Kvant nəzəriyyəsi nəşr olundu - Tarix

Kvant nəzəriyyəsi nəşr olundu - Tarix

Alman fizik Maks Plank kvant nəzəriyyəsini nəşr etdi.

Erwin Schrödinger

Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger ( Böyük Britaniya: / ˈ ʃ r ɜː d ɪ ŋ ər /, ABŞ: / ˈ ʃ r oʊ -/ [3] Alman: [ˈƐɐ̯viːn ˈʃʁøːdɪŋɐ] 12 Avqust 1887 - 4 Yanvar 1961), bəzən kimi yazılır Erwin Schrodinger və ya Erwin Schroedinger ("oe", almanca "ö" sözünün düzgün tərcüməsidir), kvant nəzəriyyəsində bir sıra əsaslı nəticələr əldə etmiş, Nobel mükafatlı Avstriyalı fizik idi: Schrödinger tənliyi sistemin dalğa funksiyasını hesablamaq üçün bir yol təqdim edir. zamanla dinamik olaraq necə dəyişir.

Bundan əlavə, fizikanın müxtəlif aspektləri ilə bağlı bir çox əsərin müəllifi idi: statistik mexanika və termodinamika, dielektriklərin fizikası, rəng nəzəriyyəsi, elektrodinamik, ümumi nisbilik və kosmologiya və birləşmiş sahə nəzəriyyəsi qurmaq üçün bir neçə cəhd etdi. Kitabında Həyat nədir? Schrödinger, həyat fenomeninə fizika baxımından baxaraq genetik problemlərə müraciət etdi. Elmin fəlsəfi aspektlərinə, qədim və şərq fəlsəfi anlayışlarına, etikaya və dinə böyük diqqət yetirirdi. [4] Fəlsəfə və nəzəri biologiya mövzusunda da yazdı. "Schrödinger pişiyi" düşüncə təcrübəsi ilə də tanınır. [5] [6]


Kvant Mexanikasının tarixi

Neytron 1932 -ci ilə qədər kəşf edilməmişdir, buna görə kvant nəzəriyyəsinin başlanğıcını 1859 -cu ilə qədər izləyirik.

1859 -cu ildə Gustav Kirchhoff qara cisim radiasiyası haqqında bir teorem sübut etdi. Qara cisim, üzərinə düşən bütün enerjini mənimsəyən və heç bir işığı əks etdirmədiyi üçün müşahidəçiyə qara görünən bir cisimdir. Qara cisim də mükəmməl bir yayıcıdır və Kirchhoff sübut etdi ki, E E E enerjisi yalnız T T T temperaturuna və yayılan enerjinin v v v tezliyinə bağlıdır.

Fizikləri J J J funksiyasını tapmağa çağırdı.

1879 -cu ildə Josef Stefan, təcrübi əsaslarla, isti bir cisim tərəfindən yayılan ümumi enerjinin temperaturun dördüncü gücünə mütənasib olduğunu irəli sürdü. Stefanın ifadə etdiyi ümumilikdə bu yalandır. Eyni nəticəyə 1884 -cü ildə Ludwig Boltzmann, qara cisim radiasiyası üçün, bu dəfə termodinamik və Maksvellin elektromaqnit nəzəriyyəsindən istifadə edən nəzəri mülahizələrdən gəlmişdi. İndi Stefan-Boltzmann qanunu olaraq bilinən nəticə, müəyyən dalğa uzunluqları ilə bağlı suala cavab vermədiyi üçün Kirchhoffun çağırışına tam cavab vermir.

1896 -cı ildə Wilhelm Wien Kirchhoff probleminin həllini təklif etdi. Lakin onun həlli dalğa uzunluğunun kiçik dəyərləri üçün eksperimental müşahidələrlə çox yaxından əlaqəli olsa da, Rubens və Kurlbaumun uzaq infraqırmızı şüalarında parçalandığı göstərildi.

Heidelbergdə olan Kirchhoff, Berlinə köçdü. Boltzmann, Heidelberg'dəki kürsüsünü təklif etdi, amma imtina etdi. Kreslo daha sonra təklifi rədd edən Hertzə təklif edildi, buna görə də bu dəfə Plank'a təklif edildi və o da qəbul etdi.

Rubens 1900 -cü ilin oktyabrında Plankı ziyarət etdi və nəticələrini ona izah etdi. Rubensin Plankın evindən çıxmasından bir neçə saat sonra Planck, Kirchhoffun J J J funksiyasının düzgün formulunu tapdı. Bu fərziyyə bütün dalğa uzunluqlarında eksperimental dəlillərə çox uyğun gəldi, lakin Plank bununla kifayətlənmədi və düsturun nəzəri mənasını verməyə çalışdı. Bunun üçün o, ümumi enerjinin bir -birindən fərqlənməyən enerji elementlərindən - enerji kvantlarından ibarət olduğunu zənn etmək üçün misli görünməmiş bir addım atdı. O yazdı

Planck özü Boltzmanna statistik metodu üçün kredit verdi, lakin Planckın yanaşması kökündən fərqli idi. Ancaq nəzəriyyə indi təcrübədən yayındı və heç bir eksperimental əsası olmayan bir fərziyyəyə söykəndi. Plank bu əsəri üçün 1918 -ci ildə Fizika üzrə Nobel Mükafatını aldı.

1901-ci ildə Ricci və Levi-Civita nəşr olundu Mütləq diferensial hesablama. 1869 -cu ildə Christoffelin "kovariant fərqləndirmə" ni kəşf etməsi, Ricci -nin tensor təhlili nəzəriyyəsini n n ölçülərdə Riemann məkanına yaymasına imkan verdi. Ricci və Levi-Civita təriflərinin bir tensorun ən ümumi formulunu verəcəyi düşünülürdü. Bu iş kvant nəzəriyyəsi nəzərə alınmaqla edilməmişdir, lakin tez -tez olduğu kimi, fiziki nəzəriyyəni təcəssüm etdirmək üçün lazım olan riyaziyyat tam doğru anda ortaya çıxmışdır.

1905 -ci ildə Einstein fotoelektrik effekti araşdırdı. Fotoelektrik effekt, müəyyən metallardan və ya yarımkeçiricilərdən işığın təsiri ilə elektronların ayrılmasıdır. İşığın elektromaqnit nəzəriyyəsi eksperimental dəlillərlə ziddiyyət təşkil edir. Eynşteyn çətinliyi həll etmək üçün kvant işıq nəzəriyyəsini irəli sürdü və sonra Plank nəzəriyyəsinin işıq kvant hipotezindən gizli istifadə etdiyini başa düşdü. 1906 -cı ilə qədər Einstein, changes hslash v ℏ v çoxluqları olan atlamalardakı dəyişikliklərdə kvant material osilatorunda enerji dəyişikliklərinin meydana gəldiyini düzgün təxmin etdi, burada ℏ hslash ℏ Planckın azalmış sabitidir və v v v tezlikdir. Einstein, 1922 -ci ildə fotoelektrik effekti üzərində çalışdığı üçün Fizika üzrə 1921 Nobel Mükafatını aldı.

1913 -cü ildə Niels Bohr hidrogen atomu ilə bağlı inqilabi bir məqalə yazdı. Spektral xətlərin əsas qanunlarını kəşf etdi. Bu əsər 1922 -ci ildə Fizika üzrə Nobel Mükafatını Bohr qazandı. Arthur Compton, 1923 -cü ildə bir fotonun (işıq kvantı) elektrondan səpələnməsi üçün nisbi kinematikanı əldə etdi.

Bununla birlikdə, yeni kvant nəzəriyyəsində bir çox aparıcı fizik üçün böyük narahatlıq verən anlayışlar var idi. Xüsusilə Eynşteyn fizikaya girən 'şans' elementindən narahat idi. Əslində Rutherford, 1900-cü ildə radioaktiv çürüməni müzakirə edərkən kortəbii təsir tətbiq etmişdi. 1924-cü ildə Einstein yazırdı:

Einstein paradoks (ii) qarşısında çaşmışdı və Pauli tezliklə Bohr'a nəzəriyyəsinə inanmadığını söylədi. Əlavə eksperimental işlər qısa müddətdə elektron inancına qarşı hər hansı bir müqaviməti sonlandırdı. Paradoksları həll etmək üçün başqa yollar tapmaq lazım idi.

Bu mərhələyə qədər Evklid məkanında kvant nəzəriyyəsi quruldu və xətti və açısal momentumun Kartezyen tensorlarından istifadə edildi. Lakin kvant nəzəriyyəsi yeni bir dövrə qədəm qoymaq üzrə idi.

1924 -cü ildə başqa bir əsas sənəd nəşr olundu. Satyendra Nath Bose tərəfindən yazılmış və nəşr üçün bir hakim tərəfindən rədd edilmişdir. Bose sonra əlyazmanı Eynşteynə göndərdi, o, Bose əsərinin əhəmiyyətini dərhal gördü və nəşrini təşkil etdi. Bose foton üçün fərqli vəziyyətlər təklif etdi. O, foton sayının qorunmasının olmadığını da irəli sürdü. Hissəciklərin statistik müstəqilliyi əvəzinə, Bose hissəcikləri hüceyrələrə qoydu və hüceyrələrin statistik müstəqilliyindən danışdı. Zaman göstərdi ki, Bose bütün bu məqamlarda haqlıdır.

İş, demək olar ki, eyni vaxtda davam edirdi ki, bu da əsas əhəmiyyətə malik idi. Louis de Broglie'nin bütün hissəciklərə, xüsusən də elektronlara işıq üçün hissəcik-dalğa ikililiyini genişləndirən doktorluq tezisi təqdim edildi. 1926 -cı ildə Schrödinger, hidrogen atomunun tənliyini verən bir məqalə nəşr etdi və dalğa mexanikasının doğulduğunu müjdələdi. Schrödinger, hər bir dinamik dəyişənlə əlaqəli operatorları təqdim etdi.

1926 -cı il, 26 ildən sonra Planck qanununun çıxarılmasının tam həllini gördü. Dirac tərəfindən həll edildi. Həm də 1926 -cı ildə Born ənənəvi fizikanın nedenselliğini tərk etdi. Born toqquşmalardan danışdı

Heisenberg'in işi, Cayley -in 50 il əvvəlki matrislər üzərində apardığı iş nəticəsində mümkün olan matris metodlarından istifadə etdi. Əslində, Heisenberg'in işindən qaynaqlanan 'rəqib' matris mexanikası və Schrödingerin işləri nəticəsində meydana gələn dalğa mexanikası artıq arenaya girdi. Təxminən 25 il sonra Riesz tərəfindən lazımi riyaziyyat hazırlanana qədər bunların ekvivalenti düzgün göstərilməmişdir.

Həm də 1927-ci ildə Bohr, məkan-zaman koordinatlarının və səbəbiyyətin bir-birini tamamladığını bildirdi. Pauli, Bose'un təklif etdiyi əyalətlərdən biri olan Spin'in 1901-ci il Ricci və Levi-Civita işi ilə əhatə olunmayan yeni bir tensora uyğun olduğunu başa düşdü. Ancaq bunun riyaziyyatı 1913 -cü ildə daha ümumi bir araşdırmanın bir hissəsi olaraq 'spinor' təqdim edən Eli Cartan tərəfindən gözlənilən idi.

Dirac, 1928 -ci ildə, xüsusi nisbiliyin Lorentz qrupu altında dəyişməz olan bir şəkildə kvant nəzəriyyəsini ifadə etmək probleminin ilk həllini verdi. O, d'Alembert dalğa tənliyini operator cəbri baxımından ifadə etdi.

Qeyri -müəyyənlik prinsipi hər kəs tərəfindən qəbul edilmədi. Ən açıq rəqibi Einstein idi. 1930 -cu ildə hər ikisinin qatıldığı bir konfransda etdiyi Niels Bohr'a bir problem hazırladı. Eynşteyn bir tərəfində saatı olan radiasiya ilə dolu bir qutu təklif etdi. Saat, bir deklanşör açmaq və bir fotonun qaçmasına icazə vermək üçün hazırlanmışdır. Bir müddət sonra qutunu yenidən çəkin və foton enerjisi və qaçma vaxtı hər ikisi ixtiyari dəqiqliklə ölçülə bilər. Əlbəttə ki, bu, gerçək bir təcrübə deyil, yalnız 'düşüncə təcrübəsi' deməkdir.

Eynşteynin qeyri -müəyyənlik prinsipinə etdiyi bu çağırışdan sonra Niels Bohrun bədbəxt bir axşam keçirdiyi, Einşteynin də xoşbəxt olduğu bildirildi. Ancaq Niels Bohr son zəfərini qazandı, ertəsi gün həllini tapdı. Kütlə, qutunun altına bir kompensasiya çəkisi asmaqla ölçülür. Bu dönüş qutuya bir sürət verir və mövqeyi ölçməkdə bir səhv var. Zaman, nisbiliyə görə, mütləq deyil və qutunun mövqeyindəki səhv, vaxtın ölçülməsində bir xətaya çevrilir.

Eynşteyn qeyri -müəyyənlik prinsipindən heç vaxt razı olmasa da, Bohrun izahatından sonra daha çox hirslə bunu qəbul etməyə məcbur oldu.

1932 -ci ildə fon Neumann kvant nəzəriyyəsini möhkəm nəzəri əsaslara söykəndi. Əvvəlki işlərin bəzilərində riyazi ciddilik yox idi, lakin von Neumann bütün nəzəriyyəni operator cəbrinin qurulmasına qoydu.


Kvant Mexanikasının Qısa Tarixi

İndiyə qədər bu kitab təbiətin davranışına yönəlmişdir. Daha çox şey deyə bilərəm: daha çox ölçü haqqında, daha çox klassik limit haqqında, daha çox amplitüd təyin etmək üçün fərqli qaydalar haqqında və s. Təbiət haqqında daha çox danışmaq əvəzinə insanlardan - insanların kvant mexanikasını necə kəşf etdiklərindən danışacağam.

Xəbərdarlıqlar

Beləliklə, kvant mexanikasının tam tarixi Schr & oumldinger -in bir çox məşuqəsini, Ehrenfestin intiharını və Heisenberqin Nazizmlə əlaqəsini müzakirə etməli olacaq. Birinci Dünya Müharibəsinin elmin inkişafına təsirini müalicə etmək lazımdır. Bir zamanlar kvant mexanikası ilə rəqabət aparan əsas nəzəriyyə olan atomun "Thomson modelini" qeyd etmək lazımdır. Həm nəzəri, həm də təcrübi inkişaflara lazımi əhəmiyyət verməlidir. Deməyə ehtiyac yoxdur, belə bir tam tarix heç vaxt yazılmayacaq və bu qısa əlavələr bu mövzuların əksəriyyətini belə əhatə etməyəcək. Çap olunmuş kitabdakı istinadlar sizi əlavə məlumatlara aparacaq.

Elm tarixçisinin bunlardan da ötəri problemləri var. Hökumətin işi ümumiyyətlə yazılı xatirələr mübadiləsi yolu ilə aparılır və şifahi arqumentlər istifadə edildikdə (Konqres dinləmələrində olduğu kimi) ətraflı yazılı transkriptlər saxlanılır. Hökumət qərarları ilə maraqlanan tarixçilərin onlara daxil olmasını təmin etmək üçün bu qeydlər arxivlərdə saxlanılır. Elm tarixçilərinin belə üstünlükləri yoxdur. Elm işlərinin çoxu qeyri -rəsmi söhbətlər vasitəsi ilə aparılır və ortaya çıxan yazılı məlumatlar, rəqabət aparan alimləri təhqir etməmək üçün tez -tez təmizlənir. Qiymətli şifahi qeyd heç kim kağız üzərində yazmamışdan əvvəl dəfələrlə professordan tələbəyə ötürülür. Təbii ki, hekayələr təkrar -təkrar ötürüldükcə daha yaxşı və daha yaxşı olmağa meyllidir. Bundan əlavə, həyəcan verici hekayələrin təkrarlanmasına və darıxdırıcı hadisələrin unudulmasına meyl var, bu da Darvinistlərin "ən komiklərinin sağ qalmasına" gətirib çıxarır - ən doğrusu deyil.

Nəhayət, bütün tarixi qeydlər süzülüb təhlil edildikdən sonra ümumi sintez və təqdimat problemi qalmaqdadır. Bir çox elmi tarixçi (və hətta daha çox elm adamı), hər bir addımın özündən əvvəlkisindən təbii olaraq getdiyi, elm adamlarının həmişə birgə və fədakarlıqla çalışdıqları və harmoniyanın hökm sürdüyü bir hekayə danışmağı sevirlər. Bu cür hekayələr məni əsəbiləşdirir. Mənə hər axşam televiziyaya gələn və əvvəlki gün üçün Dow -da hər bir enmə və əyrinin səbəbini ətraflı izah edən birja analitiklərini xatırladırlar. Birjanı bu qədər yaxşı tanıyırlarsa, niyə bu barədə mənə danışmaq üçün axşama qədər gözləyirlər? Niyə səhər mənə demirlər ki, mənə xeyir versin? Bu səbəbdən, milyon dollarlıq yaxtalarında dincəlməkdənsə, niyə ümumiyyətlə televiziyada olurlar? Fakt budur ki, elmi tarix, birjalar kimi və gündəlik həyat kimi, nizamlı, ardıcıl bir şəkildə davam etmir. Kvant mexanikasının hekayəsi sərsəmlik, şəxsi mübahisələr, əldən verilmiş və əldən verilmiş imkanlar, həm yaxşı, həm də pis şanslarla dolu bir hekayədir.

Elmin ahəngdar inkişafının şəkərli-şirin hekayələrini çox təhqiramiz hesab etdiyim üçün, hekayəni danışanda qarşıdurmaları, gözlənilməz hadisələri və gözlənilməzlikləri vurğulayıram. Bu səbəbdən söylədiyim hekayə şirin söhbətdən daha doğru deyil, çünki əks istiqamətdə çox uzağa gedirəm. Növbəti hekayəni oxuyarkən unutmayın ki, bu həddən artıq reaksiyadan və bu bölmədə qeyd olunan bütün digər çətinliklərdən əziyyət çəkirəm.

Fizikanın statusu: Yanvar 1900

İstilik radiasiyası

Bu müşahidələr, istiliyin atomların çırpınması kimi düşünülməsi ilə keyfiyyətcə izah edilə bilər: jello kimi, ancaq istilik səbəbiylə titrəmələri görə bilməmək üçün daha kiçik miqyasda. Yüksək temperaturda atomlar həm daha uzağa, həm də daha sürətli çalxalanır. Ardıcıllıq məsafəsi daha isti cisimlərdən daha parlaq radiasiyanı, artan sürət isə rəng dəyişikliyini izah edir.

1900 -cü ildə bir neçə elm adamı bu müşahidələri temperaturun bir funksiyası olaraq istilik radiasiyasının rənginin ətraflı izahına və kəmiyyətcə dəqiq bir formuluna çevirməyə çalışırdılar. 1900 -cü il oktyabrın 1900 -də Berliner Max Planck (42 yaş) təcrübə nəticələrinə mükəmməl uyğun bir düstur açıqladı, lakin onun düstur üçün heç bir izahı yox idi - sadəcə uyğun gəldi. Gec payızda bir izahat tapmaq üçün çalışdı və nəhayət, atom çalçılarının mümkün olan enerjini ala bilməyəcəyini, ancaq müəyyən xüsusi "icazə verilən" dəyərləri qəbul edərək öz formulunu əldə edə bildi. Bu nəticəni 14 dekabr 1900 -cü ildə elan etdi. Bu tarix indi kvant mexanikasının doğum günü sayılır (və yüzüncü ildönümündə böyük bir bayram olacağı dəqiqdir), amma o vaxt heç kim bunu xüsusi olaraq görmədi. Bunu təkcə müasir hesabatlardan deyil, həm də icazə verilən enerji dəyərləri fərziyyəsi heç kimin izləməkdən çəkinmədiyi müəyyən suallar doğurduğu üçün bilirik. Məsələn, ara enerjilər qadağandırsa, jiggler icazə verilən bir enerjidən digərinə necə dəyişir? Yenə də, çırpınan bir atom yalnız icazə verilən müəyyən enerji dəyərlərini qəbul edə bilirsə, atomun ola biləcəyi mövqelərdə və sürətlərdə də məhdudiyyətlər olmalıdır. Onlar nədirlər? Planck heç vaxt öyrənməyə çalışmadı.

Plank kəşfindən otuz bir il sonra yazdı:


Bütün proseduru bir çarəsizlik hərəkəti olaraq xarakterizə edə bilərəm, çünki təbiətcə sülhsevərəm və şübhəli macəralara qarşıyam. Ancaq altı il (1894 -cü ildən bəri) heç bir uğurlu nəticə əldə etmədən radiasiya və maddə arasındakı tarazlıq problemi ilə mübarizə apardım. Bu problemin fizikada əsas əhəmiyyət kəsb etdiyinin fərqində idim və enerji paylanmasını izah edən düsturu bilirdim. . . buna görə də nə qədər yüksək olsa da, hər hansı bir qiymətə nəzəri bir şərh tapılmalı idi.
Daha əvvəl dediklərimdən aydın olmalıdır ki, bu, otuz illik yaxşı düşünmə ilə hazırlanmış gözəl və romantik bir hekayədir. İşdə Werner Heisenberg tərəfindən yazılan başqa bir gözəl hekayə:

1900 -cü ilin yazında ən sıx iş dövründə [Planck] nəhayət bu nəticədən ["icazə verilən" enerjilərdən] qurtulmanın bir yolu olmadığına inandırdı. Plankın oğluna, atasının Grunewaldda, Berlinin ətrafındakı meşədə uzun bir gəzintidə yeni fikirləri haqqında danışdığını söylədi. Bu gedişdə, bəlkə də yalnız Nyutonun kəşfləri ilə müqayisə oluna bilən birinci dərəcə kəşf etdiyini hiss etdiyini izah etdi.
Bu gözəl hekayənin gerçək olmasını istədiyim qədər intensiv iş 1900 -cü ilin yazında deyil, gec payızda baş verdi. Əgər Planck həqiqətən də günortadan sonra oğlunu uzun bir gəzintiyə apardısa, kvant mexanikasını kəşf etdi. , oğlu yəqin ki, tutduğu pis soyuqluğu atasının söylədiyi hər hansı bir ifadədən daha yaxşı xatırlayacaqdı.

Köhnə kvant nəzəriyyəsi

Məsələn, 1905 -ci ildə Albert Einstein (26 yaş) bir işıq şüasının ümumi enerjisinin kəmiyyətlə ölçüldüyünü irəli sürdü. Yalnız bir il sonra diatomik qazların istilik/temperatur tapmacasını izah etmək üçün kvantlaşdırma fikirlərindən istifadə etdi. Bundan beş il sonra, 1911 -ci ildə, Münhendəki Arnold Sommerfeld (43 yaş) mövqe və sürət üçün enerjinin miqdarının təsirləri üzərində işləməyə başladı.

Elə həmin il İngiltərənin Mançester şəhərində təcrübə aparan Yeni Zelandiyalı Ernest Rutherford (40 yaşında) atom nüvəsini kəşf etdi - yalnız kvant mexanikasının inkişafının bu nisbətən gec mərhələsində fiziklər hətta atomun keyfiyyətcə doğru təsəvvürünə sahib oldular. ! 1913 -cü ildə, yaxınlarda Rutherford laboratoriyasında işləyən bir danimarkalı Niels Bohr (28 yaş), hidrogen atomu üçün kvantlaşdırma fikirləri təqdim etdi. Onun nəzəriyyəsi, boşaltma borusunda hidrogenin parladığı rəngləri izah etməkdə olduqca müvəffəqiyyətli idi və köhnə kvant nəzəriyyəsini inkişaf etdirmək və genişləndirməkdə böyük maraq oyatdı.

Bu inkişaf 1914 -cü ildə Birinci Dünya Müharibəsinin başlaması ilə əngəlləndi, lakin tamamilə dayandırılmadı. Müharibə zamanı (1915 -ci ildə) William Wilson (40 yaşında, İngiltərənin Cumberland bölgəsində, Londonda King's College -də işləyir) mövqe və sürət üçün enerji kvantizasiyasının təsiri və Sommerfeld də işini bu istiqamətdə davam etdirdi.

1918 -ci ildə atəşkəsin gəlməsi ilə kvant mexanikasında işlər sürətlə genişləndi. Bir çox nəzəriyyə irəli sürüldü və bir çox təcrübə edildi. Yalnız bir misal çəkmək üçün, 1922 -ci ildə Otto Stern və aspirantı Walther Gerlach (34 və 23 yaş) bu kitabın kvant mexanikasını təqdim etməsi üçün çox vacib olan əhəmiyyətli təcrübələrini həyata keçirmişlər. Jagdish Mehra və Helmut Rechenberg, kvant mexanikasının möhtəşəm tarixində, bu nöqtədəki vəziyyəti yaxşı təsvir edirlər:


1922 -ci ildən 1923 -cü ilə qədər olan ilin sonunda, fiziklər helium problemi və anormal Zeeman effektləri problemi kimi həll edilməmiş problemlərin ətraflı həllinə böyük həvəslə baxdılar. Ancaq bir ildən az müddətdə bu problemlərin araşdırılması Bohrun atom nəzəriyyəsinin demək olar ki, tamamilə uğursuz olduğunu ortaya qoydu.

Kvant mexanikasının matris formulu

Heisenberg, xüsusi olaraq təxminlər etmək üçün ümumi üsullarla maraqlanırdı. Enerji, mövqe və ya sürət olsun, icazə verilən fiziki kəmiyyətlərin sistematik cədvəllərini hazırlamağa başladı. Born bu cədvəllərə baxdı və riyazi matrislər kimi şərh oluna biləcəyini gördü. Əlli il sonra matris riyaziyyatı hətta liseylərdə də tədris ediləcək. Ancaq 1925 -ci ildə bu inkişaf etmiş və mücərrəd bir texnika idi və Heisenberg bununla mübarizə etdi. İşi 1925 -ci ilin iyununda kəsildi.

G & oumlttingen'de baharın sonları idi və Heisenberg, çox çalışa bilməyəcəyi qədər şiddətli bir allergiya hücumundan əziyyət çəkirdi. Tədqiqat müdiri Maks Borndan tətil istədi və onu Şimali dənizin qayalı Helgoland adasında keçirdi. Əvvəlcə o qədər xəstə idi ki, yalnız kirayə qaldığı otaqda qalıb dəniz mənzərəsinə heyran qala bilərdi. Vəziyyəti yaxşılaşdıqca gəzməyə və üzməyə başladı. Daha da inkişaf etdirilərək Goethe oxumağa və fizika üzərində işləməyə başladı. Diqqətini yayındıracaq heç bir şeyi olmadığı üçün, G & oumlttingen -də qarşılaşdığı problemlərə sıx diqqət yetirirdi.

Heisenberg, riyaziyyatı təmizləyən və formalaşdırmağı asanlaşdıran əvvəlki əsərini təkrarladı. O, icad etdiyi riyazi sxemin ziddiyyətli ola biləcəyindən və xüsusən də enerjinin qorunması prinsipini poza biləcəyindən narahat idi. Heisenberqin öz sözləri ilə desək:


Bir axşam enerji cədvəlində və ya bu gün dediyimiz kimi, enerji matrisində fərdi terminləri müəyyən etmək üçün hazır olduğum bir nöqtəyə gəldim, indi son dərəcə qeyri -adi hesablamalar silsiləsi hesab olunurdu. İlk terminlər enerji prinsipinə uyğun gələndə, çox həyəcanlandım və saysız hesab səhvləri etməyə başladım. Nəticədə, hesablamalarımın yekun nəticəsi mənim qarşımda dayanana qədər, demək olar ki, səhər saat üçə yaxın idi. Enerji prinsipi bütün şərtlərə uyğun idi və hesablamalarımın göstərdiyi kvant mexanikasının riyazi ardıcıllığından və uyğunluğundan artıq şübhə edə bilmirdim. Əvvəlcə çox narahat idim. Atom hadisələrinin səthindən qəribə gözəl bir interyerə baxdığımı və təbiətin mənim qarşımda belə səxavətlə yaydığı bu riyazi quruluş zənginliyini araşdırmalı olduğumu düşündüyümdə, demək olar ki, əsəbiləşdim. Yata bilməyəcəyim üçün çox həyəcanlı idim və buna görə də, yeni bir gün doğanda, dənizə atılan bir qayaya dırmaşmaq üçün həsrət çəkdiyim adanın cənub ucunu düzəltdim. İndi çox əziyyət çəkmədən etdim və günəşin doğmasını gözlədim.

Yazın sonunda Heisenberg, Born və Pascual Jordan (22 yaş) kvant mexanikasının tam və ardıcıl nəzəriyyəsini inkişaf etdirdilər. (Jordan, Borda bir həmkarı ilə kvant mexanikasını müzakirə etdiyini eşidəndə iş birliyinə girmişdi.)

"Matris mexanikası" və ya "kvant mexanikasının matris formulası" adlanan bu nəzəriyyə bu kitabda təqdim etdiyim nəzəriyyə deyil. Son dərəcə və özünəməxsus riyazi, hətta usta riyaziyyatçılar üçün belə işləmək çətin idi. İndi tam və ardıcıl olduğunu bilsək də, bu, çox sonraya qədər aydın deyildi. Heisenberg Wolfgang Pauli -nin irəliləyişindən xəbərdar idi. (Pauli, 25 yaş, Heisenberg'in Sommerfeld altında birlikdə oxuduqları aspirantlıq illərindəki dostu idi.) Pauli əsəri zövqünə görə çox riyazi hesab etdi və buna "G & oumlttingen'in formal öyrənmə dəlili" adını verdi. 1925 -ci il oktyabrın 12 -də Heisenberg artıq Paulinin dişləyici tənqidinə dözə bilmədi. Pauli -yə yazdı:


Son məktublarınızın hər ikisi ilə əlaqədar olaraq sizə bir xütbə söyləməliyəm və Bavyerada davam etdiyiniz üçün əfv diləməliyəm: Həqiqətən də bir qarğa matçında əylənməyi dayandıra bilməyəcəyiniz bir donuz balığıdır. Kopenhagen və G & oumlttingen -i əbədi olaraq təhqir etməyiniz qışqıran bir skandaldır. Buna icazə verməli olacaqsınız, hər halda, biz pis niyyətdən fizikanı məhv etmək istəmirik. Bizi fizikada heç vaxt yeni bir şey istehsal etmədiyimiz qədər böyük eşşəklər olduğumuza görə qınayanda, bu doğru ola bilər. Ancaq sonra da eyni dərəcədə böyük bir cılızsınız, çünki bunu da etməmisiniz. . . . . . (Nöqtələr təxminən iki dəqiqəlik bir lənəti ifadə edir!) Mənim haqqımda və bir çox salamlar haqqında pis düşünməyin.

Kvant mexanikasının dalğa funksiyası formulu

Bu qeyri -müəyyən fikri dalğa mexanikası nəzəriyyəsinə çevirmək Z & uumlrich -də çalışan bir Avstriyalı Erwin Schr & oumldinger -in üzərinə düşdü. Bunu 1925 -ci il Milad mövsümündə (38 yaşında) İsveçrənin Arosa kurortunda "Vyanadan olan köhnə bir qız yoldaşı" ilə birlikdə etdi, həyat yoldaşı Z & uumlrichdə evdə qaldı.

Bir sözlə, Planck yeni bir fizikaya ilk baxışdan baxdıqdan cəmi iyirmi beş il sonra, bu yeni fizikanın bir deyil, iki rəqabətli versiyası var idi! İki versiya tamamilə fərqli görünürdü və hansının doğru olduğuna dair kəskin bir mübahisə var idi. 1926 -cı ildə nəşr olunan bir dipnotda Schr & oumldinger, matris mexanikası tərəfindən "geri çəkilməsə, ruhdan düşər". Bu vaxt Heisenberg Pauliə (8 iyun 1926) yazdı


Schr & oumldinger nəzəriyyəsinin fiziki hissəsini nə qədər çox düşünsəm, onu o qədər iyrənc görürəm. Schr & oumldinger -in vizuallaşdırma haqqında yazdıqları heç bir məna daşımır, başqa sözlə, bunun bok olduğunu düşünürəm. Onun nəzəriyyəsinin ən böyük nəticəsi matris elementlərinin hesablanmasıdır.
Xoşbəxtlikdən, müzakirələr tezliklə dayandırıldı: 1926 -cı ildə Schr & oumldinger və müstəqil olaraq Caltech -dən Carl Eckert (24 yaş), iki yeni mexanikanın səthi görünüşdə çox fərqli olmasına baxmayaraq bir -birinə bərabər olduğunu sübut etdi. [Ərəb rəqəmlərinin əlavə edilməsi prosesi roman rəqəmlərinin əlavə edilməsi prosesindən çox fərqlidir, amma buna baxmayaraq iki proses həmişə eyni nəticəni verir.] (Pauli də bunu sübut etdi, amma nəticəni heç vaxt dərc etmədi.)

Tətbiqlər

Bohr-Einstein mübahisəsi

Tətbiqlərdə kvant mexanikasının qeyri -adi uğuru hər kəsi məğlub etmədi. Schr & oumldinger, de Broglie və ən çox diqqət çəkən - Einstein daxil olmaqla bir sıra elm adamları, kvant mexanikasının standart ehtimal şərhlərindən narazı qaldılar. Eynşteyn Maks Borna yazdığı məktubda (4 dekabr 1926) məşhur açıqlamasını verdi

Kvant mexanikası çox təsir edicidir. Ancaq daxili bir səs mənə deyir ki, bu hələ əsl şey deyil. Teoriya yaxşı bir şey verir, amma bizi çətinliklə də köhnənin sirrinə yaxınlaşdırır. Bütün tədbirlərdə Onun zar oynamadığına əminəm.
Konkret ifadələrlə desək, Eynşteynin "daxili səsi" onu ölümünə qədər kvant mexanikası və ehtimal şərhini vaxtaşırı detallı şəkildə tənqid etməyə məcbur etdi. Niels Bohr bu tənqidlərə cavab verməyi öhdəsinə götürdü və nəticədə mübadilə indi "Bohr-Einstein müzakirəsi" adlanır. Müzakirənin unudulmaz bir mərhələsində (Beşinci Solvay Konqresi, 1927), Einstein yuxarıda göstərilənə və Bohr -a bənzər bir etiraz etdi.

hər gün dildə Providence-ə atributlar atmaqda, qədim mütəfəkkirlərin artıq çağırdığı böyük ehtiyatlılığa işarə edərək cavab verdi.
Bu iki ifadə tez -tez Eynşteyndən Bohr'a bənzəyir: "Allah kainatla zar oynamır". Bor Eynşteynə: "Allaha necə davranacağını deməyi dayandır!" Əsl mübadilə, parafrazın ifadə edəcəyi qədər dramatik və sürətli olmasa da, yenə də çox qəzəblənmiş Bohrdan möcüzəvi bir əlaqə var idi.

Bohr-Einstein mübahisəsi, kvant mexanikasının yaradıcılarını öz düşüncələrini kəskinləşdirməyə və ən qeyri-intuitiv vəziyyətlərində nəzəriyyələrinin nəticələri ilə üzləşməyə vadar etməyin faydasına malik idi. Bunun da (mənim fikrimcə) bir fəlakətli nəticəsi vardı: Eynşteyn etirazlarını sırf klassik ifadələrlə ifadə etdiyi üçün, Bohr kvant mexanikasında bir elektronun "həqiqətən klassik" olduğu təsəvvürünü verərək, demək olar ki, klassik terminlərlə cavab vermək məcburiyyətində qaldı. təbiət bu klassik xüsusiyyətləri nə qədər yaxşı müəyyən edə biləcəyimizə məhdudiyyət qoyur. Bu kitabda sizi səhv bir fikir olduğuna inandırmağa çalışdım: bir elektronun dəqiq mövqeyini və sürətini eyni anda ölçə bilməməyimizin səbəbi, bir elektronun eyni anda dəqiq bir mövqeyə və sürətə sahib olmamasıdır. Ölçmə vasitələrimizdə heç bir qüsur yoxdur ki, onlar olmayanları ölçə bilmirlər. Bu sadəcə bir elektronun xarakteridir - bir elektron yalnız daha kiçik, daha sərt bir mərmər nəşri deyil. Bu yanlış təsəvvür - kvant dünyasının altında yatan klassik bir dünyanın bu mənzərəsi illərdir özümün kvant mexanikası anlayışımı zəhərləyirdi. Ümid edirəm ki, bundan qaça biləcəksiniz.

Digər tərəfdən, Bohr-Einstein mübahisəsinin də ən azı bir faydalı məhsulu vardı. 1935 -ci ildə Einstein, Boris Podolsky və Nathan Rosen ilə birlikdə kvant mexanikasının nəticələrinin sağlam düşüncəyə tamamilə zidd göründüyü bir vəziyyəti icad etdi. hissəcik uzaqda. Üç elm adamı "Həqiqətin heç bir ağlabatan tərifinin buna icazə verəcəyini gözləmək olmaz" deyən bir məqalə nəşr etdi. Bohr yenidən cavab verdi və məsələ kvant mexanikasının təməlləri ilə deyil, tətbiqləri ilə haqlı olaraq məşğul olan əksər fiziklər tərəfindən unuduldu. Ancaq fikirlər tamamilə yox olmadı və nəticədə John Bellə olan marağı artırdı. 1964-cü ildə Bell, Einstein-Podolsky-Rosen vəziyyətindən istifadə edərək, yalnız klassik mexanika deyil, hər hansı bir deterministik sxem üçün müəyyən uzaq ölçülərin nəticələri haqqında bir teorem hazırladı. 1982 -ci ildə Alain Aspect və iş yoldaşları Bell teoremini sınadılar və təbiətin həqiqətən də Eynşteynin (və başqalarının!) Bu qədər ziddiyyətli olduğunu düşündükləri kimi davrandıqlarını tapdılar.


Məzmun

Eynşteynin elmi kəşflərinin aşağıdakı xronologiyası, aşağıda sadalanan nəşrlər üçün bir kontekst təmin edir və əsərlərində işləyən əsas mövzuları aydınlaşdırır. İlk dörd yazı Annus Mirabilis sənədlərindən və ya möcüzə ili sənədlərindən gəlir.

  • 1905 -ci ildə Einstein kvant nəzəriyyəsinin əsasını təşkil edən elektromaqnit şüalanması (işıq) ilə əlaqəli elementar bir hissəcik olan fotonun mövcudluğunu irəli sürdü. [2] 1909-cu ildə Eynşteyn, fotonun enerjini də, enerjini də daşıdığını və Plank qanununun dalğa-hissəcik ikililiyi prinsipinin öncüsü olduğunu qəbul edərsə, elektromaqnit şüalanmasının həm hissəciklərə bənzər, həm də dalğa bənzər xüsusiyyətlərə malik olduğunu göstərdi. [3] Bu işinə görə 1921 -ci ildə Fizika üzrə Nobel Mükafatını alacaq.
  • 1905 -ci ildə Eynşteyn, maddənin atomlardan meydana gəldiyinə dair əlavə sübutlar verən bir cisimlə molekulyar toqquşmaların sayındakı dalğalanmalar baxımından Braun hərəkəti nəzəriyyəsini inkişaf etdirdi. Bir neçə həftə əvvəl, ümumi dalğalanma-dağılma teoreminin ilk nümunəsi olan və Avogadro sabitinin yaxşı qiymətləndirilməsinə imkan verən Eynşteyn yayılması üçün əlaqəni əldə etmişdi. [5]
  • 1905-ci ildə Eynşteyn, hərəkətin nisbiliyini işıq sürətinin müşahidə olunan sabitliyi ilə (19-cu əsrin fizikasının paradoksu) uyğunlaşdıran xüsusi nisbilik nəzəriyyəsini inkişaf etdirdi. [6] Xüsusi nisbilik indi fizikanın əsas prinsipidir. Hərəkət edən saatların daha yavaş işlədiyini, hərəkət edən cisimlərin hərəkət istiqamətlərində qısaldılacağını və hadisələrin nizamının mütləq olmadığını eksperimental olaraq təsdiqlədiyi əks fikirlərə malikdir.
  • 1905 -ci ildə Einstein kütlə -enerji ekvivalentliyi anlayışını inkişaf etdirdi. Onun əlaqəsi E = mc 2 maddənin daha sonra atom nüvələrindəki kütləvi qüsurla təsdiqlənmiş bir enerji forması olduğunu irəli sürdü. Nüvə enerjisi və nüvə silahı üçün vacib olan nüvə reaksiyalarında sərbəst buraxılan enerji bu cür kütləvi qüsurlara görə qiymətləndirilə bilər. [7]
  • 1907 -ci ildə və 1911 -ci ildə yenidən Eynşteyn, Plank qanunu ümumiləşdirərək xüsusi istiliklərin ilk kvant nəzəriyyəsini inkişaf etdirdi. [8] His theory resolved a paradox of 19th-century physics that specific heats were often smaller than could be explained by any classical theory. His work was also the first to show that Planck'squantum mechanical lawE=hν was a fundamental law of physics, and not merely special to blackbody radiation. [9]
  • Between 1907 and 1915, Einstein developed the theory of general relativity, a classical field theory of gravitation that provides the cornerstone for modern astrophysics and cosmology. [10] General relativity is based on the surprising idea that time and space dynamically interact with matter and energy, and has been checked experimentally in many ways, [11] confirming its predictions of matter affecting the flow of time, [12]frame dragging, [13]black holes, [14] and gravitational waves. [15]
  • In 1917, Einstein published the idea for the Einstein–Brillouin–Keller method for finding the quantum mechanical version of a classical system. [16] The famous Bohr model of the hydrogen atom is a simple example, but the EBK method also gives accurate predictions for more complicated systems, such as the dinuclear cations H2 + and HeH 2+ . [17]
  • In 1918, Einstein developed a general theory of the process by which atoms emit and absorb electromagnetic radiation (his AB coefficients), which is the basis of lasers (stimulated emission) and shaped the development of modern quantum electrodynamics, the best-validated physical theory at present. [18]
  • In 1924, together with Satyendra Nath Bose, Einstein developed the theory of Bose–Einstein statistics and Bose–Einstein condensates, which form the basis for superfluidity, superconductivity, and other phenomena. [19]
  • In 1935, together with Boris Podolsky and Nathan Rosen, Einstein put forward what is now known as the EPR paradox, and argued that the quantum-mechanical wave function must be an incomplete description of the physical world. [20]
  • In the final thirty years of his life, Einstein explored whether various classical unified field theories could account for both electromagnetism and gravitation and, possibly, quantum mechanics. However, his efforts were unsuccessful, since those theories did not match experimental observations. [21]

Most of Einstein's original scientific work appeared as journal articles. Articles on which Einstein collaborated with other scientists are highlighted in lavender, with the co-authors listed in the "Classification and notes" column. These are the total of 272 scientific articles.

Einstein: Antwort auf vorstehende Betrachtung

With the exception of publication #288, the following book chapters were written by Einstein he had no co-authors. Given that most of the chapters are already in English, the English translations are not given their own columns, but are provided in parentheses after the original title this helps the table to fit within the margins of the page. These are the total of 31.

There is also a separate reprint of Appendix II, it being the first published separate edition.

The following books were written by Einstein. With the exception of publication #278, he had no co-authors. These are the total of 16 books.

The following translations of his work were authorized by Einstein.

Index [notes 1] İl Book title Translator Publisher (Location) Classification and notes [notes 4]
Schilpp 128 1920 The Principle of Relativity: Original Papers MN Saha and SN Bose University of Calcutta (Kolkata) Special and general relativity. [270] Includes English translations of (journal) publications #9 and 89, with a historical introduction by PC Mahalanobis. The work of Hermann Minkowski is also included.
Schilpp 130 1920 Relativity, the Special and the General Theory: A Popular Exposition Robert W Lawson Methuen (London) Special and general relativity. Authorized translation of the 5th German edition of Ueber die spezielle und die allgemeine Relativitaetstheorie, gemeinverstaendlich (cf. publications #102, 110, 129). The text also includes Dr. Lawson's biographical sketch of Albert Einstein, a short bibliography on relativity theory and an appendix written for this edition entitled "Experimental confirmation of the general theory of relativity". Up to 10 editions were published by Methuen, the last in 1931.
Schilpp 137 1921 Relativity, the Special and the General Theory: A Popular Exposition RW Lawson Holt (New York) Special and general relativity. Effectively the same as publication #130. Later imprints were Smith (New York, 1931) and Hartsdale House, Inc. (New York, 1947).
Schilpp 138 1921 Teoría de la relatividad especial y general F. Lorente de Nó Peláez (Toledo) Special and general relativity. Spanish translation of publication #129. Two later editions were Ruiz de Lara (Cuenca, 1923) and Medina (Toledo, 1925).
Schilpp 139 1921 Sulla teoria speciale e generale della relatività: Volgarizzazione G. L. Calisse Zanichelli (Bologna) Special and general relativity. Italian translation of publication #129.
Schilpp 140 1921 Teoriia Otnositel'nosti: Obshchedostypnoe Izlozhenie G. B. Itel'son Slowo (Berlin) Special and general relativity. Russian translation of publication #129. Re-published in 1922 with the same imprint.
Schilpp 141 1921 La théorie de la relativité restreinte et géneralisée Mlle. J. Rouviere Gauthier (Paris) Special and general relativity. French translation of publication #129.
Schilpp 142 1921 The Meaning of Relativity: Four Lectures Delivered at Princeton University Edwin P. Adams Princeton University Press (Princeton) Special and general relativity. [271] Reprinted in 1922 and 1923. Also released in 1922 and 1924 under the imprint Methuen (London). Translations are found in publications #166, 167, and 179, whereas the German text is listed as publication #156. A second edition was also released see publication #297.
Schilpp 144 1921 La géometrie et l'expérience Maurice Solovine Gauthier (Paris) General relativity. French translation of publication #143. A second edition was also published by Gauthier in 1934.
Schilpp 145 1921 L'éther et la théorie de la relativité Maurice Solovine Gauthier (Paris) Special and general relativity. French translation of publication #131. Reprinted in 1925.
Schilpp 152 1922 Sidelights on Relativity: I. Ether and Relativity. II. Geometry and Experience GB Jeffrey and W Perrett Methuen (London) Special and general relativity. Translation of publications #131 and 143. Republished in 1923 by Dutton (New York) imprint. The second part, Geometry and Experience, was published separately in 1947 as chapter 8 of Methods of the sciences from the Chicago University.
Schilpp 153 1922 Prospettive Relativistiche dell'Etere e della Geometria R. Cantù and T. Bembo Andare (Milano) Special and general relativity. Italian translation of publications #131 and 143.
Schilpp 154 1922 A Különleges és az Általános Relativitás, Elmélete Unknown Patheon irodalmi (Budapest) Special and general relativity. Hungarian translation of publication #129.
Schilpp 155 1922 O Fizicheskoi Prirodie Prostranstva GB Itel'son Slowo (Berlin) Special and general relativity. Russian translation of publications #131 and #143 under the title "Physical nature of space".
Schilpp 166 1923 Cztery odczyty o teorji Wzglednosci wygloszone w 1921 na Uniwersytecie w Princeton A Gottfryda Renaissance-Verlag (Vienna) Special and general relativity. Polish translation of publication #142.
Schilpp 167 1923 Matematicheskija Osnovy Teorii Otnositel'nosti GB Itel'son Slowo (Berlin) Special and general relativity. Russian translation of publication #142.
Schilpp 169 1923 [A Popular Exposition of the Special and General Theories of Relativity] Unknown Gitlina (Warsaw) Special and general relativity. Yiddish translation (in Hebrew characters) of publication #129.
Schilpp 179 1924 Quatre conférences sur la théorie de la relativité, faîtes à l'université de Princeton Maurice Solovine Gauthier (Paris) Special and general relativity. French translation of publication #142. A second printing was dated 1925.
Schilpp 189 1925 Sur l'électrodynamique des corps en mouvement Maurice Solovine Gauthier (Paris) Special relativity. French translation of publications #9 and 10, part of the series Maîtres de la pensée scientifique.
Schilpp 198 1926 Investigations on the Theory of the Brownian Movement (R. Fürth, ed.) AD Cowper Methuen (London) Statistical mechanics. English translation of publication #157. Also published under the Dutton imprint in New York.
Schilpp 215 1928 Al Torath Ha-Yahasiuth Ha-Peratith Weha-Kelalith (Harzaah Popularith) Jacob Greenberg Dvir (Tel Aviv) Special and general relativity. Hebrew translation of publication #129.
Schilpp 280 1938 Drie Eeuwen Physica van Galilei tot Relativiteitstheorie en Quantumtheorie MC Geerling Centen (Amsterdam) History of physics. Dutch translation of publication #279.
Schilpp 281 1938 L'évolution des idées en physique des premiers concepts aux théories de la relativité et des quanta Maurice Solovine Flammarion (Paris) History of physics. French translation of publication #279.
Schilpp 304 1948 El Significado de la Relatividad Dr. Carlos E. Prelat Espasa-Calpe (Buenos Aires) Special and general relativity. Spanish translation of publication #297.

  1. ^ abcd These Index numbers are taken from: 1. Schilpp reference cited in the Bibliography, pp. 694–730. 2. The Collected Papers of Albert Einstein published by Princeton University Press, which are indicated by a CP in italic type, the volume number in boldface type, and by the article number within that volume. 3. Albert Einstein: A Bibliography of His Scientific Papers, 1901-1954, by Ernst Weil, which are indicated by "Weil #" where # is the article number within that reference. A “principal work” is marked by an asterisk (*), for example, Weil *235.
  2. ^ abcd The translations of article titles are generally taken from the published volumes of Einstein's collected papers. For some articles, however, such official translations are not available unofficial translations are indicated with a § superscript.
  3. ^ The volume number is given in boldface type. Terms such as "ser. 4" in the journal name refer to the seriya of the journal, which is a grouping of volumes. For example, a journal may appear in yearly volumes for 60 years (volumes 1–60), then start its volume numbering anew in a second series.
  4. ^ abcd The subject classification of Einstein's articles are the first item, and are indicated in boldface type. Any co-authors are always indicated by the second item.

The following references are drawn from Abraham Pais' biography of Albert Einstein, Subtle is the Lord see the Bibliography for a complete reference.


What is Quantum Field Theory?

Quantum field theory is a theory that tries to explain what happens to the fields of particle systems when there are collisions and tries to know what they will become. Although it sounds very complicated, this theory was very important when it was created since the classical field theory that was had until that moment could not describe such events. What quantum field theory does is take the classical fields and convert the magnitudes of the forces into quantum operators. That is, it applies the quantization rules to the system of a classical field theory. From this, operations could be carried out, and the collisions of certain particles predicted, which allowed us to have a great understanding of the particle field systems and how they were created and destroyed. All this sounds very far-fetched, and in fact, it is. To understand this theory, we need to have very complex physics concepts, but let’s get to the point: what is this theory for, and how was it born?

Tarix

Taking into account the notions of the theory of relativity, quantum field theory was developed at the same time as quantum mechanics to explain the aforementioned atomic phenomena. This happened between 1920 and 1930 people like Schrödinger and Paul Dirac created the first equations to describe the motion of quantum particles. Although they were very ingenious, their mathematical formulas could not explain all the processes and had limitations and certain inconsistencies. Later, the first example of a quantum field theory with electromagnetic radiation was created, and the quantization rules were applied to the electromagnetic field. The results of this represented a breakthrough, and the wave equations that were in effect at the time were viewed from different points of view. It was after this event that the famous quantization rules were applied to particle fields, obtaining consistent results and equations. In this new reinterpretation, many prominent physicists participated. Among them were scientists like Robert Oppenheimer , Victor Weisskopf, and others.

Despite these advances, the theory continued to have problems that could not yet be explained, but it was not until 1940, when quantum electrodynamics was developed, that many problems could be solved. This development was made possible by Richard Feynman, who made diagrams that laid many foundations for quantum field theory, and which we call “Feynman diagrams.” In the following years, the scientists dedicated themselves to trying to apply everything that had been developed. However, it was not until 1970 that the standard model of particle physics was fully established, which was a model that helped many technological advances. In that same decade, a series of experiments and developments began that managed to unify an understanding of this theory and all that it implies. The scientists of the moment concluded that we do not know what happens at distances much smaller than those that we can observe directly.

Applications of Quantum Field Theory

The applications that this theory has in the field of physics are many, and different things have been studied under the magnifying glass of this concept. One of them is high-energy physics, which allowed the development of advances and theories regarding the matter and its interactions. It has also been possible to develop advances in the physics of solid matter because, with this theory, it has been possible to study the particles of condensed matter, their interactions, and how they behave in different circumstances.

Within the field of condensed matter physics, advances have been made in matters such as superconductivity, the quantum Hall effect or ferromagnetism, and antiferromagnetism. These are necessary to understand the behavior of particles and their interactions in the environment. Also, the standard models of particles have been studied under the magnifying glass of quantum field theory, and this theory is also behind significant advances such as the Higgs Boson and other super instruments to understand the mechanics of particles and their quantum behavior.

Without a doubt, quantum field theory is a difficult subject to understand. Still, it is extremely important in the field of physics and the advances we have in understanding the behavior of particle fields. Thanks to this concept, discoveries and technologies continue to be developed. These developments allow us to continue making advances in our knowledge of nature and its components. If you are really interested in finding out more about this topic, we recommend that you continue investigating, as it is an incredibly complex and challenging concept to understand.


Quantum Theory

With the turn of the 20th century, the field of physics underwent two major transformations, roughly at the same time. The first was Einstein's General Theory of Relativity, which dealt with the universal realm of physics. The second was Quantum Theory, which proposed that energy exists as discrete packets—each called a "quantum." This new branch of physics enabled scientists to describe the interaction between energy and matter down through the subatomic realm.

Einstein saw Quantum Theory as a means to describe Nature on an atomic level, but he doubted that it upheld "a useful basis for the whole of physics." He thought that describing reality required firm predictions followed by direct observations. But individual quantum interactions cannot be observed directly, leaving quantum physicists no choice but to predict the probability that events will occur. Challenging Einstein, physicist Niels Bohr championed Quantum Theory. He argued that the mere act of indirectly observing the atomic realm changes the outcome of quantum interactions. According to Bohr, quantum predictions based on probability accurately describe reality.

Niels Bohr and Max Planck, two of the founding fathers of Quantum Theory, each received a Nobel Prize in Physics for their work on quanta. Einstein is considered the third founder of Quantum Theory because he described light as quanta in his theory of the Photoelectric Effect, for which he won the 1921 Nobel Prize.

May 15, 1935: The Physical Review publishes the Einstein, Podolsky, and Rosen (EPR) paper claiming to refute Quantum Theory.

Newspapers were quick to share Einstein's skepticism of the "new physics" with the general public. Einstein's paper, "Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?" prompted Niels Bohr to write a rebuttal. Modern experiments have upheld Quantum Theory despite Einstein's objections. However, the EPR paper introduced topics that form the foundation for much of today's physics research.

Einstein and Niels Bohr began disputing Quantum Theory at the prestigious 1927 Solvay Conference, attended by top physicists of the day. By most accounts of this public debate, Bohr was the victor.



Anxieties over Irreducible Chanciness

When quantum theory first emerged as our best theory of fundamental particles, the central role of probabilities in the theory caused much concern. The probabilities associated with the collapse of the wave packet were not of the type always formerly seen.

Prior to quantum theory, the probabilities that had crept into physics could always be thought of as manifestations of our ignorance of the true state of affairs.

We might not know whether a coin will come up heads or tails when tossed, so we say there is a probability of 1/2 on heads. But that probability merely masks our ignorance. If we knew exactly how hard the coin had been flipped, exactly how the air currents in the room were laid out, and a myriad more other details, we could in principle determine exactly whether the coin would be heads or tails.

In quantum theory , when the wave packet collapses, we find different probabilities for the different outcomes. But there is no definite fact of the matter over which we are ignorant. There is no one true, hidden outcome prior to measurement. No further accumulation of information could lessen our ignorance. There is nothing more to know. The best we can say is that each of the position measurements are possible and that they will arise with such and such probability.

It is now a little hard to see why this difference in the probabilities led to so much anxiety among physicists in the 1920s and later. All that has happened is that we have found the world to be a little different from what we expected. We may once have thought probabilities to be expressions of ignorance. We now find that they are irreducible parts of the way the world is put together. Their appearance in theory has nothing to do with what we may or may not know. The world just is fundamentally chancy in certain of its aspects.

The Nineteenth Century View of Causation

The reason, I believe, that this irreducibly chancy character of the world created such anxiety is a legacy of nineteenth century philosophy . In the course of the nineteenth century, the notion of causation had been greatly purified by philosophical analysis. The outcome was a lean account of causation as determinism. Bu causes bu simply means that bu is invariably followed by bu. So for the world to be causal, in this view, simply means that the present state of the world fixes its future state.

". the laws of the external world were also taken to be complete, in the following sense: If the state of the objects is completely given at a certain time, then their state at any other time is completely determined by the laws of nature. This is just what we mean when we speak of 'causality.' Such was approximately the framework of the physical thinking a hundred years ago."

The irreducible probabilities of quantum theory showed that the present state of the world does not fix its future state. The best it does is to give probabilities for different possible futures. Therefore, according to the nineteenth century conception, the world is not causal . Thus the physicists of the 1920s frequently lamented the violation of the "principle of causality."

The consensus now is that their notion of causation was far too narrow . There are notions of causation that cohere perfectly well with irreducible probabilities. Quantum theory does not present a challenge to the cogency of causation. We now think that quantum mechanics does not present a foundational problem in this area. However quantum theory does present some significant foundational problems in related areas. These problems will be the subject of the following chapters. That is the majority view. There is a minority view , which I champion. It regards the 1920s failure of the principle of causality as part of a long history of failure. In this view, the effort to find a principle of causality in nature is actually an effort to conceive an a priori science. Processes in nature are interconnected. But it is not our business to legislate in advance the nature of that connectedness. Perhaps it conforms to something like a principle of causality or perhaps it does not. The long history of our failure to find any well-functioning principle of causality suggests that there is none to be found. It suggests that our efforts are better spent empirically examining how things connect, broadening our conceptions to match and not trying to force them into a mold first devised thousands of years ago. Or that is what I argue in my "Causation as Folk Science." daxilində Philosophers' Imprint, Cild 3, No. 4.


The process of quantum coding

Quantum cryptography is not replacing traditional cryptography rather, it allows for a more secure transfer of the keys used in encoding and decoding. The amount of information which can be transferred using quantum cryptography is not very large or very fast, but it is very secure. The maximum speed, scale and security of the transfer is achieved by sending the secret key using quantum coding, but encoding and sending the data itself using traditional methods and algorithms. This way the users can ensure more privacy by making sure their key is as secure as modern technology can make it, while still transferring the information as quickly as possible.

Thus note than in the discussion that follows, "information exchange" refers just to the secret key, which is later used to decode the bulk of the information, not to the information itself. Many algorithms of encoding and decoding information using a given key have been created already, many years before quantum cryptography came into existence, and so they will not be discussed here.

Outline of the process

In quantum cryptography, data is converted to bits of 0s and 1s, and then transferred using polarized photons. Photons are put into a particular quantum state by the sender and are observed by the recipient. A photon can be in one of four polarizations: 90, 0, 45 and -45 degrees, and can be measured using three different bases: rectilinear (horizontal or vertical), circular (left-circular or right-circular), and diagonal. Only the rectilinear and circular bases are used here. The receiver can distinguish between a 0 and 90 degrees, or -45 and 45 degrees polarizations. Due to the physical principles, a measurement destroys the photon, so it is impossible to carry out both observations.

Thus the receiver not only needs to receive the signals, but also measure them with respect to the correct bases. This information can not be transferred between the sender and the receiver because, if intercepted, would allow a third party to obtain the secret key. Instead, the receiver randomly chooses one of the two: it either distinguishes between a 0 and 90, or -45 and 45 degree polarizations for each signal. Then the receiver contacts the sender, and publicly discusses which type of measurement was done for each bit. The sender confirms which types were correct, and the sender and the receiver both discards the bits that weren't measured accurately. This constitutes the key. (3, 4)

Accuracy and security

Now the two parties must make sure that their keys are the same, but do so in a way that wouldn't violate the security of the transfer. This is a crucial step because there might be errors introduced into the transfer by random noise or by eavesdroppers. To ensure the maximum accuracy without revealing the specific bits received, the sender and the receiver can discuss groups of bits instead of individual ones, and can compare the parity (the remainder when the sum is divided by 2) within those groups. This can even be done in public, as long as the individual bits remain secret. Groups with discrepancies in parity can then be discarded, or broken down into other groups (still ensuring that they are sufficiently large as to not reveal too much), one or more of which is discarded or corrected. In the end this process, if repeated enough times, guarantees that the keys are arbitrarily similar. (1, 7)

Furthermore, if after comparing their groups of bits this way, the sender and the receiver discard an agreed-upon bit, such as the last one, the parity revealed becomes useless to any eavesdroppers. Also, if desired, a publicly chosen hash function, h, can be used to map the string of received bits, x, into h(x), which can now be used as the key instead of x. It can be shown that by doing so, the eavesdropper's expected knowledge of h(x) can get arbitrarily small. (1)


Videoya baxın: Atom Fizikası