*https://www.youtube.com/watch?v=0T0W0-13Faw
**https://300.ya.ru/v_txHkdQp8
таймкоды
00:00:00 Введение в квантовую механику
- 29 июля 1925 года вышла статья Гейзенберга «Квантово-механическая реинтерпретация кинематических и механических соотношений», положившая начало квантовой механике.
- Гениальные идеи не приходят случайно, и статья Гейзенберга стала результатом многолетних исследований.
00:00:43 Развитие идей о квантах
- С 1917 года учёные начали задумываться о природе квантов.
- Макс Планк в 1900 году предположил, что энергия передаётся квантами, введя постоянную Планка.
00:01:52 Модели атомов и взаимодействие с излучением
- Резерфорд предложил модель атома с центральным положительным зарядом и сферическим распределением отрицательного заряда.
- Нильс Бор разработал планетарную модель атома с квантованием.
- Эйнштейн связал коэффициенты излучения и поглощения, предположив, что энергия фотона равна разнице энергий.
00:04:03 Принцип соответствия
- Принцип соответствия утверждает, что новая теория обобщает старые знания, а не отменяет их.
- Новая теория должна содержать старые теории как частные случаи.
00:05:49 Эксперименты со спектрами атомов
- Эксперименты с нагреванием газа и анализом спектральных линий показали, что спектральные линии описываются простыми формулами с целыми числами.
- Эти формулы позволили описать спектральные линии, но их происхождение оставалось неясным.
00:07:04 Подготовка к статье Гейзенберга
- В статье Крамерса и Гейзенберга 1925 года уже использовались Фурье-преобразования и амплитуды вероятности.
- Формировался формализм квантовой механики с операторами и гамильтонианом.
00:09:07 Заключение
- Квантовая механика развивалась постепенно, начиная с 1905 года.
- Учёные собирали данные и строили модели, постепенно переходя к абстракциям и формализму.
- Следующий ролик начнётся с статьи Гейзенберга, знаменующей рождение квантовой механики.
Расшифровка видео
0:00
29 июля 1925 года, 100 лет назад
0:04
практически в печать поступила статья
0:07
Гизенберга, квантово-механическая
0:09
реинтерпретация кинематических и
0:11
механических соотношений.
0:14
С данной статьи берёт своё начало
0:16
квантовая механика, рождение квантовой
0:18
механики.
0:20
Но, как известно, все гениальные идеи,
0:22
они не приходят во сне даже к таким
0:24
гениальным людям, как Гизенберг. Только
0:27
Менделееву таблица приснилась во сне,
0:29
как фрики говорят. Поэтому давайте
0:31
сейчас разберём то, что предшествовало
0:34
этой гениальной статье, которая положила
0:37
начало всему новому разделу физики. И
0:41
философия она тоже задела.
0:44
Но наука строится как пирамида. Нельзя
0:46
перейти к следующей ступени или вообще
0:49
забраться на её вершину, не пройдя все
0:51
предыдущие ступени. Поэтому до
0:53
Гизенберга, начиная с какого,
0:56
с 1917 года примерно,
1:00
люди уже задумывались над тем, что такое
1:02
квант, как бы шли в сторону того, что
1:05
сейчас понимается квантовая механика.
1:07
Это ступеньки пирамиды. И сегодня
1:09
давайте мы по ним пробежимся.
1:11
Чем мыслил Гейзенберг, когда пришёл к
1:13
своей статье нетривиальной?
1:16
Итак, отчёт можно вести даже не с 1913,
1:19
а с 1900 года, когда Макспланк вывел
1:22
свою знаменитую своё знаменитое
1:25
распределение, когда он предположил, что
1:27
энергия должна идти квантами. Вот эта
1:30
знаменитая формула распределения.
1:33
Появляется постоянная, которая
1:35
изначально не рассматривалась серьёзно,
1:37
просто как математический приём, когда
1:39
её потом предполагалось устремить к
1:41
нулю.
1:43
Но, как показали опыта, мы не можем
1:45
устремить H к нулю и получить то, что
1:48
описывается квантовой механикой.
1:50
Далее, Резервфорд. Для того, чтобы
1:53
объяснить рассеивание альфа-частиц на
1:55
атомах, Резервфорд предположил, что атом
1:57
состоит из положительного заряда
2:00
какое-то число N умножи на элементарный
2:02
заряд Е или мину N на Е. В центре этот
2:07
заряд расположен, а вокруг по сфере, в
2:11
сферическом распределении находится
2:12
заряд ми е, ну или наоборот плю е. Ну
2:15
поэтому атом нейтрален в целом.
2:19
И заметьте, чтоли distстрибью, то есть
2:22
равномерно распределённый. Тут пока что
2:23
никаких частиц нет электронов. Пока что
2:27
считается, что есть какое-то центральное
2:29
распределение в небольшом объёме. И
2:31
дальше как сфера такая с равномерным
2:34
распределением отрицательного заряда с
2:37
радиусом R. Всё ещё видите мысли такие
2:40
классические.
2:43
Ну, определили радиус примерно 10-8 см.
2:47
Там Анстрен, да,
2:49
Нильсбор как раз знаменитая планетарная
2:52
модель атома. не собору уже с
2:54
квантованием, когда в центре находится
2:57
положительный заряд, кратный заряд у
2:59
электрона, и электроны как бы вокруг
3:02
него по аналогии с планетами, вокруг
3:05
солнца вращаются.
3:08
Эйнштейн, он уже начал рассматривать
3:10
взаимодействие такого атомобора с
3:13
излучением и через такие относительно
3:16
нетривиальные размышления пришёл таким
3:19
тоже нетривиальным выводом, связывающим
3:21
вот эти коэффициенты Б
3:25
и А
3:27
вынужденного излучения, спонтанного
3:30
излучения, поглощения и тому прочее. И
3:33
он предположил, что энергия фотона, сам
3:36
термин фотон, Эйнштейн как раз вёл, она
3:38
равна разнице энергии. И в законе
3:42
Планка,
3:44
та самая постоянная H, она связывает
3:47
частоту фотона с его энергией. То есть
3:50
Ийнштейн сказал, что не только энергия
3:53
поглощается квантами, но она и
3:55
излучается квантами, в отличие от
3:57
Планка, который немножко всё-таки мыслил
4:00
эти кванты как такую абстракцию
4:02
математическую. Эйнштейн уже всё
4:04
серьёзно воспринимал, но всё равно
4:06
мыслил эти фотоны как классические такие
4:08
ньютоновские частички, не в терминах
4:11
Гизенберга.
4:14
Принцип соответствия. Нельзбор выдвинул
4:16
такую штуку.
4:18
Тоже он помог встановлении квантовой
4:21
механики. По сути, он говорит, что вся
4:23
новая теория, она не как фрики думает,
4:26
что она полностью отменяет всю старую.
4:27
Она как бы обобщает всё старое, всё
4:30
старые знания, старую теорию. Она её не
4:32
перечёркивает. И вся новая теория, она
4:35
должна содержать все старые теории
4:37
просто как частный случай, грубо говоря.
4:40
Так,
4:42
принцип соответствия, да?
4:45
Ну вот как раз написано то, что я своими
4:48
словами озвучил.
4:52
Теория дисперсии.
4:59
Кстати, оборумерса слейтера.
5:06
И чем дальше мы проходим, вот Максборн
5:09
появляется, тем мы видим, что появляются
5:11
такие вещи с двумя индексами. Это ещё
5:15
как бы старая квантовая механика, но
5:16
видим, появляется как бы функция м,
5:20
зависящая как бы от двух чисел: N и
5:21
nштрих.
5:25
Тогда никто, конечно, не мыслил, что это
5:27
матрица. Даже Гизенберг в своей первой
5:29
статье не мыслил, что это матрица, но
5:30
они, видите, появлялись такие величины,
5:33
зависящие от двух индексов ещё до
5:35
фундаментальной статьи Гизенберга. То
5:36
есть не Гизенберг придумал матрицы, то,
5:39
что надо использовать матрица в качестве
5:41
какого-то фундаментального объекта в
5:43
какой-механике.
5:49
Все эти статьи, они идут из рассмотрения
5:52
экспериментов со спектрами атомов,
5:54
которые проводились в то время.
5:55
нагревался газ, водород, скажем, и через
5:58
призму пропускался смотрелось линии
6:01
спектральные и интенсивность этих линий,
6:04
какой частоты спускаются фотоны и какой
6:07
энергии это электромагнитное излучение
6:09
несёт на каждой линии. Одна поярче,
6:12
другая потемнее.
6:15
Все они расположены в строго
6:16
определённых местах. И удивительным
6:18
оказалось, почему именно эти места
6:20
другие. Оказалось, что если найти такие
6:22
простые формулы, где появляются целые
6:25
числа n, nт’трих, то можно очень
6:28
простыми формулами описать эти
6:30
спектральные линии. Но никто не думал,
6:32
откуда берутся эти формулы. И мы начнём
6:35
следующий ролик как раз со статьи
6:38
Гизенберга, с которой берёт своё начало
6:41
сама квантовая механика, как мы её
6:43
понимаем сейчас.
6:45
Вот она поступила в редакцию 29 июля
6:48
1925 года.
6:50
квантово-теоретическая реинтерпретация
6:52
кинематических и механических
6:54
соотношений. Она, конечно, по-немецки
6:56
была написана изначально. Германия тогда
6:59
была ведущим центром науки.
7:04
Но, как я сказал,
7:09
Гизенберг пришёл не просто так к этой
7:11
своей статье.
7:19
Вот статья, например, Крамерса и
7:20
Гизенберга, который датируется январём
7:23
25го, чуть пораньше, да, она относится к
7:26
старой квантовой механике.
7:29
Мы уже видим здесь, что появляется и
7:32
фурье преобразования,
7:35
и всякие коэффициенты при этом фурее
7:38
преобразования, амплитуды вероятности,
7:40
которые потом назовутся. Уже видим, как
7:43
бы вырисовывается формализм.
7:50
Видите знакомые разложение в виде суммы
7:53
плоских волн, разница частот, вот это
7:56
всякое в степени. И уже что-то похожее
7:59
на современную квантовую механику
8:01
появляется.
8:10
Всякие операторы появляются абстрактные,
8:13
хотя они не назывались ещё операторами.
8:17
энергии гомельтониан.
8:19
Всё как бы к этому шло.
8:22
То есть не надо думать, что во сне
8:23
приснилась Гезенбергу эта гениальная
8:25
идея.
8:28
И всё это вывелось из физики и спектров
8:31
атомов.
8:36
годами с 1905 по 1925, фактически 20
8:40
лет, многие учёные собирали эти данные и
8:44
строили сначала какие-то наивные модели,
8:46
вроде планетарные модели атомобора или
8:49
резерфорда, и только потом плавненько
8:51
так перешли к этим абстракциям, к
8:53
преобразованиям фурье,
8:56
к операторам, гомельтонианам, разницей
8:59
энергии,
9:02
величинам с двумя индексами. и тому
9:04
прочее.
9:07
В общем, давайте начнём следующий ролик
9:09
данного цикла с статисти Гизненберга,
9:11
которая знаменует собой рождение
9:13
квантовой механики. И проследим, как в
9:15
течение, буквально там полугода весь
9:17
сложный формализм квантовой механики,
9:19
который сейчас в университетах там год
9:23
учится, грубо говоря, два семестра, он
9:26
сами основателями с нуля был выведен в
9:28
течение там нескольких месяцев,
9:30
полугода. И начнём мы с этой статьи
9:33
основополагающей Гизенберга 1925 года.