O prawie harmonii fazowej Louisa de Broglie

Artykuł pod takim tytułem, będący tłumaczeniem tekstu N. Nevesskiy'ego w dodatku do udostępnionej onine książki N. Ivanowa pt. Rytmodynamika, pojawił się dziś na moim blogupoświęconym falowej budowie materii. Test ten, będący historią pracy Louisa de Briglie nad jego koncepcją natury mikroświata, zdradza kilka ciekawych szczegółów, uzupełniających moją wiedzę w temacie. Utwierdza mnie też w przekonaniu, że de Broglie, mimo pewnych rozbieżności w szczegółach, był na dobrej drodze do zrozumienia istoty rzeczy. Przede wszystkim zaś - do końca pozostawał fizykiem, pokazującym młodemu, zmatematyzowanemu już pokoleniu, co to znaczy prawdziwa fizyka teorietyczna.

Być może przedstawiona tam historia będzie dla kogoś nowością, może nie. Ja sam pozwolę sobie wybrać z niej kilka fragmentów, silnie według mnie pokazujących sedno, jakim jest wzorcowe podejście do fizyki.

Chciałbym opowiedzieć o prawie harmonii fazowej, sformułowanej przez Louisa de Broglie w 1924. Prawo to jest rzadko wspominane w publikacjach na temat teorii kwantowej, chociaż w zasadzie jest jej punktem startowym, oraz pomimo faktu, że sam de Broglie uważał jego odkrycie za przewodnie w swoim życiu.

(...)

Jego najbliższym nauczycielem był Paul Langevin, oraz jego starszy brat, Maurice de Broglie. Maurice, który był seniorem dla 17-letniego Louisa, był w owym czasie uznawanym fizykiem, który wziął udział w pierwszej konferencji Solvay'a, oraz posiadał dobrze wyposażone laboratorium wyspecjalizowane do spektroskopii rentgenowskiej. Tam młody Louis nauczył się sekretów nauki eksperymentalnej, chwytając mocno zasięg problemów wymagających rozwiązania, i zaczął je rozgryzać. Tam zaczęła się jego praca jako teoretyka, a jej wyniki legły u podstaw jego tezy doktoranckiej.

(...)

De Broglie, należy podkreślić, miał bardzo bujną wyobraźnię. Podkreślał, że dla niego zrozumienie oznaczało bardzo wyraźną, niemal rzeczywistą, wizję [2]. nie było zrozumienia bez obrazu. Abstrakcyjne metody matematyczne, używane przez fizyków, były dla niego straszne.

De Broglie był również zagorzałym zwolennikiem relatywistyki. Teoria względności dopiero co powstała, lecz była już uznawana, a de Broglie również był zafascynowany jej niezwykłym pięknem. W szeregu podstawowych rozumowań, teoria względności używała obserwatorów z zegarami, co, wg opinii de Broglie, było bardzo trafnym obrazem. Obserwatorzy, według teorii, to nie teoretycy, dążący do zrozumienia mikroświata, lecz jego rezydenci - elektrony, protony, etc.

Cząstki elementarne, rozumował, są złożonymi układami (bo tylko złożone układy mogą zachowywać się w ten sposób). Każda cząstka posiada swój własny okresowy proces, który z jednej strony służy do pomiaru czasu wewnętrznego (czas mówiony), a z drugiej strony zapewnia powstawanie sygnałów, służących do komunikacji.

Do propagacji tych sygnałów potrzebny jest ośrodek, a eter (w sensie klasycznym), nie był dobry w tej roli, jako, że jego użycie prowadziłoby do konfliktu z teorią względności. De Broglie chciał tego uniknąć, będąc gorliwym wyznawcą relatywistyki. Później jednak wprowadził ośrodek, który nie naruszał relatywistyki. Ale początkowo, w 1924, kiedy pisał swój doktorat, cała jego uwaga skupiona była na wewnętrznych zegarach.

Zatem, każda cząstka elementarna posiada swój własny proces oscylacyjny. Ustala on skalę czasu i funkcjonuje jako wewnętrzny zegar, który pomaga cząstce nawigować w czasie. De Broglie nie rozwodził się jednak nad samym tym procesem. Interesowała go częstotliwość procesu, którą opisał swoim sławnym wzorem:

Widac więc, że de Broglie posiadał podstawy fizyka doświadczalnego, a ponadto był przekonany, że fale wymagają do rozchodzenia się fizycznego ośrodka. Podobne zrozumienie posiadał Albert Einstein, i wrócił do niego jakis czas po sformułowanu swoich obu Teorii Względności. Jednak "propaganda relatywistyczna" wyparła ten fakt z podręczników i prasy popularnej.

De Broglie rozumiał również, że posiadanie przez dowodlny obiekt cech pozwalających mu reagowac w określony sposób na otoczenie, wymaga od niego posiadnia stosownego mechanizmu. Co prawda możnaby przyjąć, że dzieje się to "magicznie", jednak myślenie takie (typowe dla pewnych nurtów, m inn słynnej szkoły kopenhaskiej) nie przynosi żadnego postępu w temacie, gdyż ucina wszelkie dalsze dociekania. W przypadku de Broglie, mimo, że był on orędownikiem teorii względności, nie poprzestawał na zwykłym delektowaniu się równaniami, ale szukał fizycznych przyczyn takiego, a nie innego, zachowania się materii.

Dla niewtajemniczonych przypomnijmy, że podany na samym końcu cytatu wzór jest tym samym, którym posłużył się Milo Wolff w celu zamiany jednostek masy na jednostki częstotliwości. Bardziej znana postać tego wzoru jest następująca:

Idee de Broglie były ogólnie rzecz biorąc bliskie ideom Wolffa. Obydwaj panowie wiedzieli, że do rozchodzenia się zaburzeń potrzebny jest ośrodek. Obydwaj uznali, że wewnętrzne procesy cząstki potrzebują być przetransmitowane do otoczenia, aby inne czastki mogły je odczytać, a to wymagało pośrednictwa substancji fizycznej. W fizyce, nawet teoretycznej, nie było miejsca na "magię".

Z tego też względu de Broglie nie wprowadził pojęcia dualizmu korpuskularno-falowego. Od początku traktował cząstk i falę jako dwa osobne byty. Co najwyżej zastanawiał się, jakie są między nimi powiązania.

Sam de Broglie pracował nieustannie. Rozwijał tak zwaną "teorię podwójnego rozwiązania", według której cząstki, pozostające zlokalizowanymi bytami, były umieszczone w ośrodku falowym, będąc rodzajem osobliwości w jednorodnym rozwiązaniu. Zgodnie z tą koncepcją, cząstki nabierały czegoś na kształt falowych skrzydeł. Praca postępowała powoli z powodu poważnych problemów matematycznych. Należało przestudiować równania nieliniowe, dające rozwiązania solitonowe, co nie było łatwe i wymagało czasu i wysiłku.

W międzyczasie fizyka parła naprzód. Chociaż nie szło to całkiem w kierunku, który obrał de Broglie, oraz z pomocą abstrakcyjnej matematyki, która była mu obca. "Obserwował powstanie całkiem innego podejścia do fizyki teoretycznej. nie było ono oparte na opisie praw natury z pomocą obrazów czasoprzestrzennych, lecz na algebraicznych i geometrycznych konstrukcjach, w abstrakcyjnych zespolonych i wielowymiarowych przestrzeniach." [4]

Widzimy więc, że z jednej strony de Broglie nie bał się skomplikowanej matematyki, ale z drugiej unikał "przematematyzowywania" świata. Mimo ogromnych trudności, przedzierał się przez równania nieliniowe, gdyż, jak przypuszczam, nie jestem matematykiem, tylko one mogły zapewnić opis oddziaływania obiektów fizycznych, podczas gdy rówania liniowe, choć znacznie prostsze, jedynie przybliżały rzeczywistość. A klasyczna teoria kwantowa operuje na polach liniowych. Jakie są tego efekty - wiemy. Brak mechanizmu oddziaływań, z czego między innymi wynika "magia" absorbcji i emisji, nieskończone potencjały w punkcie położenia cząstki etc.

Wszystkich zainteresowanych alternatywą, a nei znajacych jeszcze dokładnie dorobku Louisa de Broglie, zapraszam więc do zapoznania się z tekstem i pozostawienia komentarzy.