Kysymys:
Miksi Einstein auttoi kehittämään kvanttiteoriaa, jos hän ei ollut sen kanssa samaa mieltä?
user3459110
2014-10-29 11:08:57 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Luin kirjan "Ajan lyhyt historia", kirjoittanut Stephan Hawking. Siinä todetaan, että Einstein auttoi Paulin jne. Kaltaisia ​​tiedemiehiä kvanttiteorian kehittämisessä ja jopa jakoi heidän kanssaan Nobelin palkinnon hänen panoksestaan, mutta ei kuolemaansa asti ollut samaa mieltä teorian kanssa. Hän jopa laittoi:

En esimerkiksi usko, että Hän pelaa noppaa.

Jos hän oli niin paljon teoriaa vastaan, milloin sitten hän auttoi sen kehittämisessä?

Lue vastaukseni. Hänen lainauksensa "Hän ei pelaa noppaa" on otettu pois kontekstista. Hän vastasi QM: n Kööpenhaminan tulkintaan ja ajatteli, että tarkkailija vaikuttaa aaltofunktion romahtamiseen. Tämän tiedämme olevan väärä; Kuitenkin, kun Einstein oli elossa, tämä oli yleinen vakaumus (Bohrin itse edistämä).
Kehittämisen auttaminen, tieteellisesti ottaen, sisältää ehdottomasti parhaan mahdollisen reiän lyömiseksi teoriaan pakottaaksesi teorian kehittymään edelleen vastauksena ja siten vahvistamaan teoriaa. Vahvistaminen tarkoittaa tässä sitä, että teoria pystyy selittämään tai ottamaan huomioon epäjohdonmukaisuudet.
Viisi vastused:
#1
+14
Danu
2014-10-29 13:02:55 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Einstein teki useita merkittäviä vaikutuksia kvanttiteoriaan alkuaikoina. Vuonna 1905, hänen kuuluisan annus mirabilis insa, hän julkaisi paperin valosähköisestä vaikutuksesta, joka loi perustan fotonien (eli kvantisoitujen aaltopakettien) nykyaikaiselle ymmärtämiselle.

Tämä tapahtui kaksikymmentä vuotta, ennen kuin Heisenberg, Schrödinger, Dirac, Born jne. muotoilivat kvanttimekaniikan perustan oikein. Tuolloin Einsteinin työn seuraukset eivät olleet hänelle tai kenellekään muulle aivan selvät totta puhuen. Toinen tärkeä panos tuli vuonna 1924, jolloin Einstein varmisti, että Bosen työ, joka myöhemmin tunnettiin Bose-Einstein-tilastona, julkaistiin valtavirran lehdessä. Siihen mennessä Einstein oli kuitenkin jo huolestunut paljon kvanttimekaniikan perusteista ja täydellisen päättäväisyyden puutteesta.

Sen jälkeen Einstein ei tehnyt paljon rakentavaa työskennellyt kvanttimekaniikassa, mutta hänen jatkuva kritiikkinsä oli tärkeää pakottaessaan kvanttimekaniikan kannattajat muokkaamaan ideoitaan ja pohtimaan niiden soveltamista monimutkaisissa tilanteissa. Tunnetuin esimerkki tästä tapahtumasta on viides Solvay-konferenssi vuonna 1927, jolloin Einstein meni kasvotusten Niels Bohrin kanssa ja ehdotti useita Heisenbergin periaatteen epäjohdonmukaisuuksia.

En aio ottaa vakavasti Einsteinin myöhempää työtä EPR-paradoksissa; Mielestäni Logan Maingin vastaus käsittelee tätä jo riittävästi. Lopuksi haluaisin huomauttaa, että suurin osa Einsteinin rakentavasta työstä kvanttiteoriassa tehtiin ennen kuin teoria ymmärrettiin hyvin, mutta hänen merkitystään kvanttimekaniikan keksijöiden mielen terävöittämisessä ei voida todeta. aliarvioitu. Minusta ei ole oikeudenmukaista sanoa, että Einstein oli kvanttiteorian vastainen: hän yksinkertaisesti ajatteli, että se ei ollut lopullinen teoria.

Kaksi muuta Einstein-kirjoitusta on mainittava. Hän antoi uuden ja poikkeuksellisen selkeän johdannaisen Planckin mustan kehon säteilylaista käyttäen ns. A- ja B-kertoimia. Sekä Heisenberg että Schrödinger pitivät keskusteluja Einsteinin kanssa ratkaisevana vaikutuksena auttaessaan heitä muotoilemaan kvanttimekaniikan versiot. Schrödinger viittasi Einsteinin "lyhyisiin, mutta äärettömän kauaskantoisiin huomautuksiin". Heisenberg kertoi keskustelun, jossa Einstein huomautti, että teoria kertoo, mikä on periaatteessa havaittavissa, ei päinvastoin.
#2
+11
Logan M
2014-10-29 12:56:45 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ei ole totta, että Einstein hylkäsi kvanttimekaniikan kokonaan. Hän myönsi, että se antoi numeerisesti tarkkoja ennusteita monissa tapauksissa, kuten kaikki pätevät fyysikot vuoteen 1935 mennessä. Tuona vuonna hän esitteli EPR-paradoksin, joka osoittaa, että kvanttimekaniikka ei kunnioita paikallisuutta erityisessä suhteellisuusteoriassa. Erityisesti, jos otetaan huomioon kahden pyöräytyksen takertuminen tilan etäisyydelle toisistaan ​​ja mitataan toisen pyöriminen, toisen tilan on muututtava välittömästi ensimmäisen mittauksen sovittamiseksi. Hän katsoi, että tällainen valoa nopeampi toiminta etäisyydellä on ristiriidassa minkä tahansa "kohtuullisen määritelmän kanssa todellisuuden luonteesta". Tämä oli hänen paras vastalauseensa kvanttimekaniikalle, sellaisena kuin sitä tulkittiin tuolloin. Tietysti Einstein teki myös jonkin verran kvanttimekaniikkaa koskevaa työtä, ennen kuin nämä kysymykset olivat hänelle ilmeisiä.

Einstein päätti siis hylätä kvanttimekaniikan suoranaisesti, mutta se on tavanomainen tulkinta. Hän suosi teoriaa, jossa kaikki fyysiset mittaukset määritettiin, mutta kaikkia ei voitu mitata. Tämä olisi ns. piilotettujen muuttujien teoria, väittäen, että kvanttimekaniikka ei ollut täydellinen ja että on olemassa muita paikallisia vapausasteita, jotka antaisivat periaatteessa klassisen teorian. Näitä ylimääräisiä "piilotettuja muuttujia" ei kuitenkaan voitu toivoa mitattaviksi käytännössä, joten lopulta näemme kvanttimekaniikan. Tätä filosofista kantaa kutsutaan joskus nimellä "paikallinen realismi".

Vaikka paikallinen realismi ei olekaan tarpeen selittämään fyysistä mittausta, se oli edelleen hyvässä kokeellisessa asemassa vuoteen 1964 asti. Siihen asti vallitsi näkemys, että mistä tahansa kvanttimekaanisesta teoriasta voitiin tehdä paikallinen piilotettu muuttujien teoria, vaikka ei yksi tiesi tarkalleen miten. Tuona vuonna Bell johti nyt kuuluisan eriarvoisuutensa osoittaen, että kvanttimekaniikka ennustaa pienempiä korrelaatioita tiettyjen mittausten välillä kuin mikään klassisen piilotetun muuttujan teoria voisi koskaan hyväksyä. Tämä johti todellisiin mittauksiin, jotka osoittivat lopullisesti, että paikalliset piilotetut muuttujat eivät ole sellaisia, mitä meillä luonnossa on. Siihen mennessä jouduttiin joko tyytymään ei-paikallisiin piilotettuihin muuttujiin, jotka eivät olisi tyydyttäneet Einsteinia, tai vain kvanttimekaniikka. Einstein ei kuitenkaan elänyt tarpeeksi kauan, jotta hänen olisi pitänyt tehdä päätös, koska hän kuoli vuonna 1955.

Einstein ei kuitenkaan uskonut kvanttimekaniikan olevan virheellinen. Sen sijaan hän piti sitä epätäydellisenä. Hänen myöhemmät turhautumisensa siihen olivat enemmän, että kukaan ei ollut onnistunut selvittämään, kuinka toteuttaa se piilotetuilla muuttujilla (ja harvat ihmiset jopa yrittivät). Kun hän sanoi sellaisia ​​asioita kuin "Jumala ei pelaa noppaa" ja vastaavia, hän ei sanonut, että kvanttimekaniikka olisi väärä, niin epätäydellinen ja järkyttynyt siitä, että kukaan ei tehnyt sitä, mitä hänen mielestään oli välttämätöntä, jotta se olisi täydellinen. . Historian linssin kautta voimme nähdä, että hän oli väärässä, mutta tuolloin tämä oli näennäisesti järkevä asenne.

Tämä oli mielenkiintoinen vastaus. Sanoisin, että sinulla on syvä ymmärrys EPR: stä. Minusta on turhauttavaa, että ihmiset eivät ymmärrä väitettä selvästi, katso kysymykseni täältä, joka on pikemminkin kommentti kuin kysymys: http://physics.stackexchange.com/questions/114651/what-are-the-implications -kellot-lause
Miksi ihmiset kirjoittavat "paikallisista piilotetuista muuttujista", kun argumentti on selkeä ja yksinkertainen: joko mitatut ominaisuudet on ennalta määritelty tai "pelottava toiminta etäisyydellä", kuten Einstein huomautti. Bell osoitti, että ennalta määrätyt ominaisuudet eivät toimi. Näyttää siltä, ​​että sait tämän väitteen hyvin selvästi. Minun on kuitenkin kysyttävä: eikö sinusta tuntuu, että tämä on ristiriidassa erityisen suhteellisuusteorian kanssa?
#3
+5
Michael Weiss
2014-10-30 20:59:20 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Hieman enemmän Einsteinin epäsuorasta panoksesta kvanttiteoriaan.

Heisenberg kertoo Heisenbergin omaelämäkerrallisessa esseessä "Teoria, kritiikki ja filosofia" osiossa "Einstein teoriasta ja havainnoinnista" keskustelun, jonka hän oli Einsteinin kanssa pian sen jälkeen, kun Heisenberg oli ehdottanut QM-versionsa (kutsutaan matriisimekaniikaksi).

Einstein pyysi minua tulemaan hänen asuntoonsa ja keskustelemaan asioista hänen kanssaan. Ensimmäinen asia, jonka hän kysyi minulta, oli: "Mikä filosofia oli eräänlaisen hyvin omituisen teorian taustalla? Teoria näyttää melko hyvältä, mutta mitä tarkoitit vain havaittavissa olevilla määrillä?"

Täällä Einstein viittaa Heisenbergin väitteeseen, jonka mukaan fysiikan tulisi käsitellä vain havaittavia määriä; tämä oikeutti elektronireittien ajatuksen hylkäämisen. Heisenberg vastasi.

Minusta olisi palattava takaisin niihin määriin, joita todella voidaan havaita, ja minusta tuntui myös, että tämä oli vain sellainen filosofia, jota hän oli käyttänyt suhteellisuusteoriassa; koska hän oli myös hylännyt absoluuttisen ajan ... No, hän nauroi minulle ja sanoi sitten: "Mutta sinun on ymmärrettävä, että se on täysin väärin." Vastasin: "Mutta miksi, ei ole totta, että olet käyttänyt tätä filosofiaa?" "Voi kyllä", hän sanoi, "olen ehkä käyttänyt sitä, mutta silti se on hölynpölyä!"

Einstein selitti minulle, että asia on oikeastaan ​​päinvastoin. Hän sanoi: "Voitko havaita jotain vai ei, riippuu käytetystä teoriasta. Teoria päättää, mitä voidaan havaita.

Heisenberg selittää, että tämä keskustelu sai hänet alkuun. ajattelutapa, joka huipentui hänen epävarmuusperiaatteeseen.

Kääntyen Schrödingerin puoleen, alaviitteessä paperille "Heisenberg-Born-Jordan-kvanttimekaniikan suhteesta kaivokseen", hän kirjoitti:

Teoriani innoittamana oli L. de Broglie ja A. Einsteinin lyhyet mutta äärettömän kauaskantoiset huomautukset (Berl. Ber. 1925, s.9ff)

Uskon, että mainittu paperi on Einsteinin toinen Bose-Einsteinin tilastoista.

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

Vaikka toistaiseksi annetut vastaukset ovat molemmat hyviä, niiden kirjoittajat unohtavat mainita, mikä on lähtökohta Einsteinin erimielisyydelle kvanttimekaniikasta - Kööpenhaminan tulkinta. Tämä (ajan tasalla) eniten levinnyt kvanttimekaniikan tulkinta toteaa, että havaittavilla määrillä ei ole tiettyä arvoa ennen mittausta, minkä jälkeen järjestelmän kvanttitila romahtaa satunnaisesti yhteen mahdollisista mittausominaisvaltioista. Juuri tämä luonnollinen satunnaisuus häiritsi Einsteinia (eikä vain häntä, toinen kuuluisa esimerkki on Schroedingerin kissa, joka on kuollut ja elossa samanaikaisesti, kunnes yksi mittaa tilaansa). Tämä synnyttää myös super-luminaalisia vaikutuksia EPR-paradoksissa ja johti lainaukseen siitä, että jumala ei pelaa noppaa.

Einsteinin merkittävä panos kvanttifysiikkaan - valosähköisen vaikutuksen selitys on noin 20 vuotta vanhempi kuin Kööpenhaminan tulkinta ja se muotoiltiin kvanttimekaniikan varhaisina vuosina. Toisaalta EPR-paradoksi on vanhempi kuin Kööpenhaminan tulkinta, ja se on suunniteltu ensisijaisesti osoittamaan sen ilmeinen epäjohdonmukaisuus. Einsteinissa ei siis ole epäjohdonmukaisuutta, joka auttaisi kehittämään teoriaa, jonka kanssa hän ei ollut samaa mieltä.

"Toisaalta EPR-paradoksi on vanhempi kuin Kööpenhaminan tulkinta". Pitäisikö sen olla "nuorempi"?
#5
+2
Albert Heisenberg
2016-08-06 03:48:10 UTC
view on stackexchange narkive permalink
  1. Hänen valosähköisen vaikutuksen lakinsa (harhaluulo - sitä tulisi TODELLISESTI kutsua säteilykentän kvantisoinniksi).

  2. Hänen paperinsä kiintoaineiden ominaislämpö (1906)

  3. Hänen kirjansa kvanttivärähtelyistä (1907) ... Huomaa, että hän oli AINOA fyysikko maailmassa, joka työskenteli vakavasti kvanttiteorian parissa - jopa Bohr ajatteli kvantitoidun energian (ts. Fotonien) ajatuksen olevan typerä, kun otetaan huomioon, kuinka suuret ajattelijat, kuten Poissant ja Maxwell, olivat "todistaneet", että valo oli aalto. Ei ainoa merkittävä tutkija uskoi Einsteinin vuoden 1905 paperiin ainakin ensimmäiseen Solvay-konferenssiin vuonna 1911, ja silloinkin valtaosa oli 'kvanttiskeptikkoja'.

4. 1909 Einstein osoitti ensimmäisenä, että lämpösäteilykenttien tilastolliset vaihtelut osoittavat sekä osittaista että aaltomaisia ​​käyttäytymisiä; hänen oli ensimmäinen osoitus siitä, mistä myöhemmin tulee täydentävyyden periaate.

  1. 1916/1917 merkitsee Einsteinin aliarvostettua paperia. Valmistuttuaan magnum opus, Yleinen suhteellisuusteoria, hän kääntyi aineen ja säteilyn vuorovaikutukseen luomaan kvanttiteorian säteilystä. Hän perusti jälleen argumenttinsa tilastoihin ja vaihteluihin. Bohr esitteli vetyä koskevassa vuonna 1913 julkaisemassaan ratkaisevan uuden käsitteen, jota kutsutaan paikallaan oleviksi tiloiksi, mutta Bohrin mallin pääpiirteet voitiin tulkita absoluuttiseksi hölynpölyksi, koska sähkömagneettisen teorian mukaan elektroni säteilisi voimakkaasti ja lähettäisi laajan spektrin törmätessään ytimeen. . Täällä näemme ristiriitoja klassisissa laeissa, ja silti Bohrin vetymallin pääominaisuudet perustuivat näihin laeihin.

Einstein, aina alkuperäinen ajattelija, ei ottanut lähtökohtana Planckin säteilylain antamaa tunnettua lämpösäteilykenttää. Sen sijaan hän oletti, että atomit ovat termisessä tasapainossa, ja päätti sitten tasapainon ylläpitämiseen tarvittavien säteilykentän ominaisuuksien. Arvaa mitä? Kentän osoitti olevan täsmälleen Planckin säteilylain mukainen. Hän onnistuu luomaan kvanttivaikutuksia (stimuloituja ja spontaaneja päästöjä) useimmista klassisista periaatteista. Hän käyttää Wienin siirtolakia, kanonista Boltzmann-jakaumaa, Poyntingin teoreemaa ja mikroskooppista palautuvuutta - kaikki klassista. Ainoa kvanttiideo oli paikallaan olevien tilojen käsite. Ja vielä näistä elementeistä hän on ensimmäinen, joka loi täydellisen kuvauksen säteilyn perusprosesseista ja täydellisen kuvauksen fotonin yleisistä ominaisuuksista. Vuonna 1917 julkaisussaan hän luo uusia ja tyylikkäitä johdannaisia ​​Planckin säteilylaista sekä todistuksen Bohrin taajuussäännöstä. Siinä hän muun muassa vastaa kysymykseen siitä, kuinka atomikaasu pitää paikallaan olevien tilojensa populaatiot tasapainossa säteilykentän kanssa.

Edellä mainittu uusi spontaanin emissiokonsepti, joka ilmentää aineen PERUSTEN vuorovaikutusta tyhjiön kanssa, on loistava Nobelin palkinnon arvoinen saavutus. Miksi? Spontaani emissio asettaa asteikon KAIKILLE säteilyvuorovaikutuksille. Esimerkiksi imeytymisnopeudet ja stimuloidut päästöt ovat verrannollisia spontaanien päästöjen nopeuteen. Spontaanien päästöjen voidaan katsoa olevan lopullinen peruuttamaton prosessi ja melun peruslähde kaikessa luonnossa. Ontelokvanttielektrodynamiikan kehityksen myötä - atomijärjestelmien tutkimus lähellä ihanteellisia onteloita - fyysinen tilanne muuttui 1980-luvulla. Tällaisissa onteloissa spontaani emissio kehittyy spontaaneiksi ontelon värähtelyiksi. Vaikka dynaaminen käyttäytyminen on täysin muuttunut, spontaanin emissioiden aiheuttava atomi-tyhjö-vuorovaikutus asettaa tuon evoluution aikaskaalan. Ensin Einsteinin vuonna 1917 julkaisussa fotonilla osoitetaan olevan kaikki perusherätteen ominaisuudet, ja siksi on täysin selvää, että hänen säteilypaperillaan oli keskeinen rooli kvanttielektrodynamiikan lopullisessa luomisessa.

Apropos vuoden 1917 paperinsa toinen loistava luomus, stimuloi säteilypäästöjä, näemme laserin ensimmäisen syntymän. Stimuloitu säteily on laserin perusmekanismin ja sitä kautta laserjäähdytyksen perusta. hänen analyysinsa momentinsiirrosta lämpösäteilykentässä voidaan välittömästi soveltaa atomikehään laserkentässä. Jos lämpökentän spektrileveys korvataan atomin luonnollisella linjaleveydellä, Einsteinin viskoosi vaimennusvoima johtaisi ilmiöön, joka tunnetaan optisena melassina. Atomiyhteisö löysi tämän laserjäähdytysprosessin uudelleen 80-luvulla. Tarvitset tietysti kvanttimekaniikkaa kaikkien säteilymekanismien täydelliseen toteuttamiseen, mutta tämäntyyppiset paperit ovat tärkeä panos siihen, mistä lopulta tulisi QM.

Einsteinin säteilyteoria antoi täydellisen kuvauksen valokvantin erityisominaisuuksista, ja jälkikäteen hän oli käsivarsien käsitteessä näiden hiukkasten tilastollisen mekaniikan kehittämisessä. Ottaen huomioon, että hänen ehdotuksensa säteilyn energiakvantisoinnista vuonna 1905 perustui analogiaan lämpösäteilyn entropioiden ja hiukkasjärjestelmän välillä, on yllättävää, että Einstein ei laajentanut päättelymenetelmään Planckin lain johtamiseksi käsittelemällä fotoneja erottamattomina. hiukkasia. Hän oli ERITTÄIN lähellä, ja on aivan ilmeistä, että Bose itse ei tajunnut tekevänsä mitään uutta.

  1. Kaaoksen kvantisoinnista (1919): Einstein oli ensimmäinen, joka toi esiin perusongelmat, jotka syntyvät, kun sovelletaan klassista kaaositeoriaa kvanttitiloihin (paperi 50 vuotta aikansa edellä, koska tämä on ongelma, josta olemme vasta alkaneet ymmärtää vasta nyt): http://boulderschool.yale.edu/sites/default/files/files/Einstein_chaos.pdf

  2. Siirtyminen eteenpäin vuoteen 1924 ja Einstein, ei Bose, käytössä perustelut Bosen fotonien käsittelemisessä erottamattomana hiukkasena erottamattomien atomien kaasuksi, mikä luo Bose-Einstein-tilastoja ja myöhemmin Bose-Einstein-kondensaatiota. Myöhemmin Einstein teorioi Bose-Einstein-kondensaation, teoksen, josta on annettu 6 Nobel-palkintoa. Einstein oli 45% matkasta Schrodinger-yhtälöön. Vasta sen jälkeen, kun Schrodinger oli lukenut Einsteinin paperin, hän johti aaltofunktiota säätelevät yhtälönsä.

  3. Einstein oli ensimmäinen, joka kuvitteli haamukentät todennäköisyystiheyksiksi, jonka hän sovelsi fotonikaasuun (ts. todennäköisyysaallot). Max Born otti idean pohjimmiltaan sanatarkasti ja käytti sitä elektroneihin. Born myönsi tämän aina.

  4. EPR-paradoksipaperi: ensimmäinen artikkeli, joka osoittaa, kuinka kvanttisitoutuminen syntyy QM: n yhtälöistä.

* Einsteinin työ aaltopartikkelien kaksinaisuudesta johti suoraan De Broglien teesiin aineen aalloista, ja näyttää epätodennäköiseltä, että De Broglie olisi ajatellut sitä ilman Einsteinia.

Einstein on melko varhaisen kvanttiteorian isä ja yksi modernin kvanttimekaniikan perustajista. Kolme suurta mikroskooppista aluetta säätelevää tilastojärjestelmää ovat: Fermi-Dirac Statistics, Einstein-Bose Statistics ja Boltzmann Statistics. Häntä pidettäisiin perustellusti legendana pelkästään BEC: ssä tehdystä työstään, ja silti hän vaikutti valtavasti Quantum Mechanicsiin. Ole hyvä ja tutustu hänen kaaoksen kvantisointia koskevaan artikkeliinsa, se on aivan loistava ja osoittaa kuinka välttämätöntä hänen ajattelunsa oli QM: n kehitykselle.



Tämä Q & A käännettiin automaattisesti englanniksi.Alkuperäinen sisältö on saatavilla stackexchange-palvelussa, jota kiitämme cc by-sa 3.0-lisenssistä, jolla sitä jaetaan.
Loading...