Последний день года квантовой механики, и всё равно можно праздновать!

Сегодня у нас разбор одной из самых важных статей в истории физики, в честь которой учёные назвали целый 2025-й год годом квантовой физики. Работу опубликовал Вернер Гейзенберг в 1925 году. С этого момента в физике началась лютейшая дичь и появилась квантовая механика.

Суть работы — Гейзенберг предлагает буквально сумасшедший шаг: полностью отказаться от попыток представить, как электрон движется внутри атома, и строить теорию только на том, что можно реально измерить. Раньше так никто не делал.

К 1925 году физика находилась в глубоком кризисе. Была старая квантовая теория (модель Бора-Зоммерфельда), которая представляла атом как маленькую солнечную систему, где электроны летают по орбитам вокруг ядра. Эта модель классно работала для атома водорода с 1 электроном, но уже на 2 электронах в атоме гелия что-то шло не так. Расчёты не сходились с экспериментами. Физики пробовали разные костыли, но всё равно никто не мог объяснить, почему электрон не падает на ядро и почему он прыгает с орбиты на орбиту.

Гейзенберг предложил не выпендриваться с тем, как оно должно работать, а искать математический аппарат для наблюдаемых явлений. В смысле, что оно работает так, как работает, а не так, как нам хочется. Надо не придумать красивую модель, а понять, как оно там по-настоящему.

Его постулаты:
— Мы не должны строить теорию на величинах, которые принципиально нельзя измерить.
— Мы никогда не видим электрон, летящий по кругу.
— Мы видим свет, который испускает атом при переходе электрона из одного состояния в другое. У этого света есть частота (цвет) и интенсивность (яркость).

Гейзенберг предлагает квантовый аналог ряда Фурье — вместо одной функции он представляет физическую величину как бесконечную таблицу (матрицу, хотя тогда слова не было), где каждый элемент описывает переходы состояний. Дальше он потратил довольно дофига усилий на правила умножения матриц, не зная, что в линейной алгебре они уже существуют.

Но в итоге он вывел коммутационное соотношение — фундамент квантовой механики. Вычислили уровни энергии без использования орбит. Открыл энергию нулевых колебаний. Разобрался с ротатором, и результаты его формулы совпадают с тем, что астрономы и физики видели в спектрах звезд и ламп, но не могли объяснить.

Теория без траекторий работала точнее, чем теория с траекториями.

Чуваку было 23 года. Работал под руководством Макса Борна. Основные идеи пришли к нему во время сильного приступа сенной лихорадки, когда он сбежал лечиться на остров Гельголанд, где не было цветов. Опубликована в Zeitschrift für Physik — важный немецкий научный журнал того времени. Статья поступила в редакцию 29 июля 1925 года. Через несколько месяцев после этой статьи Макс Борн и Паскуаль Йордан узнают родные матрицы, и теория получит законченный вид под названием матричной механики.

29 июля 1925 рукопись поступила в редакцию журнала. «Я тут что-то набросал, посмотрите, стоит ли это печатать», и уехал в отпуск. Через полгода, в декабре, она вышла. Параллельно три мужика написали Dreimännerarbeit — работу трех мужчин — когда к идеям Вернера добавили нормальный рефакторинг.

100-летие отмечают не с работы Планка 1900 года, а с работы Гейзенберга. Потому что вместо набора костылей v0.2b у нас релиз 1.0. Тоже b.

Про праздник вспомнил @minewrite с канала @mineread, вот у него тут разбор этой прекрасной истории в 4 частях (в 4-й части угар, как три мужика независимо параллельно написали 3 копии одной и той же работы, например).

С праздником!

--
Вступайте в ряды Фурье! | Самые работающие посты
Не можете найти работу? Умножьте время на мощность!