КСЕ. Материал лекция № 3. 2 сем-р 2012-13 уч. года.

III. Структурные уровни и системная организация материи

Тема 8. Квантовая механика

8.1. Корпускулярно-волновой дуализм (1924, л. Де Бройль)

Микрообъект нельзя считать ни классической частицей, ни классической волной. Корпускулярно-волновой дуализм – всеобщее и универсальное свойство материи, проявляющееся в том, что квантовые объекты (поля и частицы) проявляют свойства и классических частиц и классических волн. Выраженность этих свойств зависит от условий взаимодействия квантовых объектов.

8.2. Кванты

Кванты – частицы, отвечающие любому полю – переносчику взаимодействия. Они обладают энергией и импульсом и взаимодейству­ют с веществом как целое.

8.3. Двойственная природа электромагнитного поля (ЭМП)

Впервые была доказана двойственная природа ЭМП. Электромагнитное излучение можно представить как поток фотонов и как ЭМВ. Фотоны – кванты электромагнитного поля. Волновые свойства ЭМП проявляются, например, при дифракции и интерфе­ренции, корпускулярные – при излучении и поглощении ЭМП.

8.4. Двойственная природа электрона

Длины волн де Бройля электронов м. Поэтому волновые свойства электронов проявляются, например, при их дифракции на кристаллах, при их движении в атомах, корпускулярные – при их движении в магнитном или электрическом полях.

8.5. Предмет исследования квантовой механики

Квантовая механика – теория, устанавливаю­щая способ описания и законы движения физических систем, в которых волновые и корпускулярные свойства микрообъектов взаимно дополняют друг друга, а их скорости много меньше скорости света. Законы квантовой механики – фундамент наук о строении вещества. Это вероятностные законы, они предсказывают вероятности реализации различных квантовых явлений и состояний. Они позволили понять строение и свойства молекул, атомов и атомных ядер, расшифровать атомные и молекулярные спектры, установить природу химической связи, объяснить зависимость поведения веществ от температуры, периодическую систему элементов, строение металлов, диэлектриков, полупроводников, магнитные свойства веществ, сверхтекучесть и сверхпроводимость, объяснить природу белых карли­ков, нейтронных звёзд, механизм протекания термоядерных реакций в звёздах.

8.6. Квантование физических величин. Квантовые числа

Квантование физических величин – дискретность значений физических величин. Квантовые числа – целые или дробные числа, которые определяют возможные значения физических величин, характеризующих квантовые системы.

8.7. Энергетический спектр

Энергетический спектр – совокупность значений энергии квантовой системы. Может быть дискретным, непрерывным и смешанным. Дискретность спектра энергий в ограниченной области пространства – отличительное свойство квантовых систем. Спектр энергий классических систем непрерывен, так как возможны все значения энергии.

8.8. Соотношения неопределённостей (в. Гейзенберг, 1927 г.)

Соотношения неопределённостей – фун­даментальные неравенства, уста­навливающие предел точности одновременного измерения сопряжённых динамических характеристик квантовой системы: координата – импульс, угол – момент импульса, и т. д. Они имеют вид: , , , , где ( , , , ) и ( , , , ) – неопределённости значений соответствующих координат и сопряжённых им компонент четырехмерного импульса. Пример: чем меньше интервал времени измерения энергии, тем меньше точность ее измерения.