Navigation




Эйнштейн. Квантмех. Историческая справка

2013-05-15, Естествознание , Дмитрий Белабенко

,

Статья Эйнштейн. Квантмех. Историческая справка перенесена на страницу сайта Глобальный Мир по адресу Статья Эйнштейн. Квантмех. Историческая справка. Перенос осуществлен в связи с прекращением действия сайта в скором будущем.

Эйнштейн.Итак, Эйнштейн математик изобрел теорию относительности. Эта его заслуга была отмечена нобелевской премией за работу в области фотоэффекта. И как только Эйнштейн получил награду в 1921 году, он из математика превращается в физика. Ему становится интересным механизм, по которому свет ведет себя так, как он описал его в своей специальной теории относительности.

Основы квантовой механики еще не сформировались. Специальная и общая теории относительности успешно объясняли электромагнитные и гравитационные явления с помощью волновых уравнений. При этом фотоэффект однозначно показывал, что излучение и поглощение энергии происходит порциями. Дискретность излучения намекала на дискретность носителей электромагнитных и гравитационных взаимодействий. Поэтому Эйнштейн опять стал первым в рядах «революции» во взглядах на природу света.

Бор.«Он [Эйнштейн] выдвинул неопровержимые доводы в пользу того, что кванты света следует рассматривать как частицы, обладающие энергией и импульсом, — что-то наподобие пуль. Доводы эти действительно были столь неотразимы, что он смело заявил в своей статье: «…излучения в форме … волн не существует». В самом деле, схожесть поведения квантов света с пулями была в 1923 г. эффектно подтверждена экспериментально. Но и свидетельства в пользу световых волн оставались убедительными, так что в 1922 г. и Бор, и другие ученые все еще с большим недоверием относились к эйнштейновской идее о частицах света.» [1].

С одной стороны понятно, почему Эйнштейн первым заговорил о частицах света. Выводы о дискретной структуре этого явления природы он мог сделать из экспериментов с фотоэффектом. Но с другой стороны и специальная, и общая теория относительности хорошо описывались волновыми уравнениями. Опять эта двойственность…

Вернемся к проблеме источника этого поворота во взглядах Эйнштейна чуть позже. А сейчас поговорим о том, как убежденность нобелевского лауреата в существовании фотонов повлияла на дальнейшие исследования других ученых.

Де Бройль.Напомню, что в то время во взглядах научного сообщества преобладала идея о волновой природе света и гравитации. Но все же… Луи де Бройль между 1922 и 1924 годами придумал новую теорию, в которой свет считался частицами, которые сопровождались и направлялись волнами. Причем волны должны были иметь скорость превосходящую скорость света [1].

Бозе.Индийский физик Ш.Н. Бозе представлял свет в виде частиц, к которым успешно применял статистические методы газодинамики [1]. В свою очередь Эрвин Шредингер в 1926 году разработал оригинальную атомную теорию. Он сохранил уравнения Ньютона, но рассматривал материю, состоящую не из частиц, а из волн. Его теория, по сути, являлась математической абстракцией [1].

«Бор, Гейзенберг и Шредингер строили свои теории на фундаменте, заложенном Ньютоном, а Дирак на редкость удачно показал, что новая квантовая механика – это, по сути, механика Ньютона после «переливания квантов»» [1].

Де Бройль.После долгих скитаний мы вернулись обратно – к механике Ньютона. Она и теперь, спустя века, хорошо описывает квантовые явления. Но и здесь имелась одна трудность. Принцип неопределенности Гейзенберга говорит о том, что невозможно одновременно определить положение и скорость движения электрона.

«Если в определенный момент времени мы не можем с точностью знать и координаты, и импульс частицы, то мы лишены информации, необходимой для предсказания местоположения этой частицы через какое-то время. Таким образом, будущее перестает быть детерминированным: причинность на квантовом уровне становится случайностью» [1].

Но проблема ведь не в том, что причинность на квантовом уровне отсутствует, а в том, что мы не имеем приборов, с помощью которых смогли бы заглянуть в микромир и увидеть местоположение, и замерить скорость электрона.

Так и Эйнштейн не принимал идею, которая утверждала, что все частицы ведут себя так или иначе благодаря воле случая с определенной вероятностью. Он считал, что их поведение должно быть строго определено [1].

В результате многолетних поисков Бор сделал вывод логичный с точки рения проведенной работы, но не с точки зрения здравого смысла. Он предложил идею о том, что корпускулярные и волновые свойства света это две разные стороны одного и того же явления [1]. Но это предположения не позволило раскрыть природу света, лишь описав ее внешнее проявление.

С тех самых пор двойственное поведение света было перефразировано в двойственность свойств света, что явилось подменой понятий. И теперь в современных учебниках свет имеет волновые и корпускулярные свойства:

«Волновые свойства света играют определяющую роль в закономерностях его распространения, интерференции, дифракции, поляризации, а корпускулярные – в процессах взаимодействия света с веществом» [2].

Ньютон.При всем этом прямолинейное распространение света и закономерности его отражения легко описываются механикой Ньютона на основе представлений о свете, как о потоке частиц. И не делается акцента на том, что интерференция, дифракция и поляризация света происходит только при взаимодействии света с веществом, в отличие от хорошо всем известных механических волн.

Как дискретная природа света может проявляться в виде волн? Очень просто. Приведу пример с разложением функций синуса и косинуса в ряд Тейлора.

Разложение косинуса в ряд Тейлора. Разложение синуса в ряд Тейлора.

А что же Эйнштейн думал об этом?

«12 декабря 1951 года, уже на склоне лет, Эйнштейн написал своему старинному другу М. Бессо (с которым он когда-то, еще работая в Бюро патентов, обсуждал возникающие у него идеи) следующие слова: «Все эти пятьдесят лет бесконечных размышлений ни на йоту не приблизили меня к ответу на вопрос: что же такое кванты света? В наши дни любой мальчишка воображает, что ему это известно. Но он глубоко ошибается»» [1].

Кто же тогда может знать, что такое кванты света? Если сам их создатель отказывает себе в этом знании? Как и обещано, возвращаемся в 1921 год. Что же повлияло на резкий поворот во взглядах Эйнштейна на природу света? Ответ надо искать, как ни странно еще глубже в прошлом.

Ритц.Двадцать второго февраля 1878 года в Сьоне на свет появился Вальтер Ритц. Впоследствии малоизвестный швейцарский физик-теоретик и математик [3].

«Его работы по физике посвящены спектроскопии, теории теплового излучения, электродинамике. В 1908 открыл закон, согласно которому волновое число любой спектральной линии равно разности двух термов из множества термов, присущих данному элементу.

Ридберг.Формулу, описывающую любую спектральную линию элемента, дал в 1890 И.Ридберг. Отсюда и название «принцип Ридберга-Ритца», или «комбинационный принцип Ридберга-Ритца». В математике известен «метод Ритца» -- метод решения вариационных задач (1908)» [3].

Галеркин.«В Большой Советской Энциклопедии о Ритце упоминается кратко только в связи с разработкой математического метода Ритца-Галеркина» [3]. Вальтер Ритц умер седьмого июля 1909 года [3].

«Никто точно не может указать природу болезни Ритца и то, как он заболел, связывая почему-то его болезнь с несчастным случаем в горах Монпелье. Полагают также, что Ритца отравили, списав на болезнь его смерть. Возможно, Ритц и умирал, но ему помогли умереть, свидетельством чему могут служить обвинительные высказывания его друга Л.Нельсона» [3].

Что же общего между Ритцем и Эйнштейном? В 1897 году Ритц поступил в цюрихский политехнический университет, который благополучно окончил в 1900 году. Он учился в одной группе с Альбертом Эйнштейном [3].

В связи с этим последний знал основы баллистической теории, которую выдвинул Ритц. Они много спорили по этому поводу и написали в соавторстве статью, в которой каждый изложил свою точку зрения на природу света [3].

Минковский.Гроссман.Поэтому странно, что «ни в одной из биографий Эйнштейна не сказано об учившимся с ним Ритце, хотя многократно упомянуты другие из числа восьми его согруппников. Лишь в книгу К. Зелига случайно затесалась сказанная совсем по другому поводу фраза Г. Минковского: «… В свое время Луи Коллрос казался мне, да пожалуй, и другим коллегам, самым одаренным в области математики из всех студентов своего курса, а это немало значит. Ибо именно этот немногочисленный курс факультета VI-А дал видных исследователей: Альберта Эйнштейна, Вальтера Ритца и Марселя Гроссмана».» [3].

Основой баллистической теории (можно сказать, что это развитие эмиссионной теории света, которую разрабатывал Ньютон) является представление об электромагнитных явлениях, в том числе и гравитации, как о потоке частиц. Частиц настолько мелких, что по отдельности их обнаружить очень сложно, а вот вместе они вызывают электромагнитные и гравитационные явления. Порядок размера частиц таков, что электрон состоит из примерно 1081 частиц. Эти частицы в баллистической теории получили название «реоны». Реоны постоянно излучаются и поглощаются всеми элементарными частицами. Создается реонный туман. Тот самый эфир, который мечтали найти Майкельсон и Морли. Но они его не нашли, потому что этот туман подчиняется не волновым, а корпускулярным свойствам. Поэтому полагаясь на принцип относительности Галилея, можно сказать, что Майкельсон и Морли пытались определить движутся они или покоятся, что в принципе невозможно в инерциальной системе отсчета. А их установка с учетом погрешностей измерения, как раз и находилась в такой системе.

Выходит, что Ритц с помощью механики Ньютона объяснил природу света, магнетизма и гравитации. «Ритц, конечно, не мог рассуждать о ядерной физике, строении элементарных частиц, о красном смещении, реликтовом излучении, квазарах, сверхновых и других загадках космоса – в его время все эти явления были не известны или не изучены» [3]. Но за него это могут делать современные ученые [4].

Может быть, высказывая убежденность в том, что свет состоит из частиц, в 1921 году Эйнштейн подразумевал, что признал свое поражение перед Ритцем в борьбе за поиск объяснения природы света, законов его распространения и взаимодействия? Может быть…

В любом случае, объяснение электромагнитных явлений и поведения элементарных частиц с точки зрения баллистической теории выглядит куда реалистичнее, чем в специальной теории относительности.

«Для того, чтобы частица непрерывно ускорялась в циклотроне, необходимо выполнение равенства периода обращения частицы в магнитном поле и периода колебаний электрического поля. Это условие нарушается при релятивистских скоростях движения частиц, соизмеримых со скоростью света в вакууме. При таких скоростях масса частиц возрастает с увеличением скорости и возрастает период обращения частиц» [2].

Но рассмотрим устройство ускорителя частиц. «Ускорение производится с помощью электрического поля, способного изменять энергию частиц, обладающих электрическим зарядом. Магнитное поле может лишь изменить направление движения заряженных частиц, не меняя величины их скорости, поэтому в ускорителях оно применяется для управления движением частиц» [5].

Схема синхрофазатрона.

Рассмотрим схему слабофокусирующего синхротрона или синхрофазотрона. Заряженная частица вводится в ускоритель из инжектора 1 через систему ввода 2. Ускорение частицы в вакуумной кольцевой камере 3 осуществляется за счет ускоряющего устройства 6. Траектория движения частицы меняется секторами электромагнита 4. На участках 5 движение частицы прямолинейно, где на нее не действую электрические и магнитные силы [5].

Схема квадрупольной магнитной линзы.

Фокусировка движущихся заряженных частиц с целью изменения траектории их движения производится, например, с помощью магнитной квадрупольной линзы [5].

Релятивистский эффект – кажущееся изменение массы частицы при достижении ей околосветовой скорости, является реальностью. Но вот в специальной теории относительности это кажущееся изменение меры вещества считают реальностью. Более реалистичным выглядит объяснение этого эффекта баллистической теорией Ритца.

Ведь электрическое и магнитное поле представлено потоком частиц, которые, непосредственно воздействуя на заряженную частицу, ускоряют ее (по модулю или направлению). А так как скорость частиц поля относительно источника равна скорости света, то при приближении к ней скорости ускоряемой заряженной частицы передаваемая энергия поля падает. Потому что, во-первых, не все частицы поля могут догнать заряженную частицу, во-вторых, разность энергий частиц поля и заряженной частицы уменьшается, и для ее дальнейшего ускорения надо добавлять мощность, то есть увеличивать количество частиц.

В классической физике это означает следующее. Магнитное поле фокусировки заставляет вращаться частицу по траектории с периодом Период обращения частицы в синхрофазатроне. [2]. При достижении заряженной частицей скорости близкой к скорости света по представлениям специальной теории относительности масса частицы изменяется так, что изменяется период обращения. А в соответствии с баллистической теорией Ритца изменение ускорения и периода происходит из-за изменения воздействия со стороны магнитного поля на движущуюся частицу.

Эйнштейн. СТО и ОТО. Историческая справка
Эйнштейн. Квантмех. Историческая справка
Неизвестные следствия теорий Эйнштейна

1. Хофман Б. Альберт Эйнштейн. Творец и бунтарь: Пер. с англ./Под ред. и с предисл. Ю. А. Данилова, Б. Г. Кузнецова. — М.: Прогресс, 1983. — 216 с, ил.
2. Яворский Б.М. и Детлаф А.А. Справочник по физике. – М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1981.
3. Семиков С.А. Баллистическая теория Ритца и картина мироздания (Концепция материи и света, микромира и Космоса. Альтернатива теории относительности и квантовой физике. Революция в науке и технике). – Нижний Новгород, 2009, -- 612 с.
4. Сайт Сергея Семикова о Баллистической теории Ритца
5. Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

Другие статьи на подобные темы:
Критический анализ новых идей
Из жизни терминов
Проблемы математической физики II
Метод А. Н. Матвеева и М. Борна
О сущности понятия «Время» II


Теория происхождения культурных растений

2016-10-15, Естествознание, Светлана Аксенова,

Основоположник российской селекции Николай Иванович Вавилов родился в 1887 г. в Москве. С юных лет его интересовала окружающая природа. Ещё будучи студентом Московского сельскохозяйственного института, он занимался проблемой иммунологии растений. Впоследствии Н.И. Вавилов много путешествовал, собирая коллекции различных культурных растений и общаясь с видными учеными Англии, Франции, Германии. Неоднократно он ездил с научной целью в Азию — Иран, Бухару, Афганистан, бывал на Кавказе. На основе собранных коллекций семян и гербариев Н.И. Вавилов готовил серьезный обобщающий труд по селекции и генетике растений.

Подробно


Биоценоз и экосистема

2016-04-21, Естествознание, А.В. Ганжина,

На основе биотических взаимоотношений создаются сообщества растительных и животных организмов — биоценозы.

Подробно


Теория отражения

2016-04-07, Естествознание, Константин Платонов,

Любой живой организм беспрерывно взаимодействует с окружающей средой, в результате чего происходит его развитие.

Подробно


Структура периодической таблицы химических элементов

2016-03-13, Естествознание, Н. Ахметов,

Химию можно определить как науку, изучающую вещества и процессы их превращения, сопровождающиеся изменением состава и строения. В химическом процессе происходит перегруппировка атомов, разрыв химических связей в исходных веществах и образование химических связей в продуктах реакции. В результате химических реакций происходит превращение химической энергии в теплоту, свет и пр.

Подробно


Периодическая система химических элементов

2016-04-01, Естествознание, Светлана Аксенова,

Дмитрий Иванович Менделеев родился в г. Тобольске 8 февраля 1834 г. Окончив в 1855 г. Главный педагогический институт в Петербурге, он служил учителем гимназии в г. Одессе. В 1857 г. Менделеев вернулся в столицу, а с 1865 г. получил профессорскую должность в Петербургском университете.

Подробно


Точка зрения администрации сайта может не совпадать с мнением авторов.
2010-2017 © Анидор
Любое использование материалов сайта, полностью или частично, разрешается только с согласия правообладателя.
Если Вы обнаружили опечатку или неработающую ссылку, просьба сообщить администрации сайта.