| Indeks
|
|
|
| Źródło
|
|
|
|
Leon Lederman,
Dick Teresi
BOSKA CZĄSTKA
Jeśli Wszechświat jest odpowiedzią, jak brzmi pytanie?
Przełożyła Elżbieta
Kołodziej-Józefowicz
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Fale materii i dama w willi |
|
|
| Fale materii i dama w willi
|
|
|
| ilka miesięcy po tym, jak Heisenberg sformułował swoją macierzową mechanikę kwantową, Erwin Schrödinger stwierdził, że przydałby mu się urlop. Było to mniej więcej na dziesięć dni przed Bożym Narodzeniem 1925 roku. Schrödinger był kompetentnym, choć nie wyróżniającym się profesorem na Uniwersytecie w Zurychu, a wszystkim nauczycielom akademickim należy się przerwa świąteczna. Ale nie były to zwykłe wakacje. Schrödinger zarezerwował willę w Alpach Szwajcarskich na dwa i pół tygodnia. Zostawił w domu żonę, a z sobą zabrał notatniki, dwie perły i swoją wiedeńską przyjaciółkę. Miał zamiar uratować rozłażącą się w szwach ówczesną teorię kwantową. Fizyk umieścił sobie perły w uszach, by odgrodzić się od rozpraszających hałasów, a przyjaciółkę w łóżku, by była mu natchnieniem. Zmierzył się z zadaniem wprost dla niego stworzonym. Musiał wymyślić nową teorię i zadowolić panią. Na szczęście ze wszystkim sobie poradził. (Nawet nie myśl o zostaniu fizykiem, drogi Czytelniku, jeśli takie wymagania wydają ci się wygórowane).
|
| Schrödinger zaczął swą karierę jako eksperymentator, ale dość wcześnie zwrócił się w stronę teorii. Jak na teoretyka był raczej stary – w święta 1925 roku kończył 38 lat. Oczywiście, kręci się po świecie sporo teoretyków w średnim wieku, a nawet podstarzałych, ale zazwyczaj najlepsze ich prace powstają przed trzydziestką. Potem teoretycy przechodzą na intelektualną emeryturę i zostają „starszymi dygnitarzami” fizyki. To zjawisko spadającej gwiazdy było szczególnie wyraźne w szczytowym okresie rozkwitu teorii kwantowej. Paul Dirac, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli i Niels Bohr jako bardzo młodzi ludzie sformułowali swe najświetniejsze dzieła. Dirac i Heisenberg pojechali do Sztokholmu po Nagrodę Nobla w towarzystwie swych mam. Dirac kiedyś napisał:
|
|
|
| Wiek, oczywiście, jest czymś straszliwym,
|
| Co nad fizykiem wisi jak bat.
|
| Lepiej by umarł miast wciąż był żywym,
|
| Kiedy już skończy trzydzieści lat.
|
|
|
| (Nobla dostał za osiągnięcia w dziedzinie fizyki, a nie literatury). Szczęściem dla nauki, Dirac nie wziął sobie swego wiersza do serca i żył ponad osiemdziesiąt lat.
|
| Jedną z rzeczy, które Schrödinger zabrał ze sobą na wakacje, był artykuł de Broglie'a o cząstkach i falach. Gorączkowo pracując, Schrödinger rozszerzył pojęcie kwantu. Nie tylko traktował elektrony jak cząstki o własnościach falowych, lecz ułożył równanie, w którym elektrony po prostu są falami – falami materii. Głównym bohaterem słynnego równania Schrödingera jest wielkość, oznaczona greckim symbolem psi (y). y znane jest jako funkcja falowa i obejmuje wszystko, co wiemy lub możemy wiedzieć o elektronie. Rozwiązując równanie Schrödingera, otrzymuje się wartość y zmienną w czasie i przestrzeni. Później równanie to zastosowano do układów składających się z wielu elektronów, a wreszcie do dowolnego systemu wymagającego kwantowego ujęcia. Innymi słowy, równanie Schrödingera, czyli mechanika falowa, ma zastosowanie w odniesieniu do atomów, cząsteczek, protonów, neutronów i – co dla nas dziś jest szczególnie istotne – do zlepków kwarków.
|
| Schrödinger zamierzał wskrzesić fizykę klasyczną. Upierał się, że elektrony są zwykłymi falami, w klasycznym rozumieniu, tak samo jak fala dźwiękowa, fala na wodzie, czy maxwellowskie fale elektromagnetyczne i radiowe. Elektrony miały być falami materii, a ich cząsteczkowy aspekt czystą iluzją. Fale były już dosyć dobrze znane i łatwe do wyobrażenia, w przeciwieństwie do elektronów w atomie Bohra, skaczących ni stąd, ni zowąd z jednej orbity na drugą. W ujęciu Schrödingera y (a tak naprawdę, to y2) opisywało gęstość rozkładu takiej fali materii. Jego równanie opisywało falę znajdującą się pod wpływem sił elektrycznych działających w atomie. Na przykład w atomach wodoru fale Schödingera zagęszczają się w tych miejscach, w których stara teoria Bohra mówiła o orbitach. Wielkość promieni orbit wychodzi z równania automatycznie, bez żadnych poprawek. Ponadto równanie pozwala obliczać położenie linii widmowych nie tylko atomu wodoru, ale także innych pierwiastków.
|
| Schrödinger opublikował równanie falowe w ciągu paru tygodni po opuszczeniu willi. Z miejsca wywołało ono sensację i stało się jednym z najpotężniejszych narzędzi matematycznych stosowanych do opisu struktury materii. (Do roku 1960 wydano ponad sto tysięcy publikacji naukowych korzystających z równania Schrödingera). W niedługim czasie Schrödinger opublikował jeszcze pięć artykułów. Wszystkie te artykuły, napisane w ciągu sześciu miesięcy, stanowią owoc jednego z najbardziej płodnych wybuchów twórczych w dziejach nauki. J. Robert Oppenheimer nazwał mechanikę falową „jedną z najdoskonalszych, najprecyzyjniejszych i najwdzięczniejszych teorii, jakie kiedykolwiek stworzono”. Arnold Sommerfeld, wybitny fizyk i matematyk, powiedział, że teoria Schrödingera „była najbardziej zadziwiającym ze wszystkich zadziwiających odkryć XX wieku”.
|
| Dlatego też ja osobiście przebaczyłem już Schrödingerowi jego przygody miłosne, które ostatecznie powinny interesować tylko biografów, socjologizujących historyków nauki i zawistnych kolegów.
|
|
| |
|
