Читать книгу Kvantefilosofi - Jan Faye - Страница 10

I sensommeren 1925 kom Werner Heisenberg til København. Med i kufferten havde han en ny kvanteteori, der indvarslede en helt ny æra i fysikken. Om teorien, som han udarbejdede under et sygeophold på øen Helgoland i juni, siger Heisenberg selv: at den “i en vis forstand repræsenterede kvintessensen af vore samtaler i København, nemlig en matematisk formulering af Bohrs korrespondensprincip. Jeg håbede ved en ny og for mig selv endnu meget fremmedartet matematisk metode at have fundet en vej til de mærkværdige sammenhænge, som allerede under samtalerne med Bohr og Kramers af og til var kommet til syne.”⁸ Bohrs reaktion hører vi også om: “Bohr var yderst interesseret og havde i hvert fald ikke mere nogen indvendinger mod radikalt at give afkald på de anskuelige billeder. Hvorvidt de matematiske metoder ville lade sig udbygge til en fuldstændig teori var imidlertid på dette tidspunkt endnu ikke afgjort.”

Et par sider forinden i sin beretning fortæller Heisenberg, hvordan han i løbet af foråret havde fået Bohr overbevist om nødvendigheden af helt at forlade de anskuelige billeder og tage skridtet over i den matematiske abstraktion. Med anskuelige billeder mente han, at fysiske teorier sædvanligvis repræsenterer et fysisk objekt som en ting, der kan anskues i rum og tid. Bohrs model var utilstrækkelig, fordi den stadig beskrev elektronbanerne og udsendelsen af den elektromagnetiske stråling, som om disse var visuelt tilgængelige, eller rettere sagt som om disse lå inden for eksperimenternes rækkevidde. For at komme videre plæderede Heisenberg, ligesom Pauli, derfor for det formålstjenlige i at skippe enhver beskrivelse, der forsøgte at bibeholde anskuelsens form.

Det arbejde, som Heisenberg præsenterede for Bohr, var blot en foreløbig skitse. Men som han skrev til Pauli, da han vendte tilbage fra Helgoland: “Alting er stadig vagt og uklart for mig, men det ser ud til, at elektronerne ikke mere bevæger sig i baner.” For at undgå Bohrs klassiske, men usynlige elektronbaner forkastede Heisenberg de klassiske begreber om sted og impuls. Han erstattede disse med “kvanteteoretisk omtydede” begreber defineret ud fra strålingsovergangene i atomet. Disse størrelser bliver dermed, da en strålingsovergang (den tilhørende frekvens/energi og amplitude) afhænger af to stationære tilstande (Ritz’ kombinationsprincip), til 2-indices abstrakte størrelser.⁹ Kvantespringet kunne således repræsenteres ved overgangssandsynligheder, der krævede, at partiklens sted og impuls blev repræsenteret af hver deres samling Fourier-koefficienter med indekser for begyndelsestilstanden og sluttilstanden, dvs. hvad der senere viste sig at være matricer. Dermed fulgte han Paulis krav om, at en konsistent kvantemekanik kun skulle bygge på observerbare størrelser. Den beregningsmetode, Heisenberg først anvendte, kendte han fra sit samarbejde med Kramers i København. Men i stedet for også at anvende de fiktive frekvenser, der viser sig ved en analyse af elektronens bane som en klassisk Fourier-serie, brugte han kun frekvenser i sin analyse, som kan observeres som kvantespring. Da Max Born (1882-1970) blev gjort bekendt med Heisenbergs formuleringer, var han straks klar over, at metoden kunne generaliseres og oversættes til matematiske matricer. Den efterfølgende vinter arbejdede Heisenberg tæt sammen med Born og Pascual Jordan (1902-1980) på den matematiske udformning af kvantemekanikken. Teorien fik navnet matrixmekanik.