Fråga:
Varför hjälpte Einstein till i utvecklingen av kvantteorin om han inte instämde i den?
user3459110
2014-10-29 11:08:57 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jag läste boken "A Brief History of Time" av Stephan Hawking. Den säger att Einstein hjälpte forskare som Pauli etc. i utvecklingen av kvantteorin och till och med delade Nobelpriset med dem för hans bidrag, men till sin dödsdag var inte överens med teorin. Han gjorde till och med citatet:

Jag tror för det första inte att han spelar tärningar.

Om han var så mycket emot teorin, när då hjälpte han till med dess utveckling?

Läs mitt svar. Hans citat "Han spelar inte tärning" har tagits ur sitt sammanhang. Han svarade på Köpenhamns tolkning av QM och uppfattningen trodde sedan att observatören påverkar vågfunktionens kollaps. Detta vet vi att är falskt; när Einstein levde var detta dock en vanlig tro (främjad av Bohr själv).
Att hjälpa till att utvecklas, vetenskapligt sett, inkluderar att göra ditt absolut bästa för att sticka hål i en teori för att tvinga teorin att utvecklas vidare som svar och därigenom stärka teorin. Stärka här betyder att ha teorin att kunna förklara eller ta hänsyn till vad som verkar vara inkonsekvenser.
Fem svar:
#1
+14
Danu
2014-10-29 13:02:55 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Einstein gjorde ett antal bidrag av betydelsefull betydelse för kvantteorin under "tidiga dagar". År 1905, hans berömda annus mirabilis , publicerade han ett papper om fotoelektrisk effekt som lade grunden för den moderna förståelsen av fotoner (dvs. kvantiserade vågpaket).

Detta var tjugo år innan kvantmekanikens grundval formulerades ordentligt av Heisenberg, Schrödinger, Dirac, Born etc. Då var konsekvenserna av Einsteins arbete inte helt tydliga för honom eller någon annan för den sakens skull. Ett annat viktigt bidrag kom 1924, när Einstein såg till att Boses arbete med vad som senare blev känt som Bose-Einstein-statistik publicerades i en vanlig tidskrift. Vid den tiden oroade Einstein emellertid redan mycket för kvantmekanikens grundval och bristen på fullständig bestämning som den presenterar oss för.

Därefter gjorde inte Einstein mycket konstruktivt arbetade med kvantmekanik, men hans kontinuerliga kritik var viktig för att tvinga kvantmekanikens förespråkare att forma sina idéer och överväga hur de tillämpas i komplicerade situationer. Den mest berömda förekomsten av detta inträffar är den femte Solvay-konferensen 1927, då Einstein gick head-to-head med Niels Bohr och föreslog ett antal '' inkonsekvenser '' av Heisenberg-principen, med Bohr att komma med en motbevisning gång på gång.

Jag kommer inte att ge en seriös redogörelse för Einsteins senare arbete med EPR-paradoxen; Jag tror att svaret från Logan Maingi redan tar upp detta tillräckligt. Sammanfattningsvis vill jag påpeka att det mesta av Einsteins konstruktiva arbete med kvantteori gjordes innan teorin var väl förstådd, men hans betydelse för att skärpa sinnen hos kvantmekanikens uppfinnare kan inte underskattat. Jag tycker inte att det är rättvist att säga att Einstein var emot kvantteori: Han trodde helt enkelt att det inte var den slutliga teorin.

Två andra Einstein-bidrag bör nämnas. Han gav en ny och exceptionellt tydlig härledning av Plancks svartkroppsstrålningslag med de så kallade A- och B-koefficienterna. Både Heisenberg och Schrödinger krediterade samtal med Einstein som avgörande inflytande för att hjälpa dem att formulera sina versioner av kvantmekanik. Schrödinger hänvisade till Einsteins "korta men oändligt långsiktiga kommentarer". Heisenberg berättade om ett samtal där Einstein påpekade att det är en teori som berättar vad som i princip är observerbart, inte tvärtom.
#2
+11
Logan M
2014-10-29 12:56:45 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Det är inte sant att Einstein helt avvisade kvantmekanik. Han erkände att det gav numeriskt noggranna förutsägelser i en mängd olika fall, vilket gjorde någon kompetent fysiker 1935. Det året introducerade han EPR-paradoxet, vilket visar att kvantmekanik inte respekterar lokalitet i speciell relativitet. I synnerhet, om man tar hänsyn till ett intrasslat tillstånd av två snurr vid rymdseparation och mäter snurret på en av dem, måste tillståndet hos den andra omedelbart förändras för att tillgodose mätningen av den första. Han ansåg att denna typ av snabbare än ljuset-handling på avstånd strider mot någon "rimlig definition av verklighetens natur". Detta var hans bästa invändning mot kvantmekanik som den tolkades vid den tiden. Naturligtvis gjorde Einstein också tidigt arbete med kvantmekanik innan dessa frågor blev uppenbara för honom.

Således valde Einstein att inte avvisa kvantmekanik direkt, men det är konventionell tolkning. Han gynnade en teori där alla fysiska mätningar bestämdes, men inte alla kunde mätas. Detta skulle vara en så kallad dold-variabelteori och argumentera för att kvantmekanik inte var fullständig och att det finns ytterligare lokala frihetsgrader som skulle ge en teori som i huvudsak var klassisk. Men dessa ytterligare "dolda variabler" kunde inte hoppas att mätas i praktiken, och så kvantmekanik är det vi slutligen ser. Denna filosofiska ståndpunkt kallas ibland "lokal realism".

Lokalrealism, fastän den inte var nödvändig för att förklara någon fysisk mätning, var fortfarande på god experimentell status fram till 1964. Fram till dess var den rådande uppfattningen att någon kvantmekanisk teori kunde göras till en lokal dold variabelteori, men man visste exakt hur. Under det året härledde Bell sina nu kända ojämlikheter och visade att kvantmekanik förutspår mindre korrelationer mellan vissa mätningar än någonsin skulle kunna tillgodoses av någon klassisk dold variabelteori. Detta gav upphov till faktiska mätningar som definitivt visade att lokala dolda variabler inte är vad vi har i naturen. Vid den tidpunkten måste man antingen nöja sig med icke-lokala dolda variabler, som inte skulle ha uppfyllt Einstein så mycket, eller bara kvantmekanik. Einstein levde dock inte tillräckligt länge för att behöva fatta det beslutet, eftersom han dog 1955.

Så det var inte så mycket att Einstein trodde att kvantmekanik var felaktig. Snarare tyckte han att det var ofullständigt. Hans senare frustrationer över det var mer att ingen hade lyckats räkna ut hur man kunde förverkliga det med dolda variabler (och få människor försökte ens). När han sa saker som "Gud spelar inte tärning" och liknande sa han inte att kvantmekanik var fel, så mycket som ofullständig, och var upprörd över att ingen gjorde vad han trodde var nödvändig för att göra det fullständigt . Genom historiens lins kan vi se att han hade fel, men vid den tiden var det en till synes rimlig hållning att ta.

Detta var ett intressant svar. Jag skulle säga att du har en djup förståelse för EPR. Jag tycker det är frustrerande att människor inte förstår argumentet tydligt, se min fråga här, som är mer en kommentar än en fråga: http://physics.stackexchange.com/questions/114651/what-are-the-implications -av-klockor-sats
Varför skriver människor om "lokala dolda variabler", när argumentet är tydligt och enkelt: Antingen uppmätta egenskaper är förbestämda eller så finns det "spöklik handling på avstånd" som Einstein påpekade. Bell visade att förbestämda egenskaper inte fungerar. Du verkar få det här argumentet mycket tydligt. Men jag måste fråga: känner du inte att detta strider mot speciell relativitet?
#3
+5
Michael Weiss
2014-10-30 20:59:20 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Lite mer om Einsteins indirekta bidrag till kvantteorin.

I Heisenbergs självbiografiska uppsats "Teori, kritik och filosofi" berättar Heisenberg i avsnittet "Einstein om teori och observation" hade med Einstein strax efter att Heisenberg hade föreslagit sin version av QM (kallad matrismekanik).

Einstein bad mig att komma till hans lägenhet och diskutera frågorna med honom. Det första han frågade mig var: "Vilken filosofi låg bakom din typ av väldigt konstig teori? Teorin ser ganska bra ut, men vad menade du med bara observerbara mängder?"

Här Einstein hänvisar till Heisenbergs påstående att fysik endast bör hantera observerbara mängder; detta motiverade att man förkastade idén om elektronbanor. Heisenberg svarade,

Jag kände att man skulle gå tillbaka till de mängder som verkligen kan observeras och jag kände också att det var just den typ av filosofi som han hade använt i relativitet; för att han också hade övergett absolut tid ... Tja, han skrattade åt mig och sedan sa han: "Men du måste inse att det är helt fel." Jag svarade: "Men varför, är det inte sant att du har använt den här filosofin?" "Åh ja", sa han, "jag kan ha använt det, men ändå är det nonsens!"

Einstein förklarade för mig att det verkligen är tvärtom. Han sa, "Huruvida du kan observera en sak eller inte beror på teorin som du använder. Det är teorin som avgör vad som kan observeras.

Heisenberg förklarar att detta samtal satte honom på tanketåg som kulminerade i hans osäkerhetsprincip.

När han vänder sig till Schrödinger, i en fotnot till hans tidning "On the Relation of the Heisenberg-Born-Jordan Quantum Mechanics to Mine" skrev han: p>

Min teori inspirerades av L. de Broglie och av korta men oändligt långtgående kommentarer från A. Einstein (Berl. Ber. 1925, s.9ff)

Jag tror att det citerade papperet är Einsteins andra om Bose-Einsteins statistik.

#4
+3
Ondřej Černotík
2014-10-29 13:21:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Även om svaren hittills är bra, glömmer deras författare att nämna vad som är utgångspunkten för Einsteins oenighet med kvantmekanik - Köpenhamntolkningen. Denna (senaste) tolkning av kvantmekanik anger att observerbara kvantiteter inte har ett specifikt värde före en mätning, varefter kvanttillståndet i systemet slumpmässigt kollapsar i en av möjliga mätningsegenskaper. Det är denna inneboende slumpmässighet som stör Einstein (och inte bara honom, ett annat känt exempel är Schroedingers katt som är död och lever samtidigt tills man mäter sitt tillstånd). Detta ger också upphov till de superluminala effekterna i EPR-paradoxen och ledde till citatet om att Gud inte spelade tärningar.

Einsteins stora bidrag till kvantfysik - förklaringen till den fotoelektriska effekten är cirka 20 år äldre än Köpenhamns tolkning och formulerades under kvantmekanikens mycket tidiga år. EPR-paradoxen är å andra sidan äldre än Köpenhamns tolkning och utformades främst för att visa sin uppenbara inkonsekvens. Det finns alltså ingen inkonsekvens i att Einstein hjälper till att utveckla en teori som han inte instämde med.

"EPR-paradoxen är å andra sidan äldre än Köpenhamns tolkning". Ska det vara "yngre"?
#5
+2
Albert Heisenberg
2016-08-06 03:48:10 UTC
view on stackexchange narkive permalink
  1. Hans lag om den fotoelektriska effekten (en felaktig benämning - den borde VERKLIGEN kallas, kvantisering av strålningsfältet).

  2. Hans artikel om den specifika värmen av fasta ämnen (1906)

  3. Hans uppsats om kvantvibrationer (1907) ... Kom ihåg att han var den ENDA fysikern i världen som seriöst arbetade med kvantteori - till och med Bohr tyckte att hans idé om kvantiserad energi (dvs. fotoner) var dum, med tanke på hur stora tänkare som Poissant och Maxwell hade "bevisat" att ljus var en våg. Inte en ENDA anmärkningsvärd forskare trodde på Einsteins tidning från 1905 fram till åtminstone den första Solvay-konferensen 1911, och även då var de allra flesta "kvantskeptiker."

4.I 1909 Einstein var den första som visade att statistiska fluktuationer i värmestrålningsfält visar både partikelaktigt och våglikt beteende; hans var den första demonstrationen av vad som senare skulle bli principen om komplementaritet.

  1. 1916/1917 markerar Einsteins mest underskattade papper. Efter att ha avslutat sitt magnum opus, General Relativity, vände han sig till samspelet mellan materia och strålning för att skapa en kvantteori om strålning. Han baserade återigen sina argument på statistik och fluktuationer. Bohr introducerade ett avgörande nytt koncept som kallas stationära tillstånd i sitt papper om väte från 1913, men huvudfunktionerna i Bohrs modell kan tolkas som absolut nonsens eftersom elektronen skulle stråla intensivt enligt elektromagnetisk teori och avge ett brett spektrum när den kraschade in i kärnan . Här ser vi motsägelser i klassiska lagar, och ändå vilade de viktigaste egenskaperna hos Bohrs vätgasmodell på dessa lagar.

Einstein, alltid den ursprungliga tänkaren, tog inte utgångspunkten för det välkända fältet för termisk strålning som ges av Planck-strålningslagen. Istället antog han att atomerna är i termisk jämvikt och härledde sedan egenskaperna hos det strålningsfält som krävs för att upprätthålla jämvikten. Gissa vad? Fältet visade sig ges exakt av Planck-strålningslagen. Han lyckas skapa kvanteffekter (stimulerad och spontanemission) från de flesta klassiska principer. Han använder sig av Wiens förflyttningslag, den kanoniska Boltzmann-distributionen, Poyntings sats och mikroskopisk reversibilitet - allt klassiskt. Den enda kvantidén var begreppet stationära tillstånd. Och ändå från dessa element är han den första som skapar en fullständig beskrivning av de grundläggande strålningsprocesserna och en fullständig beskrivning av fotonens allmänna egenskaper. I sitt papper från 1917 skapar han nya och eleganta härledningar av Plancks strålningslag samt ett bevis på Bohrs frekvensregel. I den, bland många andra saker, svarar han på frågan hur en gas av atomer håller befolkningen i dess stationära tillstånd i jämvikt med ett strålningsfält.

Det ovan nämnda nya begreppet spontan emission, som förkroppsligar den grundläggande interaktionen mellan materien och vakuumet, är en lysande, Nobelprisvärd prestation. Varför? Spontanemission sätter skalan för ALLA strålningsinteraktioner. Absorptionshastigheterna och stimulerad emission är till exempel proportionella mot hastigheten för spontan emission. Spontan utsläpp kan ses som den ultimata irreversibla processen och den grundläggande källan till buller i hela naturen. I och med utvecklingen av kvantelektrodynamik i kaviteten - studien av atomsystem i nära ideala kaviteter - på 1980-talet förändrades den phystiska situationen djupt. I sådana hålrum utvecklas spontanemission till svängningar i spontanhålighet. Även om det dynamiska beteendet är helt förändrat, sätter atom-vakuum-interaktionen som orsakar spontan emission tidsskalan för den utvecklingen. Det är först i Einsteins papper från 1917 som foton demonstreras ha alla egenskaperna hos en grundläggande excitation, och det är därför helt klart att hans strålningspapper spelade en avgörande roll i den eventuella skapandet av kvantelektrodynamik.

Apropos den andra lysande skapelsen av hans 1917-papper, stimulerad strålningsemission, ser vi laserns första uppkomst. Stimulerad emission ligger till grund för laserns grundläggande mekanism och, i förlängning, laserkylning; hans analys av momentumöverföring i ett värmestrålningsfält kan omedelbart appliceras på atomrörelser i ett laserfält. Om spektralbredden för ett termiskt fält ersätts av atomens naturliga linjebredd, skulle Einsteins viskösa dämpningskraft ge upphov till fenomenet som kallas optisk melass. Denna grundläggande process med laserkylning återupptäcktes av atomsamhället på 80-talet. Naturligtvis behöver du kvantmekanik för en fullständig förverkligande av alla strålningsmekanismer, men papper som detta är banbrytande bidrag till vad som så småningom skulle bli QM.

Einsteins strålningsteori gav en fullständig karaktärisering av ljuskvantets partikelaktiga egenskaper och, i efterhand, var han inom ett armarförstånd för att utarbeta dessa partiklarnas statistiska mekanik. Med tanke på att hans förslag från 1905 för energikvantisering av strålning baserades på analogin mellan entropier av termisk strålning och ett system av partiklar, är det förvånande att Einstein inte utvidgade sin metod att resonera för att härleda Planck-lagen genom att behandla fotoner som oskiljbara partiklar. Han var MYCKET nära, och det är ganska uppenbart att Bose själv inte insåg att han hade gjort någonting nytt.

  1. On the Quantization of Chaos (1919): In det, Einstein var den första som påpekade de grundläggande problemen som uppstår när man tillämpar klassisk kaosteori på kvanttillstånd (ett papper 50 år före sin tid, eftersom detta är ett problem som vi först nu har börjat förstå): http://boulderschool.yale.edu/sites/default/files/files/Einstein_chaos.pdf

  2. Spola framåt till 1924 och Einstein, inte Bose, tillämpas resonemanget i Boses behandling av fotoner som oskiljbara partiklar till en gas av oskiljbara atomer, vilket skapar Bose-Einstein-statistik och senare Bose-Einstein-kondens. Därefter teoretiserade Einstein Bose-Einstein-kondens, ett verk för vilket 6 Nobelpriser har delats ut. Einstein var 45% av vägen till Schrodinger-ekvationen. Det var först efter att Schrodinger hade läst Einsteins tidning att han härledde sina ekvationer som styr vågfunktionen.

  3. Einstein var den första som tänkte spökfält som sannolikhetsdensiteter, ett koncept som han använde på en gas av fotoner (dvs. sannolikhetsvågor). Max Born tog i princip idén ordet och applicerade den på elektroner. Född erkände alltid detta.

  4. EPR Paradox Paper: det första papperet som visar hur kvantförtrassling framgår av QM: s ekvationer.

* Einsteins arbete med vågpartikel dualitet ledde direkt till De Broglies avhandling om materievågor, och det verkar osannolikt att De Broglie skulle ha tänkt på det utan Einstein.

Einstein är ganska far till den tidiga kvantteorin och är en av grundarna till modern kvantmekanik. De tre viktigaste statistiska systemen som styr det mikroskopiska området är: Fermi-Dirac-statistik, Einstein-Bose-statistik och Boltzmann-statistiken. Han skulle med rätta betraktas som en legend för sitt arbete med BEC ensam, och ändå bidrog han massivt till kvantmekanik. Vänligen kolla in hans artikel om kvantisering av kaos, det är helt lysande och visar hur oumbärligt hans tänkande var för utvecklingen av QM.



Denna fråga och svar översattes automatiskt från det engelska språket.Det ursprungliga innehållet finns tillgängligt på stackexchange, vilket vi tackar för cc by-sa 3.0-licensen som det distribueras under.
Loading...