УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК ИЗ ИСТОРИИ ФИЗИКИ 53(092) ЛУИ де БРОЙЛЬ (1892-1987) Я. А. Смородинский, Т. Б. Романовская Луи де Бройль, нобелевский лауреат, член Французской академии, ино странный член АН СССР и т.д.... не дожил до своего девяностопятилетия менее полугода.С его кончиной из жизни ушел последний из ставшей ле гендарной плеяды создателей квантовой механики.Однако и среди этих необычных людей Л. де Бройль стоит особняком.Его долгая жизнь была на редкость небогата внешними событиями: он прожил в одном и том же городе -Париже, проучился и проработал в од ном и том же учебном заведении -университете, занимался одним и тем же делом -теоретической физикой, но вместе с тем эта жизнь была полна парадоксов и внутренне глубоко драматична.Физик по призванию, он по лучил блестящее гуманитарное образование и, как он признавался, на скло не лет своему ученику, прочел больше книг по истории, нежели по физике 1 .Демократ по убеждениям, он единственный из своих коллег носил титул князя.Посвятивший всю свою жизнь науке, выпустивший сорок три книги, последняя из которых вышла в 1982 г., опубликовавший более двухсот статей, многие уже в 50 е и 60 е годы, он приобрел мировую славу благодаря трем ра ботам, написанным начинающим физиком теоретиком в 1923 г. 2-4 и обобщен ным в его диссертации 1924 г. «Исследования по теории квантов» 5 .Один из самых непримиримых противников вероятностной интерпретации кванто вой механики, он в течение почти двадцати лет, отказавшись от своих пер воначальных идей, преподавал ее своим ученикам и студентам с тем, чтобы уже на склоне лет вновь вернуться к идеалам своей молодости, несмотря на почти единодушное непонимание такого шага физическим сообществом.И последняя его книга 6 была записью его лекций с изложением копенгагенс кой интерпретации, но на полях этой книги стояли вопросы, па которые ее автор пытался найти ответ вне рамок этой интерпретации.В своих работах 1923-1924 гг.Л.де Бройль впервые в мире высказал мысль о наличии волновых свойств у частицы, и, будучи последовательным, сформулировал идею об универсальности корпускулярно волнового дуа лизма, смысл которой был в том, что корпускулярные и волновые свойства вещества не только не исключают друг друга, но находятся в каком то таин ственном, но вполне реальном единстве.Защищенная осенью 1924 г. в Сорбонне перед комиссией из четырех крупнейших ученых Франции: П. Ланжевена, Ж. Перрена, Э. Картана и Ш. Могэна, диссертация отвечала необходимому условию великой работы: из присутствовавших ее никто до конца понять не мог.Однако П. Ланжевен интуитивно оценил ее значение и написал в своем отзыве, что «диссертант с удивительным мастерством предпринял усилие с тем, чтобы побороть труд
УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК ИЗ ИСТОРИИ ФИЗИКИ 53(092) ЛУИ де БРОЙЛЬ (1892-1987) Я. А. Смородинский, Т. Б. Романовская Луи де Бройль, нобелевский лауреат, член Французской академии, ино странный член АН СССР и т.д.... не дожил до своего девяностопятилетия менее полугода.С его кончиной из жизни ушел последний из ставшей ле гендарной плеяды создателей квантовой механики.Однако и среди этих необычных людей Л. де Бройль стоит особняком.Его долгая жизнь была на редкость небогата внешними событиями: он прожил в одном и том же городе -Париже, проучился и проработал в од ном и том же учебном заведении -университете, занимался одним и тем же делом -теоретической физикой, но вместе с тем эта жизнь была полна парадоксов и внутренне глубоко драматична.Физик по призванию, он по лучил блестящее гуманитарное образование и, как он признавался, на скло не лет своему ученику, прочел больше книг по истории, нежели по физике 1 .Демократ по убеждениям, он единственный из своих коллег носил титул князя.Посвятивший всю свою жизнь науке, выпустивший сорок три книги, последняя из которых вышла в 1982 г., опубликовавший более двухсот статей, многие уже в 50 е и 60 е годы, он приобрел мировую славу благодаря трем ра ботам, написанным начинающим физиком теоретиком в 1923 г. 2-4 и обобщен ным в его диссертации 1924 г. «Исследования по теории квантов» 5 .Один из самых непримиримых противников вероятностной интерпретации кванто вой механики, он в течение почти двадцати лет, отказавшись от своих пер воначальных идей, преподавал ее своим ученикам и студентам с тем, чтобы уже на склоне лет вновь вернуться к идеалам своей молодости, несмотря на почти единодушное непонимание такого шага физическим сообществом.И последняя его книга 6 была записью его лекций с изложением копенгагенс кой интерпретации, но на полях этой книги стояли вопросы, па которые ее автор пытался найти ответ вне рамок этой интерпретации.В своих работах 1923-1924 гг.Л.де Бройль впервые в мире высказал мысль о наличии волновых свойств у частицы, и, будучи последовательным, сформулировал идею об универсальности корпускулярно волнового дуа лизма, смысл которой был в том, что корпускулярные и волновые свойства вещества не только не исключают друг друга, но находятся в каком то таин ственном, но вполне реальном единстве.Защищенная осенью 1924 г. в Сорбонне перед комиссией из четырех крупнейших ученых Франции: П. Ланжевена, Ж. Перрена, Э. Картана и Ш. Могэна, диссертация отвечала необходимому условию великой работы: из присутствовавших ее никто до конца понять не мог.Однако П. Ланжевен интуитивно оценил ее значение и написал в своем отзыве, что «диссертант с удивительным мастерством предпринял усилие с тем, чтобы побороть труд
НИЛЬС БОР И КВАНТОВАЯ ФИЗИКА Л. Б. Мигдал СОДЕРЖАНИЕ Вступление I. «... Высшая музыкальность теоретической мысли...» 1. Бор до 1913 г 2. Излучение черного тела 3. Гипотеза световых квантов 4. «Строение атомов и молекул» 5. Квантовая физика до 1923 г 323 6. Сомнения в законах сохранения и причинности 324 II.Физика и философия 325 1. Новая квантовая теория 326 2. Философия физики 327 3. Дополнительность 331 4. Особенности квантовой теории 334 5. Спор Бора с Эйнштейном 336 Заключительные замечания 340 Список литературы 341 ...Талант попадает в цель, в которую никто попасть не может.Гений попадает в цель, которую никто не видит.Из А. Шопенгауэра ВСТУПЛЕНИЕ В 1961 г., когда Бор в последний раз был в Москве, я заехал за ним в гостиницу, чтобы отвезти в Институт атомной энергии, но у подъезда увидел, что он садится в машину, присланную из Академии наук.Я бросился к его сыну Ore, с которым уже тогда был давно знаком, и стал объяснять, как мне хочется, чтобы Нильс ехал со мной.Ore сказал несколько слов отцу, и, к большому неудовольствию представителей Академии, Бор послушно пересел ко мне.Надо ли объяснять, почему я это сделал?Надо ли объяснять, почему, поехав в аэропорт провожать Бора, я взял с собой своего сына, тогда еще только мечтавшего стать физиком, и дал ему донести до самолета портфель Бора?В 1929 г. на пути в Копенгаген Пауль Эренфест сказал своему лейденскому ученику, двадцатилетнему Казимиру: «Тебе предстоит познакомиться с Нильсом Бором, а это самое важное, что может случиться в жизни молодого физика».С Нильсом Бором ушла целая эпоха, которую историки науки, вслед за Планком, стали называть «эпохой бури и натиска» квантовой теории.Когда речь идет о художнике, мы обычно стараемся понять, в какой манере он пишет, к какому течению его причислить.Этот же вопрос можно отнести и к ученому.Некоторые физики-теоретики работают в стиле Эйнштейна, в манере Планка, другие -в стиле Ландау, Фейнмана или в совершенно ином -Гелл-Манна, но, пожалуй, ни про кого нельзя сказать, что он работает в стиле Бора.А вместе с тем Бор повлиял на формирование нескольких поко-' 305
Louis deBroglie, A Tentative Theory of Light Quanta, The London, Edinburg, and Dublin Phil.Mag. and J. Sci.47 (No. 278), 446-458 (February 1924).(Представлено P. Г. Фаулером.)Перепечатывается в переводе А. М. Бродского из сборника «Вариационные принципы механики» (редакция, послесловие и примечания Л. С. Полака, М., Физматгиз, 1959), с. 631-640.**) Эта ранняя работа де Бройля по теории квантов имеет несколько сумбурный характер, но уже в ней намечены основные результаты, полученные им в его опубликованной позднее основной работе [Recherches sur la theorie des quanta, Ann. de
УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК ИЗ ИСТОРИИ ФИЗИКИ 533.0(09)О СОВРЕМЕННОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ КЛАССИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ СПИНА Я. И. ФРЕНКЕЛЯ И. М. Тернов, В. А. Бордовицын 1. ВВЕДЕНИЕ Известно, что гипотеза вращающегося электрона была выдвинута Г. Уленбеком и С. Гаудсмитом г в 1925 г. *), как удобная классическая модель четвертого квантового числа, введенного В. Паули 4 для объяснения двузначности свойств оптического электрона **).Согласно гипотезе Уленбека и Гаудсмита электрон, помимо собственного механического момента или спина, должен обладать также и собственным магнитным моментом.Это позволило объяснить ряд экспериментальных фактов по •спектрам щелочных металлов и аномальному эффекту Зеемана.Первая попытка описания движения спина в электромагнитном поле (кулоновское поле + внешнее магнитное поле), предпринятая с помощью методов специальной теории относительности, принадлежит Л. Г. Томасу 5 .Однако фактически основы релятивистской теории спина в классической электродинамике были заложены Я. И. Френкелем 6 > 7 в 1926 г.Не вдаваясь пока в детали теории Френкеля, подробно изложенной также в известной монографии Якова Ильича по электродинамике 8 , отметим только, что в этой теории собственный магнитный момент электрона в системе покоя положен в точности равным магнетону Бора.После выхода фундаментальной работы Я. И. Френкеля 7 на протяжении многих лет по классической теории спина время от времени публиковались работы, в основном зарубежных авторов (Г.Крамере, Г. Хёнль и А. Папапетру, X. Дж.Бхабха и Г. К. Корбен, Дж.Вейссехофф и А. Раабе и др.; см.обзорную статью 36 ), в которых существенно использовались основные элементы теории Френкеля.Тем не менее эти работы не получили признания вследствие несовершенства физических основ теории, а также в связи с бурным развитием более последовательной квантовой теории спина, предложенной вначале В. Паули 9 и затем, в более лзящной релятивистски-ковариантной форме, П. А. М. Дираком 10 .Только после 1959 г. с появлением уравнения Баргманна -Мишеля -Телегди п , которое описывало движение спина в постоянных и однородных полях, интерес к классической теории спина возродился вновь.Новая классическая теория учитывала открытый к тому времени *) Заметим, что сама идея собственного вращения электрона возникала и ранее (см., например, 2 , 3 ), но только в гипотезе Уленбека и Гаудсмита она обрела конкретное содержание.**) См. также примечание Н. Бора к статье Г. Е. Уленбека и С. Гаудсмита в «Nature», где он обращает внимание на важность гипотезы вращающегося электрона в свете принципа соответствия между классической и квантовой механикой.10 УФН, т. 132, вып. 2
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.
В данной работе рассматривается проблема предметности в контексте принципов научной рациональности (классической и неклассической). На материале базовых постулатов квантовой механики (таких как концепт состояния в квантовой механике, принцип квантовой суперпозиции, принцип неопределенности и др.) становится очевидно, что предметность (специфичная предметность в данном случае, поскольку мы помещены в пространство метафизики науки, работая с конкретной областью физики – квантовой механикой) становится проблематичной, в силу того, что эти принципы и постулаты не очевидны, отличны от уже имеющихся в классической физике и более того, с трудом совместимы с ними. Приняв разделение В.П. Бранского современных проблем физики на онтологические и эпистемологические (которые при этом очень тесно связаны с друг другом в силу специфики предмета квантовой механики), мы выделили три группы проблем: проблема наблюдения, проблема детерминизма и проблема полноты, последовательно разобрав их на примере существующих интерпретаций и подходов квантовой механики, где эта проблема ставится и имеет претензию на разрешение, но, однако, не разрешается до конца. Однако, как нам кажется, самой крупной проблемой, с неизбежностью появляющейся во всех интерпретациях, остается проблема самой квантовой реальности, нашего ее понимания и доступа к ней, поскольку квантовомеханические реалии с трудом представимы и переводимы на привычный нам мир классических объектов. В качестве выводов работы предложены возможные пути разрешения поставленных проблем.
БИБЛИОГРАФИЯ.Dr. MAX PLANCK.Einfuhrung in die theorethische Optik.Verlag von S. Jlir/el in Leipzig 1927.SS.УШч-184.Μ. Π л а н к.Введение в теоретическую оптику.Новая книга II л а н к а составляет четвертый и последний том курса; "Введение в теоретическую физику".Первая часть: "Введение в общую механику" имеется в русском переводе и, вероятно, уже оценена по достоинству русскими читателями.Вюрая часть посвящена механике деформирующихся тел, третья -электричеству и магнетизму."Введение в теоретическую оптику может изучаться и как самостоятельная книга; ссылки на предыдущие то мы достаточно пояснены и не могут затруднить подготовленного читателя.Теоретическая оптика находится за последние десятилетия в переходном состоянии.Обширная группа явлений, связанных со свойствами света, независимыми от материн, а также действия материи на свет, находят почти исчерпывающее толкование в классической волновой теории.Наоборот, действия света на материю и процессы возникновения света (спектроскопия) укладываются только в теорию кванто в Синтез классической волновой и квантовой оптики в единую физическую оптикудело будущего (вероятно недалекого), но пока теории снега в подлинном смысли.всеобъемлющей и полной, нет.Курс Планка, как и прочие существующие книги по теоретической оптике касается только классической волновой теории и обнимаемых ею явлений, но в то же время он существенно отличается от своих предшественников.Планку удалось дачь очень сжатое, но весьма строгое и простое изложение предоета.Достаточно сравнить, например, распространенные учебники Д ρ у д е и Ш у с τ е ρ а с книгою Планка чтобы видеть все преимущества последней.Содержание всех книг почти одинаково, но у Планка оно уложено в объеме приблизительно втрое меньшем, чем у Друде и Шустер а.В то же время изложение многих основных вопросов (например принципа Гюйгенса-Кирхгофа) у Планка несравненно строже и правильнее, чем в названных курсах.Многочисленные короткие замечания по вопросу об энергии луча, о монохроматичности, когерентное ι и