O prawie harmonii fazowej Louisa de Broglie

Chciałbym opowiedzieć o prawie harmonii fazowej, sformułowanej przez Louisa de Broglie w 1924. Prawo to jest rzadko wspominane w publikacjach na temat teorii kwantowej, chociaż w zasadzie jest jej punktem startowym, oraz pomimo faktu, że sam de Broglie uważał jego odkrycie za przewodnie w swoim życiu.

Louis de Broglie urodził się w 1892, w jednej z najbardziej arystokratycznych rodzin we Francji. Posiadał niebieską krew francuskiej rodziny królewskiej, był księciem, lecz pomimo nobliwego stanu prowadził życie zwykłych ludzi. Uzyskawszy stopień na uczelni, wstąpił na Uniwersytet Paryski, gdzie studiował humanistykę: historię, literaturę i paleontologię.

W późniejszym życiu jego znajomość nauk humanistycznych bardzo się opłaciła. Był doskonałym pisarzem, a świadczyły o tym jego książki na najbardziej trudne tematy mechaniki falowej. Był również zapalonym czytelnikiem historii prac naukowych (wyznał, że przeczytał więcej książek historycznych, niż o fizyce), podczas gdy studia paleontologii doprowadziły go do wniosku, że wszystko żyje, ponieważ nawet wydające się martwe kamienie trzymają w sobie ślady życia, które było miliony lat temu…

Będąc młodym, de Broglie czuł, że jego skłonność do nauki przeważa nad humanizmem. Odłożył swój świeżo nabyty dyplom i powrócił na uniwersytet, aby starać się o stopień naukowy. Po jego otrzymaniu zajął się badaniami nad najbardziej w owym czasie istotnym zagadnieniem kwantowego dualizmu korpuskularno-falowego, dziwnego zjawiska, uderzająco manifestującego się podczas eksperymentów ze światłem, jak również promieniami rentgena i promieniowaniem g.

Jego najbliższym nauczycielem był Paul Langevin, oraz jego starszy brat, Maurice de Broglie. Maurice, który był seniorem dla 17-letniego Louisa, był w owym czasie uznawanym fizykiem, który wziął udział w pierwszej konferencji Solvay’a, oraz posiadał dobrze wyposażone laboratorium wyspecjalizowane do spektroskopii rentgenowskiej. Tam młody Louis nauczył się sekretów nauki eksperymentalnej, chwytając mocno zasięg problemów wymagających rozwiązania, i zaczął je rozgryzać. Tam zaczęła się jego praca jako teoretyka, a jej wyniki legły u podstaw jego tezy doktoranckiej.

Prawo harmonii fazowej stało się centralnym punktem jego publikacji. Esencja idei de Broglie została wyśmienicie wyrażona przez G Lochak’a [1], jego najbliższego ucznia i adiutanta.

Z jednej strony, pomysł wydaje się prosty, a z drugiej powstaje tajemnica, jak ktoś mógł na to wpaść. ciąg myślowy był niezwykły. Być może był to rezultat jakiegoś rodzaju oświecenia, a być może szczególnego sposobu myślenia de Broglie.

De Broglie, należy podkreślić, miał bardzo bujną wyobraźnię. Podkreślał, że dla niego zrozumienie oznaczało bardzo wyraźną, niemal rzeczywistą, wizję [2]. nie było zrozumienia bez obrazu. Abstrakcyjne metody matematyczne, używane przez fizyków, były dla niego straszne.

De Broglie był również zagorzałym zwolennikiem relatywistyki. Teoria względności dopiero co powstała, lecz była już uznawana, a de Broglie również był zafascynowany jej niezwykłym pięknem. W szeregu podstawowych rozumowań, teoria względności używała obserwatorów z zegarami, co, wg opinii de Broglie, było bardzo trafnym obrazem. Obserwatorzy, według teorii, to nie teoretycy, dążący do zrozumienia mikroświata, lecz jego rezydenci – elektrony, protony, etc.

Cząstki elementarne, rozumował, są złożonymi układami (bo tylko złożone układy mogą zachowywać się w ten sposób). Każda cząstka posiada swój własny okresowy proces, który z jednej strony służy do pomiaru czasu wewnętrznego (czas mówiony), a z drugiej strony zapewnia powstawanie sygnałów, służących do komunikacji.

Do propagacji tych sygnałów potrzebny jest ośrodek, a eter (w sensie klasycznym), nie był dobry w tej roli, jako, że jego użycie prowadziłoby do konfliktu z teorią względności. De Broglie chciał tego uniknąć, będąc gorliwym wyznawcą relatywistyki. Później jednak wprowadził ośrodek, który nie naruszał relatywistyki. Ale początkowo, w 1924, kiedy pisał swój doktorat, cała jego uwaga skupiona była na wewnętrznych zegarach.

Zatem, każda cząstka elementarna posiada swój własny proces oscylacyjny. Ustala on skalę czasu i funkcjonuje jako wewnętrzny zegar, który pomaga cząstce nawigować w czasie. De Broglie nie rozwodził się jednak nad samym tym procesem. Interesowała go częstotliwość procesu, którą opisał swoim sławnym wzorem:

m0c2=ħω0
(1)

Obie części tego równania były znane już wcześniej, de Broglie jako pierwszy połączył je razem. Tak właśnie powinno to być, ze względu na wielkie prawo Natury. napisał.

Jest to pierwszy wzór w jego pracy. Było bardzo piękne, mogłoby być najpiękniejsze, ale dla jednej rzeczy. równanie to określa częstotliwość tylko wewnętrznego procesu we własnym układzie odniesienia. Po przejściu do innego układu, przestawało działać, nie będąc niezmiennikiem Lorentza. W rzeczy samej, w przypadku poruszającego się elektronu (zwykle odnosił się do elektronu, mówiąc o cząstce elementarnej) masa rośnie według wzoru: m=m0/1β2, podczas gdy częstotliwość zegara zmienia się jak ω=ω01β2 (gdzie β = v/c). Zatem, równanie (1) traci swoją poprawność.

De Broglie natychmiast to zauważył, a sytuacja ta mocno go zafrasowała. Był napełniony ideami relatywistyki, w które nigdy nie wątpił. Chciał obronić równanie (1), lecz równocześnie wiedział, że nie mógłby tego zrobić, nie czyniąc go relatywistycznym. Rozwiązał to czyniąc kolejny rezolutny, i radykalny krok, wprowadzając pojęcie fali stacjonarnej.

Oznacza to co następuje: Załóżmy, powiedział, że proces oscylacyjny, zachodzący gdzieś wewnątrz cząstki o częstotliwości ω0, jest odzwierciedlany na zewnątrz, tak, że w każdym miejscu na zewnątrz cząstki inicjowana jest oscylacja na tej częstotliwości. Lub, innymi słowy, w każdym punkcie Wszechświata powstaje zegar, odmierzający czas zgodnie z zegarem cząstki elementarnej.

Matematycznie, przypuszczenie to można opisać wzorem:

eiω0t
(2)

(W każdym punkcie ma miejsce proces oscylacyjny o częstotliwości ω0. Każdy proces jest w fazie niezależnej od współrzędnych.)

To samo jest prawdą dla własnego układu, gdy elektron jest nieruchomy. Gdy się porusza, czas transformuje się zgodnie ze wzorem Lorentza: ttβx/c1β2. W rezultacie wszystkie zegary są zsynchronizowane, a równanie (2) transformuje się w:

eiω01β2tβx/c

Jest to fala stacjonarna.

Można to zobaczyć z definicji. Jej częstotliwość wynosi =ω0/1β2, czyli zmienia się w ten sam sposób, co masa. Zatem równanie (1) może zostać uczynione relatywistycznym, jeśli jego jego częstotliwość będzie odnoszona nie od częstotliwości procesu wewnętrznego, ale zewnętrznego, częstotliwości Wszechświata, nastrojonej rytmu cząstki. Zatem zera w równaniu (1) mogą zostać usunięte, i można je zapisać:

mc2=ħ

Wzór ten jest już relatywistyczny!

Fala stacjonarna rozchodzi się z prędkością fazową V = c2/v, a długość jej fali wynosi λ=2πV/=2πħ1β2/m0v=2πħ/p=λB, gdzie p=m0v/1β2 – impuls częstotliwości.

Jest to długość fali de Broglie.

Zatem, de Broglie otrzymał relację pomiędzy energią a niezmiennikiem Lorentza. Ale jakim kosztem! Ogólny obraz, w porównaniu z klasycznym, stał się znacznie bardziej złożony. W klasycznym ujęciu, gdy rozważamy poruszającą się cząstkę, mamy tylko jeden obiekt, tą cząstkę. De Broglie wprowadził dwa obiekty, cząstkę, i powiązaną z nią falę stacjonarną. Oba obiekty są niezalezne, chociaż powiązane.

Nawiasem mówiąc, de Broglie nie wprowadził w ogóle dualizmu korpuskularno-falowego, ani pojęcia falo-cząstka. Ten fizyczny centaur narodził się później, i został wprowadzony do fizyki nie przez de Broglie, lecz przez późniejszych interpretatorów. De Broglie traktował zarówno cząstkę, jak i falę, jako osobne byty i uważał, że fala ta jest realną falą fizyczną.

Badając te dwa obiekty jako będące niezależnymi, doszedł do swojego sławnego prawa odpowiedniości fazy, lub harminii fazy, które mówi, że poruszający się elektron jest zawsze w fazie ze swoją falą stacjonarną, lub faza fali stacjonarnej w punkcie przebywania elektronu jest zawsze zgodna z fazą (wewnętrznego zegara) samego elektronu.

Jest to łatwe do udowodnienia. Faza, którą posiada elektron w czasie t wynosi Φ=ωt=ω01β2t, podczas gdy faza fali stacjonarnej w punci położenia elektronu (wynoszącym x = vt):

Φ~=ω01β2tvc2vt=ω01β2t, czyli ta sama wartość.

Zatem Φ=Φ~. Ale co dalej? De Broglie uważał, że fala stacjonarna, związana z elektronem, może, będąc realną fizycznie, w jakiś sposób wpływać na niego samego, by były zawsze w fazie. Idąc tym tropem, studiował atom wodoru, aby zastosować swoje założenia do konkretnego problemu, i przy jego pomocy otrzymać zasady kwantyzacji orbit (Zasady takie były już sutalone przez Nielsa Bohra. Były eleganckie, lecz zupełnie niewytłumaczalne.).

Il. 136.

Jego rozumowanie było następujące: załóżmy, że elektrom porusza się po kołowej orbicie z prędkością v. Powiązana z nim fala stacjonarna porusza się po tej samej orbicie i w tym samym kierunku, ale z prędkością V = c2/v (czyli dużo szybciej). Po pewnym czasie τ, fala stacjonarna dogania elektron (il. 136). Czas τ otrzymywany jest z zależności = l0 + (gdzie l0 – długość orbity), z czego wynika: τ=l0/Vv=l0vc21β2.

W tym momencie elektron akumuluje fazę:

Φ=ωτ=ω0l0vc21β2=l0pħ. Ta sama faza jest akumulowana przez falę stacjonarną.

Jest to niemal samo-dowodzące się – (słowa samego de Broglie) – że faza powinna odpowiadać całkowitej liczbie oscylacji elektronu, czyli:

l0pħ=2πnl0=2πħpn=λBn

Tak więc całkowita liczba fal de Broglie (długości fali stacjonarnej) musi pasować do orbity. Zatem mamy zarys fizycznego znaczenia twierdzenia o całkowitej liczbie oscylacji, gdyż tylko w takim przypadku fala stacjonarna, przebiegajaca szereg razy po obwodzie orbity, nie będzie się tłumić sama siebie.

Ponieważ l0 = 2πr0, gdzie r0 jest promieniem orbity, drugie równanie można przekształcić do:

pr0 = ħn

co jest drugim postulatem Bohra. Zatem pojęcie wprowadzone przez de Broglie o wewnętrznym procesie i fali stacjonarnej sprawdza się całkiem efektywnie, skoro tak łatwo pozwoliło otrzymac zasadę kwantyzacji momentu impulsowego orbit Bohra.

Był to wyczyn, doceniony przez wszystkich. De Broglie otrzymał jednomyslną aklamację elity naukowej. Studiowano jego pracę i poświęcano czas jej rozwijaniu [3]. Koncepcja de Broglie zdecydowanie coś konkretyzowała, jednak jednocześnie rodziła wiele nowych pytań. Na przykład:

  • Jak (dlaczego) fala stacjonarna porusza się po kole? Potrzebna jest do tego radialna niejednorodość, co może wymagać od fali odbicia wewnętrznego. Zagadnienie to było studiowane przez Erwina Schrödingera.
  • Co dokładnie oznacza wewnętrzny, okresowy proces?
  • Czym jest fala stacjonarna? Czy jest jakiś rodzaj ośrodka, potrzebny do jej rozchodzenia się, a jeżeli tak, jak to się dzieje bez łamania szczególnej teorii względności? Jak ma się ona do elektronu: jest tworzona tylko przez niego, czy też w procesie tym uczestniczy w jakiś sposób cały Wszechświat?
  • W jaki sposób fala stacjonarna wpływa na zachowanie elektronu i co ostatecznie stoi za prawem harmonii?

I co więcej, dochodzi do tego kwestia, czym lub kim jest elektron? Pomysł wolnej woli elektronu był całkiem poważnie dyskutowany, w czym miał swój udział sam N. Bohr.

W skrócie, wzbierały pasje, a fizyka rozwijała się gwałtownie. Schrödinger stworzył swoje słynne równanie. Bohr zasugerował jego prawdopodobną interpretację. Gwałtownie rozwijano obliczenia, i teoria przybrała wyraźne kształty.

Sam de Broglie pracował nieustannie. Rozwijał tak zwaną teorię podwójnego rozwiązania, według której cząstki, pozostające zlokalizowanymi bytami, były umieszczone w ośrodku falowym, będąc rodzajem osobliwości w jednorodnym rozwiązaniu. Zgodnie z tą koncepcją, cząstki nabierały czegoś na kształt falowych skrzydeł. Praca postępowała powoli z powodu poważnych problemów matematycznych. Należało przestudiować równania nieliniowe, dające rozwiązania solitonowe, co nie było łatwe i wymagało czasu i wysiłku.

W międzyczasie fizyka parła naprzód. Chociaż nie szło to całkiem w kierunku, który obrał de Broglie, oraz z pomocą abstrakcyjnej matematyki, która była mu obca. Obserwował powstanie całkiem innego podejścia do fizyki teoretycznej. nie było ono oparte na opisie praw natury z pomocą obrazów czasoprzestrzennych, lecz na algebraicznych i geometrycznych konstrukcjach, w abstrakcyjnych zespolonych i wielowymiarowych przestrzeniach. [4]

Fizykę zastąpiła matematyka. Co dość zaskakujące, podejście to przyniosło efekty. Teoretycy śmiało zanurzyli się w głębiny matematyczne i wyłowili z nich skarby w postaci eleganckich formuł, potwierdzonych eksperymentalnie.

Takie abstrakcyjne metody były obce da de Broglie. miał on myślenie obrazowe, co dla niego było kwestią zasady. Szedł ścieżką, chociaż czuł, że zostaje w tyle i może na dobre zostać maruderem. W 1927, na 4-tym zjeździe Solvay’a, mimo wszystko wybrał walkę i dostarczył raport o swojej teorii podwójnego rozwiązania, jeszcze wtedy nieukończonej. Raport przeszedł niezauważony. Nierozumiany i niewspierany, de Broglie pozostał sam. Wygrała niedeterministyczna interpretacja mechaniki kwantowej (będąca wciąż powszechnie akceptowaną), rozwinięta przez szkołę kopenhaską. Po tym wszystkim pokonany de Broglie zszedł ze sceny.

Zniechęcony, powrócił do Paryża, gdzie nauczał fizyki teoretycznej w Instytucie Henri Poincarego. Zaprzestał swoich badań, będąc na drodze do przekonania, że wybrana przez niego ścieżka była błędna, a racja należała do pozostałych fizyków świata. Nauczał, między innymi, mechaniki kwantowej, odnosząc się do niej wciąż jako do mechaniki falowej, co było uszczypliwością w stronę jej ortodoksyjnej interpretacji.

Czas mijał, zostawiając młodość we wspomnieniach. De Broglie zdawał pogodzić się z porażką i nie smucić się zbytnio, że jego idea harmonii fazowej odeszła w zapomnienie.

25 lat później, gdy de Broglie był już nieco po 60-ce, z jego oczu spadły łuski. Zrozumiał, że pomysły jego młodości miały znacznie większe znaczenie w kontekście, niż obecne idee mechaniki kwantowej, oraz, że jego poprzednia droga, którą porzucił, była w istocie właściwa i najbardziej obiecująca. Od tego momentu zaczął się w życiu de Broglie kolejny kreatywny okres. Napisał szereg prac i opublikował szereg książek poświęconych obalaniu, krytykowaniu i ponownym interpretowaniu podstaw mechaniki kwantowej (w sumie ponad 50 publikacji i 20 książek!). Powrócił do idei z młodości i zaczął zgłębiać szereg trudnych zagadnień, które wcześniej porzucił.

Przede wszystkim, de Broglie poświęcił się sprawie kompozycji, struktury i wewnętrznych dynamik cząstek elementarnych, oraz ośrodkowa wypełniającego przestrzeń między nimi, który był potrzebny fali stacjonarnej jako oparcie oraz propagator. Wprowadził pojęcie takiego ośrodka, który nazwał ośrodkiem sub-kwantowym, i modelował go przy pomocy gazu tachionowego. Tachiony są cząstkami o pseudo-masie i prędkościach nadświetlnych. De Broglie zapożyczył ten pomysł od rosyjskiego fizyka Terleckiego, i użył go, gdyż sądził, że nie przeczy on postulatom teorii względności.

Według de Broglie, cząstka jest złożonym układem, posiadającym stałą masę i wymianę energii z otoczeniem. Jest rodzajem kropelki mgły zawieszonej w parze. Aby opisać żywot takiego systemu, cząstki i środowiska, użył metod termodynamiki, uogólniając je i wprowadzając na kolejny poziom hierarchiczny w organizacji materii. Jedna z jego książek nosi tytuł Termodynamika cząstki izolowanej [5]. Uważał ośrodek sub-kwantowy za energię zawierającą substancję, którą nazywał ukrytym termostatem. W szczególności fizyczna i termodynamiczna charakterystyka tego ośrodka, jak również charakterystyka wewnętrzna samych cząstek elementarnych – reprezentują zmienne ukryte, o których tyle się dzisiaj mówi.

De Broglie rozpoczął i prowadził swoją wielką bitwę samotnie. Pomagali mu tylko młodzi. Był tej samej sytuacji, co w młodości, a nawet w gorszej, gdyż ponieważ teoria kwantowa została już dawno rozwinięta, a on sam nie był już młody i zajmował ustalone miejsce w świecie naukowym. Jego koledzy byli zaskoczeni. Opinie były podzielone. Niektórzy byli przyjaźni i zainteresowani, inni obojętni, jeszcze inni otwarcie negatywni. Ale to nie zniechęciło de Broglie. Pracował z entuzjazmem i zadowoleniem. Jego ponowne odrodzenie się było pewne i długie. Szczyt aktywności twórczej osiągną pomiędzy ukończeniem 70-ki a 80-ki. Często pytam siebie powiedział swojemu studentowi G. Lochak’owi w przeddzień swoich 80-tych urodzin czy okres po 70-tce, z punktu widzenia intelektualnego, jest najlepszym okresem mojego życia?

I de Broglie przystąpił do robienia wyłomu w bastionie mechaniki kwantowej, która stała się klasyczna, przez co pogwałciła ciszę wśród fizyków, zamieszała im w umysłach, zaszczepiając im wątpliwości i nadzieję oraz zmuszając tym samym do do nowych badań naukowych. Odniósł w tym sukces! Nie miał czasu na dokończenie swojej teorii, chociaż dużo zrobiono dla jej rozwoju i ucieleśnienia. Koncepcje fali pilotującej doświadczają obecnie odrodzenia.

De Broglie dawał dużo nadziei tym, którzy by za nim podążali, zachęcając ich do niezależnego myślenia i sceptycyzmu wobec powierzchownych wyników, które prowadzą do eleganckich formuł, lecz mało ujawniają. Zachęcał ich do niepohamowanego parcia naprzód, penetrowania dalej i głębiej w najbardziej wewnętrzne czeluści rzeczy. Zachęcał wszystkich pasjonatów zgłębiania podstaw natury do przyjrzenia się bliżej prawu harmonii fazy, i odkrycia głębokiej i istotnej tajemnicy za nim się kryjącej. Wierzył, że tajemnica ta zostanie wkrótce odkryta i przyniesie owoce. Szedł więc pewnie za swoją wiarą, ufając tym, którzy za nim podążali.

Bibliografia

  1. G. Lochak. “De Broglie’s initial conception of de Broglie waves”. Z książki: “The wave-particle dualism”, Dordreht, Holland, 1984.
  2. Louis de Broglie. “Revolution in physics”. Atomizdat, 1965.
  3. Max Jemmer “Evolution of quqantum mechanic notions”. Nauka, 1985.
  4. L. de Broglie “Correlation of Heisenberg’s indefinites”. Mir, 1986.
  5. Broglie, Louis de. “La thermodinamique de la particule isolée”. Paris, Gauthier-Villars, 1964.

N. Nevesskiy

Przetłumaczono z About Louis de Broglie’s law of phase harmony

Przetłumaczy Łukasz Buczyński

4 komentarze

  1. To ja przyszedłem na twojego bloga by podyskutować o grawitacji z kims na poziomie, wymienić poglądy, zetrzeć je, wytoczyć argumenty za i przeciw, być może nawet czegoś się nauczyć, dowiedzieć i po prostu pogadać o tym temacie bez zamiaru robienia sobie wroga, a ty skurwysynu bo tak cię teraz nazwę z pewnego względu idziesz na bloga zboczeńców pedofilów i piszesz chuju złamany, że rozmowa ze mną była dla ciebie prawdziwą szkołą charakteru?Ty popaprany paranormalny pierdolcu, aleś se kurwa towarzystwo znalazł w postaci pedofila marka sęka:http://ufo-relacje.pl/viewtopic.php?p=7753&sid=10dbe6fe8c962c85782c769255a0c253#7753i drugiego skurwysyna, który mnie szantażuje i obraża moją matkę:http://klamstwa-riese.blogspot.com/p/kacik-koniczyny.htmlTy kmiotku kopiuj wklej, i przetłumacz bez zrozumienia. Gównozjadzie jeden właśnie pokazałeś szkołę charakteru i towarzystwo zboczeńców i łajdaków, które jak widać ci śmieciu odpowiada.TERAZ BĘDZIESZ GNOJKU MIAŁ POWÓD BY NAPISAĆ JAKĄ CI DAŁEM SZKOŁĘ CHARAKTERU, KTÓRY WŁASNIE POKAZAŁEŚ.

  2. To ja proponuję w takim razie lekturę tego:http://www.wykop.pl/link/1439959/grawitacja-to-drgania-materii-poddanej-cisnieniu/i na dokładkę jeszcze to:http://www.paranormalium.pl/o-pewnym-racjonaliscie-ktory-przeczytal-daenikena,143,2,blog.htmlI to:http://chomikuj.pl/dlaidiotowWychodzi na to, że praktycznie cała działalność pana Sidora w Internecie sprowadza się do szkalowania innych ludzi i \”udowadniania\” ich \”skurwysyńskiej choroby psychicznej\”. Co ciekawe, sam Sidor często musi się tłumaczyć z wiele gorszych rzeczy. Na przykład wykonał kiedyś na rynku w Warszawie całą serię fotografii dziewczynek zdecydowanie poniżej wieku przyzwolenia, mało tego, opublikował je w Internecie, po czym tłumaczył się… \”dokumentowaniem życia mieszkańców stolicy\” 😀 zresztą na jego profilu (profilach?) na G+ też można znaleźć masę podobnych kwiatków, na przykład gifa sklejonego z całej serii zdjęć młodej dziewczyny przechodzącej przez ulicę.I niech mi nikt nie mówi, że ten człowiek jest normalny… bo nie jest.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.