Сольвеевский конгресс

Серия конгрессов, которые начались по дальновидной инициативе Эрнеста Сольве и продолжались под руководством основанного им Международного института физики, представляла собой уникальную возможность для физиков обсуждать фундаментальные проблемы, которые находились в центре их внимания в различные периоды. В силу этого Сольвеевские конгрессы во многих отношениях стимулировали развитие физики. В период с 1911 по 2005 гг. в Брюсселе состоялось 25 Сольвеевских Конгрессов.

История

После разговора с Вальтером Нернстом Эрнест Сольвей решил организовать международную конференцию по физике. Первая конференция была проведена в 1911 году с целью решить определенный вопрос, родившийся в физике: «Действительно ли нужно прибегать к квантовому описанию мира?» Впервые кванты ввёл Макс Планк в статье 1900 года как математическое допущение, что свет излучается только определёнными порциями, позволившее решить задачу о спектре излучения абсолютно черного тела. Через пять лет Эйнштейн связывает кванты с распространением электромагнитных волн и объясняет фотоэлектрический эффект, а еще через несколько лет объясняет аномальное поведение теплоемкости при низких температурах . Однако многим физикам того времени не нравился квантовый метод описания природы. Для устранения таких сомнений следовало провести конференцию. К тому времени конференции по физике имели солидную историю (первой наверное была конференция 1815 года «Естественно-научные науки», проведенная в Женеве химиком Х. А. Госсе). Однако первый Сольвеевский конгресс по физике установил новый тип научных встреч: для обсуждения самых важных проблем были приглашены только самые компетентные эксперты. Эта традиция сохранялась многие годы. Ранние Сольвеевские конгрессы − это уникальные исторические источники о развитии физики.

Сольвеевские Конгрессы по физике

№	Дата	Название	председатель
1	1911	"Излучение и кванты"	Хенрик Лоренц
2	1913	"Строение вещества"	Хенрик Лоренц
3	1921	"Атомы и электроны"	Хенрик Лоренц
4	1924	"Проводимости металлов"	Хенрик Лоренц
5	1927	"Электроны и фононы"	Поль Ланжевен
6	1930	"Магнитные свойства вещества"	Поль Ланжевен
7	1933	"Структура и свойства атомного ядра"	Поль Ланжевен
8	1948	"Элементарные частицы"	Уильям Брэгг
9	1951	"Твердое тело"	Уильям Брэгг
10	1954	"Электроны в металах"	Уильям Брэгг
11	1958	"Структура и эволюция вселенной"	Уильям Брэгг
12	1961	"Квантовая теория поля"	Уильям Брэгг
13	1964	"Структура и эволюция галактик"	Роберт Оппенгеймер
14	1967	"Фундаментальные проблемы в физике элементарных частиц"	R. Møller
15	1970	"Симметрические свойства ядра"	Edoardo Amaldi
16	1973	"Астрофизика и Гравитация"	Edoardo Amaldi
17	1978	"Хаос и порядок в равновесной и неравновесной механике"	Léon Van Hove
18	1982	"Физика высоких энергий"	Léon Van Hove
19	1987	"Теория Поверхностей"	Де Витте (Frits de Wette)
20	1991	"Квантовая Оптика"	Поль Мандел (Paul Mandel)
21	1998	"Динамические Системы и Необратимость"	Ioannis Antoniou
22	2001	"Физика коммуникаций"	Ioannis Antoniou
23	2005	"Квантовая структура пространства-времени"	Дэвид Гросс

Первый Сольвеевский конгресс (1911) «Излучение и кванты»

Первый конгресс был открыт Лоренцом и Джинсом работами «Применения теоремы о равном распределении энергии по частотам» и «Кинетическая теория теплоемкости в соответствии распределениям Максвелла и Больцмана». В своей речи авторы затронули возможность теорию излучения с принципами статистической механики внутри классической модели. В своём письме конгрессу, лорд Рэйлих подчеркнул сложность того метода, которым он пользовался в своем анализе и добавил:

возможно кто-то смог бы решить эту проблему при помощи методов Планковской школы, потому что обычные законы динамики не могут быть применены к мельчайщим составляющим частям вещества (атомам, молекулам). Пытаясь объяснить эти явления при помощи теории элементов энергии (квантов), я не вижу никакого неудобства, однако я смущён тем, что решение оказывается слишком сложным, и поэтому оно мне не нравится. Этот метод уже дал интересные результаты, однако по-моему он не описывает картины реальности.

Теория

• Планк изложил аргументы, которые привели его к открытию кванта действия.
• Новую идею, получившую различное истолкование, представляла собой мысль Нернста о квантовании вращения молекул газа.
• Зоммерфельд обратил внимание на сходство некоторых своих рассуждений с рассуждениями, изложенными в последней статье Вандер де Гааза

  Гааз пытался применить квантовые идеи к электрону, связанному в атомной модели в виде равномерно положительно наэлектризованной сферы; эта модель подобна модели Дж. Дж. Томсона

эксперимент

• Варбург и Рубенс доложили об экспериментальных наблюдениях, подтверждающих планковский закон теплового излучения.
• Благодаря новому триумфу классического подхода при определении свойств разреженных газов и использовании статистических флуктуации для подсчета числа атомов, на конгрессе были сделаны подробно аргументированные доклады, Мартином Кнудсеном и Жаном Перреном, посвященные этим достижениям.
• В ходе дискуссий на конгрессе не было упомянуто самое новейшее событие, которому суждено было оказать столь глубокое влияние на последующее развитие, а именно, открытие Резерфодом атомного ядра.

Участники

Вальтер Нернст, Леон Бриллюэн, Эрнест Сольве, Хенрик Лоренц, Эмиль Варбург, Жан Батист Перрен, Вильгельм Вин, Мария Кюри, Анри Пуанкаре, Роберт Голдсмит, Макс Планк, Рубенс, Арнольд Зоммерфельд , Фредерик Линдманн, Морис де Бройль, Мартин Кнудсен, Friedrich Hasenöhrl, Георг Хостлет, Эдуард Герцен, Джеймс Джинс, Эрнест Резерфорд, Хейке Камерлинг-Оннес, Альберт Эйнштейн, Поль Ланжевен

Второй Сольвеевский конгресс (1913) «Строение вещества»

Теория

• Эйнштейн подвел итоги многочисленным приложениям квантовой концепции и, в частности, рассмотрел основные аргументы, использованные в его объяснении аномалий теплоемкости при низких температурах.
• За несколько месяцев до открытия конгресса была опубликована статья Н. Бора о квантовой теории строения атомов. В этой статье были сделаны первые попытки использовать атомную модель Резерфорда для объяснения характерных свойств элементов, зависящих от электронов, окружающих ядро. Этот вопрос представлял непреодолимые трудности, если рассматривать его с помощью обычных идей механики и электродинамики, согласно которым никакая система точечных зарядов не допускает устойчивого статического равновесия, а любое движение электронов вокруг ядра привело бы к рассеянию энергии посредством электромагнитного излучения
• Дж. Дж. Томсона изложил остроумные концепции, касающиеся электронной структуры атомов.

эксперимент

• Открытие дифракции рентгеновых лучей в кристаллах, сделанном Лауэ в 1912 году. Это открытие устранило все сомнения в том, что этому проникающему излучению следует приписать волновые свойства.
• Во время самого конгресса Мозели изучал высокочастотные спектры элементов методом Лауэ — Брэгга и уже нашел замечательно простые законы, которые не только позволили установить заряд ядра любого элемента, но даже дали первое прямое указание на оболочечную структуру электронной конфигурации в атоме, обусловливающую характерную периодичность, проявляющуюся в знаменитой таблице Менделеева.

Третий Сольвеевский конгресс (1921) «Атомы и электроны»

Теория

• Лоренц сделал яркий обзор принципов классической электронной теории, которая, в частности, объяснила существенные черты эффекта Зеемана, прямо указав на движение электронов в атоме как на причину появления спектров.
• Фундаментальный вклад в обоснование квантовой теории был сделан еще во время войны Эйнштейном. Эйнштейн показал, как планковская формула излучения может быть просто выведена на основе того же самого предположения, которое оказалось весьма плодотворным для объяснения спектральных закономерностей и нашло убедительное подтверждение в известных опытах Франка и Герца по возбуждению атомов электронной бомбардировкой.
• Резерфорд подробно рассказал о многочисленных явлениях, которые к тому времени получили весьма убедительную интерпретацию на основе его атомной модели
• С помощью нового математического аппарата квантовой теории Зоммерфельд привел объяснение многих деталей в структуре спектров и, в частности, к объяснению эффекта Штарка.
• Паули предложил принцип о взаимном исключении эквивалентных квантовых состояний и открыл спин электрона, вызывающий нарушение центральной симметрии в состояниях электронной оболочки, необходимое для объяснения аномального эффекта Зеемана на основе атомной модели Резерфорда.
• Во время своего конгресса Эренфест ввел принцип адиабатической инвариантности стационарных состояний. Этот принцип потребовал формулировки так называемого принципа соответствия, который сразу же оказался руководящим для качественного исследования различных атомных явлений.

эксперимент

• Морис де Бройль рассказал о некоторых из наиболее интересных эффектов, с которыми он столкнулся в своих экспериментах с рентгеновыми лучами; в частности, им была обнаружена связь между процессами поглощения и испускания, аналогичная той, которая имеет место в оптических спектрах.
• Милликен доложил о продолжении своих систематических исследований фотоэлектрического эффекта, которые, как это хорошо известно, привели к более точному экспериментальному определению постоянной Планка.

Участники

Уильям Брэгг,Вандер де Гааз, Чарлз Баркла, Карл Зигбан, Леон Бриллюэн
первый ряд(слева направо) Альберт Майкельсон, Мартин Кнудсен, Жан Батист Перрен, Леон Бриллюэн, Поль Ланжевен, Эрнест Сольве, Оуэн Ричардсон, Лоренц, Жосеф Лармор, Эрнест Резерфорд, Хейке Камерлинг-Оннес, Роберт Милликен, Питер Зееман, Мария Кюри, Морис де Бройль

Четвертый Сольвеевский конгресс (1924) «Проводимости металлов»

Теория

• Луи де Бройль удачно сопоставил движению частицы распространение волн. Это сопоставление вскоре нашло блестящее подтверждение в экспериментах Дэвисона и Гермера, а также Джорджа Томсона, по дифракции электронов в кристаллах.
• За месяц до конгресса Крамерс успешно развил общую теорию рассеяния излучения атомными системами.
• Благодаря работам Борна, Гейзенберга и Иордана, а также Дирака, смелая и остроумная концепция квантовой механики Гейзенберга привела к общей формулировке, в которой классические кинематические и динамические переменные были заменены символическими операторами, подчиняющимися некоммутативной алгебре, включающей планковскую константу.
• Дирак развил квантовую теорию излучения, в которую было естественно включено эйнштейновское понятие фотона.

эксперимент

• доклады о новых экспериментальных исследованиях были сделаны такими специалистами, как Бриджмен, Камерлинг-Оннес, Розенгейми Холл.
• Артур Комптон обнаружил изменение частоты рентгеновых лучей при рассеянии на свободных электронах. Дебай подчеркнули, что это открытие подтверждало эйнштейновскую концепцию фотонов.

Пятый Сольвеевский конгресс (1927) «Электроны и фононы»

Теория

• Гейзенберг объяснил характерную двойственность спектра гелия, введя понятия парагелий и ортогелий.

Участники

Огюст Пиккар, Е. Энрио, Поль Эренфест, Ed. Herzen, Th. De Donder, Эрвин Шрёдингер, E. Verschaffelt, Вольфганг Паули, Карл Гейзенберг, Ralph Howard Fowler, Леон Бриллюэн
Петер Дебай, Мартин Кнудсен, Уильям Брэгг, Антони Крамерс, Поль Дирак, Артур Комптон, Луи де Бройль, Макс Борн, Нильс Бор
Ирвинг Ленгмюр, Макс Планк, Мария Кюри, Лоренц, Альберт Эйнштейн, Поль Ланжевен, Ch. E. Guye, Филипп Огюст Гюи, Оуэн Ричардсон

Видеозапись

Шестой Сольвеевский конгресс (1930) «Магнитные свойства вещества»

Теория

• В докладе Зоммерфельда о магнетизме и спектроскопии обсуждались те сведения о моменте импульса и магнитных моментах, которые были получены из исследований электронной структуры атомов.
• Вейс ввел внутреннее магнитное поля частиц (спин), обусловливающее ферромагнитизм.
• Введенное Клейном и Гордоном релятивистское волновое уравнение было заменено Дираком системой уравнений первого порядка, допускающих естественное объединение спинового и магнитного момента электрона.
• Паули установил невозможность измерения магнитного момента(спина) свободного электрона.
• Блох успешно развил детализированную теорию проводимости металлов.

эксперимент

• Ферми сделал доклад о магнитных моментах атомных ядер, для которых следовало выяснить причину появления сверхтонкой структуры спектральных линий.
• С помощью приборов, созданных Коттони Капицей, стало возможным создавать магнитные поля непревзойденной напряженности.

Участники

E. Herzen, E. Henriot, J. Verschaffelt, Charles Manneback, A. Cotton, J. Errera, Уильям Штерн, Огюст Пиккар, Вальтер Герлах, C. Darwin, Поль Дирак, E. Bauer, Петр Капица, Леон Бриллюэн, Антони Крамерс, Петер Дебай, Вольфганг Паули, J. Dorfman, Джон Ван Влек, Энрико Ферми, Карл Гейзенберг, Th. De Donder, Питер Зееман, P. Weiss, Зоммерфельд, Арнольд Иоганнес Вильгельм, Мария Кюри, Поль Ланжевен, Альберт Эйнштейн, Оуэн Ричардсон, B. Cabrera, Нильс Бор,Вандер де Гааз

Восьмой Сольвеевский конгресс (1948) «Элементарные частицы»

теория

• Особо обсуждался вопрос о том, как преодолеть трудности, связанные с появлением расходимостей в квантовой электродинамике, в частности, бросающейся в глаза в вопросе о собственной энергии заряженных частиц.
• начала сильно развиваться квантовая электродинамика: в работах Швингера и Томонаги был открыт лэмбовский сдвиг в спектральных линиях излучения атома.

эксперимент

• Андерсен обнаружил мезоны в космическом излучении

Ссылки и источники

• Сайт Сольвеевского института
• Сайт Памяти Нернста - Учредителя Сольвеевского Конгесса
• http://www.hilliontchernobyl.com/solvay.htm
• Авантюризм И Теоретическая Физика (журнал самиздат)
• Нильс Бор «СОЛЬВЕЕВСКИЕ КОНГРЕССЫ И РАЗВИТИЕ КВАНТОВОЙ ФИЗИКИ» опубликовано в УФН, том 91, апрель 1907 [2]
• The First 17 Solvay Conferences in Physics (1911-1978) by Eduardo Amaldi
• сайт, посвященный 23-ему Сольвеевскому конгрессу]