ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ અનુસાર. ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સની આગાહીઓની સંભવિત પ્રકૃતિ

ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ
દ્રવ્ય અને કિરણોત્સર્ગના તમામ પ્રાથમિક સ્વરૂપો તેમજ તેમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના ગતિશીલ વર્તનનો મૂળભૂત ભૌતિક સિદ્ધાંત. ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ એ સૈદ્ધાંતિક આધાર છે જેના આધારે અણુઓ, અણુ ન્યુક્લી, પરમાણુઓ અને ભૌતિક શરીરો તેમજ પ્રાથમિક કણો કે જેમાંથી તે બધા બનેલા છે તે અંગેનો આધુનિક સિદ્ધાંત બાંધવામાં આવ્યો છે. ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ એ અણુ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તે સમજવા માંગતા વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા બનાવવામાં આવ્યું હતું. ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ અને ખાસ કરીને રસાયણશાસ્ત્રીઓ દ્વારા ઘણા વર્ષોથી અણુ પ્રક્રિયાઓનો અભ્યાસ કરવામાં આવે છે; આ મુદ્દો રજૂ કરતી વખતે, અમે સિદ્ધાંતની વિગતોમાં ગયા વિના, વિષયના વિકાસના ઐતિહાસિક માર્ગને અનુસરીશું. પણ જુઓએટોમ.
સિદ્ધાંતની ઉત્પત્તિ. જ્યારે ઇ. રધરફોર્ડ અને એન. બોહરે 1911માં પરમાણુના પરમાણુ મોડેલની દરખાસ્ત કરી ત્યારે તે એક ચમત્કાર જેવું હતું. હકીકતમાં, તે એવી વસ્તુમાંથી બનાવવામાં આવી હતી જે 200 વર્ષથી વધુ સમયથી જાણીતી હતી. તે, સારમાં, સૌરમંડળનું કોપરનિકન મોડેલ હતું, જે માઇક્રોસ્કોપિક સ્કેલ પર પુનઃઉત્પાદિત થયું હતું: કેન્દ્રમાં એક ભારે સમૂહ છે, જેને ટૂંક સમયમાં ન્યુક્લિયસ કહેવામાં આવે છે, જેની આસપાસ ઇલેક્ટ્રોન ફરે છે, જેની સંખ્યા અણુના રાસાયણિક ગુણધર્મોને નિર્ધારિત કરે છે. . પરંતુ એટલું જ નહીં, આ દ્રશ્ય મોડેલની પાછળ એક સિદ્ધાંત હતો જેણે પદાર્થોના કેટલાક રાસાયણિક અને ભૌતિક ગુણધર્મોની ગણતરી કરવાનું શક્ય બનાવ્યું, ઓછામાં ઓછા તે નાના અને સૌથી સરળ અણુઓથી બનેલા છે. બોહર-રુથરફોર્ડ સિદ્ધાંતમાં સંખ્યાબંધ જોગવાઈઓ છે જે અહીં યાદ કરવા માટે ઉપયોગી છે, કારણ કે તે તમામ આધુનિક સિદ્ધાંતમાં એક અથવા બીજા સ્વરૂપમાં સાચવવામાં આવી છે. પ્રથમ, અણુને બંધનકર્તા બળોની પ્રકૃતિનો પ્રશ્ન મહત્વપૂર્ણ છે. 18મી સદીથી તે જાણીતું હતું કે વિદ્યુત ચાર્જ થયેલ સંસ્થાઓ એકબીજાને આકર્ષે છે અથવા તેમની વચ્ચેના અંતરના વર્ગના વિપરિત પ્રમાણસર બળ વડે ભગાડે છે. ટેસ્ટ બોડી તરીકે કિરણોત્સર્ગી રૂપાંતરણના પરિણામે આલ્ફા કણોનો ઉપયોગ કરીને, રધરફોર્ડે બતાવ્યું કે વિદ્યુત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો સમાન નિયમ (કુલોમ્બનો કાયદો) જે તે મૂળભૂત રીતે પ્રાયોગિક રીતે સ્થાપિત કરવામાં આવ્યો હતો તેના કરતાં એક મિલિયન મિલિયન ગણા નાના ભીંગડા પર માન્ય છે. પ્લાન્ક અને એ. આઈન્સ્ટાઈન પ્રકાશની પ્રકૃતિ પર, બોહરે ગેસ-ડિસ્ચાર્જ ટ્યુબમાં હાઇડ્રોજન અણુઓમાંથી રેડિયેશનના સમગ્ર સ્પેક્ટ્રમને માત્રાત્મક રીતે સમજાવવામાં અને તત્વોની સામયિક પ્રણાલીના તમામ મૂળભૂત નિયમોની ગુણાત્મક સમજૂતી આપી. 1920 સુધીમાં, ભારે અણુઓના ઉત્સર્જન સ્પેક્ટ્રમની સમસ્યાનો સામનો કરવાનો અને સંયોજનોમાં અણુઓને એકસાથે બાંધતા રાસાયણિક દળોની તીવ્રતાની ગણતરી કરવાનો સમય આવી ગયો હતો. પરંતુ અહીં સફળતાનો ભ્રમ ઓછો થયો. ઘણા વર્ષો સુધી, બોહર અને અન્ય સંશોધકોએ હાઇડ્રોજનની બાજુમાં બે ઇલેક્ટ્રોન સાથેનો સૌથી સરળ અણુ હિલીયમના વર્ણપટની ગણતરી કરવાનો નિષ્ફળ પ્રયાસ કર્યો. શરૂઆતમાં કંઈ જ કામ નહોતું થયું; અંતે, ઘણા સંશોધકોએ આ સમસ્યાને વિવિધ રીતે હલ કરી, પરંતુ જવાબ ખોટો હોવાનું બહાર આવ્યું - તે પ્રયોગનો વિરોધાભાસ કરે છે. પછી તે બહાર આવ્યું કે રાસાયણિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના કોઈપણ સ્વીકાર્ય સિદ્ધાંતનું નિર્માણ કરવું સામાન્ય રીતે અશક્ય હતું. 1920 ના દાયકાની શરૂઆતમાં, બોહરનો સિદ્ધાંત પોતે જ ખતમ થઈ ગયો હતો. બોહરે 1914 માં તેની લાક્ષણિક જટિલ શૈલીમાં મિત્રને લખેલા પત્રમાં કરેલી ભવિષ્યવાણીની ટિપ્પણીની માન્યતાને ઓળખવાનો સમય આવી ગયો છે: “હું માનું છું કે સમસ્યામાં અત્યંત મોટી મુશ્કેલીઓ શામેલ છે, જે ફક્ત તેના દ્વારા જ દૂર થઈ શકે છે. અત્યાર સુધીની આવશ્યકતા કરતાં સામાન્ય વિચારણાઓથી ઘણું આગળ વધી રહ્યું છે, અને અગાઉ પ્રાપ્ત કરેલી સફળતા ફક્ત ધ્યાનમાં લેવામાં આવતી સિસ્ટમોની સરળતાને કારણે હતી."
પણ જુઓ
BOR નીલ્સ હેનરિક ડેવિડ;
પ્રકાશ;
રથરફોર્ડ અર્નેસ્ટ;
સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી.
પ્રથમ પગલાં. બોહરના વિદ્યુત અને મિકેનિક્સ ક્ષેત્રોના પૂર્વ-અસ્તિત્વમાં રહેલા વિચારોના સંયોજનને કારણે ક્વોન્ટાઇઝેશનની સ્થિતિ ખોટા પરિણામો તરફ દોરી જાય છે, આખી વસ્તુ સંપૂર્ણપણે અથવા આંશિક રીતે બદલવી પડી હતી. બોહરના સિદ્ધાંતની મુખ્ય જોગવાઈઓ ઉપર આપવામાં આવી હતી, અને અનુરૂપ ગણતરીઓ માટે તે સામાન્ય બીજગણિત અને ગાણિતિક વિશ્લેષણનો ઉપયોગ કરીને ખૂબ જ જટિલ ગણતરીઓ પૂરતી ન હતી. 1925 માં, યુવાન જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી ડબલ્યુ. હેઈઝનબર્ગે કોપનહેગનમાં બોહરની મુલાકાત લીધી, જ્યાં તેમણે તેમની સાથે લાંબા કલાકો સુધી વાત કરી, બોહરના સિદ્ધાંતમાંથી શું આવશ્યકપણે ભાવિ સિદ્ધાંતમાં શામેલ હોવું જોઈએ તે શોધવામાં આવ્યા, અને સૈદ્ધાંતિક રીતે, શું છોડી શકાય. બોહર અને હેઈઝનબર્ગ તરત જ સંમત થયા હતા કે ભાવિ સિદ્ધાંત એ દરેક વસ્તુનું પ્રતિનિધિત્વ કરવું આવશ્યક છે જે પ્રત્યક્ષ રીતે અવલોકનક્ષમ છે, અને જે બધું અવલોકનક્ષમ નથી તેને બદલી શકાય છે અથવા વિચારણામાંથી બાકાત કરી શકાય છે. શરૂઆતથી જ, હેઈઝનબર્ગ માનતા હતા કે અણુઓ સાચવવા જોઈએ, પરંતુ અણુમાં ઈલેક્ટ્રોનની ભ્રમણકક્ષાને અમૂર્ત વિચાર ગણવો જોઈએ, કારણ કે કોઈ પણ પ્રયોગ માપન પરથી ઈલેક્ટ્રોનની ભ્રમણકક્ષા નક્કી કરી શકતો નથી જે રીતે ભ્રમણકક્ષા માટે કરી શકાય છે. ગ્રહો વાચક કદાચ જોશે કે અહીં એક ચોક્કસ અતાર્કિકતા છે: કડક શબ્દોમાં કહીએ તો, અણુ એ ઇલેક્ટ્રોન ભ્રમણકક્ષાની જેમ સીધું અવલોકનક્ષમ છે, અને સામાન્ય રીતે આસપાસના વિશ્વ વિશેની આપણી ધારણામાં એક પણ સંવેદના નથી કે જેને સમજૂતીની જરૂર નથી. આજકાલ, ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ વધુને વધુ પ્રખ્યાત એફોરિઝમને ટાંકે છે, જે સૌપ્રથમ આઈન્સ્ટાઈન દ્વારા હાઈઝનબર્ગ સાથેની વાતચીતમાં ઉચ્ચારવામાં આવી હતી: "આપણે શું અવલોકન કરીએ છીએ, સિદ્ધાંત આપણને કહે છે." આમ, અવલોકનક્ષમ અને અવલોકનક્ષમ જથ્થાઓ વચ્ચેનો ભેદ સંપૂર્ણપણે વ્યવહારુ પ્રકૃતિનો છે, જેનું કડક તર્ક અથવા મનોવિજ્ઞાનમાં કોઈ વાજબીપણું નથી, અને આ તફાવત, ભલે તે કેવી રીતે બનાવવામાં આવે, તેને સિદ્ધાંતના જ એક ભાગ તરીકે ગણવામાં આવવો જોઈએ. તેથી, અવલોકનક્ષમ દરેક વસ્તુથી શુદ્ધ થિયરીનો હાઇઝનબર્ગ આદર્શ વિચારની ચોક્કસ દિશા છે, પરંતુ કોઈપણ રીતે સુસંગત વૈજ્ઞાનિક અભિગમ નથી. તેમ છતાં, તે પ્રથમ ઘડવામાં આવ્યા પછી લગભગ અડધી સદી સુધી અણુ સિદ્ધાંત પર પ્રભુત્વ ધરાવે છે. અમે બોહરના પ્રારંભિક મોડલના ઘટક તત્વોને યાદ કરી ચુક્યા છીએ, જેમ કે ઇલેક્ટ્રિક ફોર્સ માટે કુલોમ્બનો કાયદો, ન્યુટનના ડાયનેમિક્સના નિયમો અને બીજગણિતના સામાન્ય નિયમો. સૂક્ષ્મ પૃથ્થકરણ દ્વારા, હેઈઝનબર્ગે બતાવ્યું કે ન્યુટોનિયન ડાયનેમિક્સ માટે યોગ્ય અભિવ્યક્તિ શોધીને અને પછી બીજગણિતના નિયમોમાં ફેરફાર કરીને વીજળી અને ગતિશાસ્ત્રના જાણીતા નિયમોને સાચવવાનું શક્ય હતું. ખાસ કરીને, હેઇઝનબર્ગે સૂચવ્યું કે ઇલેક્ટ્રોનની સ્થિતિ q કે વેગ p બંને એ અર્થમાં માપી શકાય તેવા જથ્થાઓ નથી કે જેમાં, ઉદાહરણ તરીકે, કારની સ્થિતિ અને વેગ છે, જો આપણે ઇચ્છીએ તો, અમે તેને સાચવી શકીએ છીએ. માત્ર તેમને અક્ષરો દ્વારા રજૂ કરવામાં આવતા ગાણિતિક પ્રતીકો તરીકે ગણીને સિદ્ધાંત, પરંતુ સંખ્યાઓ નહીં. તેમણે p અને q માટે બીજગણિતીય નિયમો અપનાવ્યા, જે મુજબ ઉત્પાદન pq ઉત્પાદન qp સાથે મેળ ખાતો નથી. હેઈઝનબર્ગે બતાવ્યું કે અણુ પ્રણાલીઓની સરળ ગણતરીઓ સ્વીકાર્ય પરિણામો આપે છે જો આપણે ધારીએ કે સ્થિતિ q અને ગતિ p સંબંધને સંતોષે છે.

જ્યાં h એ પ્લાન્કનું સ્થિરાંક છે, જે રેડિયેશનના ક્વોન્ટમ સિદ્ધાંતથી પહેલેથી જ જાણીતું છે અને બોહરના સિદ્ધાંતમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે, એ. પ્લાન્કનો સતત h એ એક સામાન્ય સંખ્યા છે, પરંતુ ખૂબ જ નાની, આશરે 6.6×10-34 J*s. આમ, જો p અને q એ સામાન્ય સ્કેલ પર જથ્થાઓ છે, તો આ ઉત્પાદનોની સરખામણીમાં pq અને qp ઉત્પાદનો વચ્ચેનો તફાવત અત્યંત નાનો હશે, જેથી p અને q ને સામાન્ય સંખ્યાઓ ગણી શકાય. માઇક્રોસ્કોપિક વિશ્વની ઘટનાઓનું વર્ણન કરવા માટે રચાયેલ, હાઇઝનબર્ગનો સિદ્ધાંત મેક્રોસ્કોપિક પદાર્થો પર લાગુ કરવામાં આવે ત્યારે ન્યુટોનિયન મિકેનિક્સ સાથે લગભગ સંપૂર્ણપણે સુસંગત છે. પહેલેથી જ હેઇઝનબર્ગના પ્રારંભિક કાર્યોમાં, તે બતાવવામાં આવ્યું હતું કે, નવા સિદ્ધાંતની ભૌતિક સામગ્રીની અનિશ્ચિતતા હોવા છતાં, તે ક્વોન્ટમ ઘટના (ઉદાહરણ તરીકે, અણુ દ્વારા પ્રકાશનું ઉત્સર્જન) ની લાક્ષણિકતા અલગ ઊર્જા અવસ્થાઓના અસ્તિત્વની આગાહી કરે છે. ગોટિંગેનમાં એમ. બોર્ન અને પી. જોર્ડન સાથે સંયુક્ત રીતે હાથ ધરવામાં આવેલા કામમાં, હેઈઝનબર્ગે સિદ્ધાંતનું ઔપચારિક ગાણિતિક ઉપકરણ વિકસાવ્યું. વ્યવહારિક ગણતરીઓ, જોકે, અત્યંત મુશ્કેલ રહી. કેટલાક અઠવાડિયાની સખત મહેનત પછી, ડબલ્યુ. પાઉલીએ હાઇડ્રોજન અણુના ઉર્જા સ્તરો માટે એક સૂત્ર મેળવ્યું, જે બોહરના સૂત્ર સાથે મેળ ખાય છે. પરંતુ ગણતરીઓ સરળ કરી શકાય તે પહેલાં, નવા અને સંપૂર્ણપણે અનપેક્ષિત વિચારો દેખાયા. પણ જુઓ
બીજગણિત અમૂર્ત;
બાર સતત છે.
કણો અને તરંગો. 1920 સુધીમાં, ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ પહેલાથી જ પ્રકાશની દ્વિ પ્રકૃતિથી ખૂબ પરિચિત હતા: પ્રકાશ સાથેના કેટલાક પ્રયોગોના પરિણામોને એમ ધારીને સમજાવી શકાય છે કે પ્રકાશ તરંગો છે, જ્યારે અન્યમાં તે કણોના પ્રવાહની જેમ વર્તે છે. કારણ કે તે સ્પષ્ટ લાગતું હતું કે એક જ સમયે તરંગ અને કણ બંને હોઈ શકે નહીં, પરિસ્થિતિ અસ્પષ્ટ રહી, જેના કારણે નિષ્ણાતોમાં ઉગ્ર ચર્ચા થઈ. 1923 માં, ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રી એલ. ડી બ્રોગ્લીએ, તેમની પ્રકાશિત નોંધોમાં સૂચવ્યું હતું કે આવી વિરોધાભાસી વર્તણૂક પ્રકાશ માટે વિશિષ્ટ ન હોઈ શકે, પરંતુ દ્રવ્ય પણ કેટલાક કિસ્સાઓમાં કણોની જેમ અને અન્યમાં તરંગોની જેમ વર્તે છે. સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતના આધારે, ડી બ્રોગ્લીએ બતાવ્યું કે જો કણની ગતિ p બરાબર હોય, તો આ કણ સાથે "સંકળાયેલ" તરંગની તરંગલંબાઇ l = h/p હોવી જોઈએ. આ સંબંધ પ્રકાશ ક્વોન્ટમ Eની ઉર્જા અને અનુરૂપ તરંગની આવર્તન n વચ્ચે પ્લાન્ક અને આઈન્સ્ટાઈન દ્વારા સૌપ્રથમ મેળવેલા સંબંધ E = hn જેવો જ છે. ડી બ્રોગ્લીએ એ પણ દર્શાવ્યું હતું કે આ પૂર્વધારણાને પ્રકાશની તરંગ પ્રકૃતિ દર્શાવતા પ્રયોગોમાં સરળતાથી ચકાસી શકાય છે, અને તેણે આવા પ્રયોગો હાથ ધરવા માટે સતત હાકલ કરી હતી. ડી બ્રોગલીની નોંધોએ આઈન્સ્ટાઈનનું ધ્યાન આકર્ષિત કર્યું અને 1927 સુધીમાં યુનાઈટેડ સ્ટેટ્સમાં કે. ડેવિસન અને એલ. જર્મર તેમજ ઈંગ્લેન્ડમાં જે. થોમસને માત્ર ડી બ્રોગલીના ઈલેક્ટ્રોન માટેના મૂળભૂત વિચારને જ નહીં, પણ તરંગલંબાઈ માટેના તેમના સૂત્રની પણ પુષ્ટિ કરી. 1926 માં, ઑસ્ટ્રિયન ભૌતિકશાસ્ત્રી ઇ. શ્રોડિન્જર, જેઓ તે સમયે ઝુરિચમાં કામ કરતા હતા, તેમણે ડી બ્રોગલીના કાર્ય વિશે સાંભળ્યું અને તેની પુષ્ટિ કરતા પ્રયોગોના પ્રારંભિક પરિણામો, ચાર લેખો પ્રકાશિત કર્યા જેમાં તેમણે એક નવો સિદ્ધાંત રજૂ કર્યો, જે એક નક્કર ગાણિતિક સમર્થન હતું. આ વિચારો. ઓપ્ટિક્સના ઇતિહાસમાં આ પરિસ્થિતિનું એનાલોગ છે. પ્રકાશ ચોક્કસ લંબાઇની તરંગ છે તેવો વિશ્વાસ માત્ર પ્રકાશના વર્તનનું વિગતવાર વર્ણન કરવા માટે પૂરતો નથી. જે. મેક્સવેલ દ્વારા મેળવેલા વિભેદક સમીકરણો લખવા અને ઉકેલવા પણ જરૂરી છે, જે દ્રવ્ય સાથે પ્રકાશની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની પ્રક્રિયાઓ અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રના સ્વરૂપમાં અવકાશમાં પ્રકાશના પ્રસારનું વિગતવાર વર્ણન કરે છે. શ્રોડિન્ગરે ડી બ્રોગ્લીના દ્રવ્ય તરંગો માટે એક વિભેદક સમીકરણ લખ્યું, જે પ્રકાશ માટે મેક્સવેલના સમીકરણો જેવું જ હતું. એક કણ માટે શ્રોડિંગર સમીકરણનું સ્વરૂપ છે

જ્યાં m એ કણનો સમૂહ છે, E એ તેની કુલ ઊર્જા છે, V(x) એ સંભવિત ઊર્જા છે, અને y એ ઇલેક્ટ્રોન તરંગનું વર્ણન કરતી માત્રા છે. કાગળોની શ્રેણીમાં, શ્રોડિન્ગરે બતાવ્યું કે કેવી રીતે તેમના સમીકરણનો ઉપયોગ હાઇડ્રોજન અણુના ઉર્જા સ્તરની ગણતરી કરવા માટે થઈ શકે છે. તેમણે એ પણ પ્રસ્થાપિત કર્યું કે લગભગ સમસ્યાઓ હલ કરવાની સરળ અને અસરકારક રીતો છે જે બરાબર ઉકેલી શકાતી નથી, અને દ્રવ્ય તરંગોનો તેમનો સિદ્ધાંત ગાણિતિક રીતે સંપૂર્ણપણે હેઈઝનબર્ગના અવલોકનક્ષમ બીજગણિત સિદ્ધાંતની સમકક્ષ હતો અને તમામ કિસ્સાઓમાં સમાન પરિણામો તરફ દોરી જાય છે. યુનિવર્સિટી ઓફ કેમ્બ્રિજના પી. ડીરાકે દર્શાવ્યું હતું કે હેઈઝનબર્ગ અને શ્રોડિન્ગરના સિદ્ધાંતો સિદ્ધાંતના ઘણા સંભવિત સ્વરૂપોમાંથી માત્ર બે જ રજૂ કરે છે. ડિરાક ટ્રાન્સફોર્મેશનનો સિદ્ધાંત, જેમાં સંબંધ (1) નિર્ણાયક ભૂમિકા ભજવે છે, ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સની સ્પષ્ટ સામાન્ય રચના પ્રદાન કરે છે, જે તેના અન્ય તમામ ફોર્મ્યુલેશનને વિશિષ્ટ કેસ તરીકે આવરી લે છે. ડિરાકે ટૂંક સમયમાં જ એ દર્શાવીને એક અણધારી રીતે મોટી સફળતા હાંસલ કરી કે કેવી રીતે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ અત્યંત ઊંચી ઝડપના ક્ષેત્રમાં સામાન્યીકરણ કરે છે, એટલે કે. સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતની જરૂરિયાતોને સંતોષે તેવું સ્વરૂપ ધારણ કરે છે. ધીરે ધીરે તે સ્પષ્ટ થઈ ગયું કે ઘણા સાપેક્ષ તરંગ સમીકરણો છે, જેમાંથી દરેક નીચા વેગના કિસ્સામાં શ્રોડિન્જર સમીકરણ દ્વારા અંદાજિત કરી શકાય છે, અને આ સમીકરણો સંપૂર્ણપણે અલગ પ્રકારના કણોનું વર્ણન કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, કણોમાં વિવિધ "સ્પીન" હોઈ શકે છે; આ ડિરેકના સિદ્ધાંત દ્વારા પ્રદાન કરવામાં આવ્યું છે. વધુમાં, સાપેક્ષવાદના સિદ્ધાંત મુજબ, દરેક કણ એ વિદ્યુત ચાર્જના વિરોધી ચિહ્ન સાથે એન્ટિપાર્ટિકલને અનુરૂપ હોવા જોઈએ. ડીરાકનું કાર્ય પ્રકાશિત થયું તે સમયે, માત્ર ત્રણ પ્રાથમિક કણો જાણીતા હતા: ફોટોન, ઇલેક્ટ્રોન અને પ્રોટોન. 1932 માં, ઇલેક્ટ્રોનનું એન્ટિપાર્ટિકલ, પોઝિટ્રોન, શોધાયું હતું. પછીના કેટલાક દાયકાઓમાં, અન્ય ઘણા એન્ટિપાર્ટિકલ્સની શોધ થઈ, જેમાંથી મોટાભાગના ડિરાક સમીકરણ અથવા તેના સામાન્યીકરણને સંતોષવા માટે બહાર આવ્યા. ઉત્કૃષ્ટ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓના પ્રયત્નો દ્વારા 1925-1928 માં બનાવવામાં આવેલ ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ, ત્યારથી તેના મૂળભૂત બાબતોમાં કોઈ નોંધપાત્ર ફેરફારો થયા નથી.
પણ જુઓએન્ટિ-મેટર.
અરજીઓ.ભૌતિકશાસ્ત્ર, જીવવિજ્ઞાન, રસાયણશાસ્ત્ર અને એન્જિનિયરિંગની તમામ શાખાઓ જેમાં નાના ભીંગડા પર દ્રવ્યના ગુણધર્મો નોંધપાત્ર છે તે હવે વ્યવસ્થિત રીતે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ તરફ વળે છે. ચાલો થોડા ઉદાહરણો આપીએ. અણુ ન્યુક્લિયસથી સૌથી દૂર ઇલેક્ટ્રોન ભ્રમણકક્ષાની રચનાનો વ્યાપક અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે. ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સની પદ્ધતિઓ મોલેક્યુલર સ્ટ્રક્ચરની સમસ્યાઓ પર લાગુ કરવામાં આવી હતી, જે રસાયણશાસ્ત્રમાં ક્રાંતિ તરફ દોરી જાય છે. પરમાણુઓની રચના અણુઓના રાસાયણિક બંધન દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, અને આજે આ ક્ષેત્રમાં ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના સતત ઉપયોગથી ઉદ્ભવતી જટિલ સમસ્યાઓ કોમ્પ્યુટરની મદદથી ઉકેલવામાં આવે છે. ઘન પદાર્થોના સ્ફટિક બંધારણના સિદ્ધાંત અને ખાસ કરીને સ્ફટિકોના વિદ્યુત ગુણધર્મોના સિદ્ધાંતે ખૂબ ધ્યાન આકર્ષિત કર્યું છે. વ્યવહારુ પરિણામો પ્રભાવશાળી છે: ઉદાહરણોમાં લેસર અને ટ્રાન્ઝિસ્ટરની શોધ, તેમજ સુપરકન્ડક્ટિવિટીની ઘટનાને સમજાવવામાં નોંધપાત્ર પ્રગતિનો સમાવેશ થાય છે.
પણ જુઓ
સોલિડ સ્ટેટ ફિઝિક્સ;
લેસર ;
ટ્રાંઝિસ્ટર;
સુપરકન્ડક્ટિવિટી. ઘણી સમસ્યાઓનો હજુ ઉકેલ આવ્યો નથી. આ અણુ ન્યુક્લિયસ અને પાર્ટિકલ ફિઝિક્સના બંધારણની ચિંતા કરે છે. સમય સમય પર ચર્ચા કરવામાં આવે છે કે શું પ્રાથમિક કણ ભૌતિકશાસ્ત્રની સમસ્યાઓ ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના અવકાશની બહાર છે, જેમ કે અણુઓની રચના ન્યૂટોનિયન ગતિશાસ્ત્રના અવકાશની બહાર હતી. જો કે, હજુ પણ એવા કોઈ સંકેત નથી કે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના સિદ્ધાંતો અથવા ફિલ્ડ ડાયનેમિક્સના ક્ષેત્રમાં તેના સામાન્યીકરણો ક્યાંય પણ અયોગ્ય હોવાનું બહાર આવ્યું છે. અડધી સદી કરતાં પણ વધુ સમયથી, ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ એક અનન્ય "સ્પષ્ટીકરણ શક્તિ" સાથેનું એક વૈજ્ઞાનિક સાધન રહ્યું છે અને તેને તેના ગાણિતિક બંધારણમાં નોંધપાત્ર ફેરફારોની જરૂર નથી. તેથી તે આશ્ચર્યજનક લાગે છે કે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના ભૌતિક અર્થ અને તેના અર્થઘટન વિશે હજુ પણ તીવ્ર ચર્ચા (નીચે જુઓ) છે.
પણ જુઓ
અણુ માળખું;
અણુ ન્યુક્લિયસ માળખું;
મોલેક્યુલ સ્ટ્રક્ચર;
પ્રાથમિક કણો.
ભૌતિક અર્થ વિશે પ્રશ્ન.તરંગ-કણ દ્વૈત, પ્રયોગમાં ખૂબ સ્પષ્ટ છે, તે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના ગાણિતિક ઔપચારિકતાના ભૌતિક અર્થઘટનમાં સૌથી મુશ્કેલ સમસ્યાઓમાંથી એક બનાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, તરંગ કાર્યને ધ્યાનમાં લો જે અવકાશમાં મુક્તપણે ફરતા કણનું વર્ણન કરે છે. કણનો પરંપરાગત વિચાર, અન્ય વસ્તુઓની સાથે, ધારે છે કે તે ચોક્કસ ગતિ સાથે ચોક્કસ ગતિ સાથે આગળ વધે છે. વેવ ફંક્શનને ડી બ્રોગ્લી તરંગલંબાઇ l = h/p સોંપવામાં આવે છે, પરંતુ આ તરંગની લાક્ષણિકતા છે જે અવકાશમાં અનંત છે અને તેથી તે કણના સ્થાન વિશે માહિતી ધરાવતું નથી. તરંગ કાર્ય કે જે Dx ની લંબાઈ સાથે અવકાશના ચોક્કસ પ્રદેશમાં કણને સ્થાનીકૃત કરે છે તે મોમેન્ટાના અનુરૂપ સમૂહ સાથે તરંગોના સુપરપોઝિશન (પેકેટ) સ્વરૂપમાં બનાવવામાં આવી શકે છે, અને જો આવેગની ઇચ્છિત શ્રેણી Dp જેટલી હોય. , પછી તે બતાવવાનું એકદમ સરળ છે કે Dx અને Dp ના મૂલ્યો માટે DxDp і સંતુષ્ટ હોવા જોઈએ h/4p. આ સંબંધ, સૌપ્રથમ 1927 માં હેઇઝનબર્ગ દ્વારા મેળવેલો, જાણીતા અનિશ્ચિતતા સિદ્ધાંતને વ્યક્ત કરે છે: x અને p બે ચલોમાંથી એક વધુ ચોક્કસ રીતે નિર્દિષ્ટ કરવામાં આવે છે, સિદ્ધાંત ઓછો સચોટ એક બીજાને નિર્ધારિત કરવાની મંજૂરી આપે છે.

કોલિયર્સ એનસાયક્લોપીડિયા. - ઓપન સોસાયટી. 2000 .

ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના મૂળભૂત સિદ્ધાંતો ડબલ્યુ. હેઈઝનબર્ગનો અનિશ્ચિતતા સિદ્ધાંત અને એન. બોહરનો પૂરક સિદ્ધાંત છે.

અનિશ્ચિતતાના સિદ્ધાંત મુજબ, એક સાથે કણોનું સ્થાન અને તેની ગતિને ચોક્કસ રીતે નક્કી કરવી અશક્ય છે. કણનું સ્થાન, અથવા સંકલન વધુ ચોક્કસ રીતે નક્કી કરવામાં આવે છે, તેની ગતિ વધુ અનિશ્ચિત બને છે. તેનાથી વિપરીત, આવેગને જેટલી ચોક્કસ રીતે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે, તેટલું જ તેનું સ્થાન અનિશ્ચિત રહે છે.

આ સિદ્ધાંતને દખલ પર ટી. જંગના પ્રયોગનો ઉપયોગ કરીને સમજાવી શકાય છે. આ પ્રયોગ દર્શાવે છે કે જ્યારે પ્રકાશ અપારદર્શક સ્ક્રીનમાં બે નજીકથી અંતરે આવેલા નાના છિદ્રોની સિસ્ટમમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે તે રેક્ટિલીયરીલી પ્રચાર કરતા કણોની જેમ નહીં, પરંતુ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતા તરંગોની જેમ વર્તે છે, જેના પરિણામે સ્ક્રીનની પાછળ સ્થિત સપાટી પર દખલગીરીની પેટર્ન દેખાય છે. વૈકલ્પિક પ્રકાશ અને શ્યામ પટ્ટાઓના સ્વરૂપમાં જો એક સમયે માત્ર એક જ છિદ્ર ખુલ્લો રહે છે, તો ફોટોન વિતરણની દખલગીરી અદૃશ્ય થઈ જાય છે.

તમે નીચેના વિચાર પ્રયોગનો ઉપયોગ કરીને આ પ્રયોગના પરિણામોનું વિશ્લેષણ કરી શકો છો. ઇલેક્ટ્રોનનું સ્થાન નક્કી કરવા માટે, તે પ્રકાશિત હોવું આવશ્યક છે, એટલે કે, ફોટોન તેના પર નિર્દેશિત હોવું આવશ્યક છે. બે પ્રાથમિક કણોની અથડામણની ઘટનામાં, અમે ઇલેક્ટ્રોનના કોઓર્ડિનેટ્સની ચોક્કસ ગણતરી કરી શકીશું (અથડામણની ક્ષણે તે સ્થાન જ્યાં હતું તે નિર્ધારિત છે). જો કે, અથડામણના પરિણામે, ઇલેક્ટ્રોન અનિવાર્યપણે તેના માર્ગને બદલશે, કારણ કે અથડામણના પરિણામે, ફોટોનમાંથી વેગ તેમાં સ્થાનાંતરિત થશે. તેથી, જો આપણે ઇલેક્ટ્રોનનું સંકલન ચોક્કસ રીતે નક્કી કરીએ, તો તે જ સમયે આપણે તેના અનુગામી ચળવળના માર્ગનું જ્ઞાન ગુમાવીશું. ઇલેક્ટ્રોન અને ફોટોન વચ્ચેની અથડામણનો વિચાર પ્રયોગ યંગના પ્રયોગમાંના એક છિદ્રને બંધ કરવા સમાન છે: ફોટોન સાથેની અથડામણ એ સ્ક્રીનમાંના એક છિદ્રને બંધ કરવા સમાન છે: આ ઘટનામાં બંધ થવા પર, દખલગીરીની પેટર્ન નાશ પામે છે અથવા (જે સમાન વસ્તુ છે) ઇલેક્ટ્રોનનો માર્ગ અનિશ્ચિત બની જાય છે.

અનિશ્ચિતતા સિદ્ધાંતનો અર્થ. અનિશ્ચિતતા સંબંધનો અર્થ એ છે કે શાસ્ત્રીય ન્યુટોનિયન ડાયનેમિક્સના સિદ્ધાંતો અને નિયમોનો ઉપયોગ સૂક્ષ્મ-ઓબ્જેક્ટો સાથે સંકળાયેલી પ્રક્રિયાઓનું વર્ણન કરવા માટે કરી શકાતો નથી.

અનિવાર્યપણે, આ સિદ્ધાંતનો અર્થ થાય છે નિર્ધારણવાદનો અસ્વીકાર અને સૂક્ષ્મ-વસ્તુઓને સંડોવતા પ્રક્રિયાઓમાં રેન્ડમનેસની મૂળભૂત ભૂમિકાની માન્યતા. શાસ્ત્રીય વર્ણનમાં, અવ્યવસ્થિતતાના ખ્યાલનો ઉપયોગ આંકડાકીય જોડાણના ઘટકોના વર્તનનું વર્ણન કરવા માટે થાય છે અને સમસ્યાના ઉકેલને સરળ બનાવવાના નામે વર્ણનની સંપૂર્ણતાનો ઇરાદાપૂર્વકનો બલિદાન છે. માઇક્રોવર્લ્ડમાં, ઑબ્જેક્ટ્સના વર્તનની સચોટ આગાહી, શાસ્ત્રીય વર્ણન માટે પરંપરાગત તેના પરિમાણોના મૂલ્યો આપવી, સામાન્ય રીતે અશક્ય છે. આ વિશે હજુ પણ જીવંત ચર્ચાઓ છે: શાસ્ત્રીય નિર્ધારણવાદના અનુયાયીઓ, પ્રાયોગિક ગણતરીઓ માટે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના સમીકરણોનો ઉપયોગ કરવાની સંભાવનાને નકારી કાઢ્યા વિના, સૂક્ષ્મ વર્તણૂકને સંચાલિત કરતા કાયદાઓની અમારી અધૂરી સમજના પરિણામને ધ્યાનમાં લે છે તે રેન્ડમનેસમાં જુઓ. -ઓબ્જેક્ટ્સ જે હજુ પણ આપણા માટે અણધારી છે. A. આઈન્સ્ટાઈન આ અભિગમના સમર્થક હતા. આધુનિક પ્રાકૃતિક વિજ્ઞાનના સ્થાપક હોવાને કારણે, જેમણે શાસ્ત્રીય અભિગમની દેખીતી રીતે અવિશ્વસનીય સ્થિતિઓને સુધારવાની હિંમત કરી હતી, તેમણે કુદરતી વિજ્ઞાનમાં નિર્ધારણના સિદ્ધાંતને છોડી દેવાનું શક્ય માન્યું ન હતું. આ મુદ્દા પર એ. આઈન્સ્ટાઈન અને તેમના સમર્થકોની સ્થિતિ એક જાણીતા અને ખૂબ જ અલંકારિક નિવેદનમાં ઘડી શકાય છે કે ભગવાનના અસ્તિત્વમાં વિશ્વાસ કરવો ખૂબ જ મુશ્કેલ છે, જે દરેક વખતે સૂક્ષ્મ વર્તન વિશે નિર્ણય લેવા માટે પાસા ફેંકે છે. -વસ્તુઓ. જો કે, આજ સુધી, કોઈ પ્રાયોગિક તથ્યો શોધવામાં આવ્યાં નથી જે આંતરિક પદ્ધતિઓના અસ્તિત્વને સૂચવે છે જે માઇક્રોઓબ્જેક્ટ્સના "રેન્ડમ" વર્તનને નિયંત્રિત કરે છે.

તે પર ભાર મૂકવો જોઈએ કે અનિશ્ચિતતા સિદ્ધાંત માપવાના સાધનોની રચનામાં કોઈપણ ખામીઓ સાથે સંકળાયેલ નથી. એવું ઉપકરણ બનાવવું મૂળભૂત રીતે અશક્ય છે જે માઇક્રોપાર્ટિકલની સ્થિતિ અને ગતિને સમાન રીતે સચોટ રીતે માપે. અનિશ્ચિતતાનો સિદ્ધાંત પ્રકૃતિના તરંગ-કણ દ્વૈતવાદ દ્વારા પ્રગટ થાય છે.

તે અનિશ્ચિતતાના સિદ્ધાંતને અનુસરે છે કે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ શાસ્ત્રીય પ્રાકૃતિક વિજ્ઞાનમાં અનુમાનિત, પદાર્થોના માપન અને અવલોકનો અને તેમની સાથે થતી પ્રક્રિયાઓ કે જે અભ્યાસ હેઠળની સિસ્ટમના ઉત્ક્રાંતિને અસર કરતી નથી તે મૂળભૂત શક્યતાને નકારી કાઢે છે.

અનિશ્ચિતતાનો સિદ્ધાંત એ પૂરકતાના વધુ સામાન્ય સિદ્ધાંતનો વિશેષ કેસ છે. પૂરકતાના સિદ્ધાંતથી તે અનુસરે છે કે જો કોઈપણ પ્રયોગમાં આપણે ભૌતિક ઘટનાની એક બાજુનું અવલોકન કરી શકીએ છીએ, તો તે જ સમયે આપણે ઘટનાની પ્રથમ બાજુની વધારાની બાજુનું અવલોકન કરવાની તકથી વંચિત રહીએ છીએ. વધારાના ગુણધર્મો કે જે ફક્ત પરસ્પર વિશિષ્ટ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ હાથ ધરવામાં આવેલા વિવિધ પ્રયોગોમાં દેખાય છે તે કણની સ્થિતિ અને ગતિ, પદાર્થ અથવા રેડિયેશનની તરંગ અને કોર્પસ્ક્યુલર પ્રકૃતિ હોઈ શકે છે.

ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સમાં સુપરપોઝિશનનો સિદ્ધાંત મહત્વપૂર્ણ છે. સુપરપોઝિશનનો સિદ્ધાંત (લાદવાનો સિદ્ધાંત) એ ધારણા છે કે પરિણામી અસર દરેક પ્રભાવિત ઘટનાને કારણે થતી અસરોના સરવાળાને અલગથી રજૂ કરે છે. સૌથી સરળ ઉદાહરણોમાંનું એક સમાંતરગ્રામ નિયમ છે, જે મુજબ શરીર પર કાર્ય કરતી બે શક્તિઓ ઉમેરવામાં આવે છે. માઇક્રોવર્લ્ડમાં, સુપરપોઝિશન સિદ્ધાંત એ મૂળભૂત સિદ્ધાંત છે, જે અનિશ્ચિતતા સિદ્ધાંત સાથે, ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના ગાણિતિક ઉપકરણનો આધાર બનાવે છે. રિલેટિવિસ્ટિક ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સમાં, જે પ્રાથમિક કણોના પરસ્પર પરિવર્તનને ધારે છે, સુપરપોઝિશનના સિદ્ધાંતને સુપરસિલેકશનના સિદ્ધાંત દ્વારા પૂરક બનાવવો આવશ્યક છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઇલેક્ટ્રોન અને પોઝીટ્રોનના વિનાશ દરમિયાન, સુપરપોઝિશનના સિદ્ધાંતને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જના સંરક્ષણના સિદ્ધાંત દ્વારા પૂરક બનાવવામાં આવે છે - રૂપાંતર પહેલાં અને પછી, કણોના ચાર્જનો સરવાળો સતત હોવો જોઈએ. ઈલેક્ટ્રોન અને પોઝીટ્રોનનો ચાર્જ સમાન અને પરસ્પર વિરોધી હોવાથી, એક ચાર્જ વગરનો કણો ઉભો થવો જોઈએ, જે આ વિનાશની પ્રક્રિયામાં જન્મેલ ફોટોન છે.

જો તમને અચાનક સમજાયું કે તમે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સની મૂળભૂત બાબતો અને ધારણાઓ ભૂલી ગયા છો અથવા તે કયા પ્રકારનું મિકેનિક્સ છે તે પણ જાણતા નથી, તો આ માહિતીની તમારી યાદશક્તિને તાજી કરવાનો સમય છે. છેવટે, કોઈને ખબર નથી કે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ જીવનમાં ક્યારે ઉપયોગી થઈ શકે છે.

તે નિરર્થક છે કે તમે સ્મિત કરો છો અને ઉપહાસ કરો છો, એ વિચારીને કે તમારે તમારા જીવનમાં આ વિષય સાથે ક્યારેય વ્યવહાર કરવો પડશે નહીં. છેવટે, ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ લગભગ દરેક વ્યક્તિ માટે ઉપયોગી થઈ શકે છે, તે પણ જે તેનાથી અનંત દૂર છે. ઉદાહરણ તરીકે, તમને અનિદ્રા છે. ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ માટે આ કોઈ સમસ્યા નથી! સૂતા પહેલા પાઠ્યપુસ્તક વાંચો - અને તમે ત્રીજા પૃષ્ઠ પર ઊંડી ઊંઘમાં પડી જશો. અથવા તમે તમારા કૂલ રોક બેન્ડને કૉલ કરી શકો છો. કેમ નહીં?

જોક્સ બાજુ પર રાખીને, ચાલો એક ગંભીર ક્વોન્ટમ વાતચીત શરૂ કરીએ.

ક્યાંથી શરૂઆત કરવી? અલબત્ત, ક્વોન્ટમ શું છે તેની સાથે શરૂ થાય છે.

ક્વોન્ટમ

ક્વોન્ટમ (લેટિન ક્વોન્ટમમાંથી - "કેટલું") એ અમુક ભૌતિક જથ્થાનો અવિભાજ્ય ભાગ છે. ઉદાહરણ તરીકે, તેઓ કહે છે - પ્રકાશનું પ્રમાણ, ઊર્જાનું પ્રમાણ અથવા ક્ષેત્રનું પ્રમાણ.

તેનો અર્થ શું છે? આનો અર્થ એ છે કે તે ફક્ત ઓછું ન હોઈ શકે. જ્યારે તેઓ કહે છે કે અમુક જથ્થાનું પરિમાણ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તેઓ સમજે છે કે આ જથ્થો સંખ્યાબંધ વિશિષ્ટ, અલગ મૂલ્યો લે છે. આમ, અણુમાં ઇલેક્ટ્રોનની ઉર્જાનું પરિમાણ કરવામાં આવે છે, પ્રકાશ "ભાગો" માં વિતરિત થાય છે, એટલે કે ક્વોન્ટામાં.

"ક્વોન્ટમ" શબ્દના ઘણા ઉપયોગો છે. પ્રકાશનું પ્રમાણ (ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર) એ ફોટોન છે. સાદ્રશ્ય દ્વારા, ક્વોન્ટા એ અન્ય ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ક્ષેત્રોને અનુરૂપ કણો અથવા ક્વાસિપાર્ટિકલ્સ છે. અહીં આપણે પ્રસિદ્ધ હિગ્સ બોસોનને યાદ કરી શકીએ છીએ, જે હિગ્સ ક્ષેત્રનું એક પરિમાણ છે. પરંતુ અમે હજુ આ જંગલોમાં નથી જઈ રહ્યા.

મિકેનિક્સ ક્વોન્ટમ કેવી રીતે હોઈ શકે?

જેમ તમે પહેલેથી જ નોંધ્યું છે, અમારી વાતચીતમાં અમે ઘણી વખત કણોનો ઉલ્લેખ કર્યો છે. તમે કદાચ એ હકીકતથી ટેવાયેલા હશો કે પ્રકાશ એક તરંગ છે જે ફક્ત ઝડપે પ્રસરે છે સાથે . પરંતુ જો તમે ક્વોન્ટમ વિશ્વના દૃષ્ટિકોણથી દરેક વસ્તુને જુઓ, એટલે કે, કણોની દુનિયા, તો દરેક વસ્તુ માન્યતાની બહાર બદલાય છે.

ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ એ સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકશાસ્ત્રની એક શાખા છે, ક્વોન્ટમ સિદ્ધાંતનું એક ઘટક જે સૌથી પ્રાથમિક સ્તરે ભૌતિક ઘટનાઓનું વર્ણન કરે છે - કણોનું સ્તર.

આવી ઘટનાની અસર પ્લાન્કના સ્થિરાંક સાથે તીવ્રતામાં તુલનાત્મક છે, અને ન્યૂટનના ક્લાસિકલ મિકેનિક્સ અને ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સ તેમનું વર્ણન કરવા માટે સંપૂર્ણપણે અયોગ્ય હોવાનું બહાર આવ્યું છે. ઉદાહરણ તરીકે, શાસ્ત્રીય સિદ્ધાંત મુજબ, ન્યુક્લિયસની આસપાસ ઊંચી ઝડપે ફરતા ઈલેક્ટ્રોનને ઉર્જા ફેલાવવી જોઈએ અને છેવટે ન્યુક્લિયસ પર પડવું જોઈએ. આ, જેમ આપણે જાણીએ છીએ, થતું નથી. તેથી જ ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સની શોધ કરવામાં આવી હતી - શોધાયેલ ઘટનાને કોઈક રીતે સમજાવવી પડી હતી, અને તે ચોક્કસપણે તે સિદ્ધાંત હોવાનું બહાર આવ્યું છે જેમાં સમજૂતી સૌથી સ્વીકાર્ય હતી, અને તમામ પ્રાયોગિક ડેટા "કન્વર્જ્ડ" હતા.

માર્ગ દ્વારા! અમારા વાચકો માટે હવે 10% ડિસ્કાઉન્ટ છે

થોડો ઇતિહાસ

ક્વોન્ટમ થિયરીનો જન્મ 1900 માં થયો હતો, જ્યારે મેક્સ પ્લાન્ક જર્મન ફિઝિકલ સોસાયટીની મીટિંગમાં બોલ્યા હતા. પછી પ્લાન્કે શું કહ્યું? અને હકીકત એ છે કે અણુઓનું કિરણોત્સર્ગ અલગ છે, અને આ કિરણોત્સર્ગની ઊર્જાનો સૌથી નાનો ભાગ બરાબર છે.

જ્યાં h એ પ્લાન્કનું સ્થિરાંક છે, nu એ આવર્તન છે.

પછી આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈને, "પ્રકાશની માત્રા" ની વિભાવના રજૂ કરી, ફોટોઈલેક્ટ્રીક અસરને સમજાવવા માટે પ્લાન્કની પૂર્વધારણાનો ઉપયોગ કર્યો. નીલ્સ બોહરે અણુમાં સ્થિર ઉર્જા સ્તરના અસ્તિત્વની ધારણા કરી, અને લુઈસ ડી બ્રોગ્લીએ તરંગ-કણ દ્વૈતતાનો વિચાર વિકસાવ્યો, એટલે કે, કણ (કોર્પસ્કલ) પણ તરંગ ગુણધર્મો ધરાવે છે. શ્રોડિંગર અને હેઈઝનબર્ગ આ કારણમાં જોડાયા અને 1925માં ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સની પ્રથમ રચના પ્રકાશિત થઈ. વાસ્તવમાં, ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ એક સંપૂર્ણ સિદ્ધાંતથી દૂર છે, તે વર્તમાન સમયે સક્રિય રીતે વિકાસ કરી રહ્યું છે. તે પણ ઓળખવું જોઈએ કે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ, તેની ધારણાઓ સાથે, તે જે પ્રશ્નોનો સામનો કરે છે તેને સમજાવવાની ક્ષમતા ધરાવતું નથી. તે તદ્દન શક્ય છે કે તે વધુ અદ્યતન સિદ્ધાંત દ્વારા બદલવામાં આવશે.

ક્વોન્ટમ વિશ્વમાંથી આપણને પરિચિત વસ્તુઓની દુનિયામાં સંક્રમણ દરમિયાન, ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના નિયમો કુદરતી રીતે ક્લાસિકલ મિકેનિક્સના નિયમોમાં પરિવર્તિત થાય છે. આપણે કહી શકીએ કે ક્લાસિકલ મિકેનિક્સ એ ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સનો એક વિશિષ્ટ કેસ છે, જ્યારે ક્રિયા આપણા પરિચિત અને પરિચિત મેક્રોવર્લ્ડમાં થાય છે. અહીં શરીર પ્રકાશની ગતિ કરતા ઘણી ઓછી ઝડપે સંદર્ભની બિન-જડતી ફ્રેમમાં શાંતિથી આગળ વધે છે, અને સામાન્ય રીતે આસપાસની દરેક વસ્તુ શાંત અને સ્પષ્ટ છે. જો તમે કોઓર્ડિનેટ સિસ્ટમમાં શરીરની સ્થિતિ જાણવા માંગતા હો, તો કોઈ વાંધો નથી;

ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ આ મુદ્દા માટે સંપૂર્ણપણે અલગ અભિગમ ધરાવે છે. તેમાં, ભૌતિક જથ્થાના માપનના પરિણામો પ્રકૃતિમાં સંભવિત છે. આનો અર્થ એ છે કે જ્યારે ચોક્કસ મૂલ્ય બદલાય છે, ત્યારે ઘણા પરિણામો શક્ય છે, જેમાંથી દરેકની ચોક્કસ સંભાવના છે. ચાલો એક ઉદાહરણ આપીએ: ટેબલ પર સિક્કો ફરે છે. જ્યારે તે સ્પિનિંગ કરે છે, ત્યારે તે કોઈ ચોક્કસ અવસ્થા (હેડ-ટેલ્સ) માં નથી હોતું, પરંતુ માત્ર આ સ્થિતિમાંથી એકમાં સમાપ્ત થવાની સંભાવના ધરાવે છે.

અહીં આપણે ધીમે ધીમે નજીક આવી રહ્યા છીએ શ્રોડિન્જર સમીકરણઅને હાઇઝનબર્ગ અનિશ્ચિતતા સિદ્ધાંત.

દંતકથા અનુસાર, 1926 માં, તરંગ-કણ દ્વૈતતા વિષય પર એક વૈજ્ઞાનિક સેમિનારમાં બોલતા, એર્વિન શ્રોડિન્જર, ચોક્કસ વરિષ્ઠ વૈજ્ઞાનિક દ્વારા ટીકા કરવામાં આવી હતી. તેના વડીલોને સાંભળવાનો ઇનકાર કરીને, આ ઘટના પછી શ્રોડિન્ગરે ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના માળખામાં કણોનું વર્ણન કરવા માટે સક્રિયપણે તરંગ સમીકરણ વિકસાવવાનું શરૂ કર્યું. અને તેણે તે તેજસ્વી રીતે કર્યું! શ્રોડિન્જર સમીકરણ (ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સનું મૂળભૂત સમીકરણ) છે:

આ પ્રકારનું સમીકરણ, એક-પરિમાણીય સ્થિર શ્રોડિન્જર સમીકરણ, સૌથી સરળ છે.

અહીં x એ કણનું અંતર અથવા સંકલન છે, m એ કણનું દળ છે, E અને U અનુક્રમે તેની કુલ અને સંભવિત ઊર્જા છે. આ સમીકરણનો ઉકેલ તરંગ કાર્ય (psi) છે

ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સમાં વેવ ફંક્શન એ અન્ય મૂળભૂત ખ્યાલ છે. તેથી, કોઈપણ ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ કે જે અમુક અવસ્થામાં હોય છે તેમાં વેવ ફંક્શન હોય છે જે આ સ્થિતિનું વર્ણન કરે છે.

ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે એક-પરિમાણીય સ્થિર શ્રોડિન્જર સમીકરણ ઉકેલવામાં આવે છે, ત્યારે તરંગ કાર્ય અવકાશમાં કણની સ્થિતિનું વર્ણન કરે છે. વધુ સ્પષ્ટ રીતે, અવકાશમાં ચોક્કસ બિંદુએ કણ શોધવાની સંભાવના.બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, શ્રોડિન્ગરે બતાવ્યું કે સંભવિતતાને તરંગ સમીકરણ દ્વારા વર્ણવી શકાય છે! સંમત થાઓ, આપણે આ પહેલા વિચારવું જોઈએ!

પણ શા માટે? શા માટે આપણે આ અગમ્ય સંભાવનાઓ અને તરંગ કાર્યોનો સામનો કરવો પડે છે, જ્યારે, એવું લાગે છે કે, કણ અથવા તેની ગતિના અંતરને લેવા અને માપવા સિવાય બીજું કંઈ નથી.

તે ખૂબ જ સરળ છે! ખરેખર, મેક્રોકોઝમમાં આ ખરેખર કેસ છે - અમે ટેપ માપ સાથે ચોક્કસ ચોકસાઈ સાથે અંતરને માપીએ છીએ, અને માપનની ભૂલ ઉપકરણની લાક્ષણિકતાઓ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. બીજી બાજુ, આપણે આંખ દ્વારા ઑબ્જેક્ટનું અંતર લગભગ ચોક્કસ રીતે નક્કી કરી શકીએ છીએ, ઉદાહરણ તરીકે, ટેબલ સુધી. કોઈ પણ સંજોગોમાં, અમે અમારી અને અન્ય વસ્તુઓની તુલનામાં રૂમમાં તેની સ્થિતિને ચોક્કસ રીતે અલગ પાડીએ છીએ. કણોની દુનિયામાં, પરિસ્થિતિ મૂળભૂત રીતે અલગ છે - જરૂરી જથ્થાને ચોક્કસ રીતે માપવા માટે આપણી પાસે ભૌતિક રીતે માપન સાધનો નથી. છેવટે, માપવાનું સાધન માપવામાં આવતી વસ્તુ સાથે સીધા સંપર્કમાં આવે છે, અને અમારા કિસ્સામાં, પદાર્થ અને સાધન બંને કણો છે. તે આ અપૂર્ણતા છે, કણ પર કાર્ય કરતા તમામ પરિબળોને ધ્યાનમાં લેવાની મૂળભૂત અશક્યતા, તેમજ માપનના પ્રભાવ હેઠળ સિસ્ટમની સ્થિતિને બદલવાની હકીકત, જે હેઇઝનબર્ગ અનિશ્ચિતતાના સિદ્ધાંતને નીચે આપે છે.

ચાલો તેનું સૌથી સરળ ફોર્મ્યુલેશન આપીએ. ચાલો કલ્પના કરીએ કે ત્યાં એક ચોક્કસ કણ છે, અને આપણે તેની ઝડપ અને સંકલન જાણવા માંગીએ છીએ.

આ સંદર્ભમાં, હેઈઝનબર્ગ અનિશ્ચિતતા સિદ્ધાંત જણાવે છે કે એક જ સમયે કણની સ્થિતિ અને વેગને ચોક્કસ રીતે માપવું અશક્ય છે. . ગાણિતિક રીતે તે આ રીતે લખાયેલ છે:

અહીં ડેલ્ટા x એ કોઓર્ડિનેટ નક્કી કરવામાં ભૂલ છે, ડેલ્ટા v એ ઝડપ નક્કી કરવામાં ભૂલ છે. ચાલો આપણે ભારપૂર્વક જણાવીએ કે આ સિદ્ધાંત કહે છે કે આપણે સંકલનને જેટલી સચોટતાથી નિર્ધારિત કરીશું, તેટલી ઓછી સચોટ રીતે આપણે ઝડપ જાણીશું. અને જો આપણે ઝડપ નક્કી કરીએ, તો આપણને કણ ક્યાં છે તેનો સહેજ પણ ખ્યાલ નહીં આવે.

અનિશ્ચિતતાના સિદ્ધાંતના વિષય પર ઘણા ટુચકાઓ અને ટુચકાઓ છે. અહીં તેમાંથી એક છે:

એક પોલીસમેન એક ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્રીને રોકે છે.
- સર, શું તમે જાણો છો કે તમે કેટલી ઝડપથી આગળ વધી રહ્યા હતા?
- ના, પણ હું બરાબર જાણું છું કે હું ક્યાં છું.

અને, અલબત્ત, અમે તમને યાદ અપાવીએ છીએ! જો અચાનક, કોઈ કારણસર, સંભવિત કૂવામાં કણ માટે શ્રોડિન્જર સમીકરણ ઉકેલવાથી તમે જાગૃત રહેશો, તો એવા વ્યાવસાયિકો તરફ વળો કે જેમનો ઉછેર તેમના હોઠ પર ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ સાથે થયો હતો!

અણુ ન્યુક્લિયસના ભૌતિકશાસ્ત્રમાં પ્રતિનિધિત્વ

ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સનો ઉદભવ.

ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ એ ભૌતિક સિદ્ધાંત છે જે સૂક્ષ્મ સ્તરે ગતિનો અભ્યાસ કરે છે.

19મી સદીના અંતમાં પણ, મોટાભાગના વૈજ્ઞાનિકો એ દૃષ્ટિકોણ તરફ વલણ ધરાવતા હતા કે વિશ્વનું ભૌતિક ચિત્ર મૂળભૂત રીતે બનાવવામાં આવ્યું હતું અને ભવિષ્યમાં તે અચળ રહેશે. માત્ર વિગતો સ્પષ્ટ થવાની બાકી છે. પરંતુ 20મી સદીના દાયકાઓમાં પ્રથમ વખત ભૌતિક વિચારો ધરમૂળથી બદલાયા. આ 19મી સદીના છેલ્લા વર્ષો અને 20મી સદીના પ્રથમ દાયકાઓમાં ફેલાયેલા અત્યંત ટૂંકા ઐતિહાસિક સમયગાળા દરમિયાન કરવામાં આવેલી વૈજ્ઞાનિક શોધોના "કાસ્કેડ"નું પરિણામ હતું.

1896 માં, ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રી એન્ટોઈન હેનરી બેકરેલ (1852-1908) એ યુરેનિયમ મીઠાના સ્વયંસ્ફુરિત ઉત્સર્જનની ઘટનાની શોધ કરી.

તેમના સંશોધનમાં ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ, જીવનસાથી પિયર ક્યુરી (1859-1906) અને મેરી સ્કોડોવસ્કા-ક્યુરી (1867-1934)નો સમાવેશ થાય છે. 1898 માં, નવા તત્વો મળી આવ્યા હતા જેમાં "બેકરેલ કિરણો" - પોલોનિયમ અને રેડિયમ ઉત્સર્જન કરવાની મિલકત પણ હતી. ક્યુરીઝ આ ગુણધર્મને રેડિયોએક્ટિવિટી કહે છે.

અને એક વર્ષ અગાઉ, 1897 માં, કેમ્બ્રિજની કેવેન્ડિશ પ્રયોગશાળામાં, વાયુઓ (કેથોડ કિરણો) માં ઇલેક્ટ્રિક ડિસ્ચાર્જનો અભ્યાસ કરતી વખતે, અંગ્રેજી ભૌતિકશાસ્ત્રી જોસેફ જોન થોમસન (1856-1940) એ પ્રથમ પ્રાથમિક કણ - ઇલેક્ટ્રોન શોધ્યું.

1911 માં, પ્રખ્યાત અંગ્રેજી ભૌતિકશાસ્ત્રી અર્નેસ્ટ રધરફોર્ડ (1871-1937) એ અણુના પોતાના મોડેલની દરખાસ્ત કરી, જેને ગ્રહ કહેવામાં આવતું હતું.

એન. બોહરે, રધરફોર્ડના મોડેલ વિશે જાણતા અને તેને પ્રારંભિક એક તરીકે સ્વીકારીને, 1913 માં અણુ બંધારણનો ક્વોન્ટમ સિદ્ધાંત વિકસાવ્યો.

ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના સિદ્ધાંતો

હાઇઝનબર્ગ અનિશ્ચિતતા સિદ્ધાંત: "ક્વોન્ટમ કણના કોઓર્ડિનેટ્સ અને ઝડપને એકસાથે ચોક્કસ રીતે નક્કી કરવું અશક્ય છે"

વીસમી સદીના પ્રથમ ક્વાર્ટરમાં, આ ચોક્કસ રીતે ભૌતિકશાસ્ત્રીઓની પ્રતિક્રિયા હતી જ્યારે તેઓએ અણુ અને સબએટોમિક સ્તરે પદાર્થના વર્તનનો અભ્યાસ કરવાનું શરૂ કર્યું.

હાઇઝનબર્ગ સિદ્ધાંત ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સમાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે, જો માત્ર એટલા માટે કે તે તદ્દન સ્પષ્ટપણે સમજાવે છે કે માઇક્રોવર્લ્ડ આપણે જે ભૌતિક વિશ્વથી પરિચિત છીએ તેનાથી કેવી રીતે અને શા માટે અલગ છે.

ઉદાહરણ તરીકે, પુસ્તક શોધવા માટે, જ્યારે તમે રૂમમાં પ્રવેશો છો, ત્યારે તમે તેની આસપાસ નજર નાખો છો જ્યાં સુધી તે તેના પર અટકે નહીં. ભૌતિકશાસ્ત્રની ભાષામાં, આનો અર્થ એ છે કે તમે દ્રશ્ય માપન કર્યું છે (તમે જોઈને એક પુસ્તક શોધી કાઢ્યું છે) અને પરિણામ મળ્યું - તમે તેના અવકાશી કોઓર્ડિનેટ્સ રેકોર્ડ કર્યા છે (તમે રૂમમાં પુસ્તકનું સ્થાન નક્કી કર્યું છે).

1920 ના દાયકાની શરૂઆતમાં, ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સની રચના તરફ દોરી રહેલા સર્જનાત્મક વિચારના વિસ્ફોટ દરમિયાન, યુવાન જર્મન સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકશાસ્ત્રી વર્નર હેઇઝનબર્ગ આ સમસ્યાને ઓળખનારા પ્રથમ હતા. તેણે ઘડતર કર્યું અનિશ્ચિતતા સિદ્ધાંત, હવે તેના નામ પરથી નામ આપવામાં આવ્યું છે:

"અવકાશી સંકલન અનિશ્ચિતતા" શબ્દનો ચોક્કસ અર્થ એ છે કે આપણે કણનું ચોક્કસ સ્થાન જાણતા નથી. ઉદાહરણ તરીકે, જો તમે પુસ્તકનું સ્થાન નક્કી કરવા માટે વૈશ્વિક GPS સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરો છો, તો સિસ્ટમ તેમની 2-3 મીટરની ચોકસાઈ સાથે ગણતરી કરશે. અને અહીં આપણે માઇક્રોવર્લ્ડ અને આપણા રોજિંદા ભૌતિક વિશ્વ વચ્ચેના સૌથી મૂળભૂત તફાવત પર આવીએ છીએ. સામાન્ય વિશ્વમાં, અવકાશમાં શરીરની સ્થિતિ અને ગતિને માપવા, અમે તેના પર વ્યવહારીક કોઈ પ્રભાવ નથી.તેથી આદર્શ રીતે આપણે કરી શકીએ છીએ સાથે સાથેઑબ્જેક્ટની ઝડપ અને કોઓર્ડિનેટ્સ બંનેને એકદમ ચોક્કસ રીતે માપો (બીજા શબ્દોમાં, શૂન્ય અનિશ્ચિતતા સાથે). ચાલો ધારીએ કે આપણે ઇલેક્ટ્રોનનું અવકાશી સ્થાન ઠીક કરવાની જરૂર છે. અમને હજુ પણ તે માપવાના સાધનની જરૂર છે ઇલેક્ટ્રોન સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરશેઅને તેના સ્થાન વિશેની માહિતી સાથે ડિટેક્ટરને સિગ્નલ પરત કરશે.

જો આપણે શૂન્ય ભૂલ (એકદમ સચોટ રીતે) સાથે માપેલા જથ્થાઓમાંથી એકને નિર્ધારિત કરવાનું મેનેજ કરીએ, તો અન્ય જથ્થાની અનિશ્ચિતતા અનંતની સમાન હશે, અને આપણે તેના વિશે બિલકુલ જાણતા નથી. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, જો આપણે ક્વોન્ટમ કણના કોઓર્ડિનેટ્સને ચોક્કસ રીતે સ્થાપિત કરવામાં સક્ષમ હોત, તો આપણને તેની ઝડપ વિશે સહેજ પણ ખ્યાલ ન હોત; જો આપણે કોઈ કણની ઝડપને ચોક્કસ રીતે રેકોર્ડ કરી શકીએ, તો તે ક્યાં છે તે અંગે આપણને કોઈ ખ્યાલ હોતો નથી.

અનિશ્ચિતતાનો સિદ્ધાંત આપણને આ દરેક જથ્થાને કોઈપણ ઇચ્છિત ચોકસાઈથી માપવાથી અટકાવતો નથી. તે માત્ર દાવો કરે છે કે અમે અસમર્થએક જ સમયે બંનેને વિશ્વસનીય રીતે જાણો.

હાઇઝનબર્ગ સંબંધની ચાવી એ માપના કણ-ઓબ્જેક્ટ અને માપન સાધન વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે, જે તેના પરિણામોને પ્રભાવિત કરે છે.

એન. બોહરનો પૂરકતાનો સિદ્ધાંત: “ માઇક્રોવર્લ્ડના પદાર્થોને કણો અને તરંગો બંને તરીકે વર્ણવવામાં આવે છે, અને એક વર્ણન બીજાને પૂરક બનાવે છે."

રોજિંદા જીવનમાં, અવકાશમાં ઊર્જા સ્થાનાંતરિત કરવાની બે રીત છે - કણો અથવા તરંગો દ્વારા. કહો કે, એક ટેબલ પરથી ડોમિનોને પછાડવો જે તેની ધાર પર સંતુલિત હતું, તમે તેને બે રીતે જરૂરી ઊર્જા આપી શકો છો. પ્રથમ, તમે તેના પર અન્ય ડોમિનો ફેંકી શકો છો (એટલે ​​​​કે, કણનો ઉપયોગ કરીને બિંદુ ઇમ્પલ્સ સ્થાનાંતરિત કરો). બીજું, તમે ટેબલની ધાર પરની એક તરફ દોરી જતી સાંકળમાં ડોમિનોઝની એક પંક્તિ બનાવી શકો છો, અને પ્રથમને બીજા પર મૂકી શકો છો: આ કિસ્સામાં, આવેગ સાંકળ સાથે પ્રસારિત થશે - બીજો ડોમિનો તૂટી જશે. ત્રીજો, ત્રીજો ચોથાને પછાડશે, વગેરે. આ ઊર્જા ટ્રાન્સફરનો તરંગ સિદ્ધાંત છે. રોજિંદા જીવનમાં, ઊર્જા ટ્રાન્સફરની બે પદ્ધતિઓ વચ્ચે કોઈ દૃશ્યમાન વિરોધાભાસ નથી. તેથી, બાસ્કેટબોલ એક કણ છે, અને ધ્વનિ એક તરંગ છે, અને બધું સ્પષ્ટ છે.

જો કે, ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સમાં વસ્તુઓ એટલી સરળ નથી. ક્વોન્ટમ ઑબ્જેક્ટ્સ સાથેના સરળ પ્રયોગોમાંથી પણ, તે ખૂબ જ ટૂંક સમયમાં સ્પષ્ટ થઈ જાય છે કે માઇક્રોવર્લ્ડમાં મેક્રોવર્લ્ડના સિદ્ધાંતો અને કાયદાઓ કે જેનાથી આપણે પરિચિત છીએ તે લાગુ પડતું નથી. પ્રકાશ, જેને આપણે તરંગ તરીકે વિચારવા માટે ટેવાયેલા છીએ, તે કેટલીકવાર એવું વર્તે છે કે તેમાં કણોનો પ્રવાહ હોય છે ( ફોટોન), અને પ્રાથમિક કણો જેમ કે ઇલેક્ટ્રોન અથવા તો મોટા પ્રોટોન પણ ઘણીવાર તરંગના ગુણધર્મો દર્શાવે છે. જો તમે એક સમયે એક ઇલેક્ટ્રોનને "શૂટ" કરો છો, તો તેમાંથી દરેક સ્ક્રીન પર સ્પષ્ટ નિશાન છોડશે - એટલે કે, એક કણની જેમ વર્તે છે. સૌથી રસપ્રદ બાબત એ છે કે જો તમે ઇલેક્ટ્રોનના બીમને બદલે ફોટોનનો બીમ લો તો તે જ થશે: બીમમાં તેઓ તરંગોની જેમ વર્તે છે, અને વ્યક્તિગત રીતે - કણોની જેમ.

બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, માઇક્રોવર્લ્ડમાં, પદાર્થો કે જે કણોની જેમ વર્તે છે, તે જ સમયે, તેમની તરંગ પ્રકૃતિને "યાદ" હોય તેવું લાગે છે, અને ઊલટું. માઇક્રોવર્લ્ડ ઑબ્જેક્ટ્સની આ વિચિત્ર મિલકત કહેવામાં આવે છે ક્વોન્ટમ તરંગ દ્વૈતતા.

પૂરકતાનો સિદ્ધાંત આ હકીકતનું એક સરળ નિવેદન છે. આ સિદ્ધાંત મુજબ, જો આપણે ક્વોન્ટમ ઑબ્જેક્ટના ગુણધર્મોને કણ તરીકે માપીએ છીએ, તો આપણે જોઈએ છીએ કે તે કણની જેમ વર્તે છે. જો આપણે તેના તરંગ ગુણધર્મોને માપીએ, તો તે આપણા માટે તરંગની જેમ વર્તે છે. બંને વિચારો એકબીજા સાથે બિલકુલ વિરોધાભાસી નથી - તે ચોક્કસ છે પૂરકએકબીજા, જે સિદ્ધાંતના નામે પ્રતિબિંબિત થાય છે.

અણુની રચના.

રધરફોર્ડ દ્વારા અણુ ન્યુક્લિયસની શોધના પરિણામે અણુની રચનાનું ગ્રહ મોડેલ પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યું હતું:
1. અણુના કેન્દ્રમાં સકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ ન્યુક્લિયસ હોય છે, જે અણુની અંદરની જગ્યાનો નજીવો હિસ્સો ધરાવે છે.
2. સમગ્ર હકારાત્મક ચાર્જ અને અણુનું લગભગ સમગ્ર દળ તેના ન્યુક્લિયસમાં કેન્દ્રિત છે (ઇલેક્ટ્રોનનું દળ 1/1823 amu છે).
3. ઇલેક્ટ્રોન બંધ ભ્રમણકક્ષામાં ન્યુક્લિયસની આસપાસ ફરે છે. તેમની સંખ્યા ન્યુક્લિયસના ચાર્જ જેટલી છે.
અણુ ન્યુક્લિયસ

અણુના ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન હોય છે (સામાન્ય રીતે ન્યુક્લિયન કહેવાય છે). તે ત્રણ પરિમાણો દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે: A એ સમૂહ સંખ્યા છે, Z એ ન્યુક્લિયસનો ચાર્જ છે, પ્રોટોનની સંખ્યા જેટલો છે, અને N એ ન્યુક્લિયસમાં ન્યુટ્રોનની સંખ્યા છે. આ પરિમાણો સંબંધ દ્વારા એકબીજા સાથે સંબંધિત છે:
A = Z + N.
ન્યુક્લિયસમાં પ્રોટોનની સંખ્યા તત્વની અણુ સંખ્યા જેટલી હોય છે.
પરમાણુ ચાર્જ સામાન્ય રીતે તત્વ પ્રતીકની નીચે ડાબી બાજુએ લખવામાં આવે છે, અને સામૂહિક સંખ્યા ઉપર ડાબી બાજુએ (અણુ ચાર્જ ઘણીવાર અવગણવામાં આવે છે).
ઉદાહરણ 40 18 Ar: આ અણુના ન્યુક્લિયસમાં 18 પ્રોટોન અને 22 ન્યુટ્રોન હોય છે.
અણુઓ કે જેના ન્યુક્લીમાં સમાન સંખ્યામાં પ્રોટોન હોય છે અને ન્યુટ્રોનની વિવિધ સંખ્યા હોય છે તેને આઇસોટોપ કહેવામાં આવે છે, ઉદાહરણ તરીકે: 12/6C અને 13/6C. હાઇડ્રોજન આઇસોટોપ્સમાં વિશિષ્ટ પ્રતીકો અને નામો છે: 1 એચ - પ્રોટિયમ, 2 ડી - ડ્યુટેરિયમ, 3 ટી - ટ્રીટિયમ. આઇસોટોપ્સના રાસાયણિક ગુણધર્મો સમાન હોય છે, પરંતુ કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો ખૂબ જ સહેજ અલગ હોય છે.

રેડિયોએક્ટિવિટી

રેડિયોએક્ટિવિટી- આ અસ્થિરનું સ્વયંસ્ફુરિત, સ્વયંસ્ફુરિત પરિવર્તન છે અણુ ન્યુક્લીકણોના ઉત્સર્જન સાથે અન્ય તત્વોના મધ્યવર્તી કેન્દ્રમાં. અનુરૂપ તત્વોને કિરણોત્સર્ગી અથવા રેડિયોન્યુક્લીઇડ્સ કહેવામાં આવતા હતા.

1899 માં, ઇ. રધરફોર્ડે, પ્રયોગોના પરિણામે, શોધ્યું કે કિરણોત્સર્ગી કિરણોત્સર્ગ અસંગત છે અને મજબૂત ચુંબકીય ક્ષેત્રના પ્રભાવ હેઠળ, એ- અને બી-કિરણો, બે ઘટકોમાં વિભાજિત થાય છે. ત્રીજો ઘટક, જી-રે, ફ્રેન્ચ ભૌતિકશાસ્ત્રી પી. વિલાર્ડ દ્વારા 1900 માં શોધાયો હતો.

ગામા કિરણો પદાર્થના અણુઓના આયનીકરણનું કારણ બને છે. જ્યારે ગામા રેડિયેશન પદાર્થમાંથી પસાર થાય છે ત્યારે મુખ્ય પ્રક્રિયાઓ થાય છે:

ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર - ગામા કિરણની ઉર્જા અણુના શેલમાં ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા શોષાય છે, અને ઇલેક્ટ્રોન, કાર્ય કાર્ય કરે છે, અણુને છોડી દે છે (જે આયનાઇઝ્ડ બને છે, એટલે કે આયનમાં ફેરવાય છે).

વાહક સામગ્રીની સપાટી પરથી પ્રકાશ દ્વારા ઇલેક્ટ્રોનનું પછાડવું એ આજે ​​રોજિંદા જીવનમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતી ઘટના છે. ઉદાહરણ તરીકે, કેટલીક એલાર્મ સિસ્ટમ્સ દૃશ્યમાન અથવા ઇન્ફ્રારેડ લાઇટ બીમને ટ્રાન્સમિટ કરીને કામ કરે છે ફોટોવોલ્ટેઇક કોષ, જેમાંથી ઇલેક્ટ્રોન બહાર ફેંકાય છે, તે સર્કિટની વિદ્યુત વાહકતા પ્રદાન કરે છે જેમાં તે શામેલ છે. જો લાઇટ બીમના માર્ગમાં અવરોધ દેખાય છે, તો પ્રકાશ સેન્સર પર આવતો અટકી જાય છે, ઇલેક્ટ્રોનનો પ્રવાહ અટકે છે, સર્કિટ તૂટી જાય છે - અને ઇલેક્ટ્રોનિક એલાર્મ ટ્રિગર થાય છે.

γ-કિરણો સાથે ઇરેડિયેશન, ડોઝ અને અવધિના આધારે, ક્રોનિક અને તીવ્ર કિરણોત્સર્ગ માંદગીનું કારણ બની શકે છે. રેડિયેશનની અસરોમાં વિવિધ પ્રકારના કેન્સરનો સમાવેશ થાય છે. તે જ સમયે, ગામા ઇરેડિયેશન કેન્સર અને અન્ય ઝડપથી વિભાજીત થતા કોષોના વિકાસને દબાવી દે છે. ગામા રેડિયેશન એ મ્યુટેજેનિક પરિબળ છે.

ગામા રેડિયેશનનો ઉપયોગ:

ગામા ખામી શોધ, γ-કિરણો સાથે ટ્રાન્સિલ્યુમિનેશન દ્વારા ઉત્પાદનોનું નિરીક્ષણ.

ખોરાકની જાળવણી.

તબીબી સામગ્રી અને સાધનોનું વંધ્યીકરણ.

રેડિયેશન ઉપચાર.

લેવલ ગેજ

ગામા અલ્ટીમીટર, અવકાશયાન ઉતરતી વખતે સપાટીનું અંતર માપે છે.

શેલ્ફ લાઇફ વધારવા માટે મસાલા, અનાજ, માછલી, માંસ અને અન્ય ઉત્પાદનોનું ગામા વંધ્યીકરણ.

કિરણોત્સર્ગના પ્રકારો

અણુ ન્યુક્લિયસનું વિભાજન સ્વયંસ્ફુરિત (સ્વયંસ્ફુરિત) અને ફરજ પડી શકે છે (અન્ય કણો સાથેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પરિણામે, મુખ્યત્વે ન્યુટ્રોન સાથે). ભારે ન્યુક્લીનું વિભાજન એ એક્ઝોથર્મિક પ્રક્રિયા છે, જેના પરિણામે પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનોની ગતિ ઊર્જા, તેમજ કિરણોત્સર્ગના સ્વરૂપમાં મોટી માત્રામાં ઊર્જા મુક્ત થાય છે. પરમાણુ વિભાજન પરમાણુ રિએક્ટર અને પરમાણુ શસ્ત્રોમાં ઊર્જાના સ્ત્રોત તરીકે કામ કરે છે. તે સ્થાપિત કરવામાં આવ્યું છે કે 82 થી વધુ સીરીયલ નંબર ધરાવતા સીસીના તમામ રાસાયણિક તત્વો કિરણોત્સર્ગી છે (એટલે ​​​​કે, બિસ્મથથી શરૂ થાય છે), અને કેટલાક હળવા તત્વો (પ્રોમેથિયમ અને ટેકનેટિયમમાં સ્થિર આઇસોટોપ્સ નથી, અને કેટલાક તત્વો, જેમ કે ઇન્ડિયમ, પોટેશિયમ અથવા કેલ્શિયમ, માત્ર કુદરતી આઇસોટોપ્સ સ્થિર હોય છે, અન્ય કિરણોત્સર્ગી હોય છે).

1913 ની વસંતઋતુમાં, સોડીએ નિયમ ઘડ્યો:

α-કણોનું ઉત્સર્જન અણુ સમૂહને 4 દ્વારા ઘટાડે છે અને તેને PS સાથે 2 સ્થાને ડાબી બાજુએ ખસેડે છે.

β-કણોનું ઉત્સર્જન તત્વને 1 સ્થાને જમણી તરફ ખસેડે છે, લગભગ તેના સમૂહને બદલ્યા વિના

"ક્વોન્ટમ" શબ્દ લેટિનમાંથી આવ્યો છે ક્વોન્ટમ("કેટલું, કેટલું") અને અંગ્રેજી ક્વોન્ટમ("જથ્થા, ભાગ, ક્વોન્ટમ"). દ્રવ્યની હિલચાલના વિજ્ઞાનને "મિકેનિક્સ" એ લાંબા સમયથી નામ આપવામાં આવ્યું છે. તદનુસાર, "ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ" શબ્દનો અર્થ થાય છે ભાગોમાં પદાર્થની હિલચાલનું વિજ્ઞાન (અથવા, આધુનિક વૈજ્ઞાનિક ભાષામાં, ચળવળનું વિજ્ઞાન પરિમાણબાબત). "ક્વોન્ટમ" શબ્દ જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી મેક્સ પ્લાન્ક દ્વારા બનાવવામાં આવ્યો હતો ( સેમીઅણુઓ સાથે પ્રકાશની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું વર્ણન કરવા માટે પ્લાન્કનો સ્થિરાંક.

ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ ઘણીવાર આપણા સામાન્ય જ્ઞાનની વિભાવનાઓનો વિરોધાભાસ કરે છે. અને બધા કારણ કે સામાન્ય જ્ઞાન આપણને રોજિંદા અનુભવમાંથી લેવામાં આવેલી વસ્તુઓ કહે છે, અને આપણા રોજિંદા અનુભવમાં આપણે માત્ર મોટા પદાર્થો અને મેક્રોવર્લ્ડની ઘટનાઓ સાથે વ્યવહાર કરવો પડે છે, અને અણુ અને સબએટોમિક સ્તરે, ભૌતિક કણો સંપૂર્ણપણે અલગ રીતે વર્તે છે. હેઇઝનબર્ગ અનિશ્ચિતતા સિદ્ધાંત આ તફાવતોના અર્થને ચોક્કસ રીતે દર્શાવે છે. મેક્રોવર્લ્ડમાં, અમે કોઈપણ ઑબ્જેક્ટ (ઉદાહરણ તરીકે, આ પુસ્તક) નું સ્થાન (અવકાશી કોઓર્ડિનેટ્સ) વિશ્વસનીય અને અસ્પષ્ટપણે નક્કી કરી શકીએ છીએ. અમે શાસક, રડાર, સોનાર, ફોટોમેટ્રી અથવા કોઈપણ અન્ય માપન પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીએ છીએ કે કેમ તેનાથી કોઈ ફરક પડતો નથી, માપન પરિણામો ઉદ્દેશ્યપૂર્ણ અને પુસ્તકની સ્થિતિથી સ્વતંત્ર હશે (અલબત્ત, જો તમે માપન પ્રક્રિયામાં સાવચેત રહો). એટલે કે, કેટલીક અનિશ્ચિતતા અને અચોક્કસતા શક્ય છે - પરંતુ માત્ર માપવાના સાધનો અને અવલોકન ભૂલોની મર્યાદિત ક્ષમતાઓને કારણે. વધુ સચોટ અને વિશ્વસનીય પરિણામો મેળવવા માટે, અમારે માત્ર વધુ સચોટ માપન ઉપકરણ લેવાની જરૂર છે અને ભૂલો વિના તેનો ઉપયોગ કરવાનો પ્રયાસ કરવો પડશે.

હવે, જો કોઈ પુસ્તકના કોઓર્ડિનેટ્સને બદલે આપણે માઇક્રોપાર્ટિકલના કોઓર્ડિનેટ્સને માપવાની જરૂર હોય, ઉદાહરણ તરીકે ઇલેક્ટ્રોન, તો પછી આપણે માપન ઉપકરણ અને માપનના ઑબ્જેક્ટ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને અવગણી શકીએ નહીં. પુસ્તક પર શાસક અથવા અન્ય માપન ઉપકરણના પ્રભાવનું બળ નજીવું છે અને તે માપનના પરિણામોને અસર કરતું નથી, પરંતુ ઇલેક્ટ્રોનના અવકાશી કોઓર્ડિનેટ્સને માપવા માટે, આપણે ફોટોન, અન્ય ઇલેક્ટ્રોન અથવા અન્ય પ્રાથમિક કણ લોંચ કરવાની જરૂર છે. તેની દિશામાં માપેલા ઇલેક્ટ્રોન સાથે તુલનાત્મક ઊર્જા અને તેના વિચલનને માપે છે. પરંતુ તે જ સમયે, ઇલેક્ટ્રોન પોતે, જે માપનો પદાર્થ છે, આ કણ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પરિણામે અવકાશમાં તેની સ્થિતિ બદલશે. આમ, માપનનું ખૂબ જ કાર્ય માપેલ ઑબ્જેક્ટની સ્થિતિમાં ફેરફાર તરફ દોરી જાય છે, અને માપનની અચોક્કસતા માપની હકીકત દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, અને વપરાયેલ માપન ઉપકરણની ચોકસાઈની ડિગ્રી દ્વારા નહીં. આ પરિસ્થિતિ છે જેને આપણે સૂક્ષ્મ વિશ્વમાં સહન કરવાની ફરજ પડી છે. ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વિના માપન અશક્ય છે, અને માપેલ પદાર્થને પ્રભાવિત કર્યા વિના ક્રિયાપ્રતિક્રિયા અશક્ય છે અને પરિણામે, માપનના પરિણામોને વિકૃત કરે છે.

આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પરિણામો વિશે ફક્ત એક જ વસ્તુ કહી શકાય:

અવકાશી કોઓર્ડિનેટ્સની અનિશ્ચિતતા × કણ વેગની અનિશ્ચિતતા > h/m,

અથવા, ગાણિતિક દ્રષ્ટિએ:

Δ x × Δ વિ > h/m

જ્યાં Δ xઅને Δ v-અનુક્રમે કણની અવકાશી સ્થિતિ અને વેગની અનિશ્ચિતતા, ક -પ્લાન્કનું સતત, અને મી-કણ સમૂહ.

તદનુસાર, માત્ર ઇલેક્ટ્રોન જ નહીં, પણ કોઈપણ સબએટોમિક કણના અવકાશી કોઓર્ડિનેટ્સ નક્કી કરતી વખતે અનિશ્ચિતતા ઊભી થાય છે, અને માત્ર સંકલન જ નહીં, પણ કણોના અન્ય ગુણધર્મો, જેમ કે ઝડપ પણ. કણોની પરસ્પર સંબંધિત લાક્ષણિકતાઓની આવી કોઈપણ જોડીની માપન ભૂલ એ જ રીતે નક્કી કરવામાં આવે છે (બીજી જોડીનું ઉદાહરણ એ ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા ઉત્સર્જિત ઊર્જા અને તે સમયગાળો જે દરમિયાન તે ઉત્સર્જિત થાય છે). એટલે કે, જો આપણે, ઉદાહરણ તરીકે, ઉચ્ચ ચોકસાઈ સાથે ઇલેક્ટ્રોનની અવકાશી સ્થિતિને માપવામાં વ્યવસ્થાપિત થઈએ, તો પછી આપણે સમયની એક જ ક્ષણેઅમારી પાસે તેની ઝડપનો માત્ર અસ્પષ્ટ વિચાર છે, અને ઊલટું. સ્વાભાવિક રીતે, વાસ્તવિક માપમાં તે આ બે ચરમસીમા સુધી પહોંચતું નથી, અને પરિસ્થિતિ હંમેશા મધ્યમાં ક્યાંક હોય છે. એટલે કે, જો આપણે, ઉદાહરણ તરીકે, 10 -6 મીટરની ચોકસાઈ સાથે ઈલેક્ટ્રોનની સ્થિતિને માપવા સક્ષમ હોઈએ, તો અમે તેની ઝડપને શ્રેષ્ઠ રીતે, 650 m/s ની ચોકસાઈ સાથે માપી શકીએ છીએ.

અનિશ્ચિતતાના સિદ્ધાંતને લીધે, ક્વોન્ટમ માઇક્રોવર્લ્ડના પદાર્થોનું વર્ણન ન્યૂટોનિયન મેક્રોવર્લ્ડના પદાર્થોના સામાન્ય વર્ણન કરતાં અલગ પ્રકૃતિનું છે. અવકાશી કોઓર્ડિનેટ્સ અને ગતિને બદલે, જેનો આપણે યાંત્રિક ચળવળનું વર્ણન કરવા માટે ઉપયોગ કરીએ છીએ, ઉદાહરણ તરીકે, બિલિયર્ડ ટેબલ પરનો બોલ, ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ ઓબ્જેક્ટ્સમાં કહેવાતા દ્વારા વર્ણવવામાં આવે છે. તરંગ કાર્ય."તરંગ" ની ટોચ માપની ક્ષણે અવકાશમાં કણ શોધવાની મહત્તમ સંભાવનાને અનુરૂપ છે. આવા તરંગની હિલચાલનું વર્ણન શ્રોડિંગર સમીકરણ દ્વારા કરવામાં આવે છે, જે આપણને જણાવે છે કે સમય જતાં ક્વોન્ટમ સિસ્ટમની સ્થિતિ કેવી રીતે બદલાય છે.

માઇક્રોવર્લ્ડમાં ક્વોન્ટમ ઘટનાઓનું ચિત્ર, શ્રોડિન્જર સમીકરણ દ્વારા દોરવામાં આવ્યું છે, એવું છે કે કણોને સમુદ્ર-અવકાશની સપાટી પર પ્રસરી રહેલા વ્યક્તિગત ભરતીના તરંગો સાથે સરખાવાય છે. સમય જતાં, તરંગની ટોચ (અવકાશમાં ઇલેક્ટ્રોન જેવા કણ શોધવાની ટોચની સંભાવનાને અનુરૂપ) તરંગ કાર્ય અનુસાર અવકાશમાં ફરે છે, જે આ વિભેદક સમીકરણનો ઉકેલ છે. તદનુસાર, આપણે પરંપરાગત રીતે કણ તરીકે જે વિચારીએ છીએ, તે ક્વોન્ટમ સ્તરે, તરંગોની લાક્ષણિકતાની સંખ્યાબંધ લાક્ષણિકતાઓ દર્શાવે છે.

માઇક્રોવર્લ્ડ ઑબ્જેક્ટ્સના તરંગ અને કોર્પસ્ક્યુલર ગુણધર્મોનું સંકલન ( સેમીડી બ્રોગ્લીનો સંબંધ) ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ ક્વોન્ટમ વિશ્વના પદાર્થોને કણો અથવા તરંગો તરીકે નહીં, પરંતુ મધ્યવર્તી અને તરંગ અને કોર્પસ્ક્યુલર બંને ગુણધર્મો ધરાવતા હોવાને ધ્યાનમાં લેવા સંમત થયા પછી શક્ય બન્યું; ન્યુટોનિયન મિકેનિક્સમાં આવા પદાર્થોના કોઈ અનુરૂપ નથી. જો કે આવા ઉકેલ સાથે પણ, ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સમાં હજુ પણ પુષ્કળ વિરોધાભાસ છે ( સેમીબેલનું પ્રમેય), માઇક્રોવર્લ્ડમાં બનતી પ્રક્રિયાઓનું વર્ણન કરવા માટે હજુ સુધી કોઈએ વધુ સારા મોડલની દરખાસ્ત કરી નથી.