Путь Гейзенберга к матричной механике
Для получения дополнительной информации см. Введение в квантовую механику .
Полную информацию по конкретной теме квантовой физики см . в разделе Матричная механика .
Вернер Гейзенберг внес свой вклад в науку в то время, когда старая квантовая физика открывала область, усеянную все большим количеством камней преткновения. Он решил, что квантовую физику нужно переосмыслить с нуля. При этом он исключил несколько элементов, основанных на классической физике и ее моделировании макромира. Гейзенберг решил основывать свою квантовую механику «исключительно на соотношениях между величинами, которые в принципе наблюдаемы». [1] Тем самым он проложил путь к матричной механике.
Он заметил, что тогда нельзя было бы использовать какие-либо утверждения о таких вещах, как «положение и период обращения электрона». [2] Скорее, чтобы добиться реального прогресса в понимании излучения в простейшем случае, излучения возбужденных атомов водорода, для работы были проведены измерения только частот и интенсивностей спектра ярких линий водорода.
В классической физике интенсивность каждой частоты света, создаваемого излучающей системой, равна квадрату амплитуды излучения на этой частоте, поэтому внимание было обращено на амплитуды. Классические уравнения, которые Гейзенберг надеялся использовать для построения квантово-теоретических уравнений, должны были сначала дать амплитуды, а в классической физике можно было вычислить интенсивности, просто возведя амплитуды в квадрат. Но Гейзенберг увидел, что «самым простым и естественным предположением было бы» [3] последовать примеру, полученному в недавней работе Крамерса по вычислению дисперсии света. [4] Работа, которую он проделал, помогая Крамерсу в предыдущем году [5] теперь дал ему важную подсказку о том, как смоделировать то, что происходит с возбужденным газообразным водородом, когда он излучает свет, и что происходит, когда падающее излучение одной частоты возбуждает атомы в дисперсионной среде, а затем энергия, доставляемая падающим светом, переизлучается - иногда на исходной частоте, но часто на двух более низких частотах, сумма которых равна исходной частоте. Согласно их модели, электрон, который был переведен в более высокое энергетическое состояние, приняв энергию входящего фотона, может вернуться в свое равновесное положение за один шаг, повторно излучив фотон той же частоты, или он может вернуться за большее количество времени. чем один шаг, излучая один фотон за каждый шаг при возвращении в состояние равновесия. Из-за того, что факторы сокращаются при выводе нового уравнения на основе этих соображений,
Вернер Гейзенберг использовал идею о том, что, поскольку классическая физика верна, когда она применяется к явлениям в мире вещей, больших, чем атомы и молекулы, она должна рассматриваться как частный случай более всеобъемлющей квантовой теоретической модели. Поэтому он надеялся, что сможет изменить квантовую физику таким образом, что, когда параметры будут в масштабе повседневных объектов, она будет выглядеть точно так же, как классическая физика, но когда параметры будут уменьшены до атомного масштаба, разрывы, наблюдаемые в таких вещах, как широко разнесенные частоты спектра ярких линий видимого водорода вернутся в поле зрения.
Единственное, что люди в то время больше всего хотели понять об излучении водорода, — это как предсказать или объяснить интенсивность линий в его спектре. Хотя Гейзенберг не знал этого в то время, общий формат, который он разработал для выражения своего нового способа работы с квантово-теоретическими вычислениями, может служить рецептом для двух матриц и способов их умножения. [6]
