lecture-7

Основные положения квантовой теории

В классической физике оказалось невозможным согласовать с экспериментом теорию излучения абсолютно чёрного тела (ультрафиолетовая катастрофа).

Для выхода из тупика М. Планк в 1900 году сделал предположение о том, что электромагнитное излучение испускается в виде отдельных порций энергии (квантов), величина которых связана с частотой излучения выражением:

E = hν

По сути это было «рождение» фотона. Коэффициент

В 1924 г. Луи де Бройль выдвинул радикальную гипотезу о волновом характере материи: если электромагнитные волны, например свет, иногда ведут себя как частицы (в частности, при фотоэффекте), то частицы, например, электрон при определенных обстоятельствах, могут вести себя как волны. Таким образом в микромире стёрлась граница между классическими частицами и классическими волнами.

В формулировке де Бройля частота, соответствующая частице, связана с её энергией, как и в случае фотона (частицы света) формулой Планка

ν= E / h

апредложенное де Бройлем математическое выражение было эквивалентным соотношением между длиной волны и её импульсом:

λ= h / p

Существование электронных волн было экспериментально доказано в 1927 г.

К. Дэвиссоном и Л. Джермером (США) и Дж. Томсоном (Англия). Признаком волнового процесса в опытах по рассеянию частиц на кристаллах стала дифракционная картина распределения частиц в детекторах.

Правильная интерпретация волнам де Бройля была дана благодаря усилиям выдающихся ученых Н. Бора, Э. Шредингера, М. Борна, В. Гейзенберга, П. Дирака, П. Иордана и др., заложивших основы квантовой механики.

Квантовая механика - теория устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем (например, кристаллов) а также связь величин, характеризующих частицы и системы, с физическими величинами, непосредственно измеряемыми в макроскопических опытах.

Квантовый постулат:

каждому атомному процессу свойственна существенная прерывность или, скорее, индивидуальность, совершенно чуждая классической теории и характеризуемая соответствующим (планковским) квантом действия.

Принцип дополнительности:

полное описание квантовомеханических явлений должно включать два взаимоисключающих, но дополняющих друг друга набора классических понятий, совокупность которых дает исчерпывающую информацию об этих явлениях как о целостных.

Согласно КМ, заимствованные из классической физики динамические характеристики микрочастицы (её координата, импульс, энергия и др.) вовсе не присущи частице самой по себе. Смысл и определённое значение той или иной характеристики электрона, например, его импульса, раскрываются во взаимосвязи с классическими объектами, для которых эти величины имеют определённый смысл и все одновременно могут иметь определённое значение (такой классический объект условно называется измерительным прибором).

Принцип соответствия:

свойства объектов микромира при их усложнении непрерывно, без скачков переходят в свойства объектов макромира.

Таким образом, квантовая механика не противоречит классической физике, а лишь дополняет её на микроскопических масштабах, и в

пределе больших энергий и в случае, когда квантовая система взаимодействует с внешним миром, уравнения квантовой механики переходят в уравнения классической физики.

Классическая ньютоновская механика с ее однозначными законами требует исчерпывающе полного, детерминированного описания движения тел. Однако микропроцессам свойственны статистические закономерности, а сами микрообъекты описываются в терминах вероятностей их обнаружения в том или ином состоянии – с помощью так называемых

волновых функций.

Статистический характер законов движения частиц выражается количественно соотношениями неопределенностей Гейзенберга:

∆x·∆p ≥ h ∆E·∆t ≥ h

Невозможно, например, локализовать положение электрона в атоме – он 'размыт' по орбите, зато можно определить вероятность его обнаружения на этой орбите.