Жизнь науки
Шрифт:
Это воззрение отпраздновало свой полный триумф, когда Герц смог причислить к электромагнитным явлениям такое явление природы, как свет, который был в то время полной загадкой. После того как Максвелл высказал догадку, что свет является векторным полем (он смог вычислить скорость света, исходя только из чисто электрических измерений Коль-рауша), Герц произвел свой опыт с «потоком электрической напряженности», который прямо продемонстрировал, как излучение отражается, преломляется, фокусируется подходящим вогнутым зеркалом и распространяется в пространстве со скоростью света. Воспроизведенные Герцем электрические волны имели длину волны порядка нескольких метров. От них почти через непрерывную цепь явлений, связанных с тепловым излучением, или инфракрасными волнами, можно перейти к собственно свето-ным волнам, длина которых все еще составляет несколько микрон (ja). В качестве наибольшего и наиболее грубого звена этой цепи в дальнейшем (причем непосредственно исходя из опытов Герца) были добавлены волпы беспроволочной телеграфии, длина которых исчисляется километрами (с кораблей посылают сообщения
Герц умер 1 января 1894 г. в возрасте 37 лет. Можно было бы думать, что работы Герца в последние годы его короткой жизни, а также работы его последователей были посвящены дальнейшим экспериментам с волнами для уточнения и упрочения теории электромагнитных волн. Однако уже последняя экспериментальная работа Герца «Относительно прохождения катодных лучей через тонкие металлические слои» (1891 г.) была нацелена в другом направлении.
В теории поля главное внимание стали обращать не на разъяснение причины отклонения силовых линий и обсуждение регулярного распространения поля; теперь стало существенным изучить сингулярности поля, заряды. Лучшие возможности для такого изучения представляет катодная трубка, высоко эвакуированная заряженная трубка, еще более сильно выкачанная, чем так называемая трубка Гейсслера. Здесь получается электричество в «чистом виде», не отягощенное обычным веществом и к тому же прямолинейно движущееся с предельной скоростью: катодные лучи — корпускулярные потоки отрицательного электричества. Правда, сам Герц, а также вначале и его выдающийся ученик Ленард придерживались прямо противоположного представления, считая, что эти лучи имеют волновой характер; однако Герц сознавал значение в будущем исследований с катодными лучами. Этому он содействовал собственными руками, поскольку сам отвлек внимание людей от только что созданных своих работ и наделил ученых следующего поколения на решение новых задач: не распространение силовых линий, а источник их возникновения — заряд будет более интересен для последующего. Завершение Герцем собственно максвелловской теории придало последней колоссальную практическую ценность (например, для электротехники, радиотелеграфной связи), причем теория в завершенном виде позволяет в этих случаях удобным способом определять среднее значение электрических величии. Однако для более глубокого проникновения в отдельные детали, для более ясного понимания элементарных актов требуется более углубленное представление. Место максвелловской электродинамики занимает лорен-цовская электродинамика, а место непрерывного поля — дискретный атомизм электричества. Таким образом, вместо теории дальнодействия и теории полевого взаимодействия появляется атомистическое представление электромагнетизма — электронная теория.
Атомизм вещества был установлен настолько глубоко, насколько это удавалось химической науке; без такого атомизма теряет свой смысл фундаментальный закон химии — закон кратных отношений. Однако нельзя сказать, что не было противников атомистических воззрений. Таким противником был Гёте; однако факты —в особенности факт возможности разложения вещества свидетельствовали против Гёте, разрушали чисто мысленные человеческие построения. Точно так же и довольно крупный ученый и философ Мах рассматривал «атомистическую гипотезу» как нечто преходящее. Он предпочитал описывать процессы, исходя из представлений о непрерывности вещества и непрерывных законов взаимодействия. Последним (среди достойных внимания) противником представления об атоме был энергетик Оствальд.
В настоящее время ввиду убедительных успехов применения атомистических взглядов во всех областях физической науки замолкли всякие возражения против атомистических воззрений. Этому во многом содействовало исчерпывающее объяснение броуновского движения, чем со всей очевидностью была подтверждена та часть атомистической гипотезы, которая касалась наличия теплового движения в жидкости. Не менее внушительным свидетельством в пользу атомистического строения твердого тела явилось открытие Лауэ, о котором мы будем говорить в гл. IV...
Из атомизма вещества вытекает как необходимое следствие атомизм электричества. Это одновременно было высказано Гельмгольцем и Стоне-ем. В своем докладе на Фарадеевском чтении в 1881 г. Гельмгольц, основываясь на открытом и математически сформулировапном Фарадеем правиле электролиза, сказал: «Если принять существование атомов химических элементов, то нельзя удержаться от того, чтобы не сделать дальнейшего заключения, что также и электричество, как положительное, так и отрицательное, распадается на определенные элементарные кванты, которые ведут себя как атомы электричества. Каждый ион, до тех пор пока он движется в жидкости, каждой своей валентностью остается связан с электрическим эквивалентом»...
ШРЕДИНГЕР
Эрвин Шредпнгер родился в Вене. Там же он и учился сначала в гимназии, затем в университете, который окончил в 1910 г. Посвятив себя теоретической физике, Шредпнгер вскоре стал профессором в Бреславле (ныне Вроцлав), потом в Цюрихе, где до него работал Эйнштейн. Именно в Цюрихе были сделаны работы Шредингера, приведшие к открытию основного уравнения нерелятивистской квантовой механики — волнового уравнения, которое теперь называют его именем. Создание квантовой механики было отмечено Нобелевской премией 1933 года, которую Шредингер разделил с Дираком.
В 1927 г. Шредингер был приглашен на кафедру теоретической физики в Берлин, кафедру, которую до него занимал Планк. С приходом к власти Гитлера Шре-дипгер покинул фашистскую Германию и принял приглашение в Оксфорд. В 1936 г. он ненадолго вернулся в Австрию, заняв кафедру в Граце; однако после аншлюса вынужден был снова покинуть свою страну. На этот раз Шредингер переехал в Ирландию, в Институт фундаментальных исследований в Дублине. В 1947 г. он, наконец, вернулся на родину. Но его здоровье уже было подорвано» и поело продолжительной болезни он скончался в Вене.
Мы приводим предисловие и предметный указатель содержания к сборнику работ Шредипгера «Труды по волновой механике» (1928) и предисловие и введение к небольшой кииге «Что такое жизнь с точки зрения физики» (1948).
Этот сборник с шестью работами появился вследствие большого спроса на оттиски данных работ. По отношению к этим работам справедливы слова, недавно сказанные автору одной молодой особой: «Наверное, начиная, Вы и не думали, что из этого выйдет такая умная вещь!» Это высказывание, к которому я полностью присоединяюсь при надлежащем смягчении лестного для меня эпитета, должно напомнить читателю о том, что собранные в этом томике работы возникали последовательно: результаты более поздних работ были при написании ранних работ автору часто еще неизвестны. Вследствие этого материал, к сожалению, не всегда изложен в систематическом порядке, а кроме того имеет место постепенное развитие представлений, которое (вследствие простой перепечатки статей) не могло быть учтено путем изменения или шлифовки предыдущих разделов. Чтобы несколько уменьшить трудности, стоящие перед читателем, статьям предпослан предметный указатель содержания.
Прп перепечатке оригинальных работ без каких-либо изменений вовсе не имелось в виду, что уже удалось создать окончательную физическую теорию, которая допускает и требует дальнейшего развития, но не может быть подвергнута изменению в своих основных представлениях. Наоборот, простое воспроизведение оказалось предпочтительным потому, что прп настоящем положении невозможно дать ни лучшего, ни, тем более, окончательного изложения теории.
Наряду с новой сквозной нумерацией страниц сохранена также (за исключением краткой заметки в «Naturwissenschaften») нумерация страниц оригинальных статей, облегчающая нахождение ссылок. В предметном указателе страницы указаны по новой, сквозной нумерации. [В данном издании указания на страницы опущены.— Ред.].
Цюрих, ноябрь 1926 г.
Гамильтонова оптико-механическая аналогия есть аналогия с геометрической оптикой, поскольку траектория изображающей точки в конфигурационном пространстве соответствует в оптике лучу света, который определен лишь в рамках геометрической оптики. Представления волновой оптики ведут к отказу от понятия траектории, если размеры траектории невелики по сравнению с длиной волны. Только тогда, когда это так, остается приближенно применимым понятие траектории и с ним вся классическая механика. Напротив, для «микромеханических» движений основные уравнения механики неприменимы в той же степени, что и геометрическая оптика для решения дифракционных задач, и вместо основных уравнений механики следует, как и в оптике, пользоваться волновым уравнением в конфигурационном пространстве. Это уравнение сформулировано сначала для чисто периодических, синусоидальных во времени колебаний; его можно вывести также из «вариационного принципа Гамильтона». Оно содержит параметр Е, соответствующий при переходе к макроскопическим задачам механической энергии и для каждого синусоидального во времени колебания равный частоте, умноженной на постоянную Планка А. Решения, которые вместе со своими производными во всем конфигурационном пространстве одпозпачны, непрерывны и ограниченны (конечны), могут быть у волнового, или колебательного, уравнения в общем случае только при некоторых избранных значениях параметра Е — при собственных значениях. Они образуют «спектр собственных значений», который часто наряду с дискретными точками («линейчатый спектр») содержит также непрерывные части («сплошной спектр», в большинстве формул не учитываемый). Собственные значения либо совпадают с энергетическими уровнями (спектроскопическими «термами», умножен-нымп на h) прежней квантовой теории, либо отличаются от них в согласии с опытом (невозмущениое кеплерово движение, гармонический осциллятор, жесткий ротатор, нежесткий ротатор, эффект Штарка). Указанные отличия состоят в появлении нецелых квантовых чисел (а именно, половпн печетных чисел) у осциллятора и ротатора и в отсутствие «избыточных» уровней в задаче Кеплера (а именно, уровней с исчезающим азимутальным, или экваториальным, квантовым числом). В этом пункте имеется согласие с квантовой механикой Гейзенберга, что допускает общее обоснование квантовой и волновой механики.