Период становления физики как науки (начало 17 – 80-е гг. 17 в.). 5 страница
Мария Склодовская-Кюри (1867 – 1934) – выдающийся польский и французский физик и химик, один из основоположников учения о радиоактивности. Родилась в Варшаве. Окончив Варшавскую гимназию с золотой медалью (1884), некоторое время работала гувернанткой в зажиточных семьях. В 1891 – 1894 гг. училась на факультете естествознания Парижского университета и, окончив его, получила два диплома лиценциата – по физике и математике. В 1895 г. вышла замуж за П.Кюри и с этого же года начала работать в его лаборатории в Школе физики и химии (Париж). В 1900 – 1906 гг. – преподаватель физики в Севрской нормальной школе. В 1903 г. защитила в Парижском университете докторскую диссертацию на тему «Исследования радиоактивных веществ». С 1906 г. – профессор Парижского университета и заведующая кафедрой, которую занимал ранее П.Кюри, с 1914 г. – также директор Института радия. Научные работы посвящены радиоактивности и ее применению. В 1897 г. начала исследование излучения, открытого А.Беккерелем, и в том же году пришла к выводу, что излучение солй урана является свойством самих атомов урана. В следующем, 1898 г. М.Склодовская-Кюри, независимо от Г.Шмидта, доказывает наличие радиоактивности у тория, также замечает, что радиоактивность некоторых минералов, содержащих уран и торий, намного интенсивнее, чем можно было бы ожидать. Она допускает, что эти минералы (урановая смоляная руда, хальколит и аутонит) содержат новый очень радиоактивный элемент, отличный от урана и тория. Поиски этого гипотетического радиоактивного элемента были проведены в урановой смолке совместно с П.Кюри. Используя разработанный ими метод обогащения активным веществом, они приходят к выводу, что в урановой смолке присутствуют два новых радиоактивных элемента. В результате совместной напряженной и кропотливой работы по переработке больших количеств урановой смолки с целью концентрации активного вещества, они в июле 1898 г. открывают один из этих элементов – полоний, а в декбре этого же года второй – радий. В 1902 г. М.Склодовская-Кюри получила несколько дециграммов чистой соли радия, а в 1910 г. вместе с французским химиком А.Дебьерном – металлический радий. Она определила атомный вес радия и его место в периодической системе элементов. В 1903 г. за исследование явления радиоактивности супруги Кюри (совместно с А. Беккерелем) удостоены Нобелевской премии по физике, а в 1911 г.М.Склодовская-Кюри за получение радия в металлическом состоянии присуждена Нобелевская премия по химии. М.Склодовская-Кюри испытала много элементов на радиоактивность, исследовала их свойства, разработала основы количественных методов радиоактивных измерений, изучала наведенную радиоактивность, установила влияние радиоактивного излучения на живую клетку, первая использовала радиоактивность (эманация радия) в медицине, ввела термин “радиоактивность” и т.д. Умерла от лейкемии.
Неожиданно окружающий мир стал намного сложнее, чем представлялся ранее. Микромир, рисовавшийся ученым 19 в. как миниатюрная копия макромира с полным качественным отождествлением макро- и микрообъектов и различаящихся лишь количественно, оказался полным необъяснимых неожиданностей. Отчетливо проявилась ограниченность представлений физики 19 в. Привычный ньютоновский мир стал давать “трещины” по всем направлениям. Причем речь шла не о деталях, рушились все механические основания этого мира. Это дало повод М.Планку сказать: “Современная теоретическая физика может произвести впечатление старого, почтенного, но уже обветшалого здания, в котором одна часть за другой начинает рушиться, и даже сам фундамент начинает шататься”. Таким образом, была подготовлена революция в физике. Знамя этой революции несли М.Склодовская-Кюри, П.Кюри, Дж.Дж.Томсон, Э.Резерфорд, Х.Лоренц и М.Планк. Поэтому годы с 1895 по 1904 – это годы революционных изменений в физике, этап перехода к новой, современной физике.
В эти же годы было изобретено радио (А.С.Попов, 1895; Гульельмо Маркони), открыто явление расщепления спектральных линий в магнитном поле (П.Зееман, 1896), измерено световое давление на твердые тела (П.Н.Лебедев, 1899), осуществлена поляризация рентгеновских лучей (Ч.Баркла, 1904), предложены первые модели атома (Ж.Перрен, Дж.Дж.Томсон, Х.Нагаока). Этот этап ломки старых понятий часть физиков понимала как кризис физики.
ЛЕКЦИЯ 5. ПЕРИОД СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИ.
Годы 1895 – 1904 были этапными в переходе к новой физике, физике 20 в., фундамент которой заложили теория относительности и квантовая теория. Начало ее можно отнести к 1905 г., когда была разработана третья после механики Ньютона и электродинамики Максвелла великая физическая теория – специальная теория относительности. При этом переход от классической физики к современной характеризовался не только возникновением новых идей, концепций и понятий, но и новыми способами мышления, новым языком формул, изменения ее духа в целом. В современной физике целесообразно выделить три этапа.
5.1. ПЕРВЫЙ ЭТАП (1905 – 1931) начинается с создания специальной теории относительности, которая своим происхождением обязана фундаментальному противоречию, существующему между электродинамикой Максвелла – Лоренца и классической механикой. Дело в том, что уравнения электродинамики не удовлетворяют галилеевский принцип относительности классической механики, иначе говоря, они неинвариантны относительно преобразований Галилея. По теории Максвелла – Лоренца для наблюдателя, движущегося относительно эфира, световые явления должны были бы протекать иначе, чем для неподвижного. В 1892 г. Лоренц выдвинул гипотезу сокращения продольных размеров тел в процессе их движения относительно эфира (сокращение Лоренца – Фитцджеральда) и ввел понятие “местного времени”, которое в движущихся телах течет иначе, чем в покоящихся. Он показал (1904), что хотя уравнения электродинамики и не инвариантны относительно преобразования Галилея, они инвариантны относительно другого линейного преобразования координат и времени (преобразования Лоренца). Самое неприятное состоит в том, что необъективное освещение вклада Лоренца и Пуанкаре в создание теории относительности характерно для подавляющего большинства популярных книг и даже учебных пособий, приписывающих создание СТО одному Эйнштейну. Теперь строго доказано, что работа Лоренца 1904 г. не просто предшествовала созданию СТО, но и полностью содержала, тогда в еще неосознанном виде, одну из конвенциональных форм описания теории. Но это было выяснено в последующие годы, и широкой научной общественности неизвестно о такой оценке вклада Лоренца в создание СТО. Гораздо труднее объяснить возникновение и упорное сохранение в общественном мнении явной недооценки вклада Пуанкаре, который был не только предшественником Эйнштейна, но и создателем теории относительности в той строгой математической форме, которую физики-теоретики в полной мере оценили лишь в последующие годы.
Анри Пуакаре (1854 – 1912) – французский математик, физик-теоретик, астроном и философ, член Парижской АН с 1887 г. Родился в Нанси, в состоятельной буржуазной семье; его отец был профессором медицины. Учился в Политехнической школе, окончил горую школу (1879). В 1879 г. получил степень доктора наук. С 1881 г. работал в Парижском университете (с 1885 г. – профессор), был директором Парижской обсерватории. Таким образом, академическая жизнь Анри Пуанкаре началась рано и протекала блестяще. Тридцати лет он стал профессором Сорбонны, в 32 года – членом Парижской Академии, а к 40 гг. – членом почти всех ученых обществ мира. Большую часть жизни Пуанкаре провел в Париже, покидая его на время бесчисленных путешествий. Каждый год, начиная читать лекции, Пуанкаре приступал к изложению нового раздела физики или математики. Большинство этих лекций изданы и они составляют обширнейшую часть творческого наследия ученого. Более 500 работ и 30 книг, написанных им, посвящены разнообразнейшим проблемам математики, астрономии, физики, космогонии, геодезии, философии и методологии науки. Он был женат на правнучке знаменитого биолога Жоффруа Сент-Илера, а его двоюродный брат Раймон Пуанкаре был в 1913 – 1920 гг. президентом Французской республики. Как математик Пуанкаре обогатил почти все области этой науки результатами первостепенного значени (развил теорию групп и заложил основы топологии, нелинейной механики и др.). Применяя ее в астрономии и физике, своими трудами открыл новую эру в истории небесной механики. Физические исследования Пуанкаре относятся к теории относительности, термодинамике, электричеству, оптике, теории упругости, молекулярной физике. В 1902 г. в книге “Наука и гипотеза” Пуанкаре впервые формулирует постулат относительности как всеобщий принцип для всех физических явлений. Статья, написанная и изданная 5 июня 1905 г., в ряде аспектов превосходила не только содержание статьи Эйнштейна (сентябрь 1905), но и статьи Минковского 1907 г. Пуанкаре ввел термин “преобразования Лоренца”, “группы Лоренца”, показал, что нельзя обнаружить абсолютное движение и т.п. Коллектив французских математиков в “Очерках по истории математики” пишет: “Нет такого математика, даже среди обладающих самой обширной эрудицией, который бы не чувствовал себя чужеземцем в некоторых областях огромного математического мира, что же касается тех, кто, подобно Пуанкаре или Гильберту, оставляет печать своего гения почти во всех областях, то они составляют даже среди наиболее великих редчайшее исключение”.
Альберт Эйнштейн (1879 – 1955) – выдающийся физик-теоретик, один из создателей современной физики. Родился в Ульме в Германии. Его отец был инженером-химиком. 17 лет поступил в Федеральное высшее политехническое училище в Цюрихе, где одним из профессоров был Минковский, а в 1900 г. окончил по педагогическому отделению эту, быть может, лучшую в Европе, высшую техническую школу. Благодаря своему другу юности математику Гроссману Эйнштейн стал тогда младшим экспертом Бюро по охране интеллектуальной собственности – Патентного бюро в Берне (1902 – 1908). В 1909 – 1911 – профессор Цюрихского политехникума, в 1914 – 1933 гг. – профессор Берлинского университета и директор Института физики кайзера Вильгельма. В 1933 г. переехал в США, где и работал до конца жизни в Принстонском институте перспективных исследований. Эйнштейн – один из создателей специальной и общей теории относительности. В 1905 г. в статье “К электродинамике движущихся тел” Эйнштейн указал основы СТО. В основания СТО Эйнштейн положил два постулата: принцип относительности и инвариантности скорости света в вакууме. Оба постулата и теория, построенная на их основе, привели к ломке многих установившихся классических понятий, заставили пересмотреть ряд основных положений классической физики Ньютона. Значительна роль Эйнштейна и в создании квантовой теории. Если М.Планк квантовал лишь энергию осциллятора, а не излучения, считая, что излучение и поглощение энергии происходит квантами, то Эйнштейн ввел в 1905 г. представление о дискретной, квантовой структуре самого светового излучения, рассматривая последнее как поток квантов света, или фотонов. Таким образом,Эйнштейну принадлежит теоретическое открытие фотона, кспериментально обнаруженного в 1923 г. А.Комптоном. Исходя из квантовой теории света, Эйнштейн объяснил такие явления, как фотоэффект, правило Стокса для флюоресценции, фотоионизацию и др., которые не могла объяснить электромагнитная теория света (Нобелевская премия, 1922). В 1907 г. он распространил идеи квантовой теории на физические процессы, непосредственно не связанные со светом – уменьшение теплоемкости твердых тел при понижении температуры. Предсказал в 1917 г. явление индуцированного излучения, вывел формулу для распределения энергии в спектре равновесного излучения. В статистической физике Эйнштейн развил в 1905 г. молекулярно-статистическую теорию броуновского движения, в 1924 г. создал квантовую статистику частиц с целым спином (статистика Бозе – Эйнштейна). В 1915 г. Эйнштейн предсказал и совместно с В. де Гаазом экспериментально обнаружил эффект изменения механического момента при намагничивании тела (эффект Эйнштейна – де Гааза). В 1916 г. создал ОТО, или современную релятивистскую теорию тяготения, обобщив теорию относительности на неинерциальные системы. ОТО обусловила бурное развитие космологии как науки. Исходя из этой теории, Эйнштейн в 1917 г. предложил новую стационарную модель Вселенной. Нестационарность Вселенной теоретически показал А.А.Фридман, а в 1929 г. было подтверждено наблюдением (разбегание галактик). Начиная с 1933 г. работы Эйнштейна были посвящены вопросам космологии и единой терии поля. Однако попытки построить такую теорию окончились неудачей. Как и Планк, с которым его связывала тесная дружба, Эйнштейн не мог примириться с вероятностным толкованием волновой механики. Так, в письме к Максу Борну он в шутку замечает: “Я не думаю, что бог играет в кости”. Эйнштей умер в Принстоне. Он не создал школы, немногие его ученики не оставили глубокого следа в науке; но его одинокий и независимый гений дал нам новое понимание основных понятий физики: времени и пространства, энергии и массы, инерции и тяготения.
В чем же причина явной недооценки вклада Пуанкаре в теорию относительности широкой научной общественностью? Разве не удивительно, что признание в первую очередь получила работа молодого и мало известного тогда инженера из патентного бюро, а не работа крупнейшего математика и физика, профессора Сорбонны, который в более ранних и широко известных работах уже намечал путь решения проблемы. О популярности Пуанкаре и большой известности его работы “Наука и гипотеза”, изданной в конце 1902 г. в Париже, можно судить хотя бы по тому, что уже в 1904 г. она была переиздана в Петербурге на русском языке в переводе профессора Умова. Мы и сейчас, пожалуй, не знаем таких коротких сроков переиздания научных монографий. Это настолько странное явление, что его трудно в полной мере объяснить и целым рядом имевшихся причин. Прежде всего высокий уровень изложения Пуанкаре на основе формулировки групповых свойств преобразований Лоренца явно затруднял понимание новой теории физиками, многие из которых тогда, на заре зарождения специальности физика-теоретика, еще не имели достаточной математической подготовки. Кроме того, статья Пуанкаре была опубликована в математическом журнале. С другой стороны, статья Эйнштейна 1905 г. была написана в такой форме, что оставалось совершенно неясным, что именно было заимствовано им из других работ и что развито самостоятельно. Эта статья просто не содержала в явном виде ни одной ссылки на другие работы. Указанные особенности написания этих статей значительно облегчали задачу сторонников тенденциозного приписывания создания теории одному Эйнштейну. Пуанкаре опередил Эйнштейна и с постановкой вопроса о необходимости обязательного приведения теории тяготения в соответствие с релятивистской теорией. Первая попытка создания релятивистской теории тяготения принадлежит Пуанкаре. Тот факт, что эта попытка была предпринята им в работе 1905 г. по созданию СТО, характеризует его глубокое понимание прежде всего физической стороны проблемы. Он ясно понимал, что основное положение теории об отсутствии абсолютного движения может быть выполнено только при инвариантности уравнения тяготения относительно преобразований Лоренца. Известность Эйнштейну более ранних работ Лоренца и Пуанкаре подробно был освещен Кесуани в Британском журнале “Философия науки”. Кесуани провел целое исследование по определению вклада каждого из авторов в разработку специального принципа относительности. Как отмечалось, статья Эйнштейна не содержит никаких литературных ссылок. Однако в самом тексте два раза упоминается об электродинамике движущихся тел Лоренца. Что же касается работы Пуанкаре 1902 г., то Кесуани приводит высказывания двух коллег Эйнштейна, которые свидетельствуют о совместном с ним изучении этой работы в кружке “Олимпия” в Берне. Интересные сведения приводит Кесуани о мнении самих создателей СТО по поводу основного вклада в создание теории. Пуанкаре отдавал предпочтение работе 1904 г. Лоренца, который, в свою очередь, первоначально считал ос-
новным вклад Пуанкаре. Однако затем он стал, как и другие, отмечать только вклад Эйнштейна. Небезинтересно будет отметить, что написанное Пуанкаре незадолго до смерти популярное изложение теории относительности не содержит даже упоминания об Эйнштейне. Видимо, Пуанкаре в такой необычной форме протестовал против переоценки работы Эйнштейна.
В СТО, как уже видно из преобразований Лоренца, пространственные координаты и время не могут рассматриваться независимо, измерения пространства и времени взаимосвязаны. Чтобы отобразить математически эту внутреннюю взаимосвязь, в 1908 г. Г.Минковский высказал идею объединения трех измерений пространства и времени в одно четырехмерное пространство – время. Предложив такое абстрактное пространство континуум – четырехмерный мир, в котором справедлива псевдоевклидовая геометрия, Минковский придал СТО завершенную логическую и математическую форму, развив ее современный математический аппарат. СТО оказала огромное влияние на сам стиль мышления физиков, революционизировав его. Она показала, что наглядные обычные представления,которые как бы очевидны, в новых областях явлений непригодны. Поэтому хотя по своему содержанию СТО и принадлежала к классической физике, завершая ее, од-
нако по духу это была новая великая теория, открывшая наряду с квантовой теорией новый период в развитии физики.
Наряду с идеями релятивизма переход к новой физике знаменовала в еще большей мере идея квантов, возникновение которой также было связано с трудностями клас-сической теории. От идеи Планка берут начало две взаимосвязанные линии развития квантовой теории – квантовой механики. Однако вначале большинству ученых, да и самому Планку, гипотеза квантов представлялась лишь удачным приемом, позволившим построить теорию интересного, но отдельного процесса. Она не воспринималась как гениальная идея, которая должна привести к изменению основных концепций классической физики. Фотоэффект, флюоресценция, фотоионизация идр. привели к вторичному рождению квантовой теории, продемонстрировавшей еще ярче отход от классических представлений. Таким образом, новый период в развитии физики проходит под знаком идей релятивизма и квантов и характеризуется проникновением научной мысли в глубину материи, к ее микроструктуре.
В 1911 г. Э.Резерфорд открыл атомное ядро и создал ядерно-планетарную модель атома.Однако такая модель противоречила выводам классической электродинамики. Для объяснения устойчивости атомов Н.Бор ввел в 1913 г. в планетарную модель атома Резерфорда квантовые идеи.
Эрнест Резерфорд (1871 – 1937) родился в Новой Зеландии. Отец его был колесным мастером, мать – учительницей. Эрнест был четвертым в семье из 12 детей. Среднее образование он получил в колледже городка Нельсон, недалеко от родной фермы. В 1889 г. Резерфорд стал студентом Кентерберийского колледжа в Крайстчерче. В 1895 г., получив персональную стипендию, Резерфорд приехал а Англию и начал работать в Кембридже, в Кавендишской лаборатории (1895 – 1898) под руководством Дж.Дж.Томсона, в 1898 – 1907 гг. – профессор Мак-Гиллского университета в Квебеке (Канада), в 1907 – 1919 гг. – профессор Манчестерского университета и директор физической лаборатории. С 1919 г. – профессор Кембриджского университета и директор Кавендишской лаборатории. Научные работы посвящены радиоактивности, атомной и ядерной физике. Своими фундаментальными открытиями в этих областях Резерфорд заложил основы современного учения о радиоактивности и теории строения атома. В 1899 г. открыл альфа- и бета-лучи и новый радиоактивный элемент – радон. Вместе с Ф.Содди в 1902 г. разработал теорию радиоактивного распада, из которой вытекало превращение химических элементов, и установил закон радиоактивных превращений. В 1903 г. доказал, что альфа-лучи состоят из положительно заряженных частиц. Предсказал существование трансурановых элементов. За исследования по превращению элементов и химии радиоактивных веществ Резерфорду в 1908 г. присуждена Нобелевская премия по химии. В 1908 г. вместе с Г.Гейгером сконструировал прибор для регистрации отдельных заряженных частиц (счетчик Гейгера) и с его помощью окончательно до-казал (1909), что альфа-частицы являются дважды ионизованными атомами гелия. Изучая явление прохождения альфа-частиц через вещество, обнаружил в 1906 г. их рассеяние и установил закон рассеяния альфа-частиц атомами различных элементов, что привело его в 1911 г. к открытию атомного ядра. В 1914 г. Резерфорд открыл протон, выдвинул идею об искусственном превращении атомных ядер, предсказал внутреннюю конверсию, совместно с Э.Анраде доказал идентичность рентгеновских спектров изотопов, чем окончательно подтвердил равенство порядковых номеров у изотопов данного элемента, и с ним же осуществил дифракцию гамма-лучей на кристалле, доказав их электромагнитную природу. В 1919 г. осуществил первую искусственную ядерную реакцию, превратив азот в кислород, заложив тем самым основы современной физики ядра. В 1920 г. предсказал существование нейтрона. Совместно с М. Олифантом экспериментально доказал (1933) справедливость закона взаимосвязи массы и энергии в ядерных реакциях, в 1934 г. осуществил реакцию синте-за дейтронов с образованием трития. Резерфорд, целеустремленно и преданно служивший науке, оказал значительное влияние на последующее развитие физики не только собственными исследованиями, но и через многочисленных своих учеников. Его учениками являются Н.Бор, Г.Гейгер, О.Ган, Дж.Кокрофт, Г.Мозли,М.Олифант, Дж.Чэдвик, П.Л.Капица, Ю.Б.Харитон, А.И.Лейпунский, К.Д. Синельников и др. Член всех академий мира.
Нильс Хендрик Давид Бор (1885 – 1962) – выдающийся датский физик-теоретик, один из создателей современной физики, с которым связана целая эпоха в ее разви-
Тии, член Датского королевского общества (с 1917г.). Родился в Копенгагене в семье профессора физиологии Копенгагенского университета. Нильс Бор окончил университет в своем родном городе. Его первая и единственная экспериментальная работа была посвящена динамическому методу исследования поверхностного натяжения воды. Интересно, что к явлениям поверхностного натяжения он обратился через много лет, в 1939 г. при создании капельной модели ядра и развитии теории открытого тогда деления ядер. В 1911 г. Бор отправился в Англию и работал сначала в Кембридже у Дж.Дж.Томсона, а затем у Резерфорда в Манчестере; там были написаны его работы по квантовой теории атома. В 1916 г. Бор вернулся в Данию, где получил кафедру теоретической физики в Копенгагене; в 1920 г. на средства крупнейшего датского пивовара Бор основал Институт теоретической физики. В 1918 г. Бор сформулировал важный для новой атомной теории принцип соответствия, показывающий, когда именно существенны квантовые ограничения, а когда достаточно и классической физики.Многое сделал Бор для становления и интерпретации квантовой механики, возникшей в 20-х годах 20 в.Ее творцы В.Гейзенберг, Э.Шредингер и др. постоянно общались с Бором, приезжали к нему в Копенгаген, спорили, советовались. Усилиями Бора и его сотрудников была создана стройная система физических идей квантовой механики, и период ее становления по существу завершился в начале 30-х годов. Бор много сделал и для развития ядерной физики. Он – автор теории промежуточного (составного) ядра (1936), один из создателей капельной модели ядра (1936) и теории деления атомного ядра (1939). Совместно с Дж.Уиллером дал количественную интерпретацию деления ядра, введя т.н. параметр деления, предсказал спонтанное деление урана. Создал большую школу физиков.
Вскоре стало ясно, что полуклассическая, полуквантовая теория атома Резерфорда-Бора – лишь промежуточное звено между классическими представлениями и какими-то новыми взглядами, которые дадут возможность глубже проникать в суть квантовых процессов. Необходима была новая теория, в которой квантовые идеи лежали бы в основе, а не представляли собой спасительную добавку к классической теории. В 1922 г. А.Комптон открыл явление рассеяния коротковолнового излучения на свободном или слабосвязанном электроне (эффект Комптона), чем экспериментально доказал существование кванта света (фотона), теоретически предсказанного в 1905 г. Эйнштейном. Иными словами, определенно было доказано, что наряду с волновыми свойствами свет обладает и корпускулярными (состоит из частиц – фотонов). В этом проявился дуализм света, его сложная корпускулярно-волновая природа. В 1923 – 1924 гг. Л. де Бройль рапространил концепцию корпускулярно-волнового дуализма на электрон и вообще на частицы, выдвинув гипотезу о волновых свойствах материи. Иначе говоря, де Бройль каждой частице сопоставил волну, длина которой связана с импульсом частицы. Открытие в 1927 г. явления дифракции электронов подтвердило гипотезу де Бройля о волнах материи. Корпускулярно-волновой дуализм потребовал пересмотра законов движения микрообъектов и способов их описания. В 1926 г. Э. Шредингер построил уравнение, описывающее поведение волн, связанных с частицами, дав тем самым новый мощный метод решения квантовых задач.
Луи де Бройль – французский физик, один из создателей квантовой механики, член Парижской АН (с 1933), ее непременный секретарь с 1942 г. Родился 15.08.1692 г. в Дьепе. Окончил Парижский университет (1913). В 1926 – 1962 гг. работал в этом же университете (с 1932 г. – профессор). Первый директор Института Пуанкаре (с 1932 г.). В 1923 г. де Бройль распространил идею А.Эйнштейна о двойственной природе света на вещество, предположив, что поток материальных частиц должен обладать и волновыми свойствами, однозначно связанными с массой и энергией. За открытие волновой природы электрона де Бройль в 1929 г. удостоен Нобелевской премии.
Эрвин Шредингер (1887 – 1961) – австрийский физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. Родился в Вене. Учился в Венском университете (1906 – 1910). Сначала работал в Венском и Йенском университетах, позже – профессор Высшей технической школы в Штуттгарте и университета в Бреслау; 1921 – 1927 гг. – профессор Цюрихского, 1927 – 1933 гг. – Берлинского, 1933 – 1936 – Оксфордского, 1936 – 1938 гг. – Градского университетов. В 1941 – 1955 гг. – директор Института высших исследований в Дублине, с 1957 г. – профессор Венского университета. Научные работы в области статистической физики, квантовой теории, квантовой механики, общей теории относительности и др. разделов теоретической физики. Однако ведущее значение занимают исследования по квантовой механике. Исходя из идей де Бройля о волнах материи и принципа Гамильтона он в 1925 – 1926 гг. разработал теорию движения микрочастиц – волновую механику, в основу которой положил уравнение (уравнение Шредингера), играющее в атомных процессах такую же фундаментальную роль, как законы Ньютона в классической механике. В 1926 г. доказал эквивалентность своей волновой механики и квантовой механики в матричной форме, разработанной В.Гейзенбергом. За создание волновой механики Шредингер в 1933 г. (совместно с английским физиком П.Дираком) удостоен Нобелевской премии. Дальнейшие его исследования посвящены алгебре мезонов, термодинамике, нелинейной электродинамике Борна – Инфельда, общей теории относительности, исследовал проблемы генетики и др.
Уравнение Шредингера является математическим выражением фундаментального свойства микрочастиц – корпускулярно волнового дуализма. Оно позволило объяснить и предсказать широкий круг атомных процессов, а также определить основные характеристики атомных объектов, наблюдаемые в эксперименте. На другом пути для трактовки атомных процессов В.Гейзенберг в 1925 г. построил такую формальную схему, где вместо физических величин, с которыми имели дело в атомной физике (координат и скоростей электрона), фигурировали абстрактные величины (матрицы). Связь этих матриц с наблюдаемыми величинами устанавливалась определенными правилами. Она получила название матричной механики. В 1926 г. был разработан математический формализм матричной механики (В.Гейзенберг, М.Борн, П.Иордан, П.Дирак). и доказана математическая эквивалентность матричной и волновой механики (Э.Шредингер).
Вернер Карл Гейзенберг (1901 – 1976) – немецкий физик – теоретик, один из создателей квантовой механики. Родился в Вюрцбурге. Окончил Мюнхенский (1923) и Гетингенский (1924) университеты. В 1927 – 1941гг. – профессор теоретической физики Лейпцигского университета, в 1941 – 1945 гг. – директор Института физики кайзера Вильгельма и профессор Берлинского университета. В 1946 – 1958 гг - директор Физического института им. М. Планка и профессор Гетингенского университета. С 1958 г. – директор Института физики и астрофизики им. М.Планка и профессор Мюнхенского университета. Научные работы относятся к квантовой механике и квантовой электродинамике, релятивистской квантовой теории поля, теории ядра, магнетизму, физике космических лучей, теории элементарных частиц, философии естествознания. В 1925 г. разработал матричную механику – первый вариант квантовой механики (Нобелевская премия, 1932). В 1926 г. объяснил наличие двух систем термов для пара- и ортогелия: паратермы соответствуют симметричным, а ортотермы – антисимметричным решениям волнового уравнения. В 1927 г. сформулировал принцип неопределенности, ограничивающий применение к микрообъектам классических понятий и представлений. Совместно с П.Дираком выдвинул в 1928 г. идею обменного взаимодействия, введя обменные силы, и независимо от Я.И.Френкеля разработал первую квантовомеханическую теорию ферромагнетизма, основанную на обменном взаимодействии электронов (модель локализованных спинов). В 1929 г. совместно с В.Паули предпринял первую попытку формулировки квантовой электродинамики, введя общую схему квантования полей. Развил (1934 – 1936) теорию дырок Дирака. Вслед за ним постулировал (1934) существование эффекта поляризации вакуума. Гейзенберг – один из авторов протонно-нейтронной модели ядра (1932). В 1932 г. ввел понятие изотопического спина, показал, что ядерные силы насыщающие. В 1933 – 1934 гг. независимо от И.Е.Тамма и Д.Д.Иваненко выдвинул идею об обменном взаимодействии ядерных сил. В 1943 г. в квантовой теории поля ввел матрицу рассеяния ( S – матрицу), являющуюся важным инструментом для описания взаимодействия. В последние годы усилия Гейзенберга были направлены на создание единой теории поля, которая должна объединить все виды взаимодействий и объяснить большое количество элементарных частиц. В 1958 г. предложил «формулу мира», лежащую в основе его единой спинорной теории поля. Однако последняя далека от совершенства. Немало его работ посвящено философским проблемам физики, в частости теории познания, где он преимущественно стоит на позициях идеализма. Почетный член многих АН и научных обществ.