Лекция 6

Тема лекции: Концепции квантовой физики.

Рассматриваемые вопросы:

1. Предпосылки формирования квантовой физики

2. Понятие состояния физической системы

3. Концепты квантовой механики

4. Мир частиц и античастиц

1. Предпосылки формирования квантовой механики

Квантовая механика – это раздел теоретической физики, рассматривающий способы описания состояния и движения микрочастиц.

У истоков формирования квантовой механики стояли открытия таких известных физиков как Резерфорд, Планк, Бор, Томсон, Гейзинбнрг, Шредингер и многие другие. Возникновению мысли о том, что существуют более мелкие частицы вещества, чем атом способствовал ряд открытий, сделанных в конце XIX начале XX века:

1. Открытие радиоактивности (А. Беккерель, Мария и Пьер Кюри, К. Рентген и др)

2. открытие электрона (1897 г. Дж.Томсон),

3. Открытие ядра (1913)

4. создание сферической (Дж. Томсон) и планетарной (Резерфорд)

создание модели атома Резерфорда-Бора

5. Концепция о корпускулярно-волновом дуализме материи (фотоэффект – Эйнштейн, световое давление П.Лебедев, , проверка гипотезы при исследовании дифракции электроновде Бройль –гипотеза о том, что частицы обладают волновыми свойствами, проверка гипотезы де Бройля Гейзинбергом и Шредингером)

Таким образом, концепция корпускулярно-волнового дуализма является основой квантовой механики.

2. Понятие состояния физической системы

Состояние физической системы – это конкретная определенность системы, однозначно детерминирующая ее эволюцию во времени. Понятие состояния физической системы, это центральный элемент любой физической теории. Установить состояние физической системы – это значит установить закономерности устойчивых связей между различными сторонами явления.

Для установления состояния нужно:

1. определить совокупность физических величин, описывающих данное явление или состояние

2. определить начальные условия системы

3. определить границы применимости законов.

4. применить законы движения, описывающие систему

5. абстрагироваться от случайностей

В классической механике параметрами, описывающими движение являются: совокупность всех координат системы, совокупность импульсов, Законы механики Ньютона. Знание начального состояния системы (координаты в начальный момент времени) и законы движения (задающие направление и скорость перемещения) мы всегда можем точно определить положение системы в любой момент времени. Концепция механистического детерминизма. Необходимость выражается в форме закона. В специальной теории относительности состояние также определяется однозначно – начальными условиями и дифференциальными законами движения.

В статистической физике рассматриваются системы, состоящие из множества частиц. Состояние характеризуется не знанием всех их координат и импульсов (что невозможно), а вероятностью того, что эти значения лежат внутри определенного интервала. Состояние системы задается с помощью функции распределения, зависящей от координат и импульсов всех частиц во времени. Функция распределения выступает как плотность вероятности обнаружения той или иной физической величины в определенных интервалах значений.

В квантовой механике характеристикой состояния является волновая функция, представляющая собой амплитуду вероятности нахождения частицы в данной точке. Физические величины, описывающие систему принимают дискретные значения, то есть для квантовой механики характерен статистический, вероятностный подход к оценке состояния системы. В квантовой механике любые даже пассивные наблюдения за микрообъектом изменяют характер его движения и мы не можем не только изменить это, но даже учесть теоретически не можем.

Итак, состояние и эволюцию системы в квантовой механике описывает волновое уравнение Шредингера.

Ấψ=a_nψ,

Где ψ - волновая функция, Ấ- оператор параметра, a_{n –} значение параметра, фиксируемое в эксперименте.

Таки образом, главное отличие статистических законов от динамических состоит в учете случайного. В отличие от динамики, где случайность – это противоположность необходимости, в квантовой механике случайность выступает в диалектической связи с необходимостью. Динамические законы являются идеализацией объективного мира, в то время как статистические – это более объективное отражение существующих связей в природе. Статистический характер присущ всем эволюционным процессам (биологическим, экономическим, социальным).