Краткая история квантовой физики

Из книги Манжит Кумар. Эйнштейн, Бор и великий спор о природе реальности

1858 23 апреля. В Киле (Германия) родился Макс Планк.

1871 30 августа. В Брайтуотере (Новая Зеландия) родился Эрнест Резерфорд.

1879 14 марта. В Ульме (Германия) родился Альберт Эйнштейн.

1882 11 декабря. В Бреслау (Германия) родился Макс Борн.

1885 7 октября. В Копенгагене (Дания) родился Нильс Бор.

1887 12 августа. В Вене (Австрия) родился Эрвин Шредингер.

1892 15 августа. В Дьеппе (Франция) родился Луи де Бройль.

1893 Февраль. Вильгельм Вин открыл закон смещения для излучения абсолютно черного тела.

1895 Ноябрь. Вильгельм Рентген открыл X-лучи.

1896 Март. Анри Беккерель обнаружил, что урановые соединения испускают неизвестное излучение, названное им «урановыми лучами».

Июнь. Вин публикует согласующуюся с доступными экспериментальными данными формулу для распределения энергии в спектре излучения абсолютно черного тела (закон Вина).

1897 Апрель. Джозеф Джон Томсон объявляет об открытии электрона.

1900 25 апреля. В Вене (Австрия) родился Вольфганг Паули.

Июль. Эйнштейн оканчивает Политехникум в Цюрихе.

Сентябрь. Достоверно подтверждено нарушение закона распределения Вина в далекой инфракрасной области спектра излучения абсолютно черного тела.

Октябрь. На заседании Немецкого физического общества в Берлине Планк сообщает, что им получен закон излучения абсолютно черного тела.

14 декабря. В докладе на заседании Немецкого физического общества Планк приводит вывод формулы для излучения абсолютно черного тела. Практически никто не обращает внимания на введенный квант энергии. В лучшем случае его воспринимают как трюк теоретика, от которого потом можно будет отказаться.

1901 5 декабря. В Вюрцбурге (Германия) родился Вернер Гейзенберг.

1902 Июнь. Эйнштейн поступает на работу в патентное бюро в Берне (Швейцария) и становится техническим экспертом III класса.

8 августа. В Бристоле (Великобритания) родился Поль Дирак.

1905 Июнь. В журнале «Аннален дер физик» опубликована статья Эйнштейна, где вводятся кванты света и дано объяснение фотоэффекта.

Июль. В журнале «Аннален дер физик» опубликована статья Эйнштейна с объяснением броуновского движения.

Сентябрь. В журнале «Аннален дер физик» опубликована статья Эйнштейна «Об основных электродинамических уравнениях для движущихся тел», где изложены основные положения специальной теории относительности.

1906 Январь. Эйнштейн с третьей попытки защищает в университете Цюриха диссертацию на соискание степени доктора философии. Диссертация называется «Новое определение размера молекул».

Апрель. Эйнштейн, работающий в патентном бюро, получает повышение и становится техническим экспертом II класса.

Сентябрь. Людвиг Больцман в Италии, вблизи Триеста, кончает жизнь самоубийством.

Декабрь. В журнале «Аннален дер физик» опубликована статья Эйнштейна о квантовой теории теплоемкости.

1907 Май. Резерфорд становится профессором физики в университете в Манчестере.

1908 Февраль. Эйнштейн становится приват-доцентом университета в Берне.

1909 Май. Эйнштейн назначен на должность экстраординарного профессора теоретической физики в университете Цюриха. Контракт действует до октября следующего года.

Сентябрь. Эйнштейн выступает как приглашенный докладчик на годичном собрании Общества немецких естествоиспытателей и врачей в Зальцбурге (Австрия). Он заявляет, что «следующей ступенью в развитии теоретической физики будет построение теории света, которую можно представить себе как некий синтез волновой теории и теории испускания света».

Декабрь. Бор получает степень магистра в университете Копенгагена.

1911 Январь. Эйнштейн становится ординарным профессором Немецкого университета в Праге.

Март. Резерфорд на конференции в Манчестере сообщает об открытии атомного ядра.

Май. В университете Копенгагена Бор защищает диссертацию по электронной теории металлов.

Сентябрь. Бор приезжает в Кембриджский университет и поступает в аспирантуру к Джозефу Джону Томсону.

30 октября — 4 ноября. I Сольвеевский конгресс (Брюссель). Среди приглашенных: Эйнштейн, Планк, Мария Кюри и Резерфорд.

1912 Январь. Эйнштейн получает должность профессора теоретической физики Высшей технической школы в Цюрихе, где он прежде учился.

Март. Бор уезжает из Кембриджа и приступает к работе в лаборатории Резерфорда в университете Манчестера.

Сентябрь. Бор становится приват-доцентом и ассистентом профессора физики в Копенгагенском университете.

1913 Февраль. Бор впервые слышит о серии Бальмера — линиях излучения в спектре водорода, послуживших путеводной нитью при построении квантовой модели атома.

Июль. В журнале «Философикал мэгэзин» опубликована первая из трех статей Бора о квантовой теории атома водорода. Планк и Вальтер Нернст едут в Цюрих, чтобы пригласить Эйнштейна в Берлин. Он соглашается.

Сентябрь. В Бирмингеме Бор представляет новую теорию квантового атома.

1914 Апрель. Эксперимент Франка и Герца подтверждает постулаты Бора: наличие квантовых скачков и уровней энергии атомов. Бомбардируя пары ртути электронами и измеряя частоты испускаемого излучения, они показали, что эти частоты соответствуют переходам между разными энергетическими уровнями. Эйнштейн приезжает в Берлин и становится одновременно действительным членом Прусской академии наук и профессором Берлинского университета.

Август. Начало Первой мировой войны.

Октябрь. Бор возвращается к работе в университете Манчестера. Планк и Рентген подписывают «Манифест девяноста трех».

1915 Ноябрь. Эйнштейн заканчивает общую теорию относительности.

1916 Январь. Арнольд Зоммерфельд предлагает теорию, объясняющую тонкую структуру спектральных линий водорода, и вводит второе квантовое число, заменив круговые орбиты Бора эллиптическими.

Май. Бор становится профессором теоретической физики в Копенгагенском университете.

Июль. Эйнштейн возвращается к работе над квантовой теорией и открывает явления спонтанной и вынужденной эмиссии фотона из атома. Зоммерфельд добавляет магнитное квантовое число в исходную модель атома Бора.

1918 Сентябрь. Паули оставляет Вену, чтобы учиться в Мюнхенском университете у Зоммерфельда.

Ноябрь. Окончание Первой мировой войны.

1919 Ноябрь. Планку присуждена Нобелевская премия по физике за 1918 год. На общем собрании Королевского общества и Королевского астрономического общества официально объявлено, что предсказанное Эйнштейном отклонение светового луча гравитационным полем подтверждено измерениями во время солнечного затмения, выполненными двумя английскими экспедициями в мае. В мгновение ока Эйнштейн становится мировой знаменитостью.

1920 Март. Зоммерфельд ввел третье квантовое число.

Апрель. Бор приезжает в Берлин и впервые встречается с Планком и Эйнштейном.

Август. В Берлине прошел митинг против теории относительности. Эйнштейн впервые приезжает к Бору в Копенгаген.

Октябрь. Гейзенберг становится студентом-физиком Мюнхенского университета и встречается со своим сокурсником Вольфгангом Паули.

1921 Март. Официальное открытие Института теоретической физики в Копенгагене, основателем и директором которого является Бор.

Апрель. Борн уезжает из Франкфурта и становится профессором и директором Института теоретической физики в Геттингене.

Октябрь. Получив степень доктора в Мюнхене, Паули становится ассистентом Борна в Геттингене.

1922 Апрель. Паули покидает Геттинген и занимает должность ассистента профессора в университете Гамбурга.

Июнь. В Геттингене Бор читает серию знаменитых лекций об атомной теории и периодической таблице. Первая встреча Гейзенберга и Паули с Бором.

Октябрь. Начинается шестимесячное пребывание Гейзенберга у Борна в Геттингене. Паули приезжает в Копенгаген и на год (до сентября 1923-го) становится ассистентом Бора.

Ноябрь. Эйнштейну присуждена Нобелевская премия за 1921 год, Бору — за 1922 год.

1923 Май. Опубликована работа Артура Комптона, касающаяся открытого им рассеяния рентгеновских фотонов электронами атомов. «Эффект Комптона», как позднее стали называть это явление, воспринят как неопровержимое свидетельство справедливости гипотезы Эйнштейна о квантах света, выдвинутой в 1905 году.

Июль. Эйнштейн во второй раз приезжает в Копенгаген к Бору. В Мюнхенском университете Гейзенбергу после провала на устном экзамене по экспериментальной физике все-таки удается получить степень доктора.

Сентябрь. Де Бройль, распространив корпускулярно-волновой дуализм на материю, устанавливает связь между волнами и электронами.

Октябрь. В Геттингене Гейзенберг становится ассистентом Борна. Паули после годичного пребывания в Копенгагене возвращается в Гамбург.

1924 Февраль. Пытаясь противопоставить что-либо квантам света, Нильс Бор, Хендрик Крамерс и Джон Слейтер делают предположение, что в атомных процессах закон сохранения энергии выполняется только статистически. Идея БКС экспериментально опровергнута в апреле-мае 1925 года.

Март. Гейзенберг впервые приезжает к Бору в Копенгаген.

Сентябрь. Гейзенберг оставляет Геттинген, чтобы до мая 1925 года работать в институте Бора.

Ноябрь. Де Бройль успешно защищает докторскую диссертацию, тема которой — распространение корпускулярно-волнового дуализма на материю. Диссертация, посланная одним из экзаменаторов Эйнштейну, получила его одобрение.

1925 Январь. Паули открывает принцип запрета.

Июнь. Гейзенберг, страдающий от сенной лихорадки, уезжает на остров Гельголанд в Северном море и делает первые шаги к созданию матричной механики — его версии долгожданной квантовой механики.

Сентябрь. Первая большая статья Гейзенберга «О квантово-теоретическом истолковании кинематических и механических соотношений» опубликована в журнале «Цайтшрифт фюр физик».

Октябрь. Сэмюэл Гаудсмит и Джордж Уленбек вводят понятие квантового спина.

Ноябрь. Паули применил матричную механику к атому водорода (работа опубликована в марте 1926 года).

Декабрь. На альпийском курорте Ароза Шредингер записывает ставшее позднее знаменитым волновое уравнение.

1926 Январь. Шредингер, вернувшись в Цюрих, убеждается, что его волновое уравнение воспроизводит энергетические уровни атома водорода Бора — Зоммерфельда.

Февраль. В журнале «Цайтшрифт фюр физик» опубликована «работа трех» (Гейзенберг, Борн и Йордан), в которой описан математический аппарат матричной механики.

Март. Выходит первая работа Шредингера, отправленная в январе в редакцию «Аннален дер физик». Вслед за ней опубликованы еще пять. Шредингер и другие авторы доказывают, что волновая и матричная механики математически эквивалентны. Это две формы одной и той же теории — квантовой механики.

Апрель. Гейзенберг читает двухчасовую лекцию о матричной механике, на которой присутствуют Эйнштейн и Планк.

Май. Гейзенберг становится ассистентом Бора и лектором Копенгагенского университета. Пока Бор выздоравливает после гриппа, Гейзенберг приступает к расчету спектральных линий гелия в рамках волновой механики.

Июнь. Дирак защищает докторскую диссертацию в Кембриджском университете. Диссертация называется «Квантовая механика».

Июль. Борн предлагает вероятностную интерпретацию волновой функции. Шредингер читает лекцию в Мюнхене. Гейзенберг во время, отведенное на вопросы, заявляет о недостатках волновой механики.

Сентябрь. Дирак едет в Копенгаген, где разрабатывает теорию преобразований, согласно которой волновая механика Шредингера и матричная механика Гейзенберга — это специальные случаи более общей формулировки квантовой механики.

Октябрь. Шредингер посещает Копенгаген. Ему, Бору и Гейзенбергу не удается прийти к согласию относительно физической интерпретации ни матричной, ни волновой механики.

1927 Январь. Клинтон Дэвиссон и Лестер Джермер, наблюдая дифракцию электронов, получают решающее свидетельство в пользу того, что принцип корпускулярно-волнового дуализма относится и к материи.

Февраль. За несколько месяцев Бору и Гейзенбергу не удается сформулировать вразумительную физическую интерпретацию квантовой механики. Нервы у них сдают, и Бор на месяц уезжает кататься на лыжах. За время его отсутствия Гейзенберг открывает принцип неопределенности.

Май. Принцип неопределенности опубликован после дискуссий с Бором об его интерпретации.

Сентябрь. Международный физический конгресс памяти Алессандро Вольта на озере Комо, в Италии. Бор представляет свой принцип дополнительности и основные положения того, что позднее стало известно как копенгагенская интерпретация квантовой механики. Присутствуют Борн, Гейзенберг и Паули. Нет ни Шредингера, ни Эйнштейна.

Октябрь. В Брюсселе на V Сольвеевском конгрессе начинается спор Эйнштейна с Бором об основах квантовой механики и природе реальности. Шредингер становится преемником Планка и занимает должность профессора теоретической физики в Берлинском университете. Комптон получает Нобелевскую премию за открытие «эффекта Комптона». Гейзенберг, которому исполнилось двадцать пять лет, становится профессором Лейпцигского университета.

Ноябрь. Джордж Томсон сообщает, что ему удалось наблюдать дифракцию электронов в экспериментах, отличающихся от экспериментов Клинтона Дэвиссона и Лестера Джермера.

1928 Январь. Паули становится профессором теоретической физики Высшей технической школы в Цюрихе.

Февраль. Гейзенберг читает первую лекцию как профессор теоретической физики в университете Лейпцига.

1929 Октябрь. Де Бройль получает Нобелевскую премию за открытие волновой природы электрона.

1930 Октябрь. VI Сольвеевский конгресс (Брюссель): второй раунд дебатов Эйнштейна и Бора. Последний показывает несостоятельность мысленного эксперимента Эйнштейна «ящик с часами», призванного продемонстрировать несамосогласованность квантовой механики.

1932 В Германии выходит книга Джона фон Неймана «Математические основы квантовой механики». В ней содержится «доказательство невозможности»: ни одна теория со скрытыми параметрами не может воспроизвести предсказания квантовой механики. Дирак избран Лукасианским профессором Кембриджского университета — должность, которую когда-то занимал Исаак Ньютон.

1933 Январь. В Германии нацисты приходят к власти. Эйнштейн в это время находится в Америке как приглашенный профессор Калифорнийского технологического института.

Март. Эйнштейн публично заявляет, что не вернется в Германию. После прибытия в Бельгию он отказывается от членства в Прусской академии наук и разрывает все связи с государственными учреждениями Германии.

Апрель. Нацисты принимают закон «О восстановлении профессионального чиновничества», направленный на борьбу со своими политическими оппонентами и евреями. К 1936 году уволено более 1600 ученых, треть из них — научные работники, в том числе двадцать человек, которые уже были лауреатами Нобелевской премии или стали ими позднее.

Май. В Берлине сожжено двадцать тысяч книг. Костры из «негерманских» сочинений пылают по всей стране. Хотя на Шредингера, в отличие от Борна и многих других, не распространяются положения нацистского закона о гражданских служащих, он покидает Германию и отправляется в Оксфорд. Гейзенберг остается. В Англии для оказания помощи бежавшим из Германии ученым, художникам, писателям создан Академический совет помощи, президентом которого становится Резерфорд.

Сентябрь. Эйнштейн покидает Бельгию и направляется в Англию. Самоубийство Пауля Эренфеста.

Октябрь. Эйнштейн приезжает в Принстон. Ученый, намеревавшийся провести в Институте перспективных исследований несколько месяцев, никогда больше не вернется в Европу.

Ноябрь. Гейзенберг получает Нобелевскую премию за 1932 год, вручение которой было отложено на год. Дирак и Шредингер разделили премию за 1933 год.

1935 Май. В журнале «Физикал ревю» опубликована статья Эйнштейна, Подольского и Розена (ЭПР) «Можно ли считать, что квантово-механическое описание физической реальности является полным?»

Октябрь. В «Физикал ревю» опубликован ответ Бора ЭПР.

1936 Март. Шредингер и Бор встречаются в Лондоне. Бор заявляет, что желание Шредингера и Эйнштейна нанести удар по квантовой механике «ужасно» и является «предательством».

Октябрь. Борн занимает должность профессора естественных наук в университете Эдинбурга, проведя до того около трех лет в Кембридже и несколько месяцев в Бангалоре (Индия). Здесь он остается работать до выхода на пенсию в 1953 году.

1937 Февраль. Во время кругосветного турне Бор на неделю приезжает в Принстон. Впервые после публикации статьи ЭПР Эйнштейн и Бор встречаются и обсуждают интерпретацию квантовой механики.

Июль. В одном из журналов СС Гейзенберг назван «белым евреем» за то, что преподает «жидовскую» физику, в частности теорию относительности Эйнштейна.

Октябрь. В Кембридже в возрасте шестидесяти шести лет умирает Резерфорд.

1939 Январь. Бор приезжает в Институт перспективных исследований на семестр как приглашенный профессор. Эйнштейн избегает дискуссий с Бором. За четыре месяца они встречаются только однажды — на официальном приеме.

Август. Эйнштейн пишет письмо президенту Рузвельту, где поднимает вопрос о возможности создания атомной бомбы и угрозе создания подобного оружия в Германии.

Сентябрь. Начинается Вторая мировая война.

Октябрь. Шредингер приезжает в Дублин после увольнения из университетов Граца и Гента. Он остается в Дублине. В 1956 году Шредингер возвращается в Вену.

1940 Март. Эйнштейн пишет Рузвельту второе письмо об атомной бомбе.

Август. Паули покидает охваченную войной Европу и, как и Эйнштейн, работает в Институте перспективных исследований. Здесь он остается до 1946 года, после чего возвращается в Цюрих.

1941 Октябрь. Гейзенберг приезжает к Бору в Копенгаген. Дания оккупирована немецкими войсками в апреле 1940 года.

1943 Сентябрь. Бор с семьей бежит в Швецию.

Декабрь. Бор приезжает в Принстон, где за обедом встречается с Эйнштейном и Паули. Затем он отправляется в Лос-Аламос для работы над атомной бомбой. Это первая встреча Эйнштейна и Бора после визита датчанина в Принстон в январе 1939 года.

1945 Май. Капитуляция Германии. Союзники арестовывают Гейзенберга.

Август. Бомбардировка Хиросимы и Нагасаки. Бор возвращается в Копенгаген.

Ноябрь. Паули присуждена Нобелевская премия за открытие принципа запрета.

1946 Июль. Гейзенберг назначен директором Института теоретической физики им. кайзера Вильгельма в Геттингене, в 1948 году переименованного в Институт им. Макса Планка.

1947 Октябрь. В Геттингене в возрасте восьмидесяти девяти лет умирает Планк.

1948 Февраль. Бор как приглашенный профессор приезжает в Институт перспективных исследований, где остается до июня. Отношения Бора с Эйнштейном более сердечные, чем во время его предыдущих визитов, но их взгляды на интерпретацию квантовой механики остаются разными. В Принстоне для сборника в честь семидесятилетия Эйнштейна (март 1949 года) Бор пишет статью, где рассказывает о спорах с Эйнштейном на Сольвеевских конгрессах 1927 и 1930 годов.

1950 Февраль. До мая Бор работает в Институте перспективных исследований.

1951 Февраль. Выходит книга Давида Бома «Квантовая механика». В ней содержится новый, упрощенный вариант мысленного эксперимента ЭПР.

1952 Январь. Опубликованы две работы Бома, в которых он делает то, что, согласно фон Нейману, невозможно: предлагает интерпретацию квантовой механики, основанную на скрытых параметрах.

1954 Сентябрь. Бор до декабря остается в Институте перспективных исследований.

Октябрь. Борн, глубоко разочарованный тем, что его обошли при вручении Нобелевской премии за 1932 год (вручена Гейзенбергу), наконец удостоен этой награды «за фундаментальные исследования по квантовой механике, особенно за статистическую интерпретацию волновой функции».

1955 Апрель. В Принстоне в возрасте семидесяти шести лет умирает Эйнштейн. Его прах развеян. Место, где это произошло, неизвестно.

1957 Июль. Хью Эверетт III предлагает формулировку квантовой механики, используя понятие относительного состояния. Позже она стала известна как многомировая интерпретация.

1958 Декабрь. В Цюрихе в возрасте пятидесяти восьми лет умирает Паули.

1961 Январь. В Вене в возрасте семидесяти трех лет умирает Шредингер.

1962 Ноябрь. В Копенгагене в возрасте семидесяти семи лет умирает Бор.

1964 Ноябрь. Джон Белл приходит к выводу, что любая теория со скрытыми параметрами, предсказания которой согласуются с предсказаниями квантовой механики, должна быть нелокальной. Работа опубликована в малочитаемом журнале. Неравенство Белла определяет возможные границы значений корреляций квантовых спинов пары перепутанных частиц для любой теории со скрытыми параметрами.

1966 Июль. Белл окончательно доказал ошибочность опубликованного в книге фон Неймана «Математические основы квантовой механики» доказательства невозможности существования теории со скрытыми параметрами. Свою статью Белл отправил в журнал «Ревю оф модерн физикс» еще в конце 1964 года, но из-за ряда недоразумений ее публикация задержалась.

1970 Январь. В Геттингене в возрасте восьмидесяти семи лет умирает Борн.

1972 Апрель. Джон Клаузер и Стюарт Фридман из Калифорнийского университета в Беркли экспериментально проверили неравенство Белла и сообщили о его нарушении: ни одна теория со скрытыми параметрами не может воспроизвести предсказания квантовой механики. Однако остаются сомнения в точности их результатов.

1976 Февраль. В Мюнхене в возрасте семидесяти пяти лет умирает Гейзенберг.

1982 После многих лет подготовительной работы Ален Аспект с коллегами проверяет неравенство Белла с максимально возможной точностью. Их результаты показывают, что это неравенство нарушается. Большинство физиков, включая самого Белла, соглашается с этими результатами.

1984 Октябрь. Во Флориде в возрасте восьмидесяти двух лет умирает Дирак.

1987 Март. Во Франции в возрасте девяноста четырех лет умирает де Бройль.

1997 Декабрь. Группа из Инсбрукского университета, возглавляемая Антоном Зейлингером, сообщает, что удалось осуществить передачу квантового состояния частицы из одного места в другое, что фактически означает ее телепортацию. Неотъемлемая часть этого процесса — явление квантового перепутывания. Группа из Римского университета под руководством Франческо де Мартини тоже успешно осуществляет эксперимент по квантовой телепортации.

2003 Октябрь. Энтони Леггетт публикует неравенство, аналогичное неравенству Белла, но полученное в предположении о нелокальной реальности.

2007 Апрель. Австрийско-польская группа под руководством Маркуса Аспельмейера и Антона Цайлингера сообщает об измерении ранее не проверявшихся корреляций для пар перепутанных фотонов, показывающее, что неравенство Леггетта нарушается. Эксперимент отметает возможность существования только некоторой группы возможных нелокальных теорий со скрытыми параметрами.

20... Квантовая теория гравитации? Теория всего? Теория по ту сторону кванта?