Ирландский математик и физик Уильям Роуэн Гамильтон, родившийся 220 лет назад, известен тем, что вырезал математические граффити на дублинском мосту Брум в 1843 году. Об этом сообщает lens.monash.edu.Однако в его время репутация Гамильтона основывалась на работах, выполненных в 1820-х и начале 1830-х годов, когда ему было всего около двадцати лет. Он разработал новые математические инструменты для изучения световых лучей и движения объектов. Интересно, что Гамильтон разработал свою механику, используя аналогию между путем светового луча и путем материальной частицы. Это не так удивительно, если свет является материальной частицей, как считал Исаак Ньютон, но что, если свет — это волна? Что бы это значило для уравнений волн и частиц, которые аналогичны каким-то образом? Ответ пришел через столетие, когда пионеры квантовой механики поняли, что подход Гамильтона предлагал нечто большее, чем просто аналогия — это был проблеск истинной природы физического мира. Чтобы понять место Гамильтона в этой истории, нужно вернуться немного назад. Для обычных объектов или частиц основные законы движения были опубликованы Ньютоном в 1687 году. В течение следующих 150 лет исследователи, такие как Леонард Эйлер, Жозеф-Луи Лагранж и затем Гамильтон, сделали более гибкие и утонченные версии идей Ньютона. «Гамильтонова механика» оказалась настолько полезной, что только в 1925 году — почти через 100 лет — кто-то остановился, чтобы пересмотреть, как Гамильтон вывел ее. Его аналогия со световыми путями работала независимо от истинной природы света, но в то время были хорошие доказательства того, что свет — это волна. В 1801 году британский ученый Томас Юнг провел свой знаменитый эксперимент с двумя щелями, в котором два световых луча создавали «интерференционную» картину, как перекрывающиеся ряби на пруду, когда туда бросают два камня. Шесть десятилетий спустя Джеймс Клерк Максвелл понял, что свет ведет себя как волна в электромагнитном поле. Но затем, в 1905 году, Альберт Эйнштейн показал, что некоторые свойства света могут быть объяснены только в том случае, если свет также может вести себя как поток «фотонов». Он связал эту идею с предложением, сделанным Максом Планком в 1900 году, что атомы могут испускать или поглощать энергию только дискретными кусками. В своей статье 1905 года о фотоэлектрическом эффекте, где свет выбивает электроны из определенных металлов, Эйнштейн использовал формулу Планка для этих энергетических кусков (или квантов): E = hν. E — это количество энергии, ν (греческая буква ню) — это частота фотона, а h — это число, называемое постоянной Планка. Но в другой статье того же года Эйнштейн представил другую формулу для энергии частицы — версию теперь известной формулы E = mc². E снова энергия, m — масса частицы, а c — скорость света. Таким образом, были два способа расчета энергии — один, связанный со светом, зависел от частоты света; другой, связанный с материальными частицами, зависел от массы. Указывало ли это на более глубокую связь между материей и светом? Эту нить подхватил в 1924 году Луи де Бройль, который предположил, что материя, как и свет, может вести себя и как волна, и как частица. Последующие эксперименты доказали его правоту, но уже было ясно, что квантовые частицы, такие как электроны и протоны, играют по совершенно другим правилам, чем обычные объекты. Требовалась новая механика — «квантовая механика». 1925 год принес не одну, а две новые теории.
Популярные категории