Билет 42: Квантовая механика и строение атома.

Квантовая механика-это раздел теоретической физики, в котором

рассматриваются свойства и строение атомов и молекул, свойства систем элементарных частиц. Квантовая механика является основой современной физики твердого тела, на ее положениях построена квантовая химия и квантовая электродинамика и другие разделы теоретической и экспериментальной физики.

В основе современной КПКМ лежит новая физическая теория – квантовая механика, описывающая состояние и движение микрообъектов. Это – четвертая (после механики, электродинамики и теории относительности) фундаментальная физическая теория. Она является базой для развития современного естествознания. В основе квантовой механики лежат фундаментальные идеи о квантовании физических величин и корпускулярно-волновом дуализме.

Формируется на основе:

Квантовой гипотезы М.Планка

Волновой механики Э.Шредингера

Квантовой механики В.Гейзенберга

Квантовой теории атома Н.Бора

В рамках квантово-механической картины мира сложились квантово-механические представления о материи: материя обладает корпускулярными и волновыми свойствами, т.е. каждый элемент материи имеет свойства волны и частицы.

Картина физической реальности в квартовой механике двупланова:

1. В неё входят характеристики исследуемого объекта;

2. Условия наблюдения (метод познания), от которых зависит определённость этих характеристик.

При описании объектов используется два класса понятий: пространственно-временные и энергетически-импульсные. Первые дают кинематическую картину движения, вторые – динамическую (причинную). Пространство-время и причинность относительны и зависимы. Спецификой квантово-механических представлений о закономерности и причинности является то, что они выступают в вероятностной форме, в виде статистических законов. Фундаментальные положения квантовой теории: Принципы неопределённости и дополнительности

В 1903 г. Томсон предлагает свою модель атома – «пудинг с изюмом». Но опыты Резерфорда показали, что модель атома Томсона неверна – нет того отражения и рассеивания частиц, которые следовали бы из модели Томсона. В 1913 г. появляется «планетарная модель» атома Бора-Резерфорда. Но заряженные электроны, вращаясь вокруг ядра, должны постоянно излучать электромагнитные волны, терять энергию, тормозиться и очень скоро упасть на ядро. Нильс Бор приходит к выводу, что электроны могут излучать энергию только определенными порциями – квантами, поэтому постоянного излучения нет, и электроны энергию не теряют. Современная модель атома: Ядро состоит из протонов и нейтронов приблизительно в равном количестве. Число протонов определяет порядковый номер элемента. Атомы, различающиеся числом нейтронов – изотопы. Ядро окружено электронным облаком, причем поведение каждого электрона в облаке описывается вероятностным волновым уравнением Шредингера. Нельзя предсказать точно, где электрон находится, можно только строить распределение вероятностей его нахождения.

Билет 43: Принцип неопределенности. Понятие физического вакуума.

Этот принцип впервые сформулировал известный немецкий физик В. Гейзенберг (1901—1976) в виде соотношения неточностей при определении сопряженных величин в квантовой механике. Теперь его обычно называют принципом неопределенности. Суть его заключается в следующем: если мы стремимся определить значение одной из сопряженных величин в квантово-механическом описании, например, координаты х, то значение другой сопряженной величины, а именно импульса р=m*v, нельзя определить с такой же точностью. Иначе говоря, чем точнее определяется одна из сопряженных величин, тем с меньшей точностью определяется другая величина. Это соотношение неточностей, или принцип неопределенности, выражается следующей формулой: Δх *Δр = h, где Δx — обозначает изменение или приращение координаты, Δр — приращение импульса, h — постоянную Планка. Таким образом, принцип неопределенности постулирует: Невозможно с одинаковой точностью определить и положение, и импульс микрочастицы. Произведение их неточностей не должно превышать постоянную Планка.

Под физическим вакуумом в современной физике понимают полностью лишённое вещества пространство. Даже если бы удалось получить это состояние на практике, оно не было бы абсолютной пустотой. Квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. В некоторых конкретных теориях поля вакуум может обладать нетривиальными топологическими свойствами, но не только, а также в теории могут существовать несколько различных вакуумов, различающихся плотностью энергии, и т. д.