Сольвеевский конгресс

Сольве́евские конгрессы — 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 2011 гг. в Брюсселе состоялось 25 Сольвеевских конгрессов.

История

После разговора с Вальтером Нернстом Эрнест Сольве 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, возможно, была конференция 1815 года «Естественные 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

№	Год	Название	Председатель
1	1911	«Излучение и кванты»	Хендрик Лоренц
2	1913	«Строение вещества»	Хендрик Лоренц
3	1921	«Атомы и электроны»	Хендрик Лоренц
4	1924	«Проводимость металлов»	Хендрик Лоренц
5	1927	«Электроны и фотоны»	Хендрик Лоренц
6	1930	«Магнитные свойства вещества»	Поль Ланжевен
7	1933	«Структура и свойства атомного ядра»	Поль Ланжевен
8	1948	«Элементарные частицы»	Уильям Брэгг
9	1951	«Твёрдое 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»	Кристиан Мёллер
15	1970	«Симметрические свойства ядра»	Эдоардо Амальди
16	1973	«Астрофизика и гравитация»	Эдоардо Амальди
17	1978	«Хаос и порядок в равновесной и неравновесной механике»	Леон Ван Хов
18	1982	«Физика высоких энергий»	Леон Ван Хов
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
24	2008	«Квантовая теория конденсированных сред»	Бертран Гальперин

Первый Сольвеевский конгресс (1911) «Излучение и кванты»

Первый конгресс был открыт Лоренцом и Джинсом докладами «Применения теоремы о равном распределении энергии по частотам» и «Кинетическая теория теплоемкости в соответствии распределениям Максвелла и Больцмана». В своей речи авторы затронули возможность связать теорию излучения с принципами статистической механики внутри классической модели. В своём письме конгрессу лорд Рэлей 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). В попытке 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 Вандера де Хааза.

  Де Хааз пытался применить квантовые идеи к электрону, связанному в атомной модели в виде равномерно отрицательно 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

Сидят (слева направо): Вальтер Нернст, Марсель Бриллюэн, Эрнест Сольве, Хендрик Лоренц, Эмиль Варбург, Вильгельм Вин, Жан Батист Перрен, Мария Кюри, Анри Пуанкаре.

Стоят (слева направо): Роберт Голдсмит, Макс Планк, Генрих Рубенс, Арнольд Зоммерфельд, Фредерик Линдманн, Морис де Бройль, Мартин Кнудсен, Фридрих Газенорль, Георг Хостлет, Эдуард Герцен, Джеймс Джинс, Эрнест Резерфорд, Хейке Камерлинг-Оннес, Альберт Эйнштейн, Поль Ланжевен.

На фотографии нет участника конференции Дж. Никольсона.

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. Томсон изложил остроумные концепции, касающиеся электронной структуры атомов.

Эксперимент

• Открытие дифракции рентгеновских 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 Мозли изучал высокочастотные спектры элементов методом Лауэ — Брэгга и уже нашёл 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.

Участники

Сидят (слева направо): Вальтер Нернст, Эрнест Резерфорд, Вильгельм Вин, Джозеф Джон Томсон, Эмиль Варбург, Хендрик Лоренц, Марсель Бриллюэн, Вильям Барлоу, Хейке Камерлинг-Оннес, Роберт Вильямс Вуд, Луи Георг Гуи, Пьер Вейс.

Стоят (слева направо): Фридрих Газенорль, Жюль Эмиль Вершафельт, Джеймс Хопвуд Джинс, Уильям Генри Брэгг, Макс фон Лауэ, Генрих Рубенс, Мария Кюри, Роберт Голдсмит, Арнольд Зоммерфельд, Эдуард Герцен, Альберт Эйнштейн, Фредерик Линдманн, Морис де Бройль, Вильям Поуп, Эдвард Грюнайзен, Мартин Кнудсен, Георг Хостлет, Поль Ланжевен.

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

1-й ряд (слева направо): Альберт Майкельсон, Пьер Вейс, Марсель Бриллюэн, Эрнест Сольве, Хендрик Лоренц, Эрнест Резерфорд, Роберт Милликен, Мария Кюри

2-й ряд (слева направо): Мартин Кнудсен, Жан Батист Перрен, Поль Ланжевен, Оуэн Ричардсон, Джозеф Лармор, Хейке Камерлинг-Оннес, Питер Зееман, Морис де Бройль

Стоят (слева направо): Уильям Брэгг, Эдмон ван Обель, Вандер де Хааз, Эдуард Герцен, Чарлз Баркла, Пауль Эренфест, Карл Сигбан, Жюль Эмиль Вершафельт, Леон Бриллюэн

Четвёртый Сольвеевский конгресс (1924) «Проводимость 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, Розенгейм и Холл.
• Артур Комптон обнаружил изменение частоты рентгеновских лучей при рассеянии на свободных электронах. Дебай подчеркнул, что это открытие подтверждало эйнштейновскую концепцию фотонов.

Участники

1-й ряд (слева направо): Эрнест Резерфорд, Мария Кюри, Эдвин Холл, Хендрик Лоренц, Уильям Генри Брэгг, Марсель Бриллюэн, Виллем Хендрик Кеезом, Эдмон ван Обель

2-й ряд (слева направо): Петер Дебай, Абрам Фёдорович Иоффе, Оуэн Ричардсон, Витольд Броневский, Уолтер Розенгейм, Поль Ланжевен, Дьёрдь де Хевеши

Стоят (слева направо): Леон Бриллюэн, Эмиль Анрио, Теофил де Донде, Эдмонд Бауэр, Эдуард Герцен, Огюст Пиккар, Эрвин Шрёдингер, Перси Бриджмен, Жюль Эмиль Вершафельт

Пятый Сольвеевский конгресс (1927) «Электроны и фотоны»

На этом конгрессе состоялась знаменитая дискуссия между Эйнштейном, пытавшимся спасти детерминизм, и Нильсом Бором, понявшим раньше многих, что возврат к детерминизму уже невозможен, ибо Планк «открыл универсальный квант действия, обнаруживший черты целостности в атомных процессах, совершено чуждые идеям классической физики и превосходящие доктрину древних о предельной делимости материи» . Таким образом в физику было впервые введено утверждение о наличии индетерминизма на субатомном уровне, совершился величайший переворот, определивший лицо физики 20-го века.

Теория

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

Участники

1-й ряд (слева направо): Ирвинг Ленгмюр, Макс Планк, Мария Кюри, Хенрик Лоренц, Альберт Эйнштейн, Поль Ланжевен, Шарль Гюи, Чарльз Вильсон, Оуэн Ричардсон.

2-й ряд (слева направо): Петер Дебай, Мартин Кнудсен, Уильям Брэгг, Хендрик Крамерс, Поль Дирак, Артур Комптон, Луи де Бройль, Макс Борн, Нильс Бор.

Стоят (слева направо): Огюст Пикар, Эмиль Анрио, Поль Эренфест, Эдуард Герцен, Теофил де Дондер, Эрвин Шрёдингер, Жюль Эмиль Вершафельт, Вольфганг Паули, Вернер Гейзенберг, Ральф Фаулер, Леон Бриллюэн.

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.
• Вейсс ввел собственный угловой момент частиц (спин), обусловливающий ферромагнетизм.
• 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 Коттоном и Капицей, стало возможным создавать магнитные поля непревзойденной напряженности.

Участники

Сидят (слева направо): Теофил де Донде, Питер Зееман, Пьер Вейсс, Арнольд Зоммерфельд, Мария Кюри, Поль Ланжевен, Альберт Эйнштейн, Оуэн Ричардсон, Брас Кабрера, Нильс Бор, Вандер де Хааз.

Стоят (слева направо): Эдуард Герцен, Эмиль Анрио, Жюль Эмиль Вершафельт, Чарльз Маннебах, Эме Коттон, Жак Эррера, Отто Штерн, Огюст Пикар, Вальтер Герлах, Чарльз Галтон Дарвин, Поль Дирак, Эдмонд Бауэр, Пётр Леонидович Капица, Леон Бриллюэн, Хендрик Крамерс, Петер Дебай, Вольфганг Паули, Яков Григорьевич Дорфман, Джон ван Влек, Энрико Ферми, Вернер Гейзенберг

Седьмой Сольвеевский конгресс (1933) «Структура и свойства атомного ядра»

Участники

Сидят (слева направо): Эрвин Шрёдингер, Ирен Жолио-Кюри, Нильс Бор, Абрам Фёдорович Иоффе, Мария Кюри, Поль Ланжевен, Оуэн Ричардсон, Эрнест Резерфорд, Теофил де Донде, Морис де Бройль, Луи де Бройль, Лиза Мейтнер, Джеймс Чедвик.

Стоят (слева направо): Эмиль Анрио, Франсис Перрен, Фредерик Жолио-Кюри, Вернер Гейзенберг, Хендрик Антони Крамерс, Эрнст Штаэль, Энрико Ферми, Эрнест Уолтон, Поль Дирак, Петер Дебай, Невилл Франсис Мотт, Брас Кабрера, Георгий Антонович Гамов, Вальтер Боте, Патрик Мейнард Стюарт Блэкетт, М.С. Розенблюм, Жак Эррера, Эдмонд Бауэр, Вольфганг Паули, Жюль Эмиль Вершафельт, Макс Козинс, Эдуард Герцен, Джон Кокрофт, Чарльз Эллис, Рудольф Пайерлс, Огюст Пикар, Эрнест Лоуренс, Леон Розенфельд.

На фотографии нет участников конференции Альберта Эйнштейна и Чарльза Гуи.

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 мюоны в космическом излучении.

Участники

Девятый Сольвеевский конгресс (1951) «Твёрдое тело»

Участники

Десятый Сольвеевский конгресс (1954) «Электроны в металах»

Участники

Двадцать второй Сольвеевский конгресс (2001) «Физика коммуникаций»

Участники

L. Accardi, N. Adamou, A. Anagnostopoulos, I. Antoniou, S.M. Antoniou, I. Antonopoulos, F.T. Arecchi, A. Athanassoulis, N. Atreas, M. Axenides, V.V. Belokurov, A. Bisbas, A. Bohm, S. Bozapalides, C. Caroubalos, G. Casati, K. Chatzisavvas, R. Chiao , T. Christidis, I. Cirac, G. Contaxis, M. Courbage, C. Daskaloyannis, G.-A. Dimakis, S. Dolev, T. Durt, A. Ekert, A. Elitzur, D. Ellinas, M. Floratos, D. Frantzeskakis, M. Gadella, D. Ghikas, N. Giokaris, M. Grigoriadou, J. Grispolakis, V.G. Gurzadyan, K. Gustafson, C. Halatsis, G. Hegerfeldt, T. Hida, K. Imafuku, L. Jacak, V. G. Kadyshevsky, I. Kanter, C. Karanikas, K. Karavasilis, A. Karlsson, E. Karpov, A. Kartsaklis, S. Katsikas, И. М. Халатников, S. Kim, H. J. Kimble, O. Kocharovskaya, Vi. Kocharovsky, D. Kravvaritis, Y. Krontiris, В. С. Летохов, G. Leuchs, K. Lioliousis, S. Lloyd, M. Lukin, R. Lupacchini, M. Marias, D. Marinos-Kouris, Yu. Melnikov, G. Metakides, S. Metens, N. Misirlis, B. Misra, K. Molmer, Y. Ne’eman, C. Nicolaides, G. Nimtz, G. Ordonez, Ch. Panos, P. Papageorgas, S. Pascazio, R. Passante, T. Petrosky, E. Polzik, Илья Пригожин, G. Pronko, J.-M. Raimond, M. Raizen, L. Reichl, R.Z. Sagdeev, W. Schieve, W. P. Schleich, P. Siafarikas, Si Si, A. Siskakis, A. N. Sissakian, Mr. J. Solvay, N. Sourlas, P. Stamp, A. Steinberg, L. Stodolsky, E.C.G. Sudarshan, D. Syvridis, N. Theofanous, Th. Tomaras, S.C. Tonwar, G. Tsaklidis, N. Uzunoglu, L. Vaidman, A. Vardoulakis, P.C.G. Vassiliou, H. Walther, L. Wang, Th. Xanthopoulos, D. Xouris, E. Yarevsky, Антон Цайлингер, G. Zeng, E. Zervas, V. Zissimopoulos, Петер Цоллер

Двадцать третий Сольвеевский конгресс (2005) «Квантовая структура пространства-времени»

Участники

Нима Аркани-Хамед, Абэй Аштекар, Майкл Фрэнсис Атья, Константин Башас, Том Бэнкс, Ларс Бринк, Роберт Браут, Клаудио Бунстер, Кёртис Каллан, Тибо Дамур, Ян де Бур, Бернард де Вит, Robbert Dijkgraaf, Michael R. Douglas, Georgi Dvali, Франсуа Англер, Людвиг Фаддеев, Pierre Fayet, Willy Fischler, Peter Galison, Мюррей Гелл-Манн, Gary Gibbons, Майкл Грин, Брайан Грин, Дэвид Гросс, Алан Гут, Джеффри Харви, Gary Horowitz, Bernard Julia, Shamit Kachru, Рената Каллош, Elias Kiritisis, Игорь Клебанов, Андрей Линде, Dieter Lüst, Хуан Малдасена, Никита Некрасов, Hermann Nicolai, Hirosi Ooguri, Джозеф Полчински, Александр Поляков, Eliezer Rabinovici, Пьер Рамон, Лиза Рэндалл, Валерий Рубаков, Джон Шварц, Натан Зайберг, Ashoke Sen, Stephen Shenker, Eva Silverstein, Пол Стейнхардт, Andrew Strominger, Герард ’т Хоофт, Neil Turok, Габриэле Венециано, Стивен Вайнберг, Фрэнк Вильчек, Paul Windey, Яу Шинтан.

Двадцать четвертый Сольвеевский конгресс (2008) «Квантовая теория конденсированных сред»

Участники

Ian Affleck, Igor Aleiner, Boris Altshuler, Филип У. Андерсон, Natan Andrei, Tito Arecchi, Assa Auerbach, Leon Balents, Carlo Beenakker, Immanuel Bloch, John Chalker, Juan Ignacio Cirac Sasturain, Marvin Cohen, Leticia F. Cugliandolo, Sankar Das Sarma, J. C. Davis, Eugene Demler, James Eisenstein, M. P. A. Fisher, Michael Freedman, Antoine Georges, S. M. Girvin, Leonid Glazman, Дэвид Гросс, F. Duncan, M. Haldane, Bertrand Halperin, Cathy Kallin, B. Keimer, Вольфганг Кеттерле, Алексей Китаев, Steven A. Kivelson, Клаус фон Клитцинг, Leo P. Kouwenhoven, Robert B. Laughlin, Patrick A. Lee, Daniel Loss, A. H. MacDonald, Alexander Mirlin, Naoto Nagaosa, N. P. Ong, Джорджо Паризи, Пьер Рамон, Nicholas Read, T. M. Rice, Subir Sachdev, T. Senthil, Zhi-Xun Shen, Efrat Shimshoni, Ady Stern, Matthias Troyer, Chandra Varma, Xiao-Gong Wen, Steven R. White, Фрэнк Вильчек и Петер Цоллер

Двадцать пятый Сольвеевский конгресс (2011)

В год столетия с начала проведения состоялся двадцать пятый Сольвеевский конгресс по физике под названием «Теория квантового мира» (англ. «The Theory of the Quantum World»). Он прошёл в Брюсселе с 19 по 22 октября под председательством нобелевского лауреата Дэвида Гросса.

Ссылки

• Сайт Сольвеевского института
• Сайт памяти Нернста — учредителя Сольвеевского конгресса
• http://www.hilliontchernobyl.com/solvay.htm
• Нильс Бор «Сольвеевские конгрессы и развитие квантовой физики» // Успехи физических наук, том 91, выпуск 4, апрель 1967
• The First 17 Solvay Conferences in Physics (1911—1978) by Eduardo Amaldi
• Сайт, посвященный 23-му Сольвеевскому конгрессу