1,1

ХХғасырдың басында атомның планетарлық моделі жасалды. Бұл модель бойынша атом – центрінде оң зарядталған ядродан және оны шыр көбелек айналатын электрондар бұлытыдан тұратын бейтарап жүйе Ядро өз кезегінде протондар мен нейтрондардан тұрады. Сүтегі ядро электронның массасынан шамамен 2000 есе ауыр және электронды ядро өзіне кулон күшімен тартып ұстап тұрады. Олай болса , сүтегі ядросының маңында айналған электрон үшін қозғалыс теңдеуін жазайық: ma=F a= F=k Орнына қойсақ , m = k (1) Электронның ядро маңындағы қозғалысы үдемелі. Олай болса макроскопиялық электродинамиканың теориясы бойынша , кез – келген үдемелі қозғалған зарядтың өзінен электромагниттік сәуле шығаратыны белгілі. Ол сәулелену қуатының өрнегіне 1 ші өрнекті пайдалансақ , N = (2) . Бұл қуат шамамен Дж/с қуатқа тең. Ал электронның энергиясы Дж дан аспауы тиіс. Олай болса электрон сек тан кейін атомға құлап , атом жойылып кетуі тиіс. Шындығында атом орнықты жұйе яғни тұрақты. Осылайша эксперимент пен теория арасында қарама – қарсылық туындады яғни атомның орнықтылығын классикалық механика зарядтары түсіндіре алмайды. Сонымен атом қозбаған күйде өзінен электромагниттік сәуле шығармайды , тек атом бір қозған күйден екінші күйге көшкенде ғана өзінен сәуле шығарады. Классикалық механика заңдарына сәйкес , электронның жылдамдығы өзгеру салдарынан тұтас спектрлер пайда болу қажет ХІХ ғасырдың ІІ жартысында спектроскопияның дамуымен сызықтық спектр шығаратыны белгілі болды. Олай болса ,классикалық механика заңдары атомның сәуле шығаруын дұрыс түсіндіре алмады. Мысалы, тәжірибелік жолмен алынған сүтегі атомының спектрінің өрнегі υ =R ( ) (3) Бұл өрнектіде классикалық механика және электродинамика заңдарымен түсіндіре алмады.

1.2

Атомның планетарлық моделі пайда болғанға дейін-ақ ХІХ ғасырдың ІІ жартысында абсолют қара дененің сәуле шығаруы терең зерттеле бастады. Термодинамикалық тұрғыдан қарағанда абсолют қара дененің жылулық спектрі оның құрылымына тәуелді болмауы тиіс. Яғни, абсолют қара дененің қарапайым моделі ретінде нақты атомдар мен молекулалар электромагниттік толқынды шығару және жұту қабілетіне ие гармоникалық осцилятормен алмастырылды.Осылайша жүргізілген есептеулер эксперименттік мәліметтермен сәйкес келмеді . Яғни , классикалық теория абсолют қара дененің сәуле шығаруын түсіндіре алмады. Бұл қиыншылықтар 1900 жылы Макс Планк ұсынған атомдық жүйенің энергиясының дискреттік деңгейлері туралы гипотезасы алып шықты. E = n hυ n = 0,1,2,3…..ал υ – осцилятордың жиілігі, h = 6,62 * Дж/с Бұл Планк тұрақтысы деген атқа ие болды.Планктың идеясын Эйнштейн жетілдіре отырып 1907 жылы қатты денелердің жылу сыйымдылығының температураға тәуелділігін түсіндіре алды Эйнштейн идеясы бойынша орнын электромагниттік өріс элементар бөлшектер тұарды Бұл бөлшектердің ( фотонның энергиясымен импульсі келесі өрнектермен анықталады) E = ℏω, = ℏ Мұндағы , ℏ = = 1.05 * Дж*с – толқындық вектор = = ℏ - Планк тұрақтысы

Электромагниттік өрістің квантталуын негізге ала отырып, Эйнштейн фотоэффект теориясын жасады. hυ = +

Жарықтың корпускулалық табиғатын дәлелдейтін басқада эксперименттік еңбектер болды. Оның бірі 1923 жылы Комптон тәжірибесінің нәтижесінде алынған Комптон эффектісі деп аталатын атпен белгілі эксперимент.

1.2.2

Комптон эффектісі –электромагниттік толқынының еркін электрондарымен соқтығысу нәтижесінде шашырау кезінде толқын жиілігінің өзгеріске ұшырау құбылысы, осы құбылысты қарастырыйықАйталық фатон электронмен соқтығысу нәтижесінде шашырасып энергияның және импульстың сақталу заңдарын негізге ала отырып келесі теңдеулерді жазуға болады. h₁-mc²- Соқтығысқанға дейінгі , h₁-mc²=h₂+ , _{= +} (5) h₁=Соқтығысқанға дейінгі фатон энергиясы, h₂₌Соқтығысқаннан кейінгі фатон энергиясы, mc²=Электронның тыныштық энергиясы, =соқтығысқаннан кейінгі электр энергиясы, =соқтығысқанға дейінгі фотон импульсі, =соқтығысқаннан кейінгі фотон импульсі, ₁ мен ₂-нің өзара байланысын тағайындау үшін (5) теңдеулер жүйесінің 2жағында квадраттап оны C^2-қа бөлейік: , ( - )²= (6), (6)теңдеулер жүйесінің 1теңдеуден 2-ші теңдеуін мүшелеп қосып алайық: ² )²-( - )²=m²c² (6^*), Мұндағы: = ; p₂= .

Екендігін ескеріп, векторының арасындағы бұрышты  шашырау бұрышы деп атасақ,соңғы (6^*)өрнетен, ₁-₂=

Мұндағы:= екендігін ескерсек: ₁-₂= (7^*) Комптон өрнегі деп аталады.

1.3 Атом энергиясының деңгейлерінің дискреттілігі.

1914 жылы Франк және Герц электрондардың сынап атомдарымен соқтығысын қарастырды. Соқтығыстың екі түрін қарастырды. А) Электронның энергиясы соқтығыссыз қалатын серпімді қозғалыс. В) Энергияның белгілі бір бөлшегі жоғалатын серпімсіз соқтығыс. Бұданн әр соқтығыс кезінде атомға энергияның белгілі бір порциясы берілетінін байқауға болады. Яғни атом энергиясы дискретті түрде өзгеретінін көруге болады. Осылайша атом спектрініің сызықты сипаты түсіндіріледі. Сутегі атомының энергетикалық деңгейі мына қатнаспен анықталынады. Атомдық жүйе бір энергетикалық деңгейден екінші энергетикалық деңгейге көшкенде шығарылатын және жұтылатын кванттың жиілігі (8). анықталынады. Микроскопиялық бөлшектер жүйесінің энергиясының квантталуы басқада тәжрибелермен нақтыланды, бірақ бұл классикалық механика заңдарына қайшы келді. Үйткені классикалық механика заңдарына сәйкес өзара әсерлесуші бөлшектердің энергиясы үздіксіз мәнге ие болуы керек. 1903 ж Н.Бор жоғарыда аталған қайшылықты шешуге тырысатын,яғни сутегі атомының энергиясының дискретті мәндерін қабылдауын (спектрінің сызықты юолуын) түсіндіретін алғашқы кванттық теорияны жасады. Бұл теория Бордың жартылай классикалық теориясы деп аталды. Өйткені бұл теорияда электрон қозғалысын сипаттайтын классикалық механика заңдарымен қатар классикалық механика заңдарына қайшы келетін жаңа тұжырымдар енгізілді. Бор теориясының негізгі келесі 2-пастулатқа сүйенеді: 1. Атомның ерекше стационар күйлері болады, бұл күйде атом жарық шығармайды және жұтпайды. 2. Атомдық жүйе бір стационар күйден екінші стационар күйге секірмелі түрде көшгенде жарық шығарадынемесе жұтады. (9). Үздіксіз көптеген күйлер ішінен стационар күйді бөліп алу үшін импульс моментінің квантталу ережесі пайдаланылады. (10). n = 1,2,3,,, кванттық сан, r-стационар орбитаның радиусы. Оның квантталуының өрнегі: , м. Орнына қойсақ Бордың 1-радиусы деген атпен белгіленеді.

1.4

Дифракция және интерференция құбылысы жарықтың толқындық табиғатын растаса, ал фотоэффект және Комптон эффектісі жарықтың корпускулалық табиғатын дәлелдейді.Олай болса жарық корпускула- толқындық дуализмге ие.1923 жылы Де-Бройль жарық дуалистік қасиетін негізге ала отырып тек қана жарық емес,сонымен қатар еркін бөлшектерде корпускула-толқындық дуализмге ие деген болжам айтты.Бұл Де-Бройль гипотезасы деген атпен белгілі болды.Де-Бройль еркін бөлшекті монохроматты толқын ретінде қарастырып сияқты шамалармен сияқты механикалық шамалар арасындағы байланысты жазды. , (12)Де-Бройль гипотезасының дұрыс екендігін 1923 жылы Дэвиссон және Консман, кейінрек 1927 жылы Дэвиссн тәжірибесі растады.Сонымен көптеген экспериментік және теориялық мәліметтер 19 ғасырдың 2 жартысында классика механика заңдарының белгілі бір құбылыстарды түсіндіруге атап айтқанда микробөлшектер қозғаласын түсіндіруге қауқары жететіндігін көрсетті.Сонымен қатар 19ғ 2ші жартысында жарықтың корпускула-толқындық теориясы дамуына ықпал жасаған физикалық фактілер қоры жинақталды.Сондықтан аталған тығырықтан шығу жолы анықталатын физиканың жаңа бір бөлімнің пайда болуы алғышарттар дайын болды.Бұл теориялық эксперименттік алғышарттарға: Электронның ашылуы, Радиоактивтіліктің ашылуы, рентген сәуленің анықталуы, Электрон спині туралы теорияның пайда болуы, қалыптасты.Осы аталған алғышарттарды жалпылай келіп Шредингер Паули Дирак Фок және Лендау т.б ғалымдар еңбектері кванттық механика негізін қалады.