Квантовая механика взяла классическое понятие поля и приспособила его к новой реальности, где энергия дискретна, а поведение материи вероятностно. В этом новом свете частицы стали считаться маленькими возбуждениями поля, имеющими некоторые характеристики (такие как масса или заряд), определенными самой квантовой природой поля. Электромагнитное поле, например, порождает фотоны, частицы, которые каким-то образом передают электрическую силу и должны рассматриваться не как фундаментальные сущности, а как выражение лежащего в основе электромагнитного поля, которое проявляется в маленьких возбуждениях, ведущих себя как частицы.
После этого концептуального скачка другие сущности объединились в понятии поля. Сами электроны были описаны как возбуждение другого поля, окрещенного "полем Дирака", поскольку его открыл английский физик Поль Дирак (1902— 1984). Его теория также предсказывала существование другой частицы, которую он назвал "позитрон", поскольку это была копия электрона с противоположным зарядом. Никто не воспринимал это всерьез, пока в 1932 году ее не открыл Карл Андерсон (1905-1991), что дало стартовый сигнал квантовой механике полей, которая сегодня превратилась в большого теоретического монстра под названием "стандартная модель", это наиболее успешная когда-либо существовавшая физическая теория; ее самая недавняя победа — открытие в 2012 году бозона Хиггса, частицы, которая необходима для правильной работы теории и которую до того дня не могли наблюдать.
В сегодняшней картине спор Больцмана — Маха дает ничью: с одной стороны, Мах был прав, утверждая, что любая материя — это энергия, и даже в некотором смысле отрицая существование атомов (по крайней мере в качестве основополагающих конструктов); с другой стороны, Больцман был прав, представляя материю в несколько квантизованном виде, не непрерывной, а дискретной, и рассматривая теорию вероятностей в качестве отправной точки. Можно сказать, что на самом деле в споре победили факты, и природа оказалась намного более утонченной, чем мог предположить какой-либо ученый XIX века.
Но зато становится ясно, что вся физика XX и даже XXI века несет в себе наследие Больцмана: живы его методы и его идеи в сфере термодинамики; живы споры, которым он посвятил себя, и его тонкие догадки о природе времени. Также живы достижения поколения великих физиков и химиков, которых он обучал и чьи имена постепенно появлялись в этой книге. Больцману не удалось преодолеть неврастению, и он сдался, как раз когда мог бы начать наслаждаться своим вкладом; можно сказать, что ему не удалось пережить самого себя. После него остались семья, научное наследие и боль, большая, чем он сумел вынести. После этого полноватого жизнелюба осталось намного больше, чем надгробие с выбитой на нем формулой: осталась научная работа, наводящая на размышление и (почему бы и нет) вызывающая улыбку.
Список рекомендуемой литературы
Atkins, Р., Las cuatro leyes del universo, Barcelona, Espasa, 2008.
Boltzmann, L., Escritos de mecdnica у termodindmica, Madrid, Alianza Editorial, 1986.
Carnot, S., Reflexiones sobre el poder motriz del fuego, Madrid, Alianza Editorial ,1987.
Carroll, S., From eternity to here: the quest for the ultimate theory of time, Nueva York, Dutton, 2009.
Gamow, G., Biografta de la ftsica, Madrid, Alianza Editorial, 2007.
Gribbin, J., Historia de la ciencia, 1543-2001, Barcelona, Critica, 2003.
Kuhn, T.S., La estructura de las revoluciones cientificas, Madrid, Fondo de culture economica, 1981.
Penrose, R., Ciclos del tiempo: una extraordinaria nueva vision del universo, Barcelona, Debolsillo, 2011.
Sanchez Guillen, J., L.E. Boltzmann, el cienttfico que se adelanto a su tiempo, el hombre que lo vivio intensamente, Zaragoza, Prensas Universitarias de Zaragoza, 2009.
Schneider, E.D. y Sagan, D., La termodindmica de la vida: ftsica, cosmologia, ecologta у evolucion, Barcelona, Tusquets, 2008.
Н-теорема 13, 50, 56, 61, 64, 73
Авогадро число 45
аксиоматизация 110
антропный принцип 135, 136
Аррениус, Сванте 9, 71, 113
атомная теория 8, 9,11, 12, 13, 19, 29, 31-35, 37, 40, 56, 73, 105, 108, 126, 130, 146
Бернулли, Даниил 42, 44
беспорядок 8, 9,65, 90, 91, 94, 133, 140
Бойль, Роберт 21, 22
Больцман Артур 95
Ида 95, 122
Людвиг Хуго 13, 95, 102
Эльза 95, 125
Больцмана принцип 90
распределение 13, 48, 57, 59, 64, 79, 82, 84, 85, 87, 89, 91, 112
уравнение 13, 35, 42, 56, 59-61, 90, 108
больцмановский мозг 138-141, 145
Большое сжатие 144, 145
Большой взрыв 63, 142-145
броуновское движение 147
Бунзен, Роберт 54, 55
Бунзена горелка 55
вечное возвращение 109, 110
временная асимметрия 58, 131, 134, 135, 140-146
Гаусс, Карл Фридрих 48
Гей-Люссак, Жозеф Луи 22, 24, 28
Гельм, Георг Фердинанд 106, 108
Гиббс, Джозайя Уиллард 89
Голд, Томас 143, 144
Голда вселенная 144 Гук, Роберт 22
Дарвин, Чарльз 9, 11, 106, 119, 120
двойной временной стандарт 134, 136
Джоуль, Джеймс Прескотт 21, 26-28, 30
Дирак, Поль 152
Дирака поле 152
дискретизация 64, 82, 84, 147, 148
длина свободного пробега 44
Доплер, Кристиан 38, 39
живая сила 82, 84, 85
закон сохранения энергии 26, 30, 33, 106
значение соответствия 31, 42
Институт физики на улице Эрдберг 38-41
Карно, Николя Леонар Сади 20, 23-26, 29, 30, 32, 42, 43
машина 24, 26, 30, 32, 42
цикл 24, 29, 43
квантизация 148
квантовая механика 8, 12, 40, 49, 53, 63, 64, 74, 107, 130, 142, 147-149, 151-153
Кельвин, лорд 31, 75 (см. также Томсон, Уильям)
кинетическая теория газов 32, 41, 42, 44, 46, 48, 50, 57, 112, 129, 135.141
Кирхгоф, Густав 54, 55, 62, 89, 100
Клаузиус, Рудольф 8, 29-34, 41-44, 46, 61, 91, 133
Клейн, Феликс 108, 122, 129, 131
Клейна бутылка 131
комплексия 85-88, 91
космология 117, 123, 132, 142, 144, 146
Кун, Томас 11, 120, 121
Кэрролл, Шон 146
Лавуазье, Антуан 20, 21
Лошмидт, Йозеф 20, 39, 40, 41, 44, 45, 58, 64, 73-78, 80, 81, 103, 118, 135.141
Лошмидта возражение 40, 72-77, 80, 81, 135 (см. также парадокс обратимости)
макросостояние 84, 90, 91
Максвелл, Джеймс Клерк 9, 18, 46, 47
Максвелла распределение 13, 48, 50, 51, 57, 60, 112 (см. также распределение Больцмана)
Мах, Эрнст 11, 49, 70-72, 97, 99, 104-109, 113, 118, 122, 125, 126, 129, 146, 148, 150, 153
Мейтнер, Лиза 69, 70
микросостояние 84, 90, 91
молекулярный хаос 58, 59, 76, 141
необратимость 25, 58, 76
Ницше, Фридрих 109-111
Ньютон, Исаак 10, 20, 47, 73-76, 105, 131, 134
обратимость 13, 40, 58, 64, 73, 74, 103
обращение времени 73, 131
органическая химия 33, 34
Оствальд, Вильгельм 13, 104, 106, 108, 109, 119, 122, 126
ось времени 10, 58, 81, 116, 131, 134-136
парадокс
обратимости 13, 40, 58, 64, 73
рекурсивности 109
паровая машина 15, 22-25, 42
Пауэрнфайнд, Катарина 17
Пенроуз, Роджер 145-146
перестанавливаемость 86, 88-90
Перрен, Жан-Батист 148
Планк, Макс 8, 31, 40, 63, 64, 70, 109, 148
Поппер, Карл 11, 120
Прайс, Хью 134, 136, 141
пространство
абсолютное 105
фазовое 51
пространство-время 47, 133, 145, 148, 150
рекурсии время 109, 112, 114, 115
случай 7, 8,19, 34, 57
случайная ошибка 50
соответствие между работой и теплом 21, 26, 27, 30, 32, 33, 42
спектрография 55
стандартная модель 131, 132, 142, 153
статистическая физика 8, 51, 56, 64, 65, 77, 78, 91, 123, 148
Стефан, Йозеф 13, 23, 38, 40, 41, 47, 63, 103
Стефана — Больцмана закон 40, 41, 63, 95
температура 8, 22, 26-32, 42, 43, 45, 46, 48, 49, 62, 63, 75, 80, 107, 138, 142
теория вероятностей 8, 50, 52, 62, 78, 80, 81, 117-118, 138, 153
теория относительности
общая 9, 12, 105, 120, 127, 142, 145
специальная 47, 65, 105, 120, 142, 148, 150
теория струн 141, 142 тепло 7, 15, 19-21, 24, 26, 27, 29-32, 34, 35, 40, 42-46, 61, 69, 75, 76, 81, 84, 112
тепловая смерть 10, 75, 76, 81, 117, 138, 139, 142-145
теплород 20, 26, 30
теплорода теория 20, 23, 24, 26
термодинамика 7, 10, 15, 19, 20, 22, 23, 25, 30, 32, 34, 35, 37, 40, 41, 43, 46, 51, 56, 58, 61, 69, 75, 77, 97, 108, 116, 134, 141, 153
второе начало 10, 13, 25, 35, 37, 46, 56, 58, 61, 75, 77, 97, 116, 134, 141
нулевое начало 32
первое начало 30, 44, 46, 80
третье начало 32
термометр 22, 28, 62
Теплер, Август 53, 71, 96
Томсон, Уильям 7, 26-30
философия 8, 10, 13, 17, 49, 104, 106, 108, 118-120, 126, 130, 145
флогистона теория 20
фон Айгентлер, Генриетта 13, 65, 67
фон Гельмгольц, Герман 9, 54, 76, 89, 100, 101, 106, 113
фотоэлектрический эффект 64, 65
функция
распределения 48, 57-59, 61, 82
факториальная 87
Херст, Уильям Рэндольф 18, 127, 128
Хиггса бозон 132, 153
Цермело, Эрнст 13, 97, 109-112, 114, 115, 117, 118, 129
черного тела излучение 40, 62-64, 96, 148
Шеннона энтропия 92, 94
Шопенгауэр, Артур 118
Шрёдингер, Эрвин 130
Шрёдингера уравнение 152
Эйнштейн, Альберт 9, 26, 47, 64, 65, 69, 89, 90, 104, 105, 120, 127, 137, 145-150
эксперимент с двойной щелью 149
электромагнетизм 40, 47, 63, 69, 108, 132, 136
электромагнитные волны 47
энергетика И, 13, 104-109, 126, 146, 147
энергия 8, 11, 26, 27, 30, 31, 33, 37, 42, 44-46, 48, 50-52, 59, 63, 64, 75, 79, 82, 84-87, 89, 106-108, 110, 111, 147, 148, 150-153
кинетическая 44-46, 52
тепловая 44
энтропия 5, 8-10, 13, 31-33, 41-43, 46, 61, 63, 65, 74, 75, 77, 81, 85, 86, 88-90, 92-94, 111, 112, 114, 116, 117, 130, 133-136, 140, 141, 143-146