§217. Bendroji Schrödingerio lygtis

Dviguba šviesos ir materijos prigimtis. De Broglie lygtis.

Dviejų rimtų mokslinių teorijų sambūvis, kurių kiekviena paaiškino kai kurias šviesos savybes, bet negalėjo paaiškinti kitų. Kartu šios dvi teorijos visiškai papildė viena kitą.

Šviesa vienu metu turi nuolatinių elektromagnetinių bangų ir diskrečiųjų fotonų savybes.

Ryšys tarp korpuskulinių ir banginių šviesos savybių randamas paprastai aiškinamas statistiniu požiūriu į šviesos sklidimą.

Fotonų sąveika su medžiaga (pavyzdžiui, kai šviesa praeina per difrakcijos gardelę) lemia fotonų persiskirstymą erdvėje ir difrakcijos rašto atsiradimą ekrane. Akivaizdu, kad apšvietimas įvairiuose ekrano taškuose yra tiesiogiai proporcingas tikimybei, kad fotonai atsitrenks į šiuos ekrano taškus. Tačiau, kita vertus, iš bangų sampratų aišku, kad apšvietimas yra proporcingas šviesos intensyvumui J, o tai, savo ruožtu, yra proporcingas amplitudės A 2 kvadratui. Taigi išvada: šviesos bangos amplitudės kvadratas bet kuriame taške yra tikimybės, kad fotonai atsitrenks į tą tašką..

De Broglie lygtis.

Fizinė de Broglie ryšio prasmė: viena iš bet kurios dalelės fizikinių savybių yra jos greitis. Banga apibūdinama jos ilgiu arba dažniu. Ryšys, jungiantis kvantinės dalelės impulsą su ją apibūdinančiu bangos ilgiu λ: λ = h/p, kur h yra Planko konstanta Kitaip tariant, kvantinės dalelės bangos ir korpuso savybės yra iš esmės susijusios.

14) Tikimybinė de Broglie bangų interpretacija. Jeigu elektroną laikysime dalele, tai tam, kad elektronas liktų savo orbitoje, jo greitis (tiksliau – impulsas) turi būti vienodas bet kokiu atstumu nuo branduolio. Jeigu elektroną laikysime banga, tai tam, kad jis tilptų į tam tikro spindulio orbitą, šios orbitos perimetras turi būti lygus sveikajam jos bangos ilgio skaičiui. Pagrindinė fizinė de Broglie ryšio prasmė yra ta, kad mes visada galime nustatyti leistinus elektronų momentus arba bangos ilgius orbitose. Tačiau de Broglie ryšys rodo, kad daugumoje tam tikro spindulio orbitų bangos arba korpuskulinis aprašymas parodys, kad elektronas negali būti tokiu atstumu nuo branduolio.

De Broglie bangos nėra E.M. arba mechaninės bangos, bet yra tikimybės bangos. Bangos modulis apibūdina tikimybę rasti dalelę erdvėje.

Heisenbergo neapibrėžtumo santykis.

Δx*Δp x > h/2

čia Δx – mikrodalelės erdvinės koordinatės neapibrėžtis (matavimo paklaida), Δp – dalelės impulso x ašyje neapibrėžtis, o h – Planko konstanta, lygi maždaug 6,626 x 10 –34 J s.

Kuo mažiau neapibrėžtumo dėl vieno kintamojo (pavyzdžiui, Δx), tuo neapibrėžtesnis tampa kitas kintamasis (Δv). Iš tikrųjų, jei pavyks visiškai tiksliai nustatyti vieną iš išmatuotų dydžių, kito dydžio neapibrėžtis bus lygi. begalybė. Tie. Jei galėtume visiškai tiksliai nustatyti kvantinės dalelės koordinates, neturėtume nė menkiausio supratimo apie jos greitį.

Šriodingerio lygtis ir jos reikšmė.

Schrödingeris pritaikė klasikinę banginės funkcijos diferencialinę lygtį tikimybių bangų sampratai. Šriodingerio lygtis apibūdina bangos sklidimą tikimybei rasti dalelę tam tikrame erdvės taške. Šios bangos smailės (didžiausios tikimybės taškai) parodo, kurioje erdvėje dalelė greičiausiai atsidurs. Aukščiau pateikta tikimybių pasiskirstymo bangos funkcija, žymima graikiška raide ψ („psi“), yra šios diferencialinės lygties sprendimas (gerai, jei jos nesuprantate; tiesiog tikėkite, kad ši lygtis rodo, kad tikimybė elgiasi kaip banga):

kur x yra koordinatė, h yra Planko konstanta, o m, E ir U yra atitinkamai dalelės masė, bendra energija ir potenciali energija.

Kvantinių įvykių vaizdas, kurį mums pateikia Schrödingerio lygtis, yra toks, kad elektronai ir kitos elementarios dalelės vandenyno paviršiuje elgiasi kaip bangos. Laikui bėgant bangos smailė (atitinka vietą, kurioje greičiausiai yra elektronas) juda erdvėje pagal lygtį, apibūdinančią šią bangą. Tai yra, tai, ką mes tradiciškai laikėme dalele, kvantiniame pasaulyje elgiasi panašiai kaip banga.

Šriodingerio lygtis pavadinta austrų fiziko Erwino Schrödingerio vardu. Tai yra pagrindinis kvantinės mechanikos teorinis įrankis. Kvantinėje mechanikoje Šriodingerio lygtis atlieka tą patį vaidmenį kaip ir judėjimo lygtis (antrasis Niutono dėsnis) klasikinėje mechanikoje. Šriodingerio lygtis parašyta vadinamajai y- funkcijos (psi - funkcijos). Apskritai psi funkcija yra koordinačių ir laiko funkcija: y = y (x, y, z, t). Jei mikrodalelė yra nejudančioje būsenoje, tada psi funkcija nepriklauso nuo laiko: y= y (x, y, z).

Paprasčiausiu vienmačio mikrodalelės judėjimo atveju (pavyzdžiui, tik išilgai ašies x ) Šriodingerio lygtis yra tokia:

Kur y(x)– psi yra funkcija, kuri priklauso tik nuo vienos koordinatės x ; m – dalelių masė; - Planko konstanta (= h/2π); E yra bendra dalelės energija, U – potenciali energija. Klasikinėje fizikoje kiekis (E–U ) būtų lygi dalelės kinetinei energijai. Kvantinėje mechanikoje dėl neapibrėžtumo santykiai Kinetinės energijos sąvoka yra beprasmė. Atkreipkite dėmesį, kad potenciali energija U– tai savybė išorinis jėgos laukas, kuriame dalelė juda. Ši vertė yra gana aiški. Šiuo atveju tai taip pat yra koordinačių funkcija U = U (x, y, z).

Trimačiu atveju, kai y = y (x, y, z), Vietoj pirmojo Šriodingerio lygties nario reikia parašyti trijų psi funkcijos dalinių išvestinių trijų koordinačių atžvilgiu.

Kam naudojama Schrödingerio lygtis? Kaip minėta, tai yra pagrindinė kvantinės mechanikos lygtis. Jei ją užrašysime ir išspręsime (tai visai nelengva užduotis) konkrečiai mikrodalelei, tai gausime psi funkcijos reikšmę bet kuriame erdvės taške, kuriame dalelė juda. Ką tai duoda? Psi funkcijos modulio kvadratas charakterizuoja tikimybė aptikti dalelę tam tikrame erdvės regione. Paimkime tam tikrą erdvės tašką su koordinatėmis x , y , z (6 pav.). Kokia tikimybė rasti dalelę šiuo metu? Atsakymas: ši tikimybė lygi nuliui! (taškas neturi matmenų; dalelė tiesiog fiziškai negali patekti į tašką). Tai reiškia, kad klausimas užduotas neteisingai. Sakykime kitaip: kokia tikimybė aptikti dalelę mažame erdvės regione, kurio tūris dV = dx dy dz su centru pasirinktame taške? Atsakymas:

Kur dP – elementari tikimybė aptikti dalelę elementariame tūryje dV . (22) lygtis galioja tikrajai psi funkcijai (ji taip pat gali būti sudėtinga, šiuo atveju psi funkcijos modulio kvadratas turi būti pakeistas į (22) lygtį. Jei erdvės sritis turi baigtinį tūrį V , tada tikimybė P aptikti dalelę šiame tūryje randama integruojant išraišką (22) per tūrį V :

Leiskite jums tai priminti tikimybinis mikrodalelių judėjimo aprašymas- pagrindinė kvantinės mechanikos idėja. Taigi, panaudojus Šriodingerio lygtį, išspręsta pagrindinė kvantinės mechanikos problema: aprašomas tiriamo objekto, šiuo atveju kvantinės mechaninės dalelės, judėjimas.

Atkreipkime dėmesį į keletą kitų svarbių aplinkybių. Kaip matyti iš (21) formulės, Šriodingerio lygtis yra antros eilės diferencialinė lygtis. Todėl jį sprendžiant atsiras dvi savavališkos konstantos. Kaip juos rasti? Šiuo tikslu jie naudoja vadinamąjį ribines sąlygas: iš konkretaus fizinės problemos turinio reikėtų žinoti psi funkcijos reikšmę mikrodalelės judėjimo srities ribose. Be to, vadinamasis normalizavimo būsena, kuriuos turi atitikti psi funkcija:

Šios sąlygos prasmė paprasta: tikimybė aptikti dalelę bent kažkur jos judėjimo srityje yra patikimas įvykis, kurio tikimybė lygi vienetui.

Tai yra ribinės sąlygos, kurios užpildo Schrödingerio lygties sprendimą fizine prasme. Be šių sąlygų lygties sprendimas yra grynai matematinė problema, neturinti fizinės prasmės. Kitame skyriuje, naudodamiesi konkrečiu pavyzdžiu, apsvarstysime ribinių sąlygų ir normalizavimo sąlygų naudojimą sprendžiant Schrödingerio lygtį.

Psi funkcija

Bangos funkcija (valstybinė funkcija, psi funkcija, tikimybės amplitudė) - kompleksinės vertės funkcija, naudojamas kvantinė mechanika Už tikimybinis aprašymas valstybė kvantinė mechaninė sistema. Plačiąja prasme – tas pats kaip būsenos vektorius.

Pavadinimo „tikimybių amplitudė“ variantas siejamas su statistinis aiškinimas bangos funkcija: tikimybės tankis rasti dalelę tam tikrame erdvės taške tam tikru laiko momentu yra lygus šios būsenos banginės funkcijos absoliučios vertės kvadratui.

Banginės funkcijos kvadratinio modulio fizinė reikšmė

Banginė funkcija priklauso nuo sistemos koordinačių (arba apibendrintų koordinačių) ir apskritai nuo laiko ir yra suformuota taip, kad kvadratas ją modulis reprezentavo tankį tikimybės(diskretiesiems spektrams - tik tikimybė) aptikti sistemą koordinatėmis aprašytoje padėtyje tuo metu:

Tada tam tikroje sistemos kvantinėje būsenoje, aprašytoje bangų funkcija, galime apskaičiuoti tikimybę, kad dalelė bus aptikta bet kurioje baigtinio tūrio erdvės srityje: .

Koordinačių rinkinys, kuris veikia kaip funkcijos argumentai, atstovauja visas fizinių dydžių rinkinys, kurį galima išmatuoti sistemoje. Kvantinėje mechanikoje galima pasirinkti keletą pilnų dydžių rinkinių, todėl tos pačios būsenos banginė funkcija gali būti užrašoma skirtingais argumentais. Visas dydžių rinkinys, pasirinktas įrašyti bangos funkciją, nustato bangos funkcijos vaizdavimas. Taip, galima koordinuoti pasirodymas, pulsas pasirodymas, in kvantinio lauko teorija naudojamas antrinis kvantavimas Ir užpildymo skaičių vaizdavimas arba Focko reprezentacija ir tt

Jei bangos funkcija, pavyzdžiui, elektrono atome, yra pateikta koordinačių pavidalu, tada bangos funkcijos modulio kvadratas parodo elektrono aptikimo tam tikrame erdvės taške tikimybės tankį. Jei ta pati banginė funkcija yra pateikta impulso vaizde, tai jos modulio kvadratas parodo tikimybės tankį aptikti vieną ar kitą impulsasSu.

Dėl bangų savybių mikrodalelėse klasikinė mechanika negali pateikti teisingo jų elgesio aprašymo. Tai galima padaryti naudojant kvantinę mechaniką, kurią sukūrė Schrödinger, Heisenberg, Dirac ir kt.

Pagrindinė kvantinės mechanikos lygtis yra Šriodingerio lygtis. Mikrodalelių būsena kvantinėje mechanikoje apibūdinama bangine funkcija arba Ψ (psi) funkcija. Ši funkcija yra koordinačių ir laiko funkcija, kurią galima rasti išsprendus lygtį

(Schrödingerio lygtis),

čia m yra dalelių masė; h = h/2π – Planko konstanta; Ψ – banginė funkcija arba psi funkcija, kuri yra koordinačių ir laiko funkcija
- Laplaso operatorius;U=U(x,y,z, t) – potencinė dalelės energija jėgos lauke, kurioje ji juda;
aš =

- įsivaizduojamas vienetas.

Šriodingerio lygtis, kaip ir Niutono lygtis klasikinėje mechanikoje, negali būti gauta teoriškai, bet yra daugybės eksperimentinių faktų apibendrinimas. Šio ryšio pagrįstumą įrodo faktas, kad visos iš jo kylančios pasekmės tiksliausiai sutampa su eksperimentiniais faktais.

Iš Šriodingerio lygties seka, kad banginės funkcijos Ψ formą lemia potencinė energija U, t.y. dalelę veikiančių jėgų prigimtis. Apskritai potenciali energija U yra koordinačių ir laiko funkcija. Stacionariam (laike nesikeičiančiam) jėgos laukui potenciali energija U aiškiai nepriklauso nuo laiko. Šiuo atveju banginė funkcija Ψ skyla į du veiksnius, iš kurių vienas priklauso tik nuo laiko, antrasis – tik nuo koordinačių.

Pakeitę šią funkciją į Šriodingerio lygtį, gauname

;
arba

Tai yra Šriodingerio lygtis stacionarioms būsenoms. Abi lygtys galioja bet kuriai dalelei, judančiai mažu (v«c) greičiu. Be to, bangos funkcijai keliamos papildomos sąlygos:

Paskutinėje lygtyje kaip parametras įtraukta bendroji dalelės energija E. Remiantis diferencialinių lygčių teorija, tokios lygtys turi sprendinius (iš begalinio jų skaičiaus), kurie atspindi fizinę reikšmę ne bet kurioms parametro E reikšmėms, o tik tam tikrai jų aibei, būdingai konkrečiai problemai. . Sprendimai, turintys fizinę reikšmę, gaunami tik tada, kai yra nustatytos aukščiau nurodytos sąlygos. Vadinamos energijos vertės E, kurioms esant Schriodingerio lygties sprendiniai turi fizinę reikšmę savo. Sprendimai, t.y. vadinamos bangų funkcijos, atitinkančios energijos savąsias reikšmes savo funkcijas.

Banginė funkcija ir jos statistinė reikšmė

Dalelės padėtis erdvėje tam tikru laiko momentu kvantinėje mechanikoje nustatoma žinant banginę funkciją Ψ. Tikimybė dw, kad dalelė yra tūrio elemente dV, yra proporcinga banginės funkcijos modulio kvadratui |Ψ| 2 ir elemento tūris dV

Kiekis |Ψ| 2 = (funkcijos Ψ kvadratinis modulis) turi tikimybių tankio reikšmę, t.y. nustato tikimybę rasti dalelę tūrio vienete šalia taško, kurio koordinatės x, y, z.

Taigi fizinę reikšmę turi ne pati funkcija Ψ, o jos modulio kvadratas |Ψ| 2.

Tikimybė rasti dalelę laiko t baigtiniame tūryje V pagal tikimybių sudėjimo teoremą yra lygi

Banginė funkcija turi būti normalizuota taip, kad patikimo įvykio tikimybė taptų vienete. Tai bus tiesa, jei integracijos tūris V yra begalinis visos erdvės tūris. Tikimybių normalizavimo sąlygos

kur integralas skaičiuojamas per visą begalinę erdvę, t.y. išilgai koordinačių x, y, z nuo -∞ iki +∞.

Šiuo atveju bangos funkcija turi atitikti tris anksčiau išvardytas sąlygas:

1. Turi būti baigtinis (tikimybė negali būti didesnė nei 1).

2. Turi būti vienareikšmė (tikimybė negali būti dviprasmiška reikšmė).

Turi būti nuolatinis (tikimybė negali staigiai keistis).

Kvantinėje fizikoje įvedama kompleksinės reikšmės funkcija, apibūdinanti gryną objekto būseną, kuri vadinama bangine funkcija. Hamiltono sistemos elgesys grynoje būsenoje yra visiškai aprašytas bangos funkcija. Tegu banginė funkcija duota N matmenų erdvėje, tada kiekviename taške su koordinatėmis tam tikru laiko momentu t ji turės formą . Šiuo atveju Schrödingerio lygtis bus parašyta tokia forma: , kur yra dalelės išorinė potenciali energija taške.

Darbo pabaiga -

Ši tema priklauso skyriui:

Atominės, kvantinės ir branduolinės fizikos pagrindai

De Broglie hipotezė ir jos ryšys su Bohro postulatais Schrödingerio lygtis fizikinė reikšmė.. termobranduolinės reakcijos.. termobranduolinės reakcijos branduolinės reakcijos tarp lengvųjų atomų branduolių vykstančios labai aukštoje temperatūroje..

Jei jums reikia papildomos medžiagos šia tema arba neradote to, ko ieškojote, rekomenduojame pasinaudoti paieška mūsų darbų duomenų bazėje:

Ką darysime su gauta medžiaga:

Jei ši medžiaga jums buvo naudinga, galite ją išsaugoti savo puslapyje socialiniuose tinkluose:

Visos temos šiame skyriuje:

Atomų spektrų dėsningumai. Rydbergo konstanta
Atominiai spektrai, optiniai spektrai, atsirandantys laisviems arba silpnai surištiems atomams spinduliuojant arba sugeriant šviesą (elektromagnetines bangas); tokius spektrus turi ypač monoatas

Atomų sandaros modeliai. Rutherfordo modelis
Atomas yra mažiausia chemiškai nedaloma cheminio elemento dalis, kuri yra jo savybių nešėjas. Atomas susideda iš atomo branduolio ir jį supančio elektronų debesies. Atomo branduolys susideda iš

Boro postulatai. Elementari vandenilio atomo ir į vandenilį panašių jonų sandaros teorija (pagal Bohrą)
Bohro postulatai yra pagrindinės prielaidos, kurias Nielsas Bohras suformulavo 1913 m., kad paaiškintų vandenilio atomo ir į vandenilį panašių jonų linijinio spektro modelį ir kvantinį jonų pobūdį.

Heisenbergo neapibrėžtumo santykis. Judesio aprašymas kvantinėje mechanikoje
Heisenbergo neapibrėžtumo principas yra pagrindinė nelygybė (neapibrėžtumo santykis), kuri nustato kvantinės sistemos charakteristikų poros vienu metu nustatymo tikslumo ribą.

Banginės funkcijos savybės. Kvantifikavimas
Banginė funkcija (būsenos funkcija, psi funkcija) yra sudėtingos reikšmės funkcija, naudojama kvantinėje mechanikoje grynai kvantinės mechaninės sistemos būsenai apibūdinti. Ar koeficientas

Kvantiniai skaičiai. Sukite
Kvantinis skaičius yra bet kurio mikroskopinio objekto (elementariosios dalelės, branduolio, atomo ir kt.) kvantuoto kintamojo skaitinė reikšmė, apibūdinanti dalelės būseną. Nurodykite kvantines valandas

Atomo branduolio charakteristikos
Atomo branduolys yra centrinė atomo dalis, kurioje sutelkta didžioji jo masės dalis ir kurios struktūra lemia cheminį elementą, kuriam priklauso atomas.

Branduolinė fizinė prigimtis
Radioaktyvumas

Radioaktyvumas – tai atomų branduolių savybė spontaniškai keisti savo sudėtį (krūvis Z, masės skaičius A), išspinduliuojant elementarias daleles arba branduolio fragmentus. Atitinkamas reiškinys
Branduolinės grandininės reakcijos

Branduolinė grandininė reakcija yra pavienių branduolinių reakcijų seka, kurių kiekvieną sukelia dalelė, kuri pasirodė kaip reakcijos produktas ankstesniame sekos etape. Grandinės pavyzdys
Elementariosios dalelės ir jų savybės. Elementariųjų dalelių sistematika

Elementarioji dalelė yra kolektyvinis terminas, reiškiantis subbranduolinio masto mikroobjektus, kurių negalima suskirstyti į sudedamąsias dalis.
Savybės: 1.Visi E. h-ieškinio objektai

Pagrindinės sąveikos ir jų charakteristikos

Čia reikia pateikti paaiškinimą. Mūsų kasdieniame pasaulyje energija perduodama dviem būdais: materija judant iš vietos į vietą (pavyzdžiui, važiuojantis lokomotyvas ar vėjas) – tokiame energijos perdavime dalyvauja dalelės – arba bangomis (pavyzdžiui, radijo bangomis, yra perduodami galingais siųstuvais ir gaudomi mūsų televizorių antenų). Tai yra, makrokosme, kuriame gyvename tu ir aš, visi energijos nešėjai yra griežtai suskirstyti į du tipus – korpuskulinius (sudarytus iš materialių dalelių) arba banginius. Be to, bet kuri banga apibūdinama specialiu lygčių tipu - bangų lygtimis. Be išimties visos bangos – vandenyno bangos, seisminės uolienų bangos, radijo bangos iš tolimų galaktikų – apibūdinamos to paties tipo bangų lygtimis. Šis paaiškinimas reikalingas tam, kad būtų aišku, jog jei norime subatominio pasaulio reiškinius pavaizduoti tikimybių pasiskirstymo bangomis (žr. Kvantinė mechanika), šios bangos taip pat turi būti aprašytos atitinkama bangų lygtimi.

Schrödingeris pritaikė klasikinę banginės funkcijos diferencialinę lygtį tikimybių bangų sąvokai ir gavo garsiąją lygtį, pavadintą jo vardu. Kaip įprasta bangų funkcijos lygtis apibūdina, pavyzdžiui, bangavimo vandens paviršiuje plitimą, Schrödingerio lygtis apibūdina bangos, kuri yra tikimybė rasti dalelę tam tikrame erdvės taške, sklidimą. Šios bangos smailės (didžiausios tikimybės taškai) parodo, kurioje erdvėje dalelė greičiausiai atsidurs. Nors Šriodingerio lygtis priklauso aukštosios matematikos sričiai, ji tokia svarbi šiuolaikinės fizikos supratimui, kad vis dėlto pateiksiu ją čia – paprasčiausia forma (vadinamoji „vienmatė stacionari Schrödingerio lygtis“). Aukščiau pateikta tikimybių pasiskirstymo bangos funkcija, pažymėta graikiška raide (psi), yra šios diferencialinės lygties sprendimas (gerai, jei jos nesuprantate; tiesiog įsitikinkite, kad ši lygtis rodo, kad tikimybė elgiasi kaip banga ): :

kur yra atstumas, yra Planko konstanta ir , ir yra atitinkamai dalelės masė, bendra energija ir potenciali energija.

Kai Schrödingeris pirmą kartą paskelbė savo rezultatus, teorinės fizikos pasaulyje arbatos puodelyje kilo audra. Faktas yra tas, kad beveik tuo pačiu metu pasirodė Schrödingerio amžininko Wernerio Heisenbergo darbas (žr. Heisenbergo neapibrėžtumo principą), kuriame autorius iškėlė „matricinės mechanikos“ koncepciją, kurioje buvo išspręstos tos pačios kvantinės mechanikos problemos. kitoje, sudėtingesnėje matematinės matricos formoje. Šurmulį sukėlė tai, kad mokslininkai tiesiog baiminosi, kad du vienodai įtikinami mikropasaulio aprašymo būdai gali prieštarauti vienas kitam. Nerimas buvo bergždžias. Tais pačiais metais pats Schrödingeris įrodė visišką dviejų teorijų lygiavertiškumą – tai yra, iš banginės lygties išplaukia matricinė lygtis, ir atvirkščiai; rezultatai identiški. Šiandien pirmiausia naudojama Schrödingerio versija (kartais vadinama „bangų mechanika“), nes jo lygtis yra ne tokia sudėtinga ir ją lengviau išmokyti.

Tačiau ne taip lengva įsivaizduoti ir priimti, kad kažkas panašaus į elektroną elgiasi kaip banga. Kasdieniame gyvenime susiduriame arba su dalele, arba su banga. Kamuolys – dalelė, garsas – banga, ir viskas. Kvantinės mechanikos pasaulyje viskas nėra taip paprasta. Tiesą sakant, ir eksperimentai netrukus tai parodė, kvantiniame pasaulyje esybės skiriasi nuo mums pažįstamų objektų ir turi skirtingas savybes. Šviesa, kurią mes laikome banga, kartais elgiasi kaip dalelė (vadinama fotonu), o tokios dalelės kaip elektronai ir protonai gali elgtis kaip bangos (žr. Komplementarumo principą).

Ši problema paprastai vadinama dviguba arba dviguba kvantinių dalelių bangų prigimtimi ir, matyt, būdinga visiems subatominio pasaulio objektams (žr. Bello teoremą). Turime suprasti, kad mikropasaulyje mūsų įprastos intuityvios idėjos apie tai, kokias formas gali turėti materija ir kaip ji gali elgtis, tiesiog negalioja. Pats faktas, kad mes naudojame bangų lygtį, kad apibūdintume judėjimą to, ką esame įpratę manyti kaip apie daleles, yra aiškus to įrodymas. Kaip pažymėta įvade, tame nėra ypatingo prieštaravimo. Juk neturime įtikinamų priežasčių manyti, kad tai, ką stebime makrokosmose, turėtų būti tiksliai atkartota mikrokosmoso lygmenyje. Vis dėlto dviguba elementariųjų dalelių prigimtis daugeliui žmonių išlieka vienu mįslingiausių ir labiausiai nerimą keliančių kvantinės mechanikos aspektų, ir neperdedant galima teigti, kad visos bėdos prasidėjo nuo Erwino Schrödingerio.

Jameso Trefilio enciklopedija „Mokslo prigimtis. 200 visatos dėsnių“.

Jamesas Trefilis yra George'o Masono universiteto (JAV) fizikos profesorius, vienas žymiausių Vakarų mokslo populiarinimo knygų autorių.

Komentarai: 0

Maxas Planckas, vienas iš kvantinės mechanikos įkūrėjų, priėjo prie energijos kvantavimo idėjų, bandydamas teoriškai paaiškinti neseniai atrastų elektromagnetinių bangų ir atomų sąveikos procesą ir taip išspręsti juodojo kūno spinduliuotės problemą. Jis suprato, kad norint paaiškinti stebimą atomų emisijos spektrą, reikia laikyti savaime suprantamu dalyku, kad atomai energiją išspinduliuoja ir sugeria dalimis (kurias mokslininkas pavadino kvantais) ir tik atskirais bangų dažniais.

Visiškai juodas kūnas, visiškai sugeriantis bet kokio dažnio elektromagnetinę spinduliuotę, kai šildomas, skleidžia energiją bangų pavidalu, tolygiai paskirstytų visame dažnių spektre.

Žodis „quantum“ kilęs iš lotynų kalbos „quantum“ („kiek, kiek“) ir iš angliško „quantum“ („kiekis, dalis, kvantas“). „Mechanika“ ilgą laiką buvo vadinamas materijos judėjimo mokslu. Atitinkamai, terminas „kvantinė mechanika“ reiškia mokslą apie medžiagos judėjimą dalimis (arba, šiuolaikine moksline kalba, mokslą apie kvantuotos medžiagos judėjimą). Terminą „kvantas“ sukūrė vokiečių fizikas Maxas Planckas, norėdamas apibūdinti šviesos sąveiką su atomais.

Vienas iš subatominio pasaulio faktų yra tas, kad jo objektai – tokie kaip elektronai ar fotonai – visai nepanašūs į įprastus makropasaulio objektus. Jie elgiasi ne kaip dalelės ar bangos, o kaip visiškai ypatingi dariniai, kurie, priklausomai nuo aplinkybių, pasižymi ir banginėmis, ir korpuskulinėmis savybėmis. Viena yra pateikti teiginį, bet visai kas kita – susieti kvantinių dalelių elgsenos bangų ir dalelių aspektus, apibūdinant juos tikslia lygtimi. Būtent tai buvo padaryta de Broglie santykiuose.

Kasdieniame gyvenime yra du būdai perduoti energiją erdvėje – per daleles arba bangas. Kasdieniame gyvenime nėra matomų prieštaravimų tarp dviejų energijos perdavimo mechanizmų. Taigi, krepšinio kamuolys yra dalelė, o garsas – banga, ir viskas aišku. Tačiau kvantinėje mechanikoje viskas nėra taip paprasta. Net iš paprasčiausių eksperimentų su kvantiniais objektais labai greitai paaiškėja, kad mikropasaulyje mums žinomi makropasaulio principai ir dėsniai negalioja. Šviesa, kurią esame įpratę manyti kaip bangą, kartais elgiasi taip, lyg būtų sudaryta iš dalelių (fotonų) srauto, o elementariosios dalelės, tokios kaip elektronas ar net masyvus protonas, dažnai pasižymi bangos savybėmis.

Labiausiai Einšteinas protestavo prieš būtinybę mikropasaulio reiškinius apibūdinti tikimybių ir bangų funkcijomis, o ne iš įprastos koordinačių ir dalelių greičių padėties. Būtent tai jis turėjo omenyje sakydamas „mėtyti kauliukus“. Jis pripažino, kad elektronų judėjimo apibūdinimas pagal jų greitį ir koordinates prieštarauja neapibrėžtumo principui. Tačiau Einšteinas teigė, kad turi būti keletas kitų kintamųjų ar parametrų, į kuriuos atsižvelgiant kvantinis mechaninis mikropasaulio vaizdas grįš į vientisumo ir determinizmo kelią. Tai yra, tvirtino jis, tik mums atrodo, kad Dievas su mumis žaidžia kauliukais, nes mes ne viską suprantame. Taigi jis pirmasis kvantinės mechanikos lygtyse suformulavo paslėptą kintamojo hipotezę. Taip yra dėl to, kad iš tikrųjų elektronai turi fiksuotas koordinates ir greitį, kaip ir Niutono biliardo rutuliai, o neapibrėžtumo principas ir tikimybinis požiūris į jų nustatymą kvantinės mechanikos rėmuose yra pačios teorijos neišsamumo rezultatas. kodėl neleidžia jiems tam tikros apibrėžti.

Julija Zotova

Sužinosite: Kokios technologijos vadinamos kvantinėmis ir kodėl. Kuo kvantinės technologijos pranašesnės prieš klasikines? Ką gali ir ko negali padaryti kvantinis kompiuteris. Kaip fizikai sukuria kvantinį kompiuterį. Kada jis bus sukurtas.

Prancūzų fizikas Pierre'as Simonas Laplasas iškėlė svarbų klausimą, ar viskas pasaulyje yra nulemta ankstesnės pasaulio būklės, ar priežastis gali sukelti keletą pasekmių. Kaip ir tikėjosi filosofinė tradicija, pats Laplasas savo knygoje „Pasaulio sistemos ekspozicija“ nekėlė jokių klausimų, o pasakė paruoštą atsakymą, kad taip, viskas pasaulyje yra iš anksto nustatyta, tačiau, kaip dažnai nutinka filosofijoje, Laplaso pasiūlytas pasaulio vaizdas neįtikino visų, todėl jo atsakymas sukėlė diskusiją šia tema, kuri tęsiasi iki šiol. Nepaisant kai kurių filosofų nuomonės, kad kvantinė mechanika išsprendė šį klausimą tikimybinio požiūrio naudai, Laplaso visiško išankstinio apsisprendimo teorija arba, kaip ji kitaip vadinama, Laplaso determinizmo teorija, vis dar diskutuojama ir šiandien.

Gordėjus Lesovikas

Prieš kurį laiką su grupe bendraautorių pradėjome išvesti antrąjį termodinamikos dėsnį kvantinės mechanikos požiūriu. Pavyzdžiui, vienoje iš jo formuluočių, kuriose teigiama, kad uždaros sistemos entropija nemažėja, paprastai didėja, o kartais išlieka pastovi, jei sistema energetiškai izoliuota. Naudodami žinomus kvantinės informacijos teorijos rezultatus, nustatėme kai kurias sąlygas, kurioms esant šis teiginys yra teisingas. Netikėtai paaiškėjo, kad šios sąlygos nesutampa su sistemų energetinės izoliacijos sąlyga.

Fizikos profesorius Jimas Al-Khalilis tyrinėja tiksliausią ir vieną painiausių mokslinių teorijų – kvantinę fiziką. XX amžiaus pradžioje mokslininkai išskleidė paslėptas materijos gelmes – subatominius mus supančio pasaulio blokus. Jie atrado reiškinius, kurie skyrėsi nuo anksčiau matytų dalykų. Pasaulis, kuriame viskas gali būti daugelyje vietų vienu metu, kur tikrovė iš tikrųjų egzistuoja tik tada, kai ją stebime. Albertas Einšteinas priešinosi vien minčiai, kad atsitiktinumas yra gamtos esmė. Kvantinė fizika reiškia, kad subatominės dalelės gali sąveikauti greičiau nei šviesos greitis, o tai prieštarauja jo reliatyvumo teorijai.