УИТТЕКЕР История теорий эфира и электричества Современные теории Перевод с английского Н.А.Зубченко под редакцией Б. П.Кондратьева УДК 530 Интернет-магазин http://shop.rcd.ru • физи ка • математи ка • б иология • нефт е г а з о вые технологии Издание осуществлено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований по проекту №04-02-30030-д. <...> . . . 25 Резерфорд доказывает, что альфа-частицы являются атомами гелия . <...> Теория относительности Пуанкаре и Лоренца 59 Относительное движение Земли и эфир . <...> . . 76 Эйнштейн дает релятивистскую формулу для аберрации и доплеровского эффекта . <...> . . . . . . 163 Зоммерфельд связывает квантовую теорию с теорией действия Гамильтона . <...> Спектроскопия в ранней квантовой теории 165 Конвей открывает правильный принцип интерпретации спектров . <...> . . . . . 169 8 Оглавление Теория Бора в приложении к бальмеровой серии водорода . <...> . . . 183 Теория Шварцшильда и Эпштейна эффекта Штарка 187 Адиабатические инварианты . <...> . . . . .188 Системы, в которых возможно разделение переменных 193 Квантовая теория эффекта Зеемана, Зоммерфельда и Дебая . <...> . . . . 216 Квантовая теория дифракции на решетке Дуэна . <...> Излучение и атомы в старой квантовой теории . <...> . . 390 Принцип де Бройля, воплощенный в дифференциальных уравнениях в частных производных . <...> . . . 430 Теория эффекта Зеемана в рамках волновой механики . <...> Что касается дифференциальных уравнений с частными производными, он получил общее решение уравнения Лапласа в трех измерениях в частной форме (что Ватсон описал как совершенную сенсацию) и решение волнового уравнения. <...> В 1898 году Резерфорд получил назначение на кафедру МакГиллского университета в Монреале, где вместе с Р. Б.Оуэнсом, профессором электротехники, начал исследовать радиоактивность соединений тория. <...> В 1906 году Резерфорд с еще б´ значения e/m для атома водорода. <...> Тем не менее, это не помогло определить, является ли альфа-частица молекулой водорода (с молекулярной массой 2), переносящей заряд иона, или атомом гелия <...>
История_теории_эфира_и_электричества._Том_2.pdf
УДК 530
Интернет-магазин
http://shop.rcd.ru
• физи ка
• математи ка
• б иология
• нефт е г а з о вые
технологии
Издание осуществлено при финансовой поддержке
Российского фонда фундаментальных
исследований по проекту №04-02-30030-д.
Уиттекер Э.
История теорий эфира и электричества: Современные теории
(1900–1926 гг.). — Москва-Ижевск: Институт компьютерных
исследований, 2004, 464 стр.
Продолжение фундаментального сочинения выдающегося английского
математика и механика, сосредоточенное на развитии науки
об электричестве и магнетизме в 1900–1926 гг. Автор, как
и в предыдущем томе, рассказывает историю физики по мере ее
создания, останавливаясь как на достижениях всемирно известных
ученых, так и на вкладах, сделанных в науку менее известными, но
не менее интересными и талантливыми людьми.
Для широкого круга читателей — физиков, математиков, историков
науки, философов.
ISBN 5-93972-304-7
Институт компьютерных исследований, 2004
c
http://rcd.ru
http://ics.org.ru
Стр.3
Оглавление
Эдмунд Тейлор Уиттекер (1873–1956) . ... ... . 13
Предисловие ... .. ... .. ... .. ... ... . 17
Памятка .. ... .. ... .. ... .. ... ... . 18
ГЛАВА 1. Эпоха Резерфорда . ... .. ... ... . 19
А.Беккерель открывает новое свойство урана . . . . 19
Резерфорд определяет альфа- и бета-лучи ... ... . 20
Кюри открывают полоний и радий ... .... ... . 21
Виллар наблюдает гамма-лучи ... ... .... ... . 23
Теория радиоактивности Резерфорда и Содди . . . . 25
Резерфорд доказывает, что альфа-частицы являются
атомами гелия .... ... ... .... ... . 29
Открытие изотопов .. .... ... ... .... ... . 35
Свинец как конечный продукт радиоактивности . . . 37
Баркла обнаруживает поляризацию рентгеновских
лучей .... ... .... ... ... .... ... . 39
Он открывает K- и L-серии . ... ... .... ... . 42
Брэгг показывает, что скорость электронов, созданных
рентгеновскими лучами, достигает скорости
первичных электронов в рентгеновской
трубке ... ... .... ... ... .... ... . 43
Лауэ предполагает, что можно добиться дифракции
рентгеновских лучей на кристаллах . . . . . . . 46
Резерфорд открывает строение атома . .... ... . 52
Мозли доказывает, что число электронов, обращающихся
вокруг ядра, равно порядковому номеру
элемента в периодической таблице .... ... . 54
Резерфорд, подвергая атомы бомбардировке, разбивает
их ... ... .... ... ... .... ... . 57
Стр.4
6
Оглавление
ГЛАВА 2. Теория относительности Пуанкаре и Лоренца 59
Относительное движение Земли и эфир .... ... . 59
Альфа-тела .... ... .... ... ... .... ... . 60
Опыт Троутона . ... .... ... ... .... ... . 62
Поиск двоякопреломления, вызванного движением
Земли ... ... .... ... ... .... ... . 63
Пуанкаре провозглашает принцип относительности . 63
Преобразование Лоренца . . ... ... .... ... . 65
Напряженности электрического и магнитного полей
составляют 6-тензор .. ... ... .... ... . 70
Парадоксальные следствия новой теории ... ... . 71
Взгляд на гипотезу Фитцджеральда о сокращении
с позиций теории относительности . . . . . . . 73
Ни одна скорость не может превысить скорость света 74
Пуанкаре определяет, как себя ведут электрический
заряд и ток при преобразовании Лоренца . . . 76
Эйнштейн дает релятивистскую формулу для аберрации
и доплеровского эффекта . .... ... . 77
Обратный эффект Доплера . ... ... .... ... . 80
Колебания вращающегося стержня ... .... ... . 81
Скорость распада мезонов .. ... ... .... ... . 83
Планк открывает релятивистскую динамику . . . . . 83
Релятивистская кинетическая энергия и импульс частицы
... ... .... ... ... .... ... . 85
Доказательство Льюиса и Толмена ... .... ... . 87
Связь массы с энергией ... ... ... .... ... . 91
Новое определение импульса, данное Планком . . . . 96
Коленчатый рычаг Льюиса и Толмена . .... ... . 96
Определение вектора Феликса Клейна . .... ... . 99
Тензорное исчисление Риччи ... ... .... ... . 101
Метрика пространства .... ... ... .... ... . 107
Минковский и Харгрейвс вводят понятие пространствавремени
. . ... .... ... ... .... ... . 109
Минковский открывает тензор энергии .... ... . 112
Его отношение к релятивистской динамике . . . . . . 115
Релятивистская сила, действующая на заряженную
частицу .. ... .... ... ... .... ... . 118
Связь тензора энергии и вектора энергии–импульса . 119
Стр.5
Оглавление
7
Вектор электромагнитного потенциала . .... ... . 124
Тензор энергии, выраженный через функцию Лагранжа
... ... .... ... ... .... ... . 125
ГЛАВА 3. Зарождение квантовой теории ... ... . 127
Планк определяет формулу чисто теплового излучения 127
Планк дает ее теоретическое обоснование ... ... . 131
Он определяет различные фундаментальные постоянные
... ... .... ... ... .... ... . 134
Его более точная формулировка закона Стефана–
Больцмана . ... .... ... ... .... ... . 136
Более позднее доказательство закона Планка . . . . . 137
Эйнштейн вводит фотоны . . ... ... .... ... . 139
Его теория фотоэлектрического эффекта .... ... . 141
Фотохимическое разложение ... ... .... ... . 144
Импульс фотона . ... .... ... ... .... ... . 144
Выведение доплеровского эффекта из корпускулярной
теории света .... ... ... .... ... . 145
Волновая и корпускулярная теории света ... ... . 148
Концепция игольчатого излучения Томсона .. ... . 148
Эйнштейн применяет квантовую теорию к вопросу
удельной теплоемкости твердых тел . . . . . . . 151
Молекулярная теплоемкость газов ... .... ... . 157
Формула Эйнштейна для флуктуаций энергии излучения
.. ... .... ... ... .... ... . 158
Вторая теория излучения Планка . ... .... ... . 161
Его третья теория ... .... ... ... .... ... . 163
Зоммерфельд связывает квантовую теорию с теорией
действия Гамильтона ... ... .... ... . 163
ГЛАВА 4. Спектроскопия в ранней квантовой теории 165
Конвей открывает правильный принцип интерпретации
спектров . .... ... ... .... ... . 165
Никольсон находит применение атому Резерфорда
и законам квантовой теории ... .... ... . 166
Работа Бьеррума с молекулярными спектрами . . . . 168
Эренфест формулирует закон квантования кинетического
момента .... ... ... .... ... . 169
Стр.6
8
Оглавление
Теория Бора в приложении к бальмеровой серии
водорода .. ... .... ... ... .... ... . 171
Серии Пикеринга звезды ζ-Корма ... .... ... . 175
Работа А.Фаулера со спектрами ионизированных
атомов ... ... .... ... ... .... ... . 177
Эффект Штарка . ... .... ... ... .... ... . 180
Условия квантования Вильсона–Зоммерфельда . . . 182
Эллиптические орбиты Зоммерфельда . .... ... . 183
Теория Шварцшильда и Эпштейна эффекта Штарка 187
Адиабатические инварианты . ... ... .... ... .188
Системы, в которых возможно разделение переменных 193
Квантовая теория эффекта Зеемана, Зоммерфельда
и Дебая .. ... .... ... ... .... ... . 196
Пространственное квантование: эффект Штерна–
Герлаха . . ... .... ... ... .... ... . 199
Принципы отбора ... .... ... ... .... ... . 200
Внутреннее квантовое число . ... ... .... ... . 203
Спин электрона . ... .... ... ... .... ... . 204
Обратный эффект Пашена и аномальный эффект
Зеемана . . ... .... ... ... .... ... . 207
Строение атома . ... .... ... ... .... ... . 209
Рентгеновские спектры .... ... ... .... ... . 211
Элемент гафний . ... .... ... ... .... ... . 214
Теория электронных оболочек Стонера и Мейна
Смита ... ... .... ... ... .... ... . 215
Принцип исключения Паули ... ... .... ... . 216
Квантовая теория дифракции на решетке Дуэна . . . 217
ГЛАВА 5. Гравитация ... .. ... .. ... ... . 219
Сложности, связанные с законом Ньютона . . . . . . 219
Вековое неравенство Юпитера и Сатурна . . . . . . . 220
Вековое ускорение среднего движения Луны . . . . . 222
Другие аномалии в Солнечной системе .... ... . 225
Размышления Лоренца о тяготении .. .... ... . 226
Принцип эквивалентности Эйнштейна . .... ... . 231
Теории Абрагама и Ми ... ... ... .... ... . 233
Введение общей метрики Бейтманом . . .... ... . 234
Стр.7
Оглавление
9
Эйнштейн отказывается от скалярной функции потенциала
.. ... .... ... ... .... ... . 237
Обобщенные уравнения Максвелла ... .... ... . 243
Общая теория относительности 1915 г. .... ... . 250
Связь теорий Эйнштейна и Ньютона . .... ... . 254
Мировая функция Гильберта ... ... .... ... . 256
Теория Уайтхеда ... .... ... ... .... ... . 261
Решение Шварцшильда для одной материальной
частицы .. ... .... ... ... .... ... . 263
Проверка общей теории относительности путем наблюдений
. ... .... ... ... .... ... . 267
Модель Уолкера . ... .... ... ... .... ... . 271
Эйнштейн вводит величину λ ... ... .... ... . 273
Мир де Ситтера . ... .... ... ... .... ... . 274
Концепция пространственного расстояния . . . . . . 277
Расширяющаяся Вселенная . ... ... .... ... . 280
Геометрия Вейля ... .... ... ... .... ... . 281
Параллельный перенос .... ... ... .... ... . 282
Пятимерная теория относительности . . .... ... . 285
Попытки создания физики, независимой от геометрии288
ГЛАВА 6. Излучение и атомы в старой квантовой теории
... ... .. ... .. ... .. ... ... . 293
Эйнштейнова теория обменов энергией между излучением
и молекулами ... ... .... ... . 293
Введение Ладенбургом квантовых концепций в дисперсию
и рассеяние света.. ... .... ... . 297
Эффект Смекала–Рамана .. ... ... .... ... . 304
Теория рассеяния Крамерса–Гейзенберга ... ... . 305
Открытие эффекта Комптона ... ... .... ... . 308
Гипотеза Бора–Крамерса–Слэтера . . .... ... . 312
Связь волн с движением частицы, установленная
Л. де Бройлем . .... ... ... .... ... . 316
Интерференция и дифракция как квантовые эффекты 318
Дэвиссон и Джермер открывают дифракционные
эффекты с отраженными электронами . . . . . 322
Статистика Бозе . ... .... ... ... .... ... . 323
Статистика Ферми . . .... ... ... .... ... . 330
Стр.8
10
Оглавление
Астрофизическое приложение статистики Ферми . . 335
Теория Зоммерфельда электронов в металлах . . . . 338
Термионика и фотоэлектричество в XX веке . . . . . 340
Извлечение электронов из холодных металлов с помощью
сильных электрических полей . . . . . . 347
ГЛАВА 7. Магнетизм и электромагнетизм,
1900–1926 гг. .. ... .. ... .. ... ... . 349
Ланжевен применяет теорию электронов к магнетизму350
Магнетон Бора . ... .... ... ... .... ... .355
Опыт Толмена и Стюарта.. ... ... .... ... . 356
Опыт Барнетта . ... .... ... ... .... ... . 357
Эффекты Ричардсона в намагничивании . . . . . . . 357
Проблемы, связанные с однополярной индукцией . . 359
Поле, созданное движущимся электроном ... ... . 361
Вывод теории Максвелла Ли Пейджем .... ... . 362
Теория электромагнитных действий Каннингхэма . . 363
Эмиссионная теория электромагнетизма .... ... . 365
Явление Литема . ... .... ... ... .... ... . 366
Харгрейвс дает интегральную форму теорииМаксвелла–
Лоренца . . ... .... ... ... .... ... . 367
Значения Харгрейвса для потенциалов движущегося
электрона ... .... ... ... .... ... . 369
ГЛАВА 8. Открытие матричной механики .. ... . 371
Гейзенберг основывает квантовую механику на виртуальном
оркестре ... ... ... .... ... . 371
Введение Гейзенбергом некоммутативного умножения 373
Теория матриц .. ... .... ... ... .... ... . 374
Матрица энергии диагональна ... ... .... ... . 379
Правило коммутации . .... ... ... .... ... . 379
Решение Борна и Иордана для гармонического осциллятора
. ... .... ... ... .... ... . 381
Статья Борна, Гейзенберга и Иордана . .... ... . 384
Подход Дирака к проблеме . ... ... .... ... . 386
Каждой физической величине соответствует оператор 389
Стр.9
Оглавление
11
ГЛАВА 9. Открытие волновой механики ... ... . 390
Принцип де Бройля, воплощенный в дифференциальных
уравнениях в частных производных . . 390
Уравнение Шредингера: связь с главной функцией
Гамильтона ... .... ... ... .... ... . 393
Квантование как проблема собственных значений . . 396
Атом водорода в рамках волновой механики . . . . . 396
Физический смысл волновой функции . .... ... . 399
Нормировка и ортогональность волновых функций . 401
Общее волновое уравнение . ... ... .... ... . 403
Строгая эквивалентность уравнений Шредингера
и Гамильтона . . .... ... ... .... ... . 405
Приближение Вентцеля–Крамерса–Бриллюэна . . . 409
Суперпозиция состояний ... ... ... .... ... . 411
Связь волновой механики с матричной .... ... . 414
Гармонический осциллятор в волновой механике . . . 417
Волновые пакеты ... .... ... ... .... ... . 420
Квантовая теория столкновений . . ... .... ... . 421
Подход к возмущениям ... ... ... .... ... . 428
Эффект Штарка в рамках волновой механики . . . . 430
Теория эффекта Зеемана в рамках волновой
механики . ... .... ... ... .... ... . 433
Вывод Шредингером формулы Крамерса–Гейзенберга
для рассеяния .. ... ... .... ... . 436
Волновое объяснение эффекта Комптона . . . . . . . 439
Системы, содержащие несколько тождественных частиц
.... ... .... ... ... .... ... . 441
Предметный указатель ... .. ... .. ... ... . 443
Именной указатель . ... .. ... .. ... ... . 453
Стр.10