Студопедия — Исполинский ум: Джон Уилер
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Исполинский ум: Джон Уилер






За исключением разве что Эйнштейна и Бора, никто не вел более
горячей борьбы с нелепостями и успешными моментами кванто-
вой теории, чем Джон Уилер. Является ли физическая реальность
всего лишь иллюзией? Существуют ли параллельные квантовые
вселенные? В прошлом, не вдаваясь в подробности этих упрямых
квантовых парадоксов, Уилер применял эти вероятности для кон-
струирования атомной и водородной бомб, а также был пионером в
изучении черных дыр. Джон Уилер был последним из гигантов, или,
как когда-то назвал их его студент Ричард Фейнман, «исполинских
умов», который и до сих пор борется с безумными следствиями
квантовой теории.

Именно Уилер предложил термин «черная дыра» в 1967 году в
Нью-Йорке на конференции в Институте космических исследова-
ний им. Годдарда, NASA, после открытия первых пульсаров.

Уилер родился в 1911 году в Джексонвилле (штат Флорида). Его
отец был библиотекарем, но инженерия были в крови у членов семьи.
Три его дяди были горными инженерами и в своей работе часто ис-
пользовали взрывчатые вещества. Сама идея использования дина-
мита глубоко захватила Джона, он обожал наблюдать за взрывами.
(Однажды он неосторожно экспериментировал с куском динамита и
тот случайно взорвался прямо у него в руке, оторвав один палец и фа-
лангу другого. По случайному совпадению, когда Эйнштейн учился в
школе, с ним произошел подобный случай: из-за его неосторожности


взрыв произошел прямо у него в руке, и потребовалось наложить не-
сколько швов.)

В детстве Уилер был развит не по годам, он овладел основами
математики и глотал все книги, какие ему только удавалось найти, по
новой теории, о которой не переставая говорили его друзья, — кван-
товой механике. Прямо на его глазах новая теория переживала свое
становление в Европе, ее разработкой занимались Нильс Бор, Вернер
Гейзенберг и Эрвин Шрёдингер, внезапно раскрьшший секреты ато-
ма. Всего лишь несколько лет назад последователи философа Эрнста
Маха поднимали на смех саму идею существования атомов, утверж-
дая, что никогда еще атомы не удавалось наблюдать в лабораторных
условиях и что вообще они наверняка были всего лишь выдумкой.
Чего нельзя увидеть, то и существовать наверняка не может, утверж-
дали они. Великий немецкий физик Людвиг Больцман, заложивший
основы термодинамики, покончил жизнь самоубийством в 1906 году
отчасти из-за постоянных насмешек, с которыми ему приходилось
иметь дело, проводя в жизнь концепцию атомов.

Затем всего за пару лет, с 1925 по 1927 годы, было раскрыто мно-
жество секретов атомов. Современная история не знала случаев, что-
бы прорывы такого масштаба были совершены за столь краткий про-
межуток времени (за исключением работы Эйнштейна в 1905 году).
Уилер хотел принять участие в этом перевороте. Но он понимал, что
Соединенные Штаты оставались за бортом достижений в области
физики: в пределах страны не было ни единого физика мирового
масштаба. Подобно Дж. Роберту Оппенгеймеру до него, Уилер уехал
из Соединенных Штатов и отправился в Копенгаген, чтобы учиться
у самого Маэстро — Нильса Бора.

Эксперименты по изучению электронов показали, что электро-
ны действуют и как частицы, и как волны. Секрет этой странной
двойственности был в конце концов раскрыт квантовыми физиками:
совершая свой танец вокруг атома, электрон виделся частицей, но
эту частицу сопровождала загадочная волна. В 1925 году австрий-
ский физик Эрвин Шрёдингер предложил уравнение (знаменитое
уравнение Шрёдингера), которое в точности описывало движение
волны, сопровождающей электрон. Эта волна, обозначаемая гре-
ческой буквой ψ, с ошеломительной точностью прогнозировала
поведение атомов, что стало первой искрой, от которой вспыхнул


пожар революции в физике. Внезапно, основываясь на самом эле-
ментарном знании, стало возможно вглядеться в атом и вычислить,
сколько электронов танцуют на своих орбитах, совершая переходы и
соединяя атомы в молекулы.

Квантовый физик Поль Дирак хвастливо пообещал, что фи-
зики скоро сведут всю химию к простой инженерии. Он заявил:
«Основополагающие физические законы, составляющие математи-
ческую базу большей части физики и всей химической науки, уже из-
вестны. Единственная трудность состоит в том, что применение этих
законов приводит к получению слишком сложных и не поддающихся
решению уравнений». Как ни была внушительна эта ψ;-функция, до
сих пор оставалось загадкой, что же именно она представляла.

В конце концов в 1928 году Макс Борн выдвинул идею о том, что
эта волновая функция представляла вероятность обнаружения элек-
трона в любой заданной точке. Иными словами, вы никогда не могли
быть точно уверены, где находится электрон; максимум того, что вы
могли сделать, — это вычислить его волновую функцию, которая
давала вероятность его нахождения именно «там». Итак, если атом-
ная физика могла быть сведена к волнам вероятности нахождения
электрона «там» или «тут» и если электрон, по-видимому, мог на-
ходиться в двух местах одновременно, то как же нам в конце концов
определить, где он действительно находится?

Бор и Гейзенберг в конце концов сформулировали полный набор
рецептов в кулинарной книге физики, которые сработали в атомных
экспериментах с потрясающей точностью. Волновая функция дает
информацию только о вероятности того, что электрон находится
«тут» или «там». Если для какой-то точки волновая функция велика,
то это означает высокую вероятность того, что электрон находится
именно там. (Если она мала, то маловероятно, что электрон находит-
ся там.) Например, если бы мы могли «видеть» волновую функцию
человека, то она выглядела бы очень похожей на этого человека.
Однако волновая функция также плавно распространяется и на кос-
мос, а это значит, что существует малая вероятность того, что человек
окажется на Луне. (По сути, волновая функция человека распростра-
няется по всей Вселенной.)

Это также означает, что волновая функция дерева может сооб-
щить вам информацию о вероятности того, стоит ли оно или падает,


но она не может определенно ответить вам на вопрос, в каком же со-
стоянии оно действительно находится. Но здравый смысл говорит
нам, что объекты находятся в каком-то определенном состоянии.
Когда вы смотрите на дерево, оно определенно находится перед
вами — либо стоит, либо падает, но не делает и того, и другого одно-
временно.

Чтобы разрешить несовпадения между волнами вероятности
и представлением о существовании, диктуемым нашим здравым
смыслом, Бор и Гейзенберг предположили, что после измерения,
совершенного далеким наблюдателем, волновая функция волшеб-
ным образом «коллапсирует» и электрон впадает в определенное
состояние — то есть, посмотрев на дерево, мы видим, что оно дей-
ствительно стоит. Иными словами, процесс наблюдения определяет
конечное состояние электрона. Наблюдение жизненно необходимо
для существования. После того как мы взглянем на электрон, его
волновая функция коллапсирует; таким образом, он теперь нахо-
дится в определенном состоянии и больше нет нужды в волновых
функциях.

Итак, постулаты копенгагенской школы Бора можно суммиро-
вать приблизительно в следующем виде:

1. Вся энергия встречается в виде отдельных пучков энергии,
называемых квантами. (Например, квантом света является
фотон. Кванты слабого взаимодействия называются W- и
Z-бозонами, квантом сильного взаимодействия является глю-
он, а квант гравитации называется гравитоном, который нам
еще предстоит увидеть в лабораториях.)

2. Вещество представлено точечными частицами, но вероят-
ность обнаружения этой частицы определяется волной. Сама
волна, в свою очередь, подчиняется определенному волновому
уравнению (такому, как волновое уравнение Шрёдингера).

3. Перед наблюдением объект существует во всех возможных
состояниях одновременно. Чтобы определить, в каком состоя-
нии находится объект, нам необходимо провести наблюдение,
в результате которого волновая функция «коллапсирует» и
объект входит в определенное состояние. Сам акт наблюдения
уничтожает волновую функцию, и объект приобретает реаль-


ную определенность. Волновая функция служит своей цели:
она дает нам точную вероятность обнаружения данного объ-
екта в конкретном состоянии.

 







Дата добавления: 2015-08-12; просмотров: 411. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Теория усилителей. Схема Основная масса современных аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств выполняется на специализированных микросхемах...

Признаки классификации безопасности Можно выделить следующие признаки классификации безопасности. 1. По признаку масштабности принято различать следующие относительно самостоятельные геополитические уровни и виды безопасности. 1.1. Международная безопасность (глобальная и...

Прием и регистрация больных Пути госпитализации больных в стационар могут быть различны. В цен­тральное приемное отделение больные могут быть доставлены: 1) машиной скорой медицинской помощи в случае возникновения остро­го или обострения хронического заболевания...

ПУНКЦИЯ И КАТЕТЕРИЗАЦИЯ ПОДКЛЮЧИЧНОЙ ВЕНЫ   Пункцию и катетеризацию подключичной вены обычно производит хирург или анестезиолог, иногда — специально обученный терапевт...

Факторы, влияющие на степень электролитической диссоциации Степень диссоциации зависит от природы электролита и растворителя, концентрации раствора, температуры, присутствия одноименного иона и других факторов...

Йодометрия. Характеристика метода Метод йодометрии основан на ОВ-реакциях, связанных с превращением I2 в ионы I- и обратно...

Броматометрия и бромометрия Броматометрический метод основан на окислении вос­становителей броматом калия в кислой среде...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.009 сек.) русская версия | украинская версия