Mechanika kwantowa ...
Audio: Prof.Meissner "O Diracu"
Jest autorem prac fundamentalnych z teorii atomu, w tym współautorem modelu atomu Bohra-Sommerfelda, według którego elektrony w atomie poruszają się po orbitach. W 1916 wprowadził pojęcie pobocznej liczby kwantowej, co w teorii atomu dopuszczało istnienie nie tylko kołowych, ale i eliptycznych torów (orbit) elektronów.
Prowadził także prace dotyczące promieniowania rentgenowskiego, teorii rozchodzenia się fal radiowych i akustycznych, teorii budowy materii oraz z dziedziny optyki.
Do uczniów Sommerfelda należeli polscy fizycy teoretycy: Wojciech Rubinowicz i Jan Blaton.
Najważniejsze prace naukowe dotyczą:
Mając 18 lat Planck zdał egzamin państwowy nauczycielski, a rok póżniej w lutym 1879 obronił doktorat ("Über den zweiten Hauptsatz der mechanischen Wärmetheorie"). Potem krótko uczył matematyki i fizyki w swym dawnym gimnazjum w Monachium. W czerwcu 1880, w wieku 22 lat, przeprowadził przewód habilitacyjny ("Gleichgewichtszustände isotroper Körper in verschiedenen Temperaturen "). Kolejne 5 lat spędził na Uniwersytecie Monachijskim jako privatdozent, utrzymując się z publikacji naukowych. W 1885 r. został powołany na stanowisko profesora nadzwyczajnego w katedrze fizyki teoretycznej Uniwersytetu Kilońskiego. Jego prace z dziedziny termodynamiki i entropii nie wywołały początkowo zainteresowania w świecie naukowym, jednakże monografia pt. "Zasada zachowania energii" zyskała w 1887 r. wyróżnienie na Uniwersytecie w Getyndze. Rok później Planck został powołany na Uniwersytet Berliński, gdzie w 1892 r. awansowano go na profesora zwyczajnego. W tym czasie jego pozycja naukowa jest już ugruntowana, co znajduje wyraz w wybraniu go w 1894 r. do Pruskiej Akademii Nauk. W Berlinie został także jednym z członków Niemieckiego Towarzystwa Fizycznego prowadził wykłady z zakresu fizyki teoretycznej. Był promotorem kilku późniejszych sław z dziedziny fizyki, w tym dwóch laureatów Nagrody Nobla (Max von Laue i Walther Bothe). Jako jeden z pierwszych docenił teorię względności Einsteina i będąc rektorem Uniwersytetu Berlińskiego sprowadził go na tę uczelnię. W 1918 r. został laureatem Nagrody Nobla. Od lat 20. XX w. Planck uchodził za największy autorytet w dziedzinie fizyki w Niemczech i piastował wiele czołowych stanowisk w towarzystwach naukowych swego kraju.
Stała Plancka h (=wprowadzona początkowo jako współczynnik we wzorze na energię fotonu o częstotliwośći ν (ni/ang nu/): E=hν
okazała się później podstawową stałą przyrody (często jako h przekreślone tj podzielone przez 2π).
h = 6,626 069 57(29)·10–34 J·s = 4,135 667 516(91)·10–15 eV·s
W odróżnieniu od swojego brata, który był głównie fizykiem eksperymentalnym, Louis interesował się raczej fizyką teoretyczną. W 1924 napisał doktorat na tematRecherches sur la théorie des quanta (Badania nad teorią kwantową), w którym zaprezentował swoją teorię falowych właściwości cząstek fale de Broglie'a, opierając się na pracach Einsteina i Plancka o dualizmie korpuskularno-falowym. Pracował od 1928 jako profesor fizyki w Paryżu. De Broglie rozwinął w późniejszym okresie swoją hipotezę, formułując ostatecznie hipotezę de Broglie'a. W 1929 otrzymał Nagrodę Nobla za swoje badania, praktyczne zastosowanie teorii de Broglie'a pozwoliło między innymi na zbudowanie mikroskopu elektronowego. Od 1932 pracował na Sorbonie.
Późniejsze jego prace dotyczą: teorii elektronów, budowy jądra atomu, zastosowań mechaniki falowej (to początkowa nazwa mechaniki kwantowej) do fizyki jądrowej, fizyki relatywistycznej oraz rozprzestrzeniania się fal elektromagnetycznych. W 1935 Uniwersytet Warszawski przyznał mu tytuł doctora honoris causa.
![Clinton Joseph Davisson (1937) – zdjęcie z notki noblowskiej[1]](170px-Clinton_Davisson.jpg)
Clinton_Joseph_Davisson
Lester_Germer
W roku 1919 rozpoczął serię eksperymentów, które w roku 1927 przyniosły odkrycie dyfrakcji elektronów w kryształach (część z tych prac prowadził wspólnie z Lesterem Germerem). Za to odkrycie otrzymał w roku 1937, jako pracownik Bell Telephone Laboratories, Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki. Dyfrakcja (inaczej rozpraszanie) elektronów na krysztale jest ważnym dowodem na falową naturę korpuskularnych elektronów, tj potwierdzeniem dualizmu korpuskularno-falowego.
Zjawisko Comptona, efekt Comptona - to potwierdzenie korpuskularnych (cząsteczkowych) cech światła - dowód na istnienie fotonów.
Werner Karl
Heisenberg
Werner Karl Heisenberg (ur. 1901 w Würzburgu,
zm.1976 w Monachium)
– niemiecki fizyk
teoretyk.
Był jednym ze współtwórców mechaniki kwantowej, laureat Nagrody Nobla z dziedziny fizyki w roku 1932 za fundamentalny wkład w stworzenie mechaniki kwantowej. Był także ważnym filozofem nauki, pozostającym pod wpływem platonizmu i neokantyzmu.
Heisenberg poznał Nielsa Bohra w Getyndze w 1922 roku będąc jeszcze studentem. Był to początek owocnej współpracy. W latach 1924-1926 został jego asystentem w Kopenhadze, a od 1927 roku został profesorem fizyki teoretycznej na Uniwersytecie w Lipsku.
Wiosną 1925 roku Heisenberg opracował pierwszą formę mechaniki kwantowej nazywaną mechaniką macierzową. Teoria ta podaje ogólne zasady opisu wszystkich zjawisk mikroświata i jak dotąd jest całkowicie zgodna z doświadczeniem. Alternatywną formę mechaniki kwantowej, mechanikę falową, odkrył Erwin Schrödinger jesienią 1925 roku, a w 1926 roku wykazał jej zgodność z teorią Heisenberga.
Pracował razem z Bohrem nad tzw. kopenhaską interpretacją mechaniki kwantowej. W 1927 roku odkrył zasadę, nazywaną potem zasadą nieoznaczoności Heisenberga, która stwierdzała, że w przypadku cząstek o rozmiarach porównywalnych lub mniejszych od średnicy atomu, niemożliwe jest jednoczesne, dokładne ustalenie ich położenia i pędu, przy czym iloczyn błędu (a dokładniej nieokreśloności) pomiarów położenia oraz pędu nie może być mniejszy niż pewna stała (zobacz stała Plancka).
Po dokonaniu odkrycia miał wypowiedzieć następującą myśl: „Miałem uczucie, że patrzę przez powierzchnię zjawisk atomowych na leżące pod nią podłoże o zadziwiającej wewnętrznej urodzie...”
Później, aż do wybuchu II wojny światowej, pracował nad wieloma zagadnieniami dotyczącymi fizyki kwantowej, cząstek elementarnych i kwantowej teorii pola.
W 1932 roku otrzymał Nagrodę Nobla z fizyki, za opracowanie podstaw teoretycznych mechaniki kwantowej, której zastosowanie pozowoliło między innymi na odkrycie dwóch form alotropowych wodoru (tzw. trypletowej i normalnej).
W momencie napaści Niemiec na Danię w 1940 roku Heisenberg przebywał już w Niemczech. Został przez Otto Hahna ściągnięty do jego zespołu opracowującego na specjalne zlecenie Hitlera bombę atomową. Po roku zastąpił Hahna w kierowaniu tym zespołem. Po wojnie Heisenberg twierdził, że został kierownikiem tych badań, aby maksymalnie je spowolnić i nie dopuścić do wyprodukowania przez hitlerowskie Niemcy bomby atomowej. Na podstawie relacji Heisenberga Thomas Power napisał książkę Wojna Heisenberga, a Michael Frayn sztukę Kopenhaga (na jej podstawie w roku 2002 powstał film Kopenhaga).
W 1941 roku miało miejsce spotkanie Heisenberga z Bohrem. Heisenberg utrzymywał, że próbował przekazać Bohrowi między wierszami, iż nie dopuści do wyprodukowania bomby atomowej przez Niemcy i namawiał go, żeby starał się torpedować takie prace prowadzone przez aliantów. Sam Bohr twierdził jednak zawsze, że Heisenberg nakłaniał go w tej rozmowie tylko do współpracy. Od tego czasu Bohr zerwał przyjaźń z Heisenbergiem, a później, po ucieczce z Danii, dołączył do amerykańskiego projektu budowy bomby atomowej. W kwietniu 2002 roku odkryto list, który Bohr zamierzał wysłać Heisenbergowi w 1952 roku. Przypominał w nim jasno prawdziwą treść rozmowy z 1941 roku i prosił Heisenberga, aby ten przestał w tej sprawie kłamać.
Po II wojnie światowej Heisenberg był początkowo przetrzymywany w amerykańskim obozie jenieckim. Po przekazaniu Amerykanom dokładnego sprawozdania z działalności jego zespołu badawczego, został skazany przez amerykański sąd wojskowy na 5 lat więzienia. Zwolniono go już po dwóch latach. Po opuszczeniu więzienia wyjechał najpierw do Szwajcarii, gdzie pracował razem z Linusem Paulingiem, dawnym przyjacielem ze studiów. W 1956 roku wrócił do Niemiec i aż do emerytury pracował na Uniwersytecie w Heidelbergu.
Paul Adrien Maurice Dirac (IPA: [dɪˈræk], ur. 8 sierpnia 1902 w Bristolu, zm. 20 października 1984 w Tallahassee) – angielski fizyk teoretyk.
Jeden z twórców mechaniki kwantowej i elektrodynamiki kwantowej, laureat Nagrody Nobla z dziedziny fizyki w roku 1933 za wkład w rozwój mechaniki kwantowej.
Odkryte przez niego w 1928 roku równanie falowe opisujące elektron w sposób relatywistycznie niezmienniczy. Dzisiaj znane jest ono jako równanie Diraca. Równanie to pozwoliło mu na przewidzenie istnienia pozytonu – antycząstki elektronu, które zostało potwierdzone w 1932 roku przez Carla Andersona. Równanie Diraca pozwoliło także na wyjaśnienie pochodzenia spinu (inaczej to własny /kręt/ moment pędu) elektronu.
W 1926 roku opracował niezależnie od Enrico Fermiego statystykę (fermionów) cząstek o spinie 1/2 (tzw. Statystyka Fermiego-Diraca).
W 1930 została wydana jego najbardziej znana książka The Principles of Quantum Mechanics (Podstawy mechaniki kwantowej). Zawierała ona pierwszy systematyczny wykład teorii operatorów liniowych jako uogólnienia formalizmów wprowadzonych przez Erwina Schrödingera i Wernera Heisenberga. W książce tej Dirac wprowadził także zapis wektorów ket i bra, stosowany dzisiaj powszechnie w fizyce.
Wysunął on hipotezę, że pusta przestrzeń stanowi ocean nieskończenie wielu cząstek. "Krople" tego oceanu wyskakujące ponad powierzchnię to cząstki fizyczne, natomiast "bąbelki" próżni pod powierzchnią to antycząstki. Z tego powodu uznaje się go za odkrywcę antymaterii. Hipoteza ta okazała się nieprawdziwa, gdyż nie przewidywała istnienia cząstek niepodlegających zakazowi Pauliego. Od 1961 był członkiem Papieskiej Akademii Nauk
Wolfgang Pauli (ur. 1900 w Wiedniu, zm. 1958 w Zurychu) – szwajcarski fizyk austriackiego pochodzenia, od 1928 profesor w Związkowej Wyższej Szkole Technicznej w Zurychu, po 1939 pracujący na Uniwersytecie Princeton w USA, jeden z twórców mechaniki kwantowej.
Aby wyjaśnić doświadczalne obserwacje, postulował w 1924 roku, że elektrony muszą mieć spin.
W 1925 sformułował regułę, według której dwa elektrony (i generalnie fermiony) nie mogą znajdować się w tym samym stanie kwantowym; regułę nazwano zakazem Pauliego. Tłumaczy on między innymi systematykę widm i budowę układu okresowego pierwiastków. W 1945 za to odkrycie otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.
W 1930 wysunął hipotezę istnienia neutrina (potwierdzoną eksperymentalnie przez Fredericka Reinesa i Clyde Cowana w 1956), a w 1955 stworzył prawo zachowania parzystości CPT. Trzy lata później zmarł na raka. Wspólnie z C.G. Jungiem napisał książkę "Naturerklärung und Psyche" (1952), w której opisano tzw. synchroniczność, to jest stałe współwystępowanie zjawisk nie związanych ze sobą przyczynowo.
Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (ur. 1887 w Wiedniu, zm.1961 tamże) – austriacki fizyk teoretyk, jeden z twórców mechaniki kwantowej, laureat Nagrody Nobla z dziedziny fizyki w roku 1933 za prace nad matematycznym sformułowaniem mechaniki falowej
W 1926 w ciągu sześciu miesięcy opublikował cztery artykuły dające początek falowemu ujęciu mechaniki kwantowej. Pierwszy z nich to Quantisierung als Eigenwertproblem (Kwantyzacja jako zagadnienie własne, zob. równanie własne w mechanice kwantowej) opublikowany w "Annalen der Physik", (4), 79, (1926), 361-376.
Jest również autorem książki What is Life? (wyd. 1944), w której dowodzi, że życie można ujmować w kategoriach przechowywania i przekazywania informacji biologicznej. Napisał w niej także, że aby zrozumieć życie, należy złamać kod dziedziczenia. Książka ta stała się inspiracją do rozmyślań nad teorią dziedziczenia dla wielu twórców biologii molekularnej, włączając w to m.in. takich wybitnych jak: Francis Crick i James D. Watson.
W 1933 roku został uhonorowany wraz z Paulem Dirakiem Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki za "odkrycie nowych, płodnych aspektów teorii atomów i ich zastosowanie".
Główną zasługą Schrödingera było ujęcie problemu kwantowania jako problemu wartości własnych. Jest autorem tzw. równania falowego (równania Schrödingera), które w mechanice kwantowej ma podstawowe znaczenie. Stworzył podwaliny rachunku zaburzeń, zajmował się też termodynamiką statystyczną i teorią barw.
Max Born (ur. 1882 we Wrocławiu, zm. 1970 w Getyndze) – pochodzący z zasymilowanej wielkomieszczańskiej rodziny niemiecko-żydowskiej matematyk i fizyk, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki(1954).
Jedyny syn dr. Gustawa Jakuba Borna (1851-1900), Żyda urodzonego w Kępnie (wtedy miasto pruskie w prowincji Poznańskiej), i Margarete Kauffmann (1856-1886), pochodzącej z rodziny śląskich przemysłowców. Urodził się i wychował we Wrocławiu, gdzie jego ojciec wykładał na Uniwersytecie Wrocławskim, najpierw jako privatdozent, a następnie profesor anatomii porównawczej i embriologii. Po ukończeniu Gimnazjum im. Króla Wilhelma studiował kolejno na uniwersytetach we Wrocławiu, Heidelbergu i Zurychu. W tym czasie zetknął się z takimi naukowcami jak Felix Klein, David Hilbert, Hermann Minkowski, Carl Runge, Karl Schwarzschild, czy Woldemar Voigt.
W roku 1909 został wykładowcą uniwersytetu w Getyndze, skąd w roku 1912 przeniósł się do University of Chicago. W roku 1919, po służbie wojskowej w armii niemieckiej, został profesorem uniwersytetu we Frankfurcie nad Menem, później (1921) w Getyndze. Sformułował w tym czasie standardową obecnie interpretację kwadratu funkcji falowej(ψ*ψ) w równaniu Schrödingera jako gęstości prawdopodobieństwa znalezienia cząstki (zob. gęstość elektronowa), za co w 1954 roku otrzymał Nagrodę Nobla (równocześnie nagrodę otrzymał Walther Bothe). Z powodu antysemickiej polityki rządu III Rzeszy wyjechał w 1933 roku do Cambridge, skąd w roku 1936 przeniósł się do Uniwersytetu w Edynburgu. Wykładał tam do 1953 r..
Po II wojnie światowej (w 1953 r., po otrzymaniu przez Borna tytułu honorowego obywatela Getyngi) Max i Hedwig Bornowie powrócili do Niemiec, ale ich dzieci pozostały w Wielkiej Brytanii. W 1955 r. podpisał Manifest Russella-Einsteina (zob. Pugwash), a w 1957 r. – z innymi naukowcami z Göttinger 18– Manifest z Göttingen przeciw wyposażeniu Bundeswehry w taktyczną broń atomową. Pochowany w Getyndze na tym samym cmentarzu, co Max Planck i David Hilbert. Na jego nagrobku wyryto fundamentalne równanie mechaniki kwantowej: pq – qp = h/2πi.
Spośród jego publikacji wymieniane są przede wszystkim: Dynamics of Crystal Lattices, Optics, Natural Philosophy of Cause and Chance i Zur Quantummechanik. Prócz Nagrody Nobla zdobył Medal Stokesa, a w 1950 roku – Medal Hughesa. Born był również współautorem – wspólnie z Robertem Oppenheimerem – przybliżenia stosowanego w fizyce kwantowej, będącego szczególnym przypadkiem przybliżenia adiabatycznego, nazwanego przybliżeniem Borna-Oppenheimera.
Dom, w którym się wychował, znajduje się we Wrocławiu przy placu Wolności 4. Na domu zamontowano w 2002 roku tablicę pamiątkową. We Wrocławiu uhonorowano go także nazywając jego nazwiskiem plac w centrum. Był dziadkiem australijskiej piosenkarki i aktorki, Olivii Newton-John.
Enrico Fermi (ur. 1901 w Rzymie, Włochy, zm. 1954 w Chicago, USA) – włoski fizyk teoretyk, laureat Nagrody Nobla z dziedziny fizyki w roku 1938, za wytworzenie w reakcjach z neutronami nowych pierwiastków promieniotwórczych.
Po otrzymaniu Nagrody Nobla, wyemigrował do USA, ponieważ obawiał się o losy swojej żony, Laury, która miała pochodzenie żydowskie. Od 1939 roku był profesorem Columbia University w Nowym Jorku, a w latach 1941-1946 Uniwersytetu w Chicago. Zajmował się fizyką jądrową. Był współtwórcą pierwszego na świecie reaktora jądrowego (Chicago) – zaprojektował go i uruchomił 2 grudnia 1942 – i bomby atomowej (pracował nad nią w ośrodku badawczym w Los Alamos). Opracował mikroskopowy rozkład prawdopodobieństwa fermionów (statystyka Fermiego-Diraca), nazwanych tak na jego cześć. W ostatnich latach życia był wraz ze Stanisławem Ulamem inicjatorem pierwszych doświadczeń komputerowych. Zmarł na raka żołądka, po długiej chorobie, zachowując, według wspomnień Ulama, do końca jasność myśli i obiektywność sądów. Ulam badał liczby doskonałe - film Krzysztofa Zanussiego "Liczba doskonała"
Na jego cześć mianem "ferm" (łac. fermium, skr. Fm) nazwano pierwiastek chemiczny o l.a. 100, odkryty wśród produktów rozpadu pierwszej amerykańskiej bomby wodorowej. Również pozaukładowa jednostka długości w fizyce jądrowej odpowiadająca 1 femtometrowi nazwana została "fermi" (1 f=10^-15 m).
W dziedzinie teorii głównym osiągnięciem Fermiego w okresie rzymskim była teoria rozpadu beta. Jest to proces zachodzący w nietrwałym jądrze atomowym, podczas którego dochodzi do przemiany neutronu w proton oraz emisji elektronu i antyneutrina (n→p+e+ν). Fermi poddał go wnikliwej analizie, w wyniku której wprowadził do nauki nowy rodzaj siły - oddziaływanie słabe. Opublikował tę pracę w 1933 po włosku, gdyż jej oryginalna wersja – angielska – została odrzucona przez czasopismo Nature jako zbyt spekulatywna.
W Ameryce Fermi wkrótce został wciągnięty w przedsięwzięcie zmierzające do uzyskania kontrolowanej łańcuchowej reakcji jądrowej. W 1942 udało mu się zbudować pierwszy reaktor jądrowy na stadionie University of Chicago w Stagg Field. Przy użyciu grafitu, jako moderatora, Fermi i jego zespół przystąpili do konstruowania stosu atomowego. Składał się on z około 40 000 bloków grafitowych – specjalnie do tego celu wyprodukowanych, aby wykluczyć możliwość zanieczyszczeń – w których wydrążono około 22 000 otworów, by w nich umieścić kilka ton uranu. 2 grudnia 1942 o godzinie 14:20 rozpoczęła się era atomowa, gdyż właśnie wtedy uruchomiono stos Fermiego, w którym przez 28 minut dochodziło do samopodtrzymującej się reakcji łańcuchowej. W historycznym telefonie, jaki po tym nastąpił, Artur Compton powiadomił dyrekcję przedsięwzięcia, Conanta, że "włoski żeglarz wylądował w nowym świecie, a krajowcy okazali się przyjaźni"[2].
Fermi nadal pracował nad projektem Manhattan i był świadkiem pierwszego wybuchu bomby atomowej w lipcu 1945 na pustyni w stanie Nowy Meksyk. Wykonał prosty, ale bardzo pomysłowy pomiar mocy wybuchu, w chwili nadejścia fali uderzeniowej wypuszczając z dłoni garść skrawków papieru. Na podstawie ich przemieszczenia (ok. 2,5 metra) oszacował moc wybuchu na ok. 10 kiloton TNT.
Nazwę Fermilab nosi też Państwowe Laboratorium Przyśpieszenia Cząstek Elementarnych w Batavii, w pobliżu Chicago. W technologii informatycznej jego nazwisko upamiętniła firma NVIDIA nadając nazwę kodową Fermi procesorom graficznym zastosowanym w kartach GeForceserii 400 i 500. Imieniem Fermiego nazwano też kosmiczne obserwatorium promieniowania gamma GLAST.
Arnold Sommerfeld
Wojciech
Rubinowicz
.jpg)
