Pitanje:
Zašto je Einstein pomogao u razvoju kvantne teorije ako se s njom nije složio?
user3459110
2014-10-29 11:08:57 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Pročitao sam knjigu Stephana Hawkinga "Kratka povijest vremena". U njemu se navodi da je Einstein pomagao znanstvenicima poput Paulija itd. U razvoju kvantne teorije, čak im je podijelio i Nobelovu nagradu za svoj doprinos, ali do svog umiranja nije se slagao s teorijom. Čak je i citirao:

Ja, recimo, ne vjerujem da se igra kockama.

Ako je bio toliko protiv teorije, kada onda je pomogao u njegovom razvoju?

Pročitajte moj odgovor. Njegov citat "Ne igra se kockama" izvađen je iz konteksta. Odgovorio je na Kopenhagensku interpretaciju QM-a i tada je vjerovao da promatrač utječe na kolaps valne funkcije. To znamo da je lažno; međutim, dok je Einstein bio živ to je bilo uobičajeno uvjerenje (promovirao ga je sam Bohr).
Pomagati u razvoju, znanstveno govoreći, uključuje davanje sve od sebe kako biste probušili rupe u teoriji kako biste natjerali teoriju da se dalje razvija kao odgovor i time ojačati teoriju. Ojačati ovdje znači imati teoriju kako bi mogla objasniti ili uzeti u obzir ono što se čini nedosljednostima.
Pet odgovori:
#1
+14
Danu
2014-10-29 13:02:55 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Einstein je dao niz doprinosa od iznimne važnosti za kvantnu teoriju u 'ranim danima'. 1905., svoj poznati annus mirabilis , objavio je rad o foto-električnom efektu koji je postavio osnovu za moderno razumijevanje fotona (tj. Kvantiziranih valovnih paketa).

Bilo je to dvadeset godina prije nego što su Heisenberg, Schrödinger, Dirac, Born itd. temelje kvantne mehanike pravilno formulirali, itd. U to vrijeme implikacije Einsteinova djela nisu bile sasvim jasne ni njemu, ni bilo kome drugom u tom slučaju. Sljedeći važan doprinos dao je 1924. godine, kada je Einstein osigurao da Boseov rad na onome što je kasnije postalo poznato kao Bose-Einsteinova statistika bude objavljen u glavnom časopisu. U to je vrijeme, međutim, Einstein već bio zabrinut zbog temelja kvantne mehanike i nedostatka potpune određenosti koju nam ona predstavlja.

Nakon toga, Einstein nije puno konstruktivan radi na kvantnoj mehanici, ali njegova kontinuirana kritika bila je važna u prisiljavanju zagovornika kvantne mehanike da daju oblik svojim idejama i razmotre kako se primjenjuju u složenim situacijama. Najpoznatiji slučaj ovog događanja je Peta solvejevska konferencija 1927. godine, kada je Einstein krenuo glava u glavu s Nielsom Bohrom, predlažući brojne "nedosljednosti" Heisenbergovog principa, dok je Bohr uvijek iznova imao pobijanje.

Neću dati ozbiljan prikaz Einsteinovog kasnijeg rada na paradoksu EPR; Mislim da se odgovor Logana Maingija već dovoljno odnosi na ovo. U zaključku bih želio istaknuti da je većina Einsteinovog konstruktivnog rada na kvantnoj teoriji rađena prije nego što je teorija dobro razumjena, ali njegova važnost u izoštravanju uma izumitelja kvantne mehanike ne može biti podcijenjeno. Mislim da nije pošteno reći da je Einstein bio protiv kvantne teorije: jednostavno je mislio da to nije konačna teorija.

Treba spomenuti još dva Einsteinova doprinosa. Dao je novo i izuzetno jasno izvođenje Planckova zakona zračenja crnog tijela, koristeći takozvane A i B koeficijente. Također, i Heisenberg i Schrödinger zaslužni su razgovori s Einsteinom kao presudni utjecaj u pomaganju da formuliraju svoje verzije kvantne mehanike. Schrödinger se osvrnuo na Einsteinove "kratke, ali beskrajno dalekovidne primjedbe". Heisenberg je ispričao razgovor u kojem je Einstein primijetio da je nečija teorija ta koja čovjeku govori ono što se u načelu može uočiti, a ne obrnuto.
#2
+11
Logan M
2014-10-29 12:56:45 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nije istina da je Einstein u potpunosti odbacio kvantnu mehaniku. Priznao je da daje numerički točna predviđanja u širokom spektru slučajeva, kao što je to činio bilo koji nadležni fizičar do 1935. Te je godine predstavio EPR paradoks, koji pokazuje da kvantna mehanika ne poštuje lokalitet u posebnoj relativnosti. Konkretno, ako se uzme u obzir da su zapleteno stanje dvaju okretaja pri prostornom razdvajanju i izmjeri se okretanje jednog od njih, stanje drugog mora se odmah promijeniti kako bi se prilagodilo mjerenju prvog. Smatrao je da se ovakva vrsta djelovanja bržeg od svjetla na daljinu kosi s bilo kojom "razumnom definicijom prirode stvarnosti". To je bio njegov najbolji prigovor kvantnoj mehanici kako se tada tumačila. Naravno, Einstein je također radio nekoliko ranih radova na kvantnoj mehanici prije nego što su mu ta pitanja postala očita.

Dakle, Einstein je odlučio kvantnu mehaniku izravno odbiti, već je to uobičajena interpretacija. Favorizirao je teoriju u kojoj su utvrđena sva fizička mjerenja, ali nisu se sva mogla izmjeriti. To bi bila takozvana teorija skrivenih varijabli, tvrdeći da kvantna mehanika nije cjelovita i da postoje dodatni lokalni stupnjevi slobode što bi dalo teoriju koja je u biti klasična. Međutim, ove dodatne "skrivene varijable" nisu se mogle nadati da će se moći izmjeriti u praksi, pa je tako kvantna mehanika ono što na kraju vidimo. Ova filozofska pozicija ponekad je poznata i kao "lokalni realizam".

Lokalni realizam, iako nije bio potreban za objašnjenje bilo kakvih fizičkih mjerenja, još je uvijek bio na dobrom eksperimentalnom položaju do 1964. Do tada je prevladavalo mišljenje da se bilo koja kvantno-mehanička teorija može pretvoriti u lokalnu teoriju skrivenih varijabli, iako ne točno se znalo kako. Te je godine Bell izveo svoje danas poznate nejednakosti pokazujući da kvantna mehanika predviđa manje korelacije između određenih mjerenja nego što bi ih ikad mogla prilagoditi bilo koja klasična teorija skrivenih varijabli. To je dovelo do stvarnih mjerenja koja su definitivno pokazala da lokalne skrivene varijable nisu ono što imamo u prirodi. Do tog trenutka, čovjek se morao ili zadovoljiti nelokalnim skrivenim varijablama, koje ne bi puno zadovoljile Einsteina, ili samo kvantnom mehanikom. Einstein ipak nije poživio dovoljno dugo da bi morao donijeti tu odluku, jer je umro 1955.

Dakle, nije toliko puno Einstein vjerovao da je kvantna mehanika bila netočna. Dapače, smatrao je da je nepotpuna. Njegova kasnija frustracija zbog toga bila je više da nitko nije uspio shvatiti kako to ostvariti sa skrivenim varijablama (a malo je ljudi to i pokušavalo). Kad je rekao stvari poput "Bog se ne igra na kockama" i slično, nije rekao da je kvantna mehanika bila u krivu, u tolikoj mjeri nepotpuna, i bio je uzrujan što nitko nije radio ono što je smatrao potrebnim kako bi to bilo potpuno . Kroz prizmu povijesti možemo vidjeti da je pogriješio, ali u to je vrijeme to bio naizgled razuman stav.

Ovo je bio zanimljiv odgovor. Rekao bih da dobro razumijete EPR. Frustrira me što ljudi ne razumiju jasno argument, pogledajte moje pitanje ovdje, koje je više komentar nego pitanje: http://physics.stackexchange.com/questions/114651/what-are-the-implications -teorem o zvonima
Zašto ljudi pišu o "lokalnim skrivenim varijablama", kad je argument jasan i jednostavan: ili su izmjerena svojstva unaprijed određena, ili postoji "sablasno djelovanje na daljinu", kako je primijetio Einstein. Bell je pokazao da unaprijed utvrđena svojstva ne rade. Čini se da ovaj argument shvaćate vrlo jasno. Međutim, moram pitati: ne osjećate li da se to kosi s posebnom relativnošću?
#3
+5
Michael Weiss
2014-10-30 20:59:20 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nešto više o Einsteinovim neizravnim doprinosima kvantnoj teoriji.

U Heisenbergovom autobiografskom eseju "Teorija, kritika i filozofija", u odjeljku "Einstein o teoriji i promatranju", Heisenberg iznosi razgovor koji je započeo imao s Einsteinom nedugo nakon što je Heisenberg predložio njegovu verziju QM-a (koja se naziva matrična mehanika).

Einstein me zamolio da dođem u njegov stan i razgovaram s njim o stvarima. Prvo što me pitao bilo je: "Koja je filozofija bila temelj vaše vrlo čudne teorije? Teorija izgleda prilično lijepo, ali što ste mislili pod samo uočljivim veličinama?"

Ovdje Einstein aludira na Heisenbergovu tvrdnju da bi se fizika trebala baviti samo vidljivim veličinama; to je opravdalo odbacivanje ideje o putanjama elektrona. Heisenberg je odgovorio,

Smatrao sam da se treba vratiti onim veličinama koje se doista mogu promatrati, a također sam smatrao da je to upravo ona vrsta filozofije koju je koristio u relativnosti; jer je i on napustio apsolutno vrijeme ... Pa, nasmijao mi se i rekao: "Ali morate shvatiti da je to potpuno pogrešno." Odgovorio sam: "Ali zašto, nije li istina da ste koristili ovu filozofiju?" "O da", rekao je, "možda sam ga koristio, ali svejedno je to besmislica!"

Einstein mi je objasnio da je zapravo obrnuto. Rekao je, "Možete li nešto promatrati ili ne, ovisi o teoriji koju koristite. Teorija je ta koja odlučuje što se može promatrati.

Heisenberg objašnjava da ga je ovaj razgovor pokrenuo tok misli koji je kulminirao u njegovom principu nesigurnosti.

Obraćajući se Schrödingeru, u fusnoti svog rada "O odnosu Heisenberg-Born-Jordan-ove kvantne mehanike prema rudniku", napisao je:

Moju teoriju nadahnuo je L. de Broglie i kratke, ali beskrajno dalekovidne primjedbe A. Einsteina (Berl. Ber. 1925, str. 9)

Vjerujem da je navedeni rad Einsteinov drugi rad o Bose-Einsteinovoj statistici.

#4
+3
Ondřej Černotík
2014-10-29 13:21:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Iako su do sada pruženi odgovori dobri, njihovi autori zaboravljaju spomenuti koja je polazna točka Einsteinova neslaganja s kvantnom mehanikom - interpretacija iz Kopenhagena. Ova (do danas) najrasprostranjenija interpretacija kvantne mehanike navodi da uočljive veličine nemaju određenu vrijednost prije mjerenja, nakon čega se kvantno stanje sustava slučajno urušava u jedno od mogućih svojstvenih stanja mjerenja. Upravo je ta svojstvena nasumičnost smetala Einsteinu (i ne samo njemu, još jedan poznati primjer je Schroedingerova mačka koja je istodobno mrtva i živa dok se ne mjeri njezino stanje). To također dovodi do super-luminalnih efekata u EPR paradoksu i dovelo je do citata o bogu koji ne igra kockice.

Einsteinov glavni doprinos kvantnoj fizici - objašnjenje fotoelektričnog efekta staro je oko 20 godina od kopenhagenskoj interpretaciji i formuliran je u vrlo ranim godinama kvantne mehanike. Paradoks EPR, s druge strane, stariji je od kopenhagenske interpretacije i dizajniran je prvenstveno kako bi pokazao njegovu očitu nedosljednost. Stoga nema nedosljednosti u tome da Einstein pomaže u razvijanju teorije s kojom se nije složio.

"EPR paradoks je s druge strane stariji od kopenhagenske interpretacije". Treba li to biti "mlađe"?
#5
+2
Albert Heisenberg
2016-08-06 03:48:10 UTC
view on stackexchange narkive permalink
  1. Njegov zakon o fotoelektričnom efektu (pogrešan naziv - to bi se zaista trebalo zvati, Kvantizacija polja zračenja).

  2. Njegov rad o specifična vrućina čvrstih tijela (1906)

  3. Njegov rad o kvantnim vibracijama (1907) ... Imajte na umu da je on JEDINI fizičar na svijetu koji ozbiljno radi na kvantnoj teoriji - čak Bohr je smatrao da je njegova ideja kvantizirane energije (tj. Fotona) glupa, s obzirom na to kako su veliki mislioci poput Poissanda i Maxwella "dokazali" da je svjetlost val. Niti JEDAN zapaženi znanstvenik nije vjerovao u Einsteinov rad iz 1905. barem do Prve solvejevske konferencije 1911. godine, a čak su i tada velika većina bili 'kvantni skeptici'.

4.U 1909. Einstein je prvi pokazao da statističke fluktuacije u poljima toplinskog zračenja pokazuju ponašanje poput čestica i valova; to je bila prva demonstracija onoga što će kasnije postati načelom komplementarnosti.

  1. 1916/1917. označava Einsteinov najcjenjeniji članak. Nakon završetka magnum opusa, Opće relativnosti, okrenuo se međusobnom djelovanju materije i zračenja kako bi stvorio kvantnu teoriju zračenja. Još jednom je svoje argumente temeljio na statistikama i kolebanjima. Bohr je u svom radu o vodiku iz 1913. predstavio ključni novi koncept pod nazivom stacionarna stanja, ali glavne značajke Bohrovog modela mogle bi se protumačiti kao apsolutna besmislica jer bi, prema elektromagnetskoj teoriji, elektron intenzivno zračio emitirajući širok spektar dok bi se srušio u jezgru . Ovdje vidimo kontradikcije u klasičnim zakonima, a ipak su glavna svojstva Bohrovog modela vodika počivala na tim zakonima.

Einstein, uvijek izvorni mislilac, nije kao polaznu točku uzeo dobro poznato područje za toplinsko zračenje koje daje Planckov zakon o zračenju. Umjesto toga, pretpostavio je da su atomi u toplinskoj ravnoteži, a zatim je utvrdio svojstva polja zračenja potrebna za održavanje ravnoteže. Pogodi što? Pokazalo se da je polje dato upravo po Planckovom zakonu o zračenju. Uspijeva stvoriti kvantne učinke (stimulirana i spontana emisija) od većine klasičnih principa. Koristi Wienov zakon pomicanja, kanonsku Boltzmannovu raspodjelu, Poyntingov teorem i mikroskopsku reverzibilnost - sve klasično. Jedina kvantna ideja bio je koncept stacionarnih stanja. Pa ipak, iz ovih elemenata on je prvi koji je stvorio cjelovit opis osnovnih procesa zračenja i cjelovit opis općih svojstava fotona. U svom radu iz 1917. stvara nove i elegantne izvedbe Planckova zakona zračenja, kao i dokaz Bohovog pravila frekvencije. U njemu, između ostalog, odgovara na pitanje kako plin atoma održava populacije svojih stacionarnih stanja u ravnoteži s poljem zračenja.

Spomenuti novi koncept spontane emisije, koji utjelovljuje TEMELJNU interakciju materije s vakuumom, briljantno je, Nobelovu nagradu vrijedno postignuće. Zašto? Spontana emisija postavlja ljestvicu za SVE radijacijske interakcije. Primjerice, stope apsorpcije i stimulirane emisije proporcionalne su stopi spontane emisije. Spontana emisija može se promatrati kao krajnji nepovratni proces i temeljni izvor buke u cijeloj prirodi. Razvojem kvantne elektrodinamike šupljina - proučavanjem atomskih sustava u gotovo idealnim šupljinama - 1980-ih, fistička situacija je bila duboko promijenjena. U takvim šupljinama spontana emisija evoluira u oscilacije spontane šupljine. Iako je dinamičko ponašanje potpuno izmijenjeno, interakcija atom-vakuum koja uzrokuje spontanu emisiju postavlja vremensku skalu za taj razvoj. Prvo je u Einsteinovom radu iz 1917. godine dokazano da foton posjeduje sva svojstva temeljne pobude, pa je stoga sasvim jasno da je njegov rad s zračenjem imao glavnu ulogu u konačnom stvaranju kvantne elektrodinamike.

U odnosu na drugu briljantnu kreaciju njegovog rada iz 1917. godine, stimuliranu emisiju zračenja, vidimo prvu genezu lasera. Potaknuta emisija temelji se na osnovnom mehanizmu lasera, a samim tim i na laserskom hlađenju; njegova analiza prijenosa količine gibanja u polju toplinskog zračenja može se odmah primijeniti na kretanje atoma u laserskom polju. Ako se spektralna širina toplinskog polja zamijeni prirodnom širinom crte atoma, Einsteinova viskozna sila prigušenja stvorila bi pojavu poznatu kao optička melasa. Ovaj temeljni postupak laserskog hlađenja ponovno je otkrila atomska zajednica u 80-ima. Naravno, potrebna vam je Kvantna mehanika za potpunu realizaciju svih mehanizama zračenja, ali ovakvi su radovi osnovni doprinos onome što bi na kraju postalo QM.

Einsteinova teorija zračenja pružila je potpunu karakterizaciju svojstava svjetlosnog kvanta nalik na čestice i, retrospektivno, bio je u rukama kako bi razradio statističku mehaniku tih čestica. S obzirom na to da se njegov prijedlog za kvantizaciju energije zračenja iz 1905. godine temeljio na analogiji između entropija toplinskog zračenja i sustava čestica, iznenađuje da Einstein nije proširio svoju metodu obrazloženja izvodeći Planckov zakon tretirajući fotone kao nerazlučive čestice. Bio je VRLO blizak i sasvim je očito da ni sam Bose nije shvatio da je učinio nešto novo.

  1. O kvantiziranju kaosa (1919): U to je Einstein prvi ukazao na temeljne probleme koji se javljaju kada se na kvantna stanja primijeni klasična teorija kaosa (rad 50 godina ispred svog vremena jer je to problem koji smo tek sada počeli shvaćati): http://boulderschool.yale.edu/sites/default/files/files/Einstein_chaos.pdf

  2. Premotavanje unaprijed do 1924. i primijenio je Einstein, a ne Bose obrazloženje u Boseovom tretmanu fotona kao nerazlučive čestice plina nerazlučivih atoma stvarajući tako Bose-Einsteinovu statistiku, a kasnije i Bose-Einsteinovu kondenzaciju. Nakon toga, Einstein je teoretizirao Bose-Einsteinovu kondenzaciju, djelo za koje je dodijeljeno 6 Nobelovih nagrada. Einstein je bio 45% puta do Schrodingerove jednadžbe. Tek nakon što je Schrodinger pročitao Einsteinov rad, izveo je svoje jednadžbe koje upravljaju valnom funkcijom.

  3. Einstein je prvi zamislio polja duhova kao gustoće vjerojatnosti, koncept koji je primijenio na plin fotona (tj. valove vjerojatnosti). Max Born je u osnovi doslovno prenio ideju i primijenio je na elektrone. Rođeni su to uvijek priznavali.

  4. EPR Paradox Paper: prvi rad koji pokazuje kako kvantno zapletanje proizlazi iz QM-ovih jednadžbi.

* Einsteinovo djelo na dualnosti valova i čestica izravno je dovelo do De Brogliejeve teze o valovima materije, a čini se malo vjerojatnim da bi je De Broglie to zamislio bez Einsteina.

Einstein je poprilično otac rane kvantne teorije i jedan je od suosnivača moderne kvantne mehanike. Tri glavna statistička sustava koja upravljaju mikroskopskim područjem su: Fermi-Diracova statistika, Einstein-Boseova statistika i Boltzmannova statistika. S pravom bi ga smatrali legendom samo za njegov rad na BEC-u, a opet je masovno dao svoj doprinos kvantnoj mehanici. Molimo vas da pogledate njegov rad o kvantizaciji kaosa, apsolutno je sjajan i pokazuje koliko je njegovo razmišljanje bilo neophodno za razvoj QM-a.



Ova pitanja su automatski prevedena s engleskog jezika.Izvorni sadržaj dostupan je na stackexchange-u, što zahvaljujemo na cc by-sa 3.0 licenci pod kojom se distribuira.
Loading...