между чистым и прикладным естествознанием, между представителями которых образовалась пропасть, могущая привести к опасному отчуждению.С целью преодолеть этот разрыв «реальности», как ее представляют в теории и на практике, физика нуждается в обобщающей философии, которая выражается на повседневном языке.Я не философ, а физик-теоретик.Я не могу предложить никакой хорошо продуманной философии, которая учитывала бы соответствующим образом идеи различного направления; я хотел бы только изложить некоторые мысли, которые помогали мне в моих собственных объяснениях этих проблем.Среди физиков-теоретиков и натурфилософов существует направление мысли, которое представляет радикальную абстрактную точку зрения.Эта философия изложена, например, Динглем **) в его интересной лекции перед Британской ассоциацией в Эдинбурге.Я не могу свою собственную точку зрения сделать более ясной иначе, как сопоставляя противоположности.Если я цитирую выдержки из доклада Дингля, то я это делаю вовсе не ради личной полемики.Эти цитаты должны служить только в качестве подходящего примера, чтобы развить мои собственные, отличающиеся от его, взгляды.Мы начнем со следующего предложения: «Величины, с которыми физика имеет дело, не являются числовой оценкой объективных свойств частей внешнего материального мира; они -только результаты, которые мы получаем, когда производим известные операции».Это определение выглядит как отрицание существования объективного (pre-existing) материального мира; оно создает впечатление, будто физику нет никакого дела до реального мира и он производит эксперименты только с той целью, чтобы предсказывать результаты того или иного эксперимента.Вообще не объяснено, почему же физик должен брать на себя труд производить эксперименты.Этот вопрос, по-видимому, рассматривается как не достойный философии как науки.Можем ли мы избежать вопроса о том, какую роль играют в этой системе вещей приборы из стали, латуни, стекла и т. п., которые тщательно сочетаются и приспособляются для экспериментов?Не являются ли они сверх того частью независимого *) Physical Reality, см.: Max Born, Physics in my Generation, Pergamon Press, London -New York, 1956, стр.151-163.Перевод с английского С. Г. Суворова.**> Н. Dingle, Nature 168, 630 (1951); см.также Phys.B1. 7, 481-586 (1951), где этот автор говорит на тему «Новая установка в физике» (Der neue Standort in der Physik).
1982 г. Июнь Том 137, вып. 2 УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК ФИЗИКА НАШИХ ДНЕЙ 539.184.5 СИЛЬНО ВОЗБУЖДЕННЫЕ АТОМЫ*) Д. Елеппнер, М. Литтман, М. Циммерман Эти слабосвязанные нестабильные атомы обладают гигантскими в масштабах микромира размерами.Некоторые из них достигают почти сотой доли миллиметра, что в 100 000 раз больше диаметра атома в основном состоянии.Эмблема планетарной модели атома, предложенной в 1913 г.Нильсом Бором, стала символом нашего времени.Начиная с тридцатых годов, когда эту эмблему стали использовать даже скульпторы и архитекторы, привычная картина электронов, вращающихся вокруг атомного ядра, остается неизменным символом научного познания и прогресса.Живучесть этого широко распространенного символа, возможно, объясняется его происхождением.Атомная теория Бора отчасти напоминает планетарную теорию Ньютона, и эмблема атома может сойти за абстрактное изображение солнечной системы.Какова бы ни была причина, удивительное сочетание традиционных и современных идей, которые лежат в основе теории Бора, обеспечили ей замечательную жизнеспособность.Дух и язык атомной модели продолжают питать мысль физиков спустя много лет, после того как адекватность этой модели получила всеобщее признание (в том числе и признание самого Бора).Первоначальная боровская теория атома водорода прожила чуть более десятилетия.Создание квантовой механики в середине двадцатых годов нашего столетия заставило отказаться от этой теории.Однако в последующие годы на стыке классической физики XIX века и квантовой механики XX века возникло новое направление атомной физики, идущее от первых работ Бора.Это -физика возбужденных атомов, в которых один из электронов находится на необычно высоком энергетическом уровне.Интерес к изучению сильно возбужденных атомов прежде всего связан с тем, что они демонстрируют неразрывность представлений классической и квантовой физики.Сильно возбужденные атомы часто называют ридберговскими атомами, по имени шведского физика-спектроскописта -Йоханнеса Ридберга.
Работа посвящена методике изучения явления квантовой запутанности в курсе квантовой механики для студентов специальности "физика". Показано, что студентам университетов важно знать о квантовой запутанности, являющейся ключевой частью квантовой механики, поскольку она необходима для понимания различных трактовок квантовой механики и будущих технологий, связанных с этой областью. Эксперименты, проведенные на интерферометре Маха-Цендера, являются одним из множества экспериментов, которые убедили физиков в том, что квантовая механика не может быть описана с точки зрения классической механики. В случае изучаемого явления фотон не следует по одной определенной траектории, а должен описываться в терминах квантовой суперпозиции множества траекторий. Предлагается изучение феномена квантовой запутанности после освоения таких тем, как постулаты квантовой механики, уравнение Шредингера, принцип суперпозиции, проблема измерения, а также после решения известных традиционных задач, касающихся квазиклассического случая. Эти темы создают необходимый фон и мотивацию для понимания концепции запутанности и её последствий для квантовых систем. В качестве экспериментальной техники предлагается демонстрация работы самого простого интерферометра Маха-Цендера, изготовленного фирмой LD Didactic GmbH. Для компьютерной демонстрации изучаемого явления используется система компьютерной алгебры Mathematica и продукты фирмы Wolfram. В результате этого становится возможным наглядно показать, что квантовые частицы могут находиться в состоянии суперпозиции, и, таким образом, используемый интерферометр является мощным инструментом для выявления фундаментальной природы квантовой механики.
Среди всех физических теорий квантовая механика считается наиболее полным и глубоким описанием физического мира. Используемый ей понятийный аппарат существенно отличается от представлений классической физики. В самом деле, переход от классической к квантовой физике знаменует подлинную революцию в нашем понимании материального мира. Одно из наиболее ярких различий между классической и квантовой физикой состоит в следующем: классическая механика предполагает, что всем физическим величинам в одно и то же время могут быть приписаны точные значения, тогда как квантовая механика отрицает эту возможность. Хрестоматийный пример положение и импульс частицы. Согласно квантовой механике, чем точнее известна координата частицы, тем менее точно можно сказать, каков ее импульс (и наоборот). Такова упрощенная и предварительная формулировка принципа неопределенности положения и импульса в квантовой механике. Данный принцип сыграл важную роль во многих дискуссиях на тему философского значения квантовой механики, в особенности в дебатах по поводу согласованности т.н. копенгагенской интерпретации, которой придерживались основоположники квантовой механики Вернер Гейзенберг и Нильс Бор. Несомненно, принцип неопределенности вовсе не является единственным концептуальным различием между классической и квантовой физикой: представление квантовой механики о таких понятиях, как (не)локальность, запутанность и тождественность, полностью переворачивают классические воззрения на природу.