Общ

Макс Борн и формулирането на квантовата механика


Без Макс Борн много от технологичния напредък, който постигнахме през миналия век след откриването на квантовата механика, не биха били възможни.

Немски физик и защитник на мира, Борн постави количествената основа, върху която другите ще надграждат, за да промени начина, по който виждаме и взаимодействаме със света днес.

Max Born’s Early Career

Като дете Макс Борн е държан далеч от държавните училища в Германия поради очевидната си физическа немощ.

Разчитайки на частни преподаватели, родителите му въпреки това осигуриха възможно най-силно образование, преди Борн да отиде в различни университети, за да учи математика и физика.

Получавайки докторска степен от университета в Гьотинген, Германия, през 1907 г., Борн прекарва следващото десетилетие и половина, изграждайки репутацията си на блестящ физик.

Роденият скоро започва да изучава Теорията на относителността на Айнщайн и в крайна сметка редовно си кореспондира със самия Айнщайн, което с времето се развива в дълбоко и истинско приятелство.

Роден се премества в Берлин през 1915 г., за да работи под ръководството на Макс Планк, но скоро е принуден на военна служба в германската армия, докато Великата война бушува в цяла Европа.

Тази пропусната възможност за учене с един от великите мъже на науката изглежда е оставила дълбока следа върху Борн. Без съмнение самата война го направи.

Нает в различни радиотехнически отдели в армията, той често дърпаше конци, за да гарантира, че бившите му колеги и студенти ще бъдат назначени в неговия отдел, като ги спестява от ужасите на Западния фронт.

След края на войната Борн се завръща в университета в Гьотинген през 1921 г. като доцент по физика. Неговата репутация, заедно с други светила, водят Гьотинген до водещия център за атомна физика в Европа.

Кодифициране на правилата на квантовата механика

Подобно на съвременника си Нийл Бор, Макс Борн беше много търсен ментор от мнозина, които щяха да станат корифеи на физиката на 20-ти век.

Колективният блясък на мъжете и жените, работещи в Гьотинген, допринесе много за пионерската работа на Борн, голяма част от която беше изградена от откритията на неговия протеже Вернер Хайзенберг.

Когато Вернер Хайзенберг пише първата си статия за квантовата механика през 1925 г., той показва ръкописа на Борн за преглед.

Документът на Хайзенберг описва наблюдаваните факти за субатомните частици, а именно неговото положение, инерция и енергията му, като отделни образувания и е един от основните научни трудове на 20-ти век.

Роденият веднага видя, че тези характеристики на частицата могат да бъдат изразени като математически матрици.

Подпомогнат от Хайзенберг и Йордания, Борн изгражда работата на Хайзенберг и формулира фундаменталното описание на квантовата механика, в нейната матрична форма, за първи път това е правено.

Междувременно австрийският физик Едвин Шрьодингер е бил зает да формулира своя собствена версия на квантовата механика, публикувайки своята вълнова теория на квантовата механика през 1926 година.

Скоро ще бъде показано, че матричната форма и вълновата форма на квантовата механика са математически еквивалентни, но все още трябва да се направи значителна работа, за да се изрази напълно тази забележителна система, която управлява субатомните частици.

А именно, теорията за вълните на Schrödinger включва вълнова функция, която все още не е напълно обяснена.

Роден, решен да изглади бръчките в новите правила, които формулира, се зае да изследва същността на вълновата функция, която управлява частиците във формата на вълната.

Вълновата функция в квантовата механика

Вълновата функция е относително прост начин за изразяване на системата от състояния на субатомни частици. Докато частицата е ненаблюдавана и неизмервана, квантовата механика казва, че частицата е в неопределено състояние, известно като суперпозиция.

Това е, което дава на частиците способността да бъдат едновременно на две различни места в пространството - сериозно нарушение на класическата физика, според което обектът може да има само една позиция в определен момент от времето.

След като бъде наблюдавана обаче, частицата трябва да „реши“ какво е действителното й положение в космоса.

Този процес на частица, определяща своето положение, е известен като колапс на вълновата функция.

Всяка точка по функцията представлява определена позиция в пространството, определена от амплитудата на вълната в тази точка на вълновата функция.

Това, което Борн осъзна и демонстрира в статия, публикувана през 1926 г., е, че тези точки по функционалната линия могат да се използват за изчисляване на вероятността за намиране на частицата в определена позиция, след като вълновата функция се срути.

Чрез квадратиране на абсолютната стойност на амплитудата на вълната при която и да е връзка във веригата, ще получите дроб, по-малък от 1, и тази част, 1/2, 3/4, 1/10 ^ 10 и т.н., представлява вероятност частицата да бъде намерена на това място, след като бъде наблюдавана или измерена.

Където 1 би била абсолютна сигурност, че частицата ще бъде намерена на дадено място, и нула, представляваща абсолютна сигурност, че частицата никога не може да се появи на това място.

С това откритие - което се нарича Родено правило - бяха напълно описани основните математически основи на квантовата механика.

Наследството на Макс Борн

Сега, когато математиката на квантовата механика беше формулирана, квантовата механика престана да бъде академично упражнение или любопитство и вече можеше да бъде задействана.

Всичко, от лазери до ЯМР машини до квантови компютри, разчита на работата, която Макс Борн е направил през тези няколко години в средата на 20-те години.

Чрез формулиране на действителните формули на квантовата механика могат да се проведат нови тестове и да се направят нови изследвания за по-нататъшно разбиране на субатомния свят.

Една година след оттеглянето му от академичните среди, през 1954 г., усилията му през 1925-1926 г. са специално цитирани, тъй като е удостоен с Нобелова награда за физика.

До смъртта си Макс Борн ще продължи да прави похвална работа след пенсионирането си в преследване на мира и ядреното разоръжаване.

В аналите на историята обаче работата на Макс Борн по квантовата механика е напълно трансформираща и той с основание принадлежи към гигантите в пантеона на физиката на 20-ти век.


Гледай видеото: 1 Квантов скок Квантова корекция (Юли 2021).