• Stvaranje i nestajanje estica.
  • Povijest fizike




    Download 260.68 Kb.
    bet2/3
    Sana10.04.2017
    Hajmi260.68 Kb.
    1   2   3

    Poteško

    e klasi

    ne fizike. Maxwellovom teorijom klasi

    na je fizika dosegla svoj vrhunac. Povezana su i neka dotad razli

    ita podru

    ja fizike: optika, elektricitet i magnetizam. S druge strane, atomi i molekule smatrani su temeljnim dijelovima tvari. Toplina se o

    ituje u njihovom gibanju. Zvuk je val, a isto tako i svjetlost. Izgledalo je da se sva podru

    ja fizike mogu objasniti mehani

    ki na temelju nekih jedinstvenih na

    ela. Kraj XIX. st. pokazao je da to nije tako.


    Tome su prethodili neki drugi događaji. Tijekom XIX. st. znanstvenici su se

    udili kako voda u kojoj je rastopljena npr. sol vodi elektri

    nu struju. Godine 1884. Svante Arrhenius (1859. 1927.) pretpostavio je da postoje nabijeni atomi koje je nazvao ionima. Oni su po njegovom mišljenju uzrok vodljivosti. Međutim, ako postoji nabijeni atom, onda on može imati nešto više ili nešto manje tvari od neutralnog atoma, a to se protivi pojmu atoma.
    Da se riješio taj problem, pomogli su neki drugi pokusi. Otkri

    e Geisslerovih cijevi postavilo je pitanje što je elektri

    na struja. William Crookes (1832. 1919.) otkrio je da iz katode izlaze neke

    estice negativno nabijene, a te je 1891. g. G. J. Stoney nazvao elektronima. Joseph John Thomson (1856. 1940.) zaklju

    io je da su katodne zrake elektroni, koji su zajedni

    ki svim tvarima. Arrheniusovi zaklju

    ci o ionima upu

    ivali su na to da ti elektroni moraju biti sastavni dio atoma. Da bi atom bio neutralan treba postojati njegov dio koji je pozitivno nabijen. Thomson je najprije mislio da je to pozitivno nabijeni fluid u koji su usađeni elektroni. Oscilacije tih elektrona oko ravnotežnih položaja proizvode elektromagnetske valove. Na taj na

    in je bilo mogu

    e oscilacijom elektrona u atomu objasniti mnoge pojave koje su slijedile iz Maxwellove teorije. S druge strane, postalo je jasno da se elektri

    na struja sastoji od elektrona, a ne od elektri

    nog fluida. Tako je, kona

    no, priroda elektriciteta i struktura tvari bila međ usobno povezana. Pored tog modela, Thomson je dao i model atoma u kojemu se elektroni gibaju. Pretpostavio je da se elektroni gibaju oko pozitivno nabijene jezgre. Za tu pretpostavku on primijenio je Boškovi

    evu teoriju, po kojoj se

    estice mogu gibati samo po nekim krivuljama oko drugih. Planetarni model strukture atoma eksperimentalno je potvrdio Ernest Rutherford (1871. 1937.). Opravdanje uvođenja mogu

    ih staza elektrona dao je Niels Bohr (1885. 1962.) . On je postulirao da sustav jezgra-elektron normalno ne zra

    i energiju. Elektron prelazi s vanjske staze više energije na unutarnju stazu niže energije, pri

    emu se višak energije emitira kao kvant elektromagnetskog zra

    enja .

    12
    POVIJEST FIZIKE

    Stefan-Boltzmannov zakon i Wienov zakon za zra

    enje užarenog tijela pronađeni krajem XIX. st. potvrđivali su Maxwellovu teoriju. Ali, usprkos tome, nije bilo mogu

    e teorijsk izvesti oblik krivulje koja bi prikazivala ovisnost emitirane energije i valnih duljina o svakoj pojedinoj temperaturi. Max Planck (1858. 1947.) uvjerio se da zra

    enje svjetlosti potje

    e od submikroskopskih elektri

    nih oscilatora, a nakon Thomsonovih pokusa bilo je jasno da takve oscilacije proizvode upravo elektroni. Da bi izveo relaciju koja daje raspored emitirane energije po valnim duljinama, Planck je pretpostavio da svaki oscilator može imati samo neku definiranu energiju i da zra

    i samo onda kad on mijenja jednu dopustivu energetsku vrijednost, u drugu manju.


    Time je odstupio od na

    ela klasi

    ne fizike. U po

    etku, Planck nije mogao opravdati svoju teoriju, ali je ve

    1905. g. Albert Einstein pokazao da se kvantna pretpostavka mora primijeniti pri objašnjenju fotoefekta. Novi pokusi potvrđivali su sve više Planckovu pretpostavku, pa je time bio otvoren put kvantnoj fizici.
    Još je Newton pokušao eksperimentalno dokazati postojanje apsolutnog prostora. U XIX. st. znanstvenici su pokušali identificirati apsolutni prostor s eterom i dokazati njegovo postojanje. Albert Abraham Michelson (1852. 1931.) i Edward Williams Morley
    (1838...1923) pokušali su to eksperimentalno dokazati, ali njihov pokus nije dokazao postojanje etera. To je navelo Alberta Einsteina da odbaci pojam etera i da postulira da u svim sustavima koji miruju ili se konstantnom brzinom gibaju vrijede isti fizikalni zakoni, i da je brzina svjetlosti u svim takvim sustavima jednaka.
    To je zahtijevalo reviziju klasi

    ne fizike i uvedena je nova teorija relativnosti.


    Problem zra

    enja užarenih tijela i Michelson-Morleyev pokus prodrmali su klasi

    nu fiziku i ozna

    ili njezinu krizu. Otkri

    e elektrona i jezgre atoma (v. Atomska jezgra, TE 1, str. 479 i Subatomske

    estice), kao i otkri

    e radioaktivnosti potakli su snažan razvoj nuklearne fizike (v. Nuklearna fizika), tako da posljednjih nekoliko desetaka godina u fizici zapravo dominira nuklearna fizika u kojoj su u

    injena najvažnija otkri

    a i kroz koju su se otvorili najvažniji novi pogledi na materijalnu stvarnost. Ali razvoj fizike u tom razdoblju dio je naših današnjih pogleda u fizici.

    0.4 SUVREMENA FIZIKA
    Zna

    ajke suvremene fizike su sve op

    enitiji pogled na prirodu i tuma

    enje niza pojava na osnovi nekoliko vrlo op

    enitih principa, te sve ve

    e udaljavanje od priproste intuitivne predodžbe o svijetu.


    Po

    etkom XX. stolje

    a usporedno se razvijaju teorija relativnosti i kvantna fizika, jedna kao kona

    na razrada Maxwellove elektrodinamike, a druga kao posljedica nastojanja da se klasi

    na mehanika i elektrodinamika prošire na opisivanje atomske građe tvari.

    13

    FIZIKA – ODABRANA POGLAVLJA



    Slika 0.3 Shematski prikaz međusobnog utjecaja fizikalnih teorija te njihov utjecaj na glavna podru

    ja primjene


    Transformacijska invarijantnost. U svojoj sintezi, još u renesansi zapo

    ete revolucije u znanosti, I. Newton je naglasio zna

    enje kvantitativnih mjerenja, spoznavanja zašto se stvari događaju kroz opis kako se one događaju, odbacuju

    i aristotelovske moralno-eti

    ke antropomorfne atribute kao irelevantne za tvarni svijet. U novom gledanju, koje je u povijesti ljudskog umnog razvoja isto toliko važno kao i starogr

    ki skok od empiri

    ke geometrije starih Egip

    ana i Babilonaca do logi

    ki sazdane euklidske matemati

    ke zgrade, važni su analiti

    ki geometrijski koordinatni sustavi (R. Descartes, 1637.). Objektivne prirodne pojave ne mogu ovisiti o samovoljno odabranom koordinatnom sustavu za njihovo matemati

    ko opisivanje. U suvremenoj su teorijskoj fizici prou

    avanja ponašanja teorijskih izraza pri promjenama koordinatnih sustava, tzv. transformacijska invarijantnost, neobi

    no važne. Te invarijantnosti mogu se povezati sa sa

    uvanjem fizikalnih veli

    ina (E. Nother, 1918.). Tako, npr., invarijantnosti pri translaciji sustava, tj. sloboda u izboru po

    etka koordinatnih osi, zna

    i u


    etverodimenzionalnom vremenu-prostoru sa

    uvanje energije i impulsa. Ta fizikalna relativnost izbora koordinatnog sustava dala je ime teoriji relativnosti. Još krajem XIX. stolje

    a spoznato je da Maxwellove jednadžbe. mijenjaju svoj oblik pri jednolikom gibanju koordinatnog sustava ako se pri tome vrijeme smatra apsolutnim i nepromjenljivim. Newtonove jednadžbe su s obzirom na takve transformacije nepromjenljive. Međutim, sva nastojanja da se djelovanje promjena u elektrodinami

    kim sustavima zbog jednolikoga gibanja izmjere (najosjetljiviji tadanji pokus bio je ve

    spomenuti Michelson -Morleyev pokus) bila su bezuspješna. Prou

    avaju


    i sustave u gibanju, H. A. Lorentz je 1899. i 1903. godine ustanovio da Maxwellove jednadžbe ostaju nepromijenjene uvede li se transformacija vremena, koja vodi na neko drugo vrijeme koje je Lorentz nazvao lokalnim vrijemenom. Te Lorentzove transformacije,

    ije je potpuno fizikalno zna

    enje spoznao nešto kasnije A. Einstein, važna su sastojina moderne fizike. Maxwellova teorija izvanredno je empiri

    ki opravdana, u njoj je sadržano stoljetno iskustvo o elektromagnetizmu i sastavni je dio naše tehnologije i industrijskih primjena. Isto, naravno, vrijedi i za zakone klasi

    ne mehanike. Bilo je zbog toga vrlo neobi

    no kada se krajem prošlog i po

    etkom ovog stolje

    a

    inilo da su elektromagnetski i svjetlosni fenomeni u suprotnosti s mehani



    kim zakonima. Poznati

    14
    POVIJEST FIZIKE

    matemati

    ar H. Poincare posumnjao je u valjanost klasi

    ne mehanike (1904.), nagađaju

    i da

    e se razviti nova vrsta dinamike kod koje



    e najve

    a mogu


    a brzina biti brzina svjetlosti. U svom fundamentalnom radu (1905.) A. Einstein je analizirao pojam istodobnosti koji je bitan za mjerenje vremena. Pokazao je da se istodobnost može ustanoviti samo slanjem signala izme đu opaža

    a, te da ovisi o najbržem mogu

    em posredniku, a to je svjetlost. Uzme li se da je brzina svjetlosti u svim koordinatnim sustavima jednaka, dobiju se za prijelaz od sustava na sustav Lorentzove transformacije. Time su protuma

    eni negativni rezultati Michelson-Morleyevog i drugih sli

    nih pokusa. Pojava dužinske kontrakcije (G. F. Fitzgerald, 1892.) i dilatacije vremenskog razmaka (Larmor, 1900.), koje su stariji istraživa

    i pripisivali elektromagnetskim pojavama u tvari, posljedica su na

    ina mjerenja, koje je određeno fizikalnim silama i zakonima. Newtonovske jednadžbe mehanike moraju se modificirati, no odstupanja od klasi

    ne fizike postaju zna

    ajna tek pri vrlo velikim brzinama, bližim brzini svjetlosti. Kako se elektromagnetske pojave odvijaju brzinom svjetlosti, u Maxwellovim jednadžbama mjerenje vremena je i nesvjesno bilo uklju

    eno na relativisti

    ki na

    in i te jednadžbe su relativisti



    ke. Modifikacije mehanike nevažne su u svakidašnjem životu, no one postaju važne ve

    pri konstrukciji elektroni

    kih uređaja. Ve

    je 1901. W. Kaufmann primijetio da se gibanje vrlo brzih elektrona može opisati klasi

    nom mehanikom samo ako se dopusti porast mase s brzinom. Specijalna teorija relativnosti, sinteza klasi

    ne mehanike i elektrodinamike, bez poteško

    a opisuje sve takve pojave. Njena valjanost je dokazana i svakodnevno se dokazuje u tvornicama i laboratorijima diljem svijeta. Rad velikih i mo

    nih akceleratora elementarnih

    estica i pojave koje se s njima prou

    avaju u potpunom su skladu s teorijom relativnosti i mogu se samo kroz nju sustavno spoznati. Poznato je npr. da brze nestabilne

    estice postoje (“žive”) duže od jednakih mirnih

    estica, kako to i traži relativisti

    ka dilatacija vremena. (B. Rossi i D. B. Hall, 1941.). Prema jednoj procjeni 1963. je u SAD-u valjanost euklidske geometrije na kojoj se osniva klasi

    na mehanika ispitana pri geodetskim mjerenjima bar 840.000 puta s to

    noš

    u od barema 10-5. Istovremeno je pri radu akceleratora elementarnih



    estica ispravnost Lorentzovih transformacija, koje su osnova teorije relativnosti, dokazana barem milijun puta s jednakom ili ve

    om to


    noš

    u. Danas se više i ne govori o specijalnoj teoriji relativnosti kao o posebnoj fizikalnoj teoriji. Zahtjev relativisti

    ke invarijantnosti, tj. nepromjenljivosti teorije prema Lorentzovim transformacijama, ugrađen je u sve fizikalne teorije, pa i u kvantnu mehaniku.
    KVANTNA MEHANIKA . Ta se disciplina razvila u nešto više od jednog desetlje

    a nakon Bohrovog izvoda vrijednosti Rydbergove konstante (J. R. Rydberg, 1890., N. Bohr, 1913.) i tuma

    enja Balmerove serije (J. J. Balmer, 1885.) atomskih spektara. Važne doprinose Bohrovoj teoriji dao je A. J. W. Sommerfeld (1915.), koji je pokazao kako se ona može poop

    iti na slu

    aj elipti

    kih staza elektrona, te protuma

    io hiperfinu strukturu spektralnih linija kao relativisti

    ku pojavu.


    Prou

    avaju


    i srazove elektrona i atoma, J. Frank i G. Hertz su 1914. pokazali da se i pri tom procesu predaja energije zbiva u skokovima. Niz pojava u vezi s atomima, njihovim spektrima i drugim svojstvima, po

    elo se kvalitativno, a ponekad i kvantitativno razumijevati. No tuma

    enje fine strukture spektara alkalijskih metala ili Zeemanovog efekta nije bilo mogu

    e u okvirima jednostavne Bohrove teorije. Zeemanova pojava (P. Zeeman, 1896.), da se pri zra

    enju atoma u snažnom magnetskom polju spektralne linije dijele, bila je važan korak, uz Rutherfordov rad, za shva

    anje da i atomi imaju neku



    15

    FIZIKA – ODABRANA POGLAVLJA

    strukturu (H. A. Lorentz, 1897.). Klju

    za tuma

    enje rezultat je opažanja da se rojevi atoma pri prijelazu kroz nehomogeno magnetsko polje dijele u nekoliko komponenata. Moralo se zaklju



    iti da elektron nosi svoj vlastiti impulsni moment, tzv. spin (G. F. Uhlenbeck i S. Goudsmit, 1925.), koji bi u naivnoj slici sli

    noj planetarnom sustavu bio analogan okretanju planeta oko vlastite osi. Spin je pomogao W. Pauliju (1924.) pri formulaciji znamenitog principa isklju

    enja, koji kaže da u atomu niti dva elektrona ne mogu biti u istom kvantnom stanju. Na osnovi principa isklju

    enja, elektroni postupno pune atomske staze, tako da u svakoj može biti određen broj, pa se jedino tako mogu shvatiti atomski spektri i periodni sustav elemenata . Pri prou

    avanju nakupina

    estica ili atoma metodama statisti

    ke fizike primije

    eno je da postoje dvije statistike: za

    estice s polovi

    nim spinovima, kao što je elektron, vrijedi princip isklju

    enja (E. Fermi, 1926.), dok za

    estice s cijelim spinovima ne vrijedi (S. N. Bose, 1924., A. Einstein, 1924.). Do sredine dvadesetih godina razvijena stara kvantna teorija bila je još puna formalnih proturje

    nosti i nekonzistentnosti. U njoj su na klasi

    nu elektrodinamiku i mehaniku bili nadodani kvantni postulati, što se opravdalo empiri

    kim uspjehom. No, dok je tu predviđanje rasporeda spektralnih linija po frekvencijama bilo izvrsno, teorija je tek s velikim poteško

    ama mogla nagađati o jakosti ili intenzitetu dane spektralne linije. Valna svojstva svjetlosti, ogib i interferencija nisu se mogli povezati sa svjetlosnim

    esticama, fotonima, koji se gibaju prostorom kao puš

    ana tanad, što je slijedilo iz Einsteinovog opisivanja fotoefekta. Izu

    avaju

    i sudare fotona i elektrona A. H. Compton (1923.) našao je zakone sli



    ne sudarima materijalnih objekata. Budu

    i da se radilo o velikim brzinama, pri prora

    unu je upotrijebljena relativisti

    ka formulacija mehanike, a svjetlost je shva

    ena kao roj fotona.
    Valovi materije. Daljnji razvoj kvantne teorije u

    inio je taj dualizam val-

    estica manje zabrinjavaju

    im. Potaknuti L. de Broglievim spekulacijama (1923.) o valovima materije , više je fizi

    ara pokazalo (W. Elsasser 1925.; C. J. Davisson i C. H. Kunsman 1925.; C. J. Davisson i L. H. Germer 1927.; G. P. Thomson 1927.) da se elektron pri raspršenju na vrlo finoj kristalnoj rešetki giba baš kao i svjetlost. W. Heisenberg je 1925. u nastojanju da opiše atomske spektre, upotrebljavaju

    i samo fizikalno mjerljive amplitude povezane s jakoš

    u spektralnih linija, postavio algebarski sustav jednadžbi. Ta teorija, razrađena kasnije (M. Born, W. Heisenberg i P. Jordan 1926.; P. A. Dirac 1925.) u kvantnu mehaniku (temeljenu na formalizmu nekomutativnih operatora) mogla je na matemati

    ki konzistentan i fizikalno potpun na

    in opisati kvantne fenomene. Ubrzo poslije toga, F. Schrodinger je (1935.), nadovezuju

    i se na de Broglieve ideje i na sli

    nost između klasi

    ne mehanike i geometrijske optike (W. R. Hamilton, 1934.), konstruirao svoju valnu mehaniku u analogiji s valnom teorijom svjetlosti. Schrodinger je uskoro pokazao matemati

    ku ekvivalentnost između svoje valne mehanike i Heisenbergove kvantne mehanike. Danas se govori o kvantnoj mehanici prema Schrodingerovom ili prema Heisenbergovom prikazu, te je svaki od njih pogodan za određene primjene. Nerelativisti

    ka verzija kvantne mehanike bila je bitna pri otkrivanju poluvodi

    a i izuma lasera, te polako ve

    ulazi u tehni

    ke primjene. Dopunjena spoznajom o elektronskom spinu dovoljna je za potpuno shva

    anje periodnog sustava elemenata i za opisivanje molekula i kemijskih reakcija. Njenim primjenama na sustave s više

    estica razvile su se discipline: atomska fizika, fizika

    vrstog stanja, molekularna fizika, kvantna kemija, nuklearna fizika i sl.




    16
    POVIJEST FIZIKE


    Statisti

    ka interpretacija kvantne mehanike. Prou

    avanje strukture kvantne mehanike i njene fizikalne interpretacije veoma je izmijenilo je predodžbe o na

    inu na koji se spoznaje materijalni svijet. Pokazalo se (M. Born, 1926.) da teorija daje samo statisti

    ke informacije o vjerojatnosti zbivanja nekog događaja. Pri raspršenju elektrona na kristalnoj rešetki, teorija ne može predvidjeti ponašanje pojedinog elektrona, nego samo kaže kolika je vjerojatnost da se elektron negdje nađ e. Ponovi li se eksperiment za mnogo elektrona, statisti

    ka distribucija odgovara ogibnoj valnoj slici, pa je tako problem dualizma val-

    estica razriješen. Statisti

    ka interpretacija kvantne mehanike bitno je razli

    ita od klasič ne statistike, gdje je statisti

    ko ponašanje posljedica toga što nema to

    nih informacija o svakoj

    estici u mnoštvu, iako se te informacije, u na

    elu, mogu saznati. U kvantnoj se mehanici ne mogu u na

    elu dobiti potpune informacije o danoj

    estici, što je formulirano kroz znamenito na

    elo neodređenosti (W. Heisenberg, 1927.). Impuls i položaj elektrona npr. ne mogu se istodobno po volji to

    no izmjeriti. Ako je položaj apsolutno poznat, impuls je neodređen i obrnuto. Promatranje nekoga fizikalnog sustava zna

    i međudjelovanje sustava s nekim mjernim instrumentom. Po predodžbama klasi

    ne fizike, takvo se međudjelovanje zbiva kontinuirano. Može se, dakle, po volji smanjiti, toliko da postane nevažno. No, kod kvantne mehanike samo postojanje kvantnih skokova ograni

    ava mogu

    nost da se takvo me đudjelovanje potpuno reducira. Na

    elo neodređenosti je mnogo puta eksperimentalno verificirano. Osobito je uvjerljivo mjerenje kod nuklearnih raspada, gdje se pokazuje da sve to

    nije određenje poluživota dovodi do sve ve

    e neto

    nosti u određivanju energije emitiranog zra



    enja. Napuštanje jednostavnog deterministi

    kog shva


    anja fizike protivi se, naravno, našem svakidašnjem iskustvu, zasnovanom na vizualnim i

    ulnim opažanjima pojava pri kojima su kvantni fenomeni nevažni. Kod atomskih i subatomskih pojava radi se obi

    no o obilju događaja, pa se ta to

    nost statisti

    kog predviđanja, kao npr. ogibne slike, može testirati izvanredno precizno,

    esto mnogo to

    nije od mjerenja karakteristi

    nih za klasi

    nu fiziku iz prošlog stolje

    a. Mnogobrojna nastojanja da se ipak razvije deterministi

    ka slika kvantnih pojava bila su do sada potpuno bezuspješna. To je 1959. potaklo D. Bohma i Y. Aharonova da na

    ine pokus koji je pokazao da i elektromagnetski potencijal (dakle nefizikalna veli

    ina u klasi

    noj fizici koja poznaje samo polja) i u situaciji u kojoj je polje isklju

    eno utje

    e na ogib elektrona. To je sasvim u skladu s kvantnomehani

    kim jednadžbama.
    Stvaranje i nestajanje

    estica. Iako vrlo uspješna i u sebi potpuno konzistentna teorija, kvantna mehanika, određena Heisenbergovim hamiltonijama i Schrodingerovom jednadžbom, ne opisuje sve prirodne fenomene. Ta formulacija nema relativisti

    ku invarijantnost. U kvantnoj mehanici uzima se da je broj

    estica konstantan pa nema mogu

    nosti da se opiše

    in spontane emisije svjetlosti, koji zna

    i stvaranje nove

    estice, fotona. Sli

    nost s klasi

    nom teorijom elektromagnetizma omogu

    avala je da se emisija fotona prora

    una, no to nije zadovoljavalo potrebu za jasno

    om i skladnoš

    u fizikalne teorije. Žele

    i ukloniti tu nedore

    enost i nepotpunost P. A. M. Dirac je, upotrebljavaju

    i analogiju s harmoni

    kim oscilatorom, kvantizirao elektromagnetske valove. Njegov je rad jedno od važnih znanstvenih dostignu

    a u prošlom stolje

    u, budu

    i da se u njemu prvi put poslije tisu



    a godina postojanja atomisti

    kih teorija pojavljuje mogu

    nost da je broj elementarnih djeli

    a materije promjenljiv. Diracov rad nadovezuje se na dugi razvoj. Zapo

    eo ga je J. W. Rayleigh 1900. kada je pri izvodu klasi

    ne teorije užarenog tijela promatrao svjetlosne titraje u prostoru kao statisti

    ki sustav harmoni

    kih oscilatora. Ve

    1906. je P. Ehrenfest predlagao da se Planckova kvantizacija oscilatora u tijelima koja zra

    e proširi i na zamišljene oscilatore elektromagnetskog polja. To je omogu

    ilo P.

    17

    FIZIKA – ODABRANA POGLAVLJA

    Debyeu da 1910. izvede Planckov zakon zra

    enja. No prava veza s Einsteinovim

    esticama svjetlosti dugo nije bila shva

    ena. Tek 1926. su M. Born, W. Heisenberg i P. Jordan uo

    ili matemati

    ku ekvivalentnost Debyevog pristupa s Einstein-Boseovom kvantnom statisti

    kom teorijom plinova. Jer ako kvantizacija Rayleighovih oscilatora daje isti rezultat kao teorija koja opisuje mnoštvo

    estica nekog plina, onda su ti kvantizirani valovi zapravo svjetlosne

    estice. Diracova uspješna formulacija tih ideja još uvijek nije vodila na skladnu i simetri

    nu teoriju međudjelovanja elektrona i fotona. Heisenbergova i Schrodingerova kvantna teorija odgovarala je zapravo nekvantiziranim Maxwellovim jednadžbama. Osim toga teorija fotona bila je, automatski, i relativisti

    ki invarijantna.


    Materija i antimaterija. Još je Schrodinger pokušao povezati

    estice i valove na relativisti

    ki na

    in. Primjenjuju



    i takvu teoriju na vodikov atom, primijetio je da se ne slaže s pokusima. Međutim, nerelativisti

    ka aproksimacija, tj. znamenita Schrodingerova jednadžba, koju je posljednju objavio, bila je to

    nija. Kasnije je i primije

    eno da se relativisti

    ka verzija teorije ne može interpretirati u smislu Bornovih vjerojatnosti. Razrješenje obaju problema poteklo je 1928. od P. A. M. Diraca, koji je u teoriju uveo spinore. Pokazalo se da postoji više relativisti

    kih verzija Schrodingerove teorije te da prvotna Schrodingerova relativisti

    ka jednadžba (poznata u fizici po kasnijim istraživa

    ima kao Klein-Gordonova jednadžba) opisuje

    estice bez spina. Elektroni,

    estice spina ½, opisani su Diracovom jednadžbom, čija su rješenja u potpunom skladu s finom strukturom atomskih spektara. No uz ta rješenja Diracove jednadžbe pojavila su se rješenja koja bi formalno odgovarala

    esticama negativnih energija, što je o

    ito bilo besmisleno. Dirac je ta “suvišna” rješenja pokušao pripisati nekim novim

    esticama razli

    itim od elektrona. Znanstvenici su ubrzo spoznali da bi ta dodatna rješenja mogla odgovarati

    estici pozitivne energije koja ima istu masu kao elektron, no suprotni elektri

    ni naboj. Prou

    avaju

    i u Wilsonovoj komori (C. T. R. Wilson, 1897.) putanje



    estica stvorenih kozmi

    kim zra


    enjem, C. D. Anderson otkriva 1932. pozitron ili pozitivni elektron, koji ima svojstva baš kao što ih je teorija i predvidjela. Andersonov pokus, pri kojem je visokoenergetski proton pogodio atomsku jezgru stvorivši par elektron-pozitron, rezultirao je i bitno novom spoznajom. Nisu samo fotoni

    estice koje u prirodi mogu nastajati i nestajati, nego to vrijedi za kvante ostalih polja, tj. za elementarne

    estice. U suvremenu teoriju polja pozitron je ugrađen potpuno simetri

    no s elektronom (P. Jordan i E. Wigner, 1928.; W. Heisenberg i W. Pauli, 1929., E. Fermi, 1930.), on je njegova anti

    estica. U teoriji polja i materija (

    estica) i antimaterija (anti

    estica) promatraju se na potpuno simetri

    an na


    in. O izboru je ovisno što

    e se nazvati materijom, a što antimaterijom. U kvantnoj teoriji polja elektroni, fotoni i druge elementarne

    estice opisuju se na ravnopravan na

    in te u njoj više nema proturje

    ja val-

    estica. Tako je Diracovo otkri



    e

    estica i anti

    estica potpuno izmijenilo pogled na fiziku. Do toga su doba elementarne

    estice zamišljane u duhu anti

    ke Demokritove filozofije kao najmanji djeli

    i tvari koji se nikada ne promijene i nikada se ne mogu pretvoriti u nešto drugo. Starodrevni anti

    ki problem dijeljenja materije osvijetljen je sada na nov na

    in. Prirodi ne odgovara ni jedna od dviju naivnih logi

    kih mogu

    nosti: da se materija ili može beskona

    no dijeliti u sve manje i manje djeli

    e ili da se mora jednom do

    i do najmanjih mogu

    ih


    estica. Relativisti

    ka povezanost mase i energije (A. Einestein, 1906.) zna

    i u teoriji polja mogu

    nost stvaranja

    estica iz energije. Foton dovoljno visoke energije može se u nedogled dijeliti u sve nove i nove parove

    estica-anti

    estica. Pljuskovi

    estica zapaženi



    Download 260.68 Kb.
    1   2   3




    Download 260.68 Kb.

    Bosh sahifa
    Aloqalar

        Bosh sahifa



    Povijest fizike

    Download 260.68 Kb.