ОПТИЧЕСКАЯ НАКАЧКА*) Т. КарверТермин оптическая накачка относится к перераспределению атомов по их уровням тонкой или сверхтонкой структуры с помощью света.Применяемым излучением обычно является резонансное излучение атома.Оно выбирается специальным образом, особенно в виде циркулярнополяризованного, анизотропного, отфильтрованного или амплитудно-модулированного излучения.На необычайно простой экспериментальной установке можно измерять тонкую и сверхтонкую структуру атомных уровней, магнитные моменты радиоактивных ядер, сечения ряда интересных процессов, магнитные характеристики свободных ионов и электронов, а также производить поляризацию атомов, ядер и электронов.Эта методика уже привела к созданию двух особенно полезных устройстватомных часов очень простой конструкции и магнетометров, имеющих особую ценность при измерениях слабых магнитных полей Земли и в космическом пространстве; описываемый метод использовался, по крайней мере частично, при разработке генераторов когерентного света, или лазеров.Исследования проводились весьма энергично, отчасти из-за большой применимости этой простой методики, частично же из-за привлекательности исследований в области, где основные представления так ясны, что нельзя не удивиться, почему они не были развиты ранее.В прошедшие двадцать лет был сделан ряд открытий, а именно -магнитный резонанс, квантовый генератор света, рассеяние γ-лучей без отдачи, которые имели аналогичный характер.В случае оптической накачки резонансное оптическое излучение натрия было хорошо исследовано еще в 20-х годах: было развито большинство необходимых квантовомеханических представлений об орбитальном моменте и фактически обнаружены некоторые явления, связанные с оптической накачкой.Возможно, что если бы методика оптической накачки была открыта в 30-х годах, никогда не были бы созданы установки, формирующие атомные пучки.ПРОЦЕСС ОПТИЧЕСКОЙ НАКАЧКИ Оптическая накачка обычно производится циркулярно-поляризованным светом.Так же как свет оказывает давление, циркулярнополяризованный свет может передавать момент импульса и производить вращение.Это было впервые показано в 1935 г. с помощью крутильного маятника 1 .Прежде чем рассмотреть воздействие циркулярно-поляризо-*) Tomas R. Carver, Optical Pumping, Science 141 (No. 3581), 599 (1963).В оригинале-резюме: «Рассеянный резонансный свет может поляризовать атомы и служить простым средством для наблюдения тонкой структуры».Перевод В. В. Власова.
ОПТИЧЕСКАЯ НАКАЧКА*) Т. КарверТермин оптическая накачка относится к перераспределению атомов по их уровням тонкой или сверхтонкой структуры с помощью света.Применяемым излучением обычно является резонансное излучение атома.Оно выбирается специальным образом, особенно в виде циркулярнополяризованного, анизотропного, отфильтрованного или амплитудно-модулированного излучения.На необычайно простой экспериментальной установке можно измерять тонкую и сверхтонкую структуру атомных уровней, магнитные моменты радиоактивных ядер, сечения ряда интересных процессов, магнитные характеристики свободных ионов и электронов, а также производить поляризацию атомов, ядер и электронов.Эта методика уже привела к созданию двух особенно полезных устройстватомных часов очень простой конструкции и магнетометров, имеющих особую ценность при измерениях слабых магнитных полей Земли и в космическом пространстве; описываемый метод использовался, по крайней мере частично, при разработке генераторов когерентного света, или лазеров.Исследования проводились весьма энергично, отчасти из-за большой применимости этой простой методики, частично же из-за привлекательности исследований в области, где основные представления так ясны, что нельзя не удивиться, почему они не были развиты ранее.В прошедшие двадцать лет был сделан ряд открытий, а именно -магнитный резонанс, квантовый генератор света, рассеяние γ-лучей без отдачи, которые имели аналогичный характер.В случае оптической накачки резонансное оптическое излучение натрия было хорошо исследовано еще в 20-х годах: было развито большинство необходимых квантовомеханических представлений об орбитальном моменте и фактически обнаружены некоторые явления, связанные с оптической накачкой.Возможно, что если бы методика оптической накачки была открыта в 30-х годах, никогда не были бы созданы установки, формирующие атомные пучки.ПРОЦЕСС ОПТИЧЕСКОЙ НАКАЧКИ Оптическая накачка обычно производится циркулярно-поляризованным светом.Так же как свет оказывает давление, циркулярнополяризованный свет может передавать момент импульса и производить вращение.Это было впервые показано в 1935 г. с помощью крутильного маятника 1 .Прежде чем рассмотреть воздействие циркулярно-поляризо-*) Tomas R. Carver, Optical Pumping, Science 141 (No. 3581), 599 (1963).В оригинале-резюме: «Рассеянный резонансный свет может поляризовать атомы и служить простым средством для наблюдения тонкой структуры».Перевод В. В. Власова.
в. ГЕЙЗЕНБЕРГ что они напоминают те парадоксы, которые появились при анализе явлений излучения.Отказ от пространственно-временных образов характерен для формального рассмотрения проблем теории излучения и механической теории теплоты.Подобное рассмотрение было предпринято в недавно появившихся работах де Бройля *) и Эйнштейна **).С точки зрения' перспективы, которую открывают эти работы, я считал бы, что содержащиеся в настоящей работе соображения могут иметь некоторый интерес.Поэтому я решил опубликовать эту работу без изменений, хотя лежащие в ее основе стремления теперь могут показаться, пожалуй, безнадежными.530.145.6 О КВАНТОВОТЕОРЕТИЧЕСКОМ ИСТОЛКОВАНИИ КИНЕМАТИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ СООТНОШЕНИЙ***) В. Гейзенберг (Гёттинген) (Поступило 29 июля 1925 г.) В этой работе делается попытка получить основы квантовотеоретической механики, которые базируются исключительно на соотношениях между принципиально наблюдаемыми величинами.Как широко известно, против формальных правил, которые используются в квантовой теории для вычисления наблюдаемых величин (например, энергии водородного атома), выдвигаются серьезные возражения: эти правила содержат в качестве существенной составной части отношения между величинами, которые, по-видимому, принципиально не могут быть наблюдаемы (каковы, например, положение и время обращения электрона).Таким образом, этим правилам явно недостает какого-либо наглядного физического фундамента, если все еще не придерживаться надежды, что такие до сих пор ненаблюдаемые величины, возможно, могут стать доступными эксперименту когда-либо позднее.Такая надежда могла бы считаться правомерной, если бы упомянутые правила были сами по себе последовательны и применимы в какой-либо определенной ограниченной области квантовотеоретических проблем.Но опыт показывает, что эти формальные правила квантовой теории пригодны только для задач об атоме водорода и его эффекте Штарка, но уже в задаче о «скрещенных полях» («gekreuzten Felder») (атом водорода в электрическом и магнитном полях различного направления) появляются фундаментальные трудности, состоящие в том, что взаимодействие атома с периодически меняющимися полями, несомненно, не может удовлетворительно описываться с помощью названных правил и, что, наконец, распространение этих правил на описание атомов со многими электронами оказалось невозможным.Стало обычным считать эти неудачи квантовотеоретических правил, которые ведь по-существу, характеризовались применением классической механики, как отклонение от классической механики.Но
Продолжено теоретическое исследование возможностей известного метода пробного монохроматического светового пучка при оптической накачке атомов (молекул) разреженной газовой среды широкополосным излучением в тонкой ячейке, диаметр которой гораздо больше ее внутренней толщины.В отличие от расчетов предыдущих публикаций по данному методу спектроскопии в настоящей работе рассмотрены произвольные значения интенсивности излучения накачки и толщины цилиндрической газовой ячейки.Таким образом, проанализированы всевозможные механизмы и особенности скоростной селекции атомов на оптически возбужденных уровнях, обусловленные пролетной релаксацией данных атомов в подобных тонких ячейках.На этой основе исследованы внутридопплеровские резонансы поглощения пробного светового пучка на квантовых переходах из верхнего уровня, возбужденного оптической накачкой.Полученные результаты могут найти применение в спектроскопии высокого разрешения атомов (молекул), а также для стабилизации лазерной частоты по установленным узким спектральным резонансам.
В работе предлагается резонансная интерпретация корпускулярно-волнового дуализма. Показано, что парадокс «частица или волна» снимается, если рассматривать квантовый объект как резонансный процесс с двумя фазами: частица — фаза накопления (стоячая волна, узел), волна — фаза разряда (бегущая волна, распространение). Наблюдение в этой модели не «меняет состояние» объекта, а выбирает, какую фазу мы фиксируем. Это согласуется с принципом накопления-разряда, ранее предложенным для когерентных систем. Показано, что принцип неопределённости Гейзенберга (Δx · Δp ≥ ħ/2) является следствием невозможности одновременно зафиксировать фазу накопления и фазу разряда. Двухщелевой эксперимент интерпретируется как выбор режима фиксации. Фотоэффект и дифракция электронов описываются в рамках единой резонансной модели. Модель не вводит новых сущностей. Она переинтерпретирует известные явления на языке резонанса.
1984 г. Апрель Том 142, вып. 4 УСПЕХИ ФИЗМ ЧЕС КМХ НАУК 530.145О НЕЛОКАЛЬНОСТИ В КВАНТОВОЙ ФИЗИКЕ -Б.И. Спасский, А. В. Московский / В современной теории поля действует принцип локальности, предполагающий «такой механизм взаимодействия между полями, при котором влияние одного из полей, например и, на другое, например v, имеет локальную в пространстве-времени структуру, т. е. поведение поля v в точке х пространства-времени определяется значением поля и (и, возможно, его производных) в той же точке пространства-времени» 68 .В этом смысле под нелокальными теориями имеют в виду целый класс обобщений квантовой теории поля, основанных на предположении о неточечности взаимодействия 62 .Термин нелокальность используется в современной литературе еще и в несколько ином смысле.Дело в том, что существует целый ряд квантовых явлений, которые с точки зрения классической можно интерпретировать как проявление особого рода нелокальности, присущей квантовым объектам.Мы имеем в виду эффект Ааронова -Бома, парадокс Эйнштейна -Подольского -Розена, эффект Брауна -Твисса и другие подобного рода явления.Их обсуждению и посвящена данная статья.Одна из особенностей возникновения и развития квантовой теории состоит в том, что сначала был создан математический аппарат этой теории, а затем началось выяснение физического смысла этого аппарата.Прежде всего появились попытки построить интерпретацию, основанную на классических представлениях, однако очень быстро стало ясно, что эта задача неразрешима.Так, уже в 1910 г.Г. А. Лоренц, обсуждая гипотезу о корпускулярных свойствах света, пришел к заключению о невозможности дать непротиворечивое объяснение корпускулярно-волнового дуализма света.Он рассуждал примерно так г : Если предположить, что пучок световых лучей является потоком частиц, то как можно тогда объяснить интерференцию, дифракцию и тому подобное?Устойчивую интерференционную картину дают только когерентные лучи, поэтому, например, при прохождении пучком полупрозрачного зеркала нужно предположить, что либо один фотон делится на два, и интерферируют между собой эти две половины, или же интерферируют разные фотоны, являющиеся когерентными.Но первое предположение было трудно принять, так как известны были случаи интерференции при большой (порядка метра) разности хода.Отсюда следовало бы, что фотоны должны иметь размеры такого же порядка, что представлялось явно неразумным.Но и другое предположение, согласно которому фотоны в световом пучке образуют когерентный ансамбль, встречало затруднение, так как сразу же возникал вопрос: почему одни фотоны отражаются, а другие преломляются, или почему два фотона, попадая в то место экрана, где наблюдаются темные полосы, уничтожают друг друга.После открытия корпускулярно-волнового дуализма частиц (электронов) подобные вопросы стали еще более острыми.Некоторые физики *) Статья написана весной 1983 г. **) Разумеется, можно предположить, что они просто ошибочны.***) Если оно, разумеется, вообще имеет место.
Работа представляет концептуальную модель реальности, в которой базовыми элементами выступают домены — устойчивые паттерны преобразования, — связанные топологией, по которой распространяются импульсы. Обучаемость рассматривается как универсальное свойство сред с памятью, проявляющееся на разных масштабах — от вещества до городов и цивилизаций. В рамках модели вводятся понятия импульса, рекурсии, топологической согласованности, когерентных и некогерентных импульсов, а также предлагается интерпретация ряда физических явлений (агрегатные состояния вещества, электрический ток, сверхпроводимость, магнетизм) и элементов квантовомеханического формализма (волновая функция, коллапс, оператор Гамильтона) как наблюдаемых проекций внутренней топологии доменов. Отдельно рассматриваются возможные направления приложения модели — к квантовым вычислениям, биотехнологиям, передаче энергии и информации, переработке отходов и нейротопологии. Текст имеет характер рабочего отчёта (working paper): излагает авторскую концептуальную схему и гипотезы, не претендуя на статус проверенной физической теории, и предназначен для дальнейшего обсуждения и развития.
Андре Мерсьер внес серьезный вклад в квантовую механику (QM) [10], и хотя он не писал непосредственно о квантовой логике (QL), многие его работы посвящены проблемам, которые так или иначе связаны с вопросами, в каком-то смысле ответственными за развитие QL. Ему принадлежит книга "Logik und Erfahrung in der exakten Naturwissenshaft" [9], где он подчеркивает, что аксиоматизация эмпирической науки, например физики (некоторой ее части), никогда не может быть такой же исчерпывающей, как аксиоматическая система в математике. В частности потому, что какая-либо унификация уравнений в различных областях физики представляется едва ли возможной. Мерсьер весьма критичен и осторожен в отношении предположений о единой теории в физике [11]. Я полагаю, что он был бы также осторожен и сдержан в отношении любого предложения, обещающего особую логику для QM. Но из его работ мне известно, что эта его сдержанность не является безосновательной. У него имеется много хороших аргументов против генерализаций и основоположений, которые или неадекватны, или уводят куда-то в сторону, или имеют другие недостатки. Его критические исследования вытекают из громадного опыта и зрелой рефлексии, и потому я мог надеяться встретить интересные критические соображения, относящиеся к тому, что я предлагаю в этой моей работе, посвященной его юбилею. Цель данной статьи предложить простые ограничения, которые, будучи наложенными на классическую логику (CL), позволяют блокировать те классически валидные выводы и преобразования, которые приводят к осложнениям, когда логика применяется к квантовым феноменам. Я не уверен, должен ли я говорить о некоторой новой QL, так как мое предложение должно оставлять CL в общем неизменной, но налагать на нее ограничения (род фильтра) в случае применения к определенным квантовым феноменам. Позже будет объяснено, что эти ограничения применимы не только в этой специфической области, но могут быть (и уже были) использованы для решения ряда проблем в областях научного объяснения, предсказания, утверждений о законах, диспозиционных предикатов, правдоподобия (аппроксимации к истине) и даже в таких очень отличных областях, как деонтическая логика и теория оценок. Эта более широкая применимость объясняет также, почему предложенные ограничения являются более сильными, чем они могли бы быть, если бы были предназначены только для того, чтобы избежать тех известных трудностей, которые связаны с применением CL в QM; то есть эти ограничения достаточны, но не необходимы. Это показывает также, что ограничения, налагаемые на CL, не берутся просто ad hoc (для решения лишь частной проблемы), но опираются на хорошо мотивированную идею с широкой областью применимости. В первой части я кратко коснусь проблем, возникающих, когда CL применяется к квантовым феноменам. Во второй части я опишу и объясню предложенные ограничения (фильтры), давая определения и примеры применения.