Термист Термомеханическое упрочнение арматурного проката технология, средства, разработка

Вероятностный мир

Данин Д.С.

Глава третья. Встреча идей

= 1 =

1 2 3 4 5 6

Надо вновь заглянуть на минуту в осенний Брюссель 1911 года - в маленький зал заседаний 1-го конгресса Сольвея, где виднейшие физики Европы, числом 23, четыре дня вели дискуссию о квантах излучения.

Да, минуты хватит... Нам, в сущности, надо лишь услышать две фразы председательствовавшего Генрика Антона Лоренца. Эйнштейн однажды написал о нем: «Он легко и со спокойной уверенностью владел собой так же, как владел физикой». Но в тот раз уверенного спокойствия не слышалось в голосе Лоренца, особенно когда он произносил совсем неученые слова: «Нас не покидает чувство, что мы находимся в тупике».

Правда, он назвал «лучом света» квантовые построения Планка и Эйнштейна, окрестив их «изящной гипотезой об элементах энергии». Однако тут же, без паузы, высказал свои возражения против этой «изящной гипотезы»: ей не находилось места в той физике, которой он столь легко и непринужденно владел.

Получалось, что луч света вовсе не осветил тупика, а скорее ослепил идущих - заворожил их загадочностью. И теперь нужно было еще вдобавок размышлять, как рождаются эти странные «атомы энергии» - кванты излучения. Теперь следовало искать пути примирения их пунктирного существования с принципом непрерывности в ходе физических событий.

Теперь требовалось доискиваться глубинного смысла новой удивительной константы - мировой постоянной величины! - открывшейся теоретическому взору Планка: квантовой константы h.

Она задавала масштаб дробимости излучения. Взятый столько раз, сколько колебаний совершалось за секунду в электромагнитном поле, этот масштаб определял величину кванта: чем высокочастотней излучение, тем солидней, энергичней, массивней квант. Квант зеленого света больше красного, а ультрафиолетовый - больше зеленого, а рентгеновский превосходит по величине все кванты видимого спектра.

У каждого кванта частота колебаний ν своя, но основа дробности и малости у всех квантов общая. Ею служит величина наименьшего физического действия в природе. Вот для этого–то наименьшего действия Планк и ввел свою константу h. Она по справедливости получила название квант действия.

Эта величина невообразимо мала: 6•10^–27 в единицах грамм–сантиметр–секунда. Ясно, что такую, малость можно измерить только косвенно. Но разные экспериментаторы в разные годы разными путями получили для нее примерно одно и то же значение.

Макс Планк величал квант действия h очень выразительно: «таинственный посол из реального мира».

Явившись на исходе 1900 года и вручив исследователям свои верительные грамоты, он, этот таинственный посол, сначала несмело, а потом все требовательней стал провозглашать неоспоримые права квантовой страны на достойное место в физическом атласе реального мира. И вот через одиннадцать лет великий Лоренц сказал, что «даже скептики должны признать» эту страну.

В разряд скептиков он не мог не включить и самого себя: он, несмотря ни на что, продолжал именовать теорию квантов гипотезой. И уж всего удивительней, что сам Планк в Брюсселе говорил о «таинственном после», явившимся к нему одиннадцать лет назад, как о фигуре не более чем гипотетической.

Таинственная... гипотетическая... - так можно было бы говорить и о скорости света с тех пор, как в теории относительности она получила права универсальной константы c.

Покуда значилась скорость света всего лишь одной из физических скоростей в бесчисленном ряду других - скажем, вроде скорости звука, - не виделось в ней ничего, требующего особого разумения: ну скорость и скорость, только очень уж большая. И вдруг открылось: она - наибольшая из возможных, да еще ей свойственно поразительное постоянство. Дотоле ее измеряли со всевозрастающей точностью, а теперь стали осмысливать со всевозрастающей придирчивостью. Но объявлять ее гипотетической, даже в этой роли мировой константы, кажется, не решался никто из великих классических авторитетов. Это позволяли себе разве что вкладчики «Антирелятивистского акционерного общества с ограниченной ответственностью». Однако физики со свастикой не в счет - их мнение имело и имеет нулевое значение.

Этой константе теории относительности, может быть, больше повезло, чем квантовой константе, оттого что скорость света в пустоте стала достоянием физических экспериментов еще в конце XVII века. Тогда, в ньютоновские времена, порядок ее величины впервые искусно определил датчанин Ромер.

У квантовой константы такой предыстории не было. Не то что двухвековой, а просто никакой.

Не потому ли на 1–м конгрессе Сольвея и не наблюдалось равноправия между детищами Эйнштейна и Планка? Без колебаний говорилось о теории относительности и с колебаниями о гипотезе квантов. Исторически они были ровесницами, и на стороне обоих числилось достоверное оправдание опытом.

И ведь вот что еще не могло не бросаться в глаза: мировые константы c и h - скорость света и квант действия - обладали внутренним сходством. Этому не мешало то, что первая - величина огромная, а вторая - ничтожно малая. Напротив, так тому и следовало быть: обе являли собою пределы возможного в природе. Тем и сходствовали!

Одна задавала верхний предел, другая - нижний. Одна - для физических скоростей, другая - для физического действия. Но обеим не находилось места в традиционной картине движущейся материи: классика таких пределов не предуказывала. По ее законам физически наибольшее убегало в бесконечность, а физически наименьшее стремилось к нулю. А тут две принципиально непреодолимые и четко обозначенные числом границы допустимого: скорости не отыщутся выше c и действия не сведутся к меньшему, чем h.

Наверное, здесь надобны поясняющие слова.

Хоть и не было никакой предыстории у кванта действия, само понятие «действие» могло похвастать очень величественной биографией. С середины XVIII века оно стало одним из главнейших понятий механики. Тот, кто первым вводил его в описание механических событий, мыслил очень зорко.

На сегодняшнем языке физики это звучит так: ничего на свете не происходит без затрат энергии и времени, но особенно важна их совместная трата - их произведение. Оно показывает, что малая энергия за долгое время производит то же действие, что большая энергия за короткий срок. Вот и достойный термин для этого произведения энергии на время: действие.

В XVIII столетии прекрасно образованный драгунский капитан Пьер–Луи де Мопертюи, предпочтя военному ремеслу отшельнические занятия наукой, оставил физике четко сформулированный принцип наименьшего действия:

«Если в природе происходит само по себе какое–либо изменение, то необходимое для этого количество действия есть наименьшее возможное».

...Световой луч, встретив плотное вещество прозрачной линзы, преломится в ней под таким углом, чтобы затрата энергии и времени на пролет через стекло оказалась минимальной.

...Камень, свободно падая на землю, выберет в поле тяготения наименее расточительный путь - отвесный.

Всегда и всюду соблюдается в природе этот принцип. Мопертюи видел в нем метафизическое начало - проявление мудрости создателя - управителя Вселенной: конечно, тому должна была бы претить бесполезная растрата времени и работы (хотя не очень понятно, почему его, всемогущего и вечного, могла одолевать такая мелочная забота). Бывший драгун умирал на руках у двух монахов–капуцинов, веруя, что он сподобился стать глашатаем административной тайны провидения. А столетие спустя, в 40–х годах XIX века, благодаря трудам двух выдающихся математиков - Вильяма Гамильтона в Дублине и Михаила Остроградского в Петербурге - принцип Мопертюи стал руководящим в классической механике. Из него выводились все уравнения движения.

Так слова «наименьшее действие» поселились в физике задолго до Планка. Но они не имели отношения к идее закономерных прерывностей в природе. Напротив, классическое действие менялось непрерывно и запросто могло равняться нулю. Словом, в родословную кванта действия принцип Мопертюи не входил.

Однако же напрашивалась параллель: если классический принцип наименьшего действия универсален - верен и для света, и для камня, и для чего угодно, - почему бы не обладать таким всеобщим значением и неклассическому кванту действия!? Тогда h - универсальная константа не только для всех видов электромагнитного излучения, но и для всех силовых полей вообще, равно как и для вещества.

Планк склонялся к подобному обобщению на 1–м конгрессе Сольвея. И все–таки... и все–таки называл квант действия еще гипотетическим.

А внутреннее сходство между двумя мировыми константами требовало для них и сходства в теоретических судьбах. Открытие предельной скорости c уже привело к созданию новой - релятивистской - механики. Открытие предельного действия h тоже не могло не привести к возникновению новой механики - квантовой. И даже можно было предвидеть, что обе эти механики со временем сольются в одну - квантово–релятивистскую, столь же надежно верную, как классическая механика, но в более широких границах применимости.

Однако так далеко в будущее тогда не заглядывали: ведь квантовой механики еще не существовало. Председательствовавший на конгрессе Лоренц только выдвинул задачу ее создания. И вот тут–то он произнес вторую из обещанных фраз, ради которых заглянули мы на минуту в осенний Брюссель 1911 года:

- Вполне вероятно, что пока происходит коллегиальное обсуждение намеченной проблемы, какой-нибудь мыслитель в уединенном уголке мира уже дошел до ее решения.

Запомним эту фразу, хотя тогда никто еще не дошел...

Больше того, ни на конгрессе, ни за его пределами, по–видимому, никто еще не предполагал, что путь к искомой механике проляжет через атом. И уж того менее - через невозможный, классически обреченный, планетарный атом Резерфорда. Осенью 11–го года не только никто еще «не дошел», но никто и в дорогу–то по–настоящему не собрался. Или - не знал, не ведал, что он в пути...

...Двадцатишестилетний доктор философии из Копенгагена Нильс Бор томился бесплодной стажировкой в Кавендишской лаборатории у Дж.Дж.Томсона.

...Одиннадцатилетний венский гимназист Вольфганг Паули поздними вечерами осваивал звездную карту неба.

...Десятилетний мюнхенский школьник Вернер Гейзенберг охотно разучивал Шуберта на фортепьяно.

...Девятилетний бристольский мальчик Поль Дирак учился отвечать молчанием на претензии старших.

...Трехлетний бакинский малыш Лев Ландау давал окружающим первые уроки духовной независимости.

>>> Читать дальше >>>

Данин Д.С. Вероятностный мир. М: Знание, 1981. - 206 с.

К началу страницы

Web-сайт “Термист” (termist.com)
Термомеханическое упрочнение арматурного проката

Отсутствие ссылки на использованный материал является нарушением заповеди "Не укради"

Редактор сайта: Гунькин И.А. (termist.com@gmail.com)