Главная > Научный подход > Сто лет квантовой механике. Откуда и куда мы идём?

Сто лет квантовой механике. Откуда и куда мы идём?

Физика много сделала за последние 100 лет. Сделала то, что было очень нужно людям и без чего человечество не стало бы таким в технологическом смысле. Правда, она всё это сделала в основном в традиционных областях науки таких, как электромагнетизм, термодинамика, физика твёрдого тела, газо- и гидродинамика.

Но и квантовая, волновая механика Шрёдингера очень пригодилась. Она сильно развилась и стала достаточно мощным инструментом для различного рода расчётов. Но! Нужно отдавать себе отчёт, что всё, что было сделано, относится к непрерывным представлениям о пространстве и времени.

Источник фото: istockphoto

Представлениям, на которых зиждется современный аппарат дифференциального и интегрального исчисления. Мощный аппарат, надо сказать. То есть, по существу, мы научились хорошо описывать только асимптотическое поведение в условиях, когда пространство и время становятся непрерывными.

Сто лет назад, когда Планк открыл константу своего имени — квант действия, наука оказалась на развилке. С одной стороны квант действия оказался долгожданной и обескураживающей дискретной величиной, которая в матричной механике Гейзенберга соединяла два состояния (два числа) рассматриваемой механической системы и не имела смысла без этих состояний. А с другой стороны — этот квант превратился в волновой механике Шрёдингера в квант энергии, который в таком виде зажил самостоятельной жизнью и превратился то ли в волну, то ли в волновой пакет, которому два числа — два состояния оказались нужны лишь для «задания» дискретного спектра энергий у классической волны.

Матричная механика Гейзенберга оказалась непривычной и математически сложной моделью для описания природы. Попытки Зоммерфельда и Эйнштейна развить её и использовать хотя бы для описания замкнутых траекторий, совершаемых механической системой, не имели особого успеха и были забыты.

На фото: Эрвин Шредингер, источник real-vin.com

Напротив, волновая механика Шрёдингера расцвела, возмужала и стала мощным вычислительным инструментом, вобрав в себя всё самое лучшее из существующего математического аппарата. Всё бы хорошо, но прекрасное здание квантовой волновой механики омрачало несколько незначительных пятнышек: вероятностная трактовка волновой функции, требуемый «коллапс» волновой функции при переходе к классическому описанию и, может быть, что-то ещё, столь же «незначительное».

А теперь мы начинаем упираться в тупик. Дискретных элементов, из которых составлено Пространство и Время, мы по-прежнему не знаем. Ни квантовая механика, ни квантовая теория поля нам ничего не дали. И нет надежды, что дадут, поскольку являются асимптотическими приближениями, в которых, если и было что-то дискретное, то оно исчезло после суммирования (интегрирования) большого количества малых величин. Как говорится, не ставь телегу впереди лошади и не удивляйся, что никуда не едешь.

Надежды, что мы найдём «кирпичики мироздания» в физике элементарных частиц, тоже не оправдались. Как была Стандартная модель по-существу феноменологической, так ей и осталась. И никакая Новая физика за её пределами не появилась. Кварки по-прежнему остаются виртуальными частицами и никак не желают появляться по-одиночке. А общее число «элементарных» частиц всё продолжает расти. Ещё бы им не расти: уже 50 лет назад Вайскопф говорил, что всё это различные возбуждения нескольких основных теория всегоостояний.

Теории Всего для описания мира тоже не получается. Как бы мы ни пытались представить всевозможные возбуждения, используя прекрасную идею струны, и сделать их максимально универсальными, накладывая некоторые условия симметрии, количество требуемых для замыкания теории размерностей пространства только увеличивается.

Так что, серьёзных потрясений науки в будущем нам не избежать. Наберёмся терпения.

Михаил Дулин, физик, математик

Поделиться:
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Научный подход , ,