295 Основнi уявлення квантової механiки розділ 9. Елементи квантової механiки

“Координата та iмпульс подiбнi до фiгурок чоловiка та жiнки у старовинному баромет­рi. Якщо з’являється одна фiгурка, друга зникає.”

Вернер Гейзенбер

- Поглянь на дорогу! Кого ти там бачиш? - Нiкого, - сказала Алiса. - Менi б такий зiр! – зауважив Король iз заздрiс­тю. - Побачити Нiкого! Та ще й на такiй вiдста­нi!

Л’юiс Керолл “Алiса в Задзеркаллi”

Квантова механiка, що зародилася на рубежi ХIХ i ХХ столiть, була з самого початку i зараз, через сто рокiв, залишається основною теорiєю атомних явищ. Сутнiсть процесiв, що вiдбуваються у мiкросвiтi, знаходиться за межами безпо­середнього людського сприйняття. Тому спроби iнтуїтив­но описати квантовомеханiчнi об’єкти за допомо­гою якихось класичних образiв, що базуються на нашому повсякденному досвiдi, приводять до досить брутальних уявлень, якi, частiше за все, не мають нiякого вiдношення до реальностi.

Вiдомий приклад, що iлюструє це твердження, пов’яза­ний з iсторiєю вiдкриття спiну електрона. При спробi по­ясни­ти експериментальнi спостереження дублету в спектрi натрiя, що виглядав як двi близько розташованi жовтi спектральнi лiнiї, учнi Бора – Уленбек і Гаудсмiт – при­пусти­ли, що цей дублет зв’язаний з власним обертальним рухом електронної хмари. Проте таке наочне уявлення про електрон як тiло, що обертається, тобто як своєрiдна дзига (спiн), виявилося помилковим. Бор, якому його учнi розпо­вiли про своє вiдкриття, через декiлька днiв дуже засмутив їх, обчисливши лiнiйну швидкiсть обертання такої елект­рон­ної хмари на її периферiї. Ця швидкiсть виявилася бiльшою за швидкiсть свiтла, що є, звичайно, “фiзичним нонсенсом”. Однак введення поняття спiну як деякої внут­рiш­ньої характеристики електрона, подiбної до його заряду чи маси, стало дуже корисним для подальшого розвитку квантової механiки.

Природно, що задача створення у студентiв-медикiв поглиблених уявлень про квантовомеханiчнi закономірності світу мікрочастинок не є реальною у своїй основі через брак часу, який відводиться на курс медичної i бiологiчної фiзики i, як наслiдок, на вивчення й цього важливого роздiлу. Залишається лише сподiватися, що з часом цiй найбiльш глибокiй науцi про оточуючий нас фiзичний свiт живої та неживої природи (як втiм i всiм iншим фундамен­тальним наукам) буде приділено більше уваги у вищій медичній школі. Це необхiдно хоча б для того, щоб квалiфiкований лiкар мав уявлення, наприклад, про ЯМР-томограф, за допомогою якого вже зараз встановлюється більшість прецизійних медичних дiагнозiв.

В цьому розділі мiстяться короткi теоретичнi вiдомостi про елементарнi основи квантової механiки, поданi мето­дич­нi розробки лабораторних та семiнарських занять з розді­лу “Квантова механіка”, наведений перелiк контроль­них питань та завдань для самостiйної роботи, а також список рекомендованої лiтератури, що присвячена основ­ним iдеям i досягненням квантової механiки. Per aspera ad astra!

1. Основнi уявлення квантової механiки

Квантова механiка – наука, що описує рух мiкро­частинок, тобто елементарних частинок, ядер атомiв, молекул i систем, що з них складаються. Закони кванто­вої механiки становлять основу для вивчення будови речовини, дозволяють з’ясувати будову атомiв, природу хi­мiч­них зв’язкiв, пояснити перiодичну систему Д.I. Менде­лєєва.