Пути физики - Дирак П.А.М.
Скачать (прямая ссылка):
физики университета Нового Южного Уэльса.
Вместе с последней лекцией "Космология и гравитационная постоянная" мы
решили опубликовать также вступительное слово проф. Е. П. Джорджа,
директора Школы физики при университете Нового Южного Уэльса, и некоторые
выдержки из оживленной дискуссии, последовавшей после лекции. Все
слушатели испытывали чувство глубокой благодарности к проф. Дираку за то,
что он поделился с ними своими мыслями о направлениях развития физики; мы
надеемся, что сумели донести все им сказанное и до читателей этих лекций.
ЛЕКЦИЯ ПЕРВАЯ
РАЗВИТИЕ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ
Лекция была организована Австралийским институтом физики в Школе физики
при университете Нового Южного Уэльса (Кенсингтон, Сидней, Австралия) и
прочитана 25 августа 1975 г.
Вступительное слово проф. Г. Дж. Гоулдсмита
Как председатель филиала Австралийского института физики в Новом Южном
Уэльсе я рад оказанной мне чести приветствовать всех собравшихся по
случаю выдающегося события в истории развития физики в Австралии. Дело в
том, что сегодняшнюю лекцию, организованную университетом Нового Южного
Уэльса совместно с Австралийским институтом физики, будет читать
выдающийся физик проф. Поль Дирак.
Кто-то метко сказал - я цитирую тех, кто имеет большее, чем я, право
высказывать по этому поводу свое мнение - так вот, кто-то сказал, что
"потомки назовут Поля Дирака одним из величайших физиков всех времен".
Дирак снискал себе славу еще статьей по квантовой механике, написанной им
в возрасте 23 лет, а когда ему было всего 30 лет, он стал профессором
математики Кембриджского университета. Через год Дирак получил
Нобелевскую премию. В то время он уже три года состоял членом
Королевского общества и на протяжении всех последующих лет неоднократно
удостаивался многочисленных наград.
Многие теоретические предсказания, сделанные Дираком, уже давно стали
надежно установленными истинами. Например, позитрон был экспериментально
обнаружен через два года после того, как Дирак предсказал его
существование. Другие предсказания, такие, как, например, непрерывное
изменение гравитационной постоянной, только сейчас начинают проверять
экспериментально. Теории, созданные проф. Дираком, образуют неотъемлемую
часть сегодняшней физики.
Но вы собрались здесь не для того, чтобы слушать меня. Поэтому разрешите
без дальнейших^ церемоний предоставить слово проф. Дираку и попросить его
рассказать о развитии квантовой механики, которое происходило в огромной
степени благодаря его собственным усилиям.
Слово имеет проф. Дирак...
Я очень рад тому, что нахожусь здесь, в Сиднее, и имею возможность
поговорить с вами. А поговорить мне бы хотелось о том, как развивалась
квантовая механика; почти вся ее история прошла на моих глазах. Квантовая
механика развилась из классической механики Ньютона. Ньютон установил
законы Механики, на которых основана вся теория механических явлений и
которые согласуются с результатами крупномасштабных наблюдений, если их
несколько "подправить" в соответствии с теорией относительности
Эйнштейна. Эти законы справедливы до тех пор, пока их применяют к большим
телам. Для очень малых тел, вроде тех, с которыми мы встречаемся в мире
атомов, законы Ньютона не выполняются.
Механика Ньютона, так называемая классическая механика,
8
будет нашей отправной точкой. Классическую механику можно использовать
для описания движения точечных электрических зарядов и заряженных частиц,
если дополнить ее теорией Максвелла. Однако к атомам, как мы увидим, она
неприменима.
Сейчас принята следующая картина строения атома: вокруг ядра, несущего
положительный заряд, вращаются один или несколько электронов. Согласно
механике Ньютона и Максвелла, примененной к электрическим зарядам, эти
электроны должны были бы постепенно терять энергию на излучение и в конце
концов упасть на ядро. Таким образом, атом был бы нестабильным. Однако
известно, что атомы стабильны, так что сразу возникло противоречие, очень
обеспокоившее всех.
Это противоречие блестяще разрешил Нильс Бор: необходимо принять, что
атом может существовать в некоторых стационарных состояниях, в которых он
не излучает. Чтобы это было так, надо отойти от стандартных уравнений
механики Ньютона и пренебречь силами, ответственными за излучение. Эти
силы малы: они несущественны в первом приближении. Существенны лишь
кулоновские силы, действующие между электрическими зарядами. Тогда,
согласно Бору, надо ввести такое приближение в уравнение движения
электронов в атоме, а затем предположить, что атом может существовать
только в некоторых, так называемых стационарных, состояниях. Такие
состояния определяются совершенно необычными для классической механики
условиями; эта новая система условий, называемых квантовыми, содержит
постоянную Планка (ее принято обозначать К), которую Планк ввел в свой
закон излучения, черного тела.
Бор построил модель атома, согласно которой атом находится в стационарных
