Физическая эквивалентность волн и частиц. Волновая механика
Попытки преодолеть их привели в 1925 г. к общей, очень глубокой ревизии квантовой теории. Что потребность в ней уже давно назрела, показывает тот факт,, что она была произведена почти одновременно четырьмя физиками, весьма значительно друг от друга отличающимися: де Бройлем во Франции, Шредннгером и Гейзенбсргом в Германии и Дираком в Англии. По форме их решения были совершенно различными, хотя математически они были эквивалентны. Луи де Бройль в 1923 году шел по следам истории физики назад, к полемике XVII века между Ньютоном и Гюйгенсомв1' - 1а (257). Эта полемика уже выявила поразительную аналогию, а именно, что, какова бы ни была среда, материальные частицы, равно как и волны, следовали по минимальным траекториям. Волна двигалась так, чтобы сделать минимальным время прохождения лучей (принцип Ферма), частица — так, чтобы сделать минимальной функцию действия (принцип Мопертюи). Но если частицы и волны были, по существу, идентичны, так нельзя ли свести оба эти принципа к одному? — думал де Бройль. Электроны могли в конце концов быть волнами, точно так же, как световые волны могли бы быть частицами. Несомненно, что между частицами и волнами должно было существовать какое - то общее соответствие; можно было полагать, что каждой частице сопутствует волна, а каждая волна состоит из частиц, вытянувшихся вдоль волновых фронтов.
Шредингер использовал эту идею в 1925 году, чтобы объяснить стационарные боровские состояния электронов в атоме, рассматривая их как различные характеристические колебания электронов в атоме, представляющие собой стоячие, а не бегущие волны. По форме это явление подобно различным характеристическим колебаниям музыкального инструмента с соответствующими связями между ними. Волновая механика де Бройля — Шредингера имела то преимущество, что была в состоянии объяснить аномалии в старой квантовой теории так, что делала ясной физическую сторону вопроса и одновременно давала правильную математическую трактовку его. Однако в этом не было особой необходимости; Гейзенберг и Дирак, каждый по - своему, отвергали даже такую степень физического представления. Гейзенберг с помощью матриц, или шахматных досок, покрытых цифрами, а Дирак посредством алгебраических формул, в которых axb отличается от Ьу.а на 4 - /ц/ — 1, дали проблемам квантовой физики такие же хорошие формальные решения.
С того момента, как эти теории были выдвинуты, они вызвали глубокие споры об их физическом смысле. В течение долгого времени их изящество и успех в объяснении фактов рассматривались как законченное доказательство их истинности. Но со временем оказалось, что новым квантовым теориям, как их называли, угрожали столь же серьезные, хоть и совершенно иные трудности, что и старой теории квантов. Они могли объяснить те явления, которые их породили, однако по мере того, как изучение ядер и частиц с высокой скоростью продвигалось вперед, возникали новые явления, объяснить которые становилось все труднее. Было использовано, довольно безуспешно, множество способов и ad hoc вариантов квантовой теории. К тому же новые квантовые теории не были достаточно непротиворечивыми, чтобы оказаться приемлемыми даже с математической точки зрения. Они по - прежнему представляли собой неуклюжий гибрид ньютоновой физики частиц, соответственно приспособляемой или опровергаемой квантовыми постулатами, и совершенно нового вида математики, который в значительной степени определялся соображениями статистического характера. Но еще серьезнее были те философские трудности, которые они вызвали.