История лазера. Научное издание
Шрифт:
Весной 1914 Рі. Резерфорд предложил Бору должность доцента РІ Манчестере РЅР° 19141915 РіРі., позднее продолженной РґРѕ 1916 Рі. Р’ мае 1916 Рі. РѕРЅ, наконец, был назначен профессором теоретической физики РІ Копенгагене. Осенью 1916 Рі. его первый ассистент, голландский физик X.Рђ. Крамерс (18941952), который оставался РІ Копенгагене РґРѕ 1926 Рі., присоединился Рє нему. Р’ 1918 Рі. Оскар Кляйн (18941977) стал его вторым ассистентом. Р’ 1917 Рі. Бор занялся постройкой РЅРѕРІРѕРіРѕ Рнститута теоретической физики, РЅРѕ потребовалось четыре РіРѕРґР°, прежде чем открылись его двери (8 марта 1921 Рі.). Через эти двери прошел СЂСЏРґ блестящих ученых как студентов, так Рё профессоров, учителей Рё гостей.
Работы Бора по строению атома дали старт активности во многих научных
В июне 1922 г. он дал серию лекций в Гёттингене, где он встретился с Вольфангом Паули (19001958) и Вернером Гейзенбергом (19011976). Они были с ним в Копенгагене в течение несколько лет и участвовали в новой революции в квантовой механике.
В декабре 1922 г. Бор получил Нобелевскую премию по физике за его заслуги в исследованиях строения атомов и излучения, испускаемого ими.
Р’ течение последующих десяти лет РѕРЅ был очень занят руководством своего Рнститута, который становился РІСЃРµ больше Рё больше центром всего развития атомной физики.
Р’ СЃРІРѕРёС… воспоминаниях физики, которые работали РІ Рнституте Бора, подчеркивают уникальный копенгагенский РґСѓС… научных исследований. РћРЅРё вспоминают этот период, РІРѕ-первых, как неограниченную СЃРІРѕР±РѕРґСѓ заниматься какой Р±С‹ то РЅРё было проблемой РІ теоретической физике, которую РѕРЅРё считали наиболее важной. Вторым аспектом копенгагенского РґСѓС…Р° было то, что это занятие проходило РІ форме интенсивных РґРёСЃРєСѓСЃСЃРёР№ между Бором, РІ чем РѕРЅ был признанным мастером, Рё наиболее обещающими, хотя Рё молодыми Рё еще непризнанными РІ физике студентами, приезжающими РІ Рнститут РёР· разных стран. Нуждающийся РІ обсуждениях для разработки СЃРІРѕРёС… идей, Бор поощрял визитеров стать его помощниками, С‚.Рµ. принять участие РІ его собственных размышлениях. Таким образом, копенгагенский РґСѓС… заключался РІ полной СЃРІРѕР±РѕРґРµ исследований, достигаемой разделением научного труда между самим Бором Рё сливками студентов международной теоретической физики.
Надо сказать, что когда появилась новая квантовая механика, Бор приветствовал замечательный прогресс, связанный с нею, но он также указал на несовместимость между классической и квантовой теориями.
В сотрудничестве с Крамерсом и Дж. Слетером (19001976) он опубликовал в 1924 г. то, что было последней попыткой описать атомную систему в духе квазиклассических представлений, которые он развивал ранее. В этой работе авторы предположили, что при индивидуальных атомных взаимодействиях энергия не сохраняется. Хотя это предположение было быстро опровергнуто экспериментом, революционный характер предположения показывает насколько безвыходной представлялась Бору ситуация в то время.
В тот же год Крамерс предложил формулировку математической теории, объясняющую
Р’ продолжение 19251926 РіРі. Гейзенберг уточнил Рё расширил СЃРІРѕСЋ теорию СЃ помощью Макса Борна Рё Паскуаля Йордана (19021980) создав то, что сегодня известно как матричная механика. РўРѕР№ же весной австрийский физик РСЂРІРёРЅ Шрёдингер (18871961), работающий совершенно независимо, выдвинул волновую механику, представляющую квантовые системы, как было позднее показано, математически эквивалентно матричной механике Гейзенберга. Рти РґРІР° разных РїРѕРґС…РѕРґР° убедили Бора, что математически эти теории были РЅР° правильном пути, РЅРѕ РІ то же время еще более увеличили его беспокойство относительно физической интерпретации математического формализма. Бора больше, чем РєРѕРіРѕ Р±С‹ то РЅРё было, волновал РІРѕРїСЂРѕСЃ несовместимостей квантовой теории.
Р’ 19261927 РіРі. Гейзенберг возвратился РІ Копенгаген, чтобы обсудить проблемы, которые так волновали Бора. Также Рё Шрёдингер посетил Рнститут той осенью, Рё РІ обсуждениях СЃ Бором убедился принять концепцию дуализма волна-частица для световых явлений, которая, как РјС‹ СѓРІРёРґРёРј, уже укрепилась Рйнштейном РїСЂРё интерпретации атомных систем. Работая РІ Копенгагене РІ феврале 1927 Рі., Гейзенберг сформулировал принцип неопределенности, согласно которому невозможно измерить СЃ высокой желаемой точностью одновременно скорость Рё координату частицы. Р’ то же время Бор, который катался РЅР° лыжах РІ Норвегии, стал продвигать РѕСЃРЅРѕРІС‹ принципа дополнительности.
Основа этой концепции очень проста, если даже и очень странная. Она говорит, что мы можем задавать природе вопросы, например, какова позиция электрона, или дополнительный вопрос, какой его импульс (по существу скорость), но природа устроена таким образом, что, задавая один вопрос, автоматически исключается возможность задать одновременно дополняющий вопрос. Квантовая механика основана на разных теориях Гейзенберга и Шрёдингера и устанавливает существование дуализма волначастица, света и вещества (материи). Бор осознал, что наши модели вещества и света основаны на их поведении в различных экспериментах, проводимых в наших лабораториях. В некоторых экспериментах, таких как фотоэлектрический эффект, который мы коротко обсудим в дальнейшем, свет ведет себя так, как если бы он состоял из частиц. В других экспериментах, таких как явления интерференции, свет ведет себя так, как, если бы он состоял из волн. Подобным же образом в экспериментах, таких как исследования Дж. Дж. Томсона катодных лучей, электроны ведут себя как частицы; в других экспериментах, таких как исследования дифракции, электроны ведут себя так, как если бы они были волнами. Но ни электроны, ни свет никогда не ведут себя одновременно так, как если бы они были и частицами и волнами. В каждом конкретном эксперименте они ведут себя либо как частицы, либо как волны.
Рто убедило Бора, что описания света Рё вещества РІ РІРёРґРµ частиц Рё РІ РІРёРґРµ волн РѕР±Р° необходимы, даже хотя РѕРЅРё логически несовместимы РґСЂСѓРі СЃ РґСЂСѓРіРѕРј. РС… следует рассматривать как дополняющими РґСЂСѓРі РґСЂСѓРіР°. Каждый эксперимент выбирает то или РґСЂСѓРіРѕРµ описание РёР· соображений удобства.
Дополнительность была практически во всех дискуссиях Бора. Когда он был пожалован кавалером Ордена Слона, ему требовалось выбрать геральдический девиз, и он выбрал Contraria sunt complementa.
Вернер Гейзенберг вспоминал, что в то время, когда написал свою работу о принципе неопределенности, он однажды плавал на яхте с Бором и Нильсом Бьёруммом, и он объяснял Бьёрумму содержание свой работы. Выслушав его, Бьёрмм обратился к Бору, говоря: Но Нильс, это же то, что ты говорил мне, когда мы были мальчишками!.