Страница 44 из 161
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 дисперсию света атомами. Работая на этой основе, Гейзенберг разработал чисто абстрактное математическое представление квантово-механических систем.
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 Р�нститут 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. Р�С… 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!.
Принцип дополнительности был впервые представлен РІ 1927 Рі. РЅР° Международном Физическом Конгрессе РІ РљРѕРјРѕ, который был посвящен столетию СЃРѕ РґРЅСЏ смерти Алессандро Вольта. Рто было очень важное собрание, РІ котором квантовая механика впервые серьезно обсуждалась РІ столь широкой аудитории. Присутствовало большинство выдающихся физиков. Только Рйнштейн РЅРµ пожелал приехать РІ фашистскую Р�талию. Хотя Бор РІСЃРµ лето работал над своей СЂСѓРєРѕРїРёСЃСЊСЋ, работа была далека РѕС‚ окончательной формы. РќР° большинство присутствующих РѕРЅР° РЅРµ произвела впечатления. РћРЅРё находили аргументы Бора слишком философствующими Рё РЅРµ содержащими ничего РЅРѕРІРѕРіРѕ РІ физике. Паули осознал значимость новых идей Рё работал СЃ Бором РІ РљРѕРјРѕ после конференции, чтобы усовершенствовать СЂСѓРєРѕРїРёСЃСЊ. После дальнейшей работы окончательная версия была завершена Рє Пасхе 1928 Рі. Между тем РІ октябре 1927 Рі. появилась возможность представить принцип дополнительности РЅР° Сольвеевском конгрессе РІ Брюсселе. Там присутствовали РІСЃРµ великие европейские физики, включая Рйнштейна. Реакция Рйнштейна была сильно отрицательной Рё вызвала СЂСЏРґ РґРёСЃРєСѓСЃСЃРёР№, продолжающихся годами.