Гэрэл ба бодисын хоёрдмол шинж чанар. Де Бройлийн тэгшитгэл.
Шинжлэх ухааны хоёр ноцтой онол зэрэгцэн орших бөгөөд тус бүр нь гэрлийн зарим шинж чанарыг тайлбарлаж байсан боловч заримыг нь тайлбарлаж чадахгүй байв. Хамтдаа эдгээр хоёр онол бие биенээ бүрэн нөхөж байв.
Гэрэлнэгэн зэрэг тасралтгүй цахилгаан соронзон долгион ба салангид фотонуудын шинж чанартай байдаг.
Гэрлийн корпускуляр ба долгионы шинж чанаруудын хоорондын хамаарал нь гэрлийн тархалтын статистик хандлагад энгийн тайлбарыг олдог.
Фотонуудын бодистой харилцан үйлчлэлцэх (жишээлбэл, гэрэл дифракцийн тороор дамжин өнгөрөх үед) нь орон зайд фотонуудын дахин хуваарилалт, дэлгэц дээр дифракцийн хэв маягийг бий болгоход хүргэдэг. Дэлгэцийн янз бүрийн цэгүүдийн гэрэлтүүлэг нь дэлгэц дээрх эдгээр цэгүүдэд фотонуудын тусах магадлалтай шууд пропорциональ байх нь ойлгомжтой. Гэхдээ нөгөө талаас долгионы ойлголтоос харахад гэрэлтүүлэг нь гэрлийн эрчмийг J-тэй пропорциональ, харин A 2 далайцын квадраттай пропорциональ байна. Эндээс дүгнэлт: дурын цэг дэх гэрлийн долгионы далайцын квадрат нь тухайн цэгт тусах фотонуудын магадлалын хэмжүүр юм..
Де Бройлийн тэгшитгэл.
Де Бройлийн харилцааны физик утга: аливаа бөөмийн физик шинж чанаруудын нэг нь түүний хурд юм. Долгионыг урт буюу давтамжаар нь тодорхойлдог. Квантын бөөмийн импульсийг λ дүрсэлсэн долгионы урттай холбох хамаарал: λ = h/p Энд h нь Планкийн тогтмол юм Өөрөөр хэлбэл квант бөөмийн долгион ба корпускулын шинж чанарууд нь үндсэндээ харилцан хамааралтай байдаг.
14) Де Бройль долгионы магадлалын тайлбар.Хэрэв бид электроныг бөөмс гэж үзвэл электрон тойрог замдаа үлдэхийн тулд цөмөөс аль ч зайд ижил хурдтай (эсвэл импульс) байх ёстой. Хэрэв бид электроныг долгион гэж үзвэл түүнийг өгөгдсөн радиусын тойрог замд оруулахын тулд энэ тойрог замын тойрог нь түүний долгионы уртын бүхэл тоотой тэнцүү байх ёстой. Де Бройлийн харилцааны үндсэн физик утга нь бид тойрог зам дахь электронуудын зөвшөөрөгдсөн момент эсвэл долгионы уртыг үргэлж тодорхойлж чаддагт оршино. Гэсэн хэдий ч де Бройлийн хамаарлаас харахад тодорхой радиустай ихэнх тойрог замд долгион эсвэл корпускуляр дүрслэл нь электрон нь цөмөөс тийм зайд байх боломжгүй гэдгийг харуулах болно.
Де Бройлийн долгион нь E.M биш юм. эсвэл механик долгион боловч магадлалын долгион юм. Долгионы модуль нь орон зайд бөөмс олох магадлалыг тодорхойлдог.
Гейзенбергийн тодорхойгүй байдлын хамаарал.
Δx*Δp x > h/2
Энд Δx нь бичил бөөмийн орон зайн координатын тодорхойгүй байдал (хэмжилтийн алдаа), Δp нь х тэнхлэг дээрх бөөмийн импульсийн тодорхойгүй байдал, h нь ойролцоогоор 6.626 x 10 –34 J с-тэй тэнцүү Планкийн тогтмол юм.
Нэг хувьсагчийн тодорхой бус байдал бага байх тусам (жишээлбэл, Δx) нөгөө хувьсагч (Δv) илүү тодорхойгүй болно, хэрэв бид хэмжсэн хэмжигдэхүүний аль нэгийг нь яг нарийн тодорхойлж чадвал нөгөө хэмжигдэхүүний тодорхойгүй байдал нь тэнцүү байх болно. хязгааргүй. Тэдгээр. Хэрэв бид квант бөөмийн координатыг үнэн зөв тогтоож чадсан бол түүний хурдны талаар өчүүхэн ч ойлголтгүй байх байсан.
Шредингерийн тэгшитгэл ба түүний утга.
Шредингер долгионы функцийн сонгодог дифференциал тэгшитгэлийг магадлалын долгионы үзэл баримтлалд ашигласан. Шредингерийн тэгшитгэл нь орон зайн өгөгдсөн цэгт бөөмсийг олох магадлалын долгионы тархалтыг тодорхойлдог. Энэ долгионы оргилууд (хамгийн их магадлалын цэгүүд) нь бөөмс орон зайд хаана төгсөх магадлалтайг харуулдаг. Грекийн ψ (“psi”) үсгээр тэмдэглэсэн дээрх магадлалын тархалтын долгионы функц нь дараах дифференциал тэгшитгэлийн шийдэл юм (хэрэв та үүнийг ойлгохгүй байгаа бол зүгээр; энэ тэгшитгэл нь магадлалыг харуулж байна гэдэгт итгэ. долгион шиг):
Энд x нь координат, h нь Планкийн тогтмол, m, E, U нь бөөмийн масс, нийт энерги, потенциал энерги юм.
Шредингерийн тэгшитгэлийн бидэнд өгч буй квант үйл явдлын дүр зураг нь электронууд болон бусад энгийн бөөмсүүд далайн гадаргуу дээр долгион мэт ажилладаг. Цаг хугацаа өнгөрөхөд долгионы оргил нь (электрон байх магадлал өндөртэй) энэ долгионыг дүрсэлсэн тэгшитгэлийн дагуу орон зайд хөдөлдөг. Өөрөөр хэлбэл, бидний уламжлалт бөөмс гэж үздэг зүйл нь квант ертөнцийн долгионтой адил ажилладаг.
Шредингерийн тэгшитгэлийг Австрийн физикч Эрвин Шрөдингерийн нэрээр нэрлэсэн. Энэ бол квант механикийн онолын гол хэрэгсэл юм. Квант механикийн хувьд Шредингерийн тэгшитгэл нь сонгодог механикийн хөдөлгөөний тэгшитгэлтэй (Ньютоны хоёр дахь хууль) ижил үүрэг гүйцэтгэдэг. Шредингерийн тэгшитгэлийг гэж нэрлэгддэг зүйлд зориулж бичсэн y- функцууд (psi - функцууд). Ерөнхийдөө psi функц нь координат ба цаг хугацааны функц юм. y = y (x,y,z,t). Хэрэв бичил бөөмс нь хөдөлгөөнгүй байдалд байгаа бол psi функц нь цаг хугацаанаас хамаардаггүй. y= y (x,y,z).
Бичил бөөмийн нэг хэмжээст хөдөлгөөний хамгийн энгийн тохиолдолд (жишээлбэл, зөвхөн тэнхлэгийн дагуу) x ) Шредингерийн тэгшитгэл нь дараах хэлбэртэй байна.
Хаана у(х)– psi нь зөвхөн нэг координатаас хамаардаг функц юм x ; м – бөөмийн масс; - Планкийн тогтмол (= h/2π); Э нь бөөмийн нийт энерги, У - боломжит энерги. Сонгодог физикт хэмжигдэхүүн (E–U ) нь бөөмийн кинетик энергитэй тэнцүү байх болно. Квант механикийн хувьд, улмаас тодорхойгүй байдлын харилцааКинетик энерги гэдэг ойлголт ямар ч утгагүй юм. Боломжит энерги гэдгийг анхаарна уу У- энэ бол шинж чанар юм гадаад хүчний талбар, үүнд бөөмс хөдөлдөг. Энэ үнэ цэнэ нь маш тодорхой юм. Энэ тохиолдолд энэ нь координатын функц юм У = У (x,y,z).
Гурван хэмжээст тохиолдолд, хэзээ y = y (x,y,z),Шредингерийн тэгшитгэлийн эхний гишүүний оронд гурван координаттай холбоотой psi функцийн гурван хэсэгчилсэн деривативын нийлбэрийг бичнэ.
Шредингерийн тэгшитгэлийг юунд ашигладаг вэ? Дээр дурдсанчлан энэ бол квант механикийн үндсэн тэгшитгэл юм. Хэрэв бид үүнийг бичиж аваад тодорхой бичил бөөмийн хувьд (энэ нь энгийн ажил биш) шийдвэл бөөмс хөдөлж буй орон зайн аль ч цэгт psi функцийн утгыг олж авна. Энэ юу өгөх вэ? psi функцийн модулийн квадрат нь тодорхойлогддог магадлалорон зайн тодорхой бүс дэх бөөмсийг илрүүлэх. Сансар огторгуйн зарим цэгийг координаттай авч үзье x
,
y
,
z
(Зураг 6). Энэ үед бөөмс олох магадлал хэд вэ? Хариулт: энэ магадлал тэг байна! (цэг нь хэмжээсгүй; бөөмс нь физикийн хувьд цэг рүү хүрч чадахгүй). Энэ нь асуултыг буруу тавьсан гэсэн үг юм. Өөрөөр хэлбэл: эзэлхүүнтэй орон зайн жижиг бүсэд бөөмсийг илрүүлэх магадлал хэд вэ? dV = dx dy dz
сонгосон цэг дээр төвтэй байна уу? Хариулт:
Хаана dP - энгийн эзэлхүүн дэх бөөмсийг илрүүлэх энгийн магадлал dV . (22) тэгшитгэл нь бодит psi функцийн хувьд хүчинтэй (энэ нь бас төвөгтэй байж болно, энэ тохиолдолд psi-функцийн модулийн квадратыг (22) тэгшитгэлд орлуулах шаардлагатай). Хэрэв орон зайн муж хязгаарлагдмал эзэлхүүнтэй бол В , дараа нь магадлал П Энэ эзлэхүүн дэх бөөмийг илрүүлэхийн тулд (22) илэрхийлэлийг эзлэхүүн дээр нэгтгэх замаар олно В :
|
|
Үүнийг сануулъя бичил хэсгүүдийн хөдөлгөөний магадлалын тодорхойлолт- квант механикийн үндсэн санаа. Тиймээс Шредингерийн тэгшитгэлийг ашиглан квант механикийн гол асуудлыг шийдэж байна: судалж буй объектын хөдөлгөөнийг дүрслэх, энэ тохиолдолд квант механик бөөмс.
Өөр хэд хэдэн чухал нөхцөл байдлыг тэмдэглэе. Томъёо (21)-ээс харахад Шредингерийн тэгшитгэл нь хоёр дахь эрэмбийн дифференциал тэгшитгэл юм. Үүний үр дүнд үүнийг шийдвэрлэх явцад дурын хоёр тогтмол гарч ирнэ. Тэднийг хэрхэн олох вэ? Энэ зорилгоор тэд гэж нэрлэгддэг зүйлийг ашигладаг хилийн нөхцөл: физик асуудлын тодорхой агуулгаас бичил бөөмийн хөдөлгөөний бүсийн хил дэх psi функцийн утгыг мэдэж байх ёстой. Үүнээс гадна, гэж нэрлэгддэг хэвийн болгох нөхцөл, psi-функц хангах ёстой:
|
|
Энэ нөхцлийн утга нь энгийн: бөөмсийг ядаж хөдөлгөөнийхөө бүс нутгийн хаа нэгтээ илрүүлэх магадлал нь найдвартай үйл явдал бөгөөд магадлал нь нэгтэй тэнцүү байна.
Энэ нь Шредингерийн тэгшитгэлийн шийдлийг физик утгаар дүүргэдэг хилийн нөхцөл юм. Эдгээр нөхцөлгүйгээр тэгшитгэлийг шийдвэрлэх нь физикийн утгагүй, цэвэр математикийн асуудал юм. Дараагийн хэсэгт тодорхой жишээн дээр бид Шрөдингерийн тэгшитгэлийг шийдвэрлэхдээ хилийн нөхцөл ба нормчлолын нөхцлүүдийг ашиглах талаар авч үзнэ.
Psi функц
Долгион функц (төрийн функц, psi функц, магадлалын далайц) - нийлмэл утгатай функц,-д ашигласан квант механикУчир нь магадлалын тодорхойлолтмуж квант механик систем. Өргөн утгаараа - адилхан төлөвийн вектор.
"Магадлалын далайц" гэсэн нэрний нэг хувилбар нь холбоотой юм статистик тайлбардолгионы функц: цаг хугацааны өгөгдсөн агшинд орон зайн өгөгдсөн цэгээс бөөмсийг олох магадлалын нягт нь энэ төлөвийн долгионы функцийн үнэмлэхүй утгын квадраттай тэнцүү байна.
Долгионы функцийн квадрат модулийн физик утга
Долгионы функц нь системийн координатаас (эсвэл ерөнхий координатаас) болон ерөнхийдөө цаг хугацааны хувьд хамаардаг бөгөөд ийм байдлаар үүсдэг. дөрвөлжинтүүнийг модульнягтралыг илэрхийлсэн магадлал(дискрет спектрийн хувьд - зүгээр л магадлал) тухайн үед координатаар тодорхойлсон байрлал дахь системийг илрүүлэх:
Дараа нь долгионы функцээр тодорхойлсон системийн өгөгдсөн квант төлөвт бид хязгаарлагдмал эзэлхүүний орон зайн аль ч мужид бөөмс илрэх магадлалыг тооцоолж болно. 
.
үүрэг гүйцэтгэдэг координатын багц функцийн аргументууд, төлөөлдөг физик хэмжигдэхүүний бүрэн багцсистемд хэмжиж болох . Квант механикийн хувьд хэмжигдэхүүнүүдийн хэд хэдэн бүрэн багцыг сонгох боломжтой байдаг тул ижил төлөвийн долгионы функцийг өөр өөр аргументуудаар бичиж болно. Долгионы функцийг бүртгэхийн тулд сонгосон хэмжигдэхүүний бүрэн багцыг тодорхойлно долгионы функцийн төлөөлөл. Тиймээ, боломжтой зохицуулахгүйцэтгэл, импульсгүйцэтгэл, in квант талбайн онолашигласан хоёрдогч квантчлалТэгээд дүүргэх тоонуудын төлөөлөлэсвэл Фокийн төлөөлөлгэх мэт.
Хэрэв долгионы функц, жишээлбэл, атом дахь электроны координатын дүрслэлд өгөгдсөн бол долгионы функцийн модулийн квадрат нь орон зайн тодорхой цэгт электрон илрүүлэх магадлалын нягтыг илэрхийлнэ. Хэрэв ижил долгионы функцийг импульсийн дүрслэлд өгсөн бол түүний модулийн квадрат нь аль нэгийг илрүүлэх магадлалын нягтыг илэрхийлнэ. импульс-тай.
Микро хэсгүүдэд долгионы шинж чанарууд байдаг тул сонгодог механикууд тэдний зан төлөвийг зөв тайлбарлаж чадахгүй. Үүнийг Шредингер, Хайзенберг, Дирак болон бусад хүмүүсийн бүтээсэн квант механик ашиглан хийж болно.
Квант механикийн үндсэн тэгшитгэл бол Шредингерийн тэгшитгэл юм. Квантын механик дахь бичил хэсгүүдийн төлөвийг долгионы функц эсвэл Ψ (psi) функцээр тодорхойлдог. Энэ функц нь координат ба цаг хугацааны функц бөгөөд тэгшитгэлийг шийдэх замаар олж болно
(Шредингерийн тэгшитгэл),
энд m нь бөөмийн масс; h = h/2π – Планкийн тогтмол; Ψ – долгионы функц буюу psi функц нь координат ба цаг хугацааны функц юм 
- Лаплас оператор;U=U(x,y,z, t) – бөөмийн хөдөлж буй хүчний талбар дахь потенциал энерги; 
би =
- төсөөллийн нэгж.
Шредингерийн тэгшитгэлийг сонгодог механик дахь Ньютоны тэгшитгэлийн нэгэн адил онолын хувьд олж авах боломжгүй, гэхдээ олон тооны туршилтын баримтуудын ерөнхий дүгнэлт юм. Үүнээс үүдэн гарах бүх үр дагавар нь туршилтын баримтуудтай хамгийн зөв тохирч байгаа нь энэхүү харилцааны үнэн зөвийг нотолж байна.
,
Шредингерийн тэгшитгэлээс үзэхэд долгионы функц Ψ хэлбэр нь U боломжит энергиэр тодорхойлогддог, өөрөөр хэлбэл. бөөмс дээр үйлчлэх хүчний мөн чанар. Ерөнхийдөө боломжит энерги U нь координат ба цаг хугацааны функц юм. Хөдөлгөөнгүй (цаг хугацааны хувьд өөрчлөгддөггүй) хүчний талбайн хувьд U боломжит энерги нь цаг хугацаанаас хамаарахгүй нь тодорхой. Энэ тохиолдолд долгионы функц Ψ нь хоёр хүчин зүйлд хуваагддаг бөгөөд тэдгээрийн нэг нь зөвхөн цаг хугацаа, хоёр дахь нь зөвхөн координатаас хамаарна.
Энэ функцийг Шредингерийн тэгшитгэлд орлуулснаар бид олж авна
;
эсвэл
Энэ бол суурин төлөвт зориулсан Шредингерийн тэгшитгэл юм. Энэ хоёр тэгшитгэл нь бага (v«c) хурдтай хөдөлж буй аливаа бөөмийн хувьд хүчинтэй. Үүнээс гадна долгионы функцэд нэмэлт нөхцлүүд тавигддаг.
Сүүлийн тэгшитгэлд бөөмийн нийт энерги Е-г параметр болгон оруулсан болно. Дифференциал тэгшитгэлийн онолоос харахад ийм тэгшитгэлүүд нь E параметрийн ямар ч утгын хувьд биш, харин өгөгдсөн асуудлын шинж чанарын тодорхой багцын хувьд физик утгыг тусгасан шийдлүүдтэй (тэдгээрийн хязгааргүй олон тооны) байдаг. . Физик утгыг агуулсан шийдлүүд нь дээрх нөхцөлүүдийг тавьсан тохиолдолд л гардаг. Шрөдингерийн тэгшитгэлийн шийдэл нь физик утгатай байх энергийн утгыг E гэж нэрлэдэг эзэмшдэг. Шийдэл, өөрөөр хэлбэл. энергийн хувийн утгад тохирсон долгионы функцүүд гэж нэрлэгддэг эзэмшдэгфункцууд.
Долгионы функц ба түүний статистик утга
Квант механикийн цаг хугацааны өгөгдсөн агшин дахь бөөмийн орон зай дахь байрлалыг Ψ долгионы функцийн мэдлэгээр тодорхойлно. dV эзлэхүүний элементэд бөөмс байрлах магадлал dw нь долгионы функцийн модулийн квадраттай пропорциональ |Ψ| 2 ба элементийн эзэлхүүн dV
Тоо хэмжээ |Ψ| 2 = 
(Ψ-функцийн квадрат модуль) нь магадлалын нягтын утгатай, i.e. х, у, z координаттай цэгийн ойролцоо нэгж эзэлхүүн дэх бөөмсийг олох магадлалыг тодорхойлно.
Тиймээс Ψ-функц өөрөө биш, харин түүний модулийн квадрат нь |Ψ| 2.
.
Магадлалын нэмэх теоремын дагуу хязгаарлагдмал V эзэлхүүн дэх бөөмсийг t хугацаанд олох магадлал нь тэнцүү байна.
,
Найдвартай үйл явдлын магадлал нэгдмэл байхаар долгионы функцийг хэвийн болгох ёстой. V интегралын эзэлхүүнийг бүхэл орон зайн хязгааргүй эзэлхүүн гэж үзвэл энэ нь үнэн байх болно. Магадлалыг хэвийн болгох нөхцөл
интегралыг бүхэл хязгааргүй орон зайд тооцдог, өөрөөр хэлбэл. x, y, z координатуудын дагуу -∞-аас +∞ хүртэл.
Энэ тохиолдолд долгионы функц нь өмнө дурдсан гурван нөхцлийг хангасан байх ёстой.
1. Хязгаарлагдмал байх ёстой (магадлал 1-ээс их байж болохгүй).
2. Хоёрдмол утгагүй байх ёстой (магадлал нь хоёрдмол утгатай байж болохгүй).
Тасралтгүй байх ёстой (магадлал нь огцом өөрчлөгдөх боломжгүй).
Квантын физикт объектын цэвэр төлөвийг дүрсэлсэн нийлмэл утгатай функцийг нэвтрүүлсэн бөгөөд үүнийг долгионы функц гэж нэрлэдэг. Цэвэр төлөв дэх Гамильтоны системийн зан төлөвийг долгионы функцээр бүрэн дүрсэлсэн байдаг. Долгионы функцийг N хэмжээст орон зайд өгье, тэгвэл координат бүхий цэг бүрт тодорхой хугацааны t-д энэ нь хэлбэртэй болно. Энэ тохиолдолд Шредингерийн тэгшитгэлийг дараах хэлбэрээр бичнэ: , цэг дээрх бөөмийн гаднах потенциал энерги хаана байна.
Ажлын төгсгөл -
Энэ сэдэв нь дараахь хэсэгт хамаарна.
Атом, квант, цөмийн физикийн үндэс
Де Бройлийн таамаглал, түүний Борын постулаттай холбоо Шредингерийн тэгшитгэл физик утга.. термоядролын урвал.. термоядролын урвал Маш өндөр температурт явагдах хөнгөн атомын цөмүүдийн хоорондох цөмийн урвал..
Хэрэв танд энэ сэдвээр нэмэлт материал хэрэгтэй бол эсвэл хайж байсан зүйлээ олоогүй бол манай ажлын мэдээллийн сангаас хайлтыг ашиглахыг зөвлөж байна.
Хүлээн авсан материалыг бид юу хийх вэ:
Хэрэв энэ материал танд хэрэгтэй байсан бол та үүнийг нийгмийн сүлжээн дэх хуудсандаа хадгалах боломжтой.
| Жиргээ |
Энэ хэсгийн бүх сэдвүүд:
Атомын спектрийн зүй тогтол. Ридберг тогтмол
Чөлөөт буюу сул холбоотой атомуудын гэрлийн (цахилгаан соронзон долгион) ялгарах буюу шингээлтийн үр дүнд үүссэн атомын спектр, оптик спектр; Ийм спектрүүд, ялангуяа моноатууд байдаг
Атомын бүтцийн загварууд. Рутерфордын загвар
Атом нь химийн элементийн хамгийн жижиг химийн хуваагдашгүй хэсэг бөгөөд түүний шинж чанарыг тээгч юм. Атом нь атомын цөм ба хүрээлэн буй электрон үүлнээс бүрдэнэ. Атомын цөм нь дараахь зүйлээс бүрдэнэ
Борын постулатууд. Устөрөгчийн атом ба устөрөгчтэй төстэй ионуудын бүтцийн тухай анхан шатны онол (Борын дагуу)
Борын постулатууд нь устөрөгчийн атом ба устөрөгчтэй төстэй ионуудын шугамын спектрийн хэв маяг, мөн усны квант шинж чанарыг тайлбарлах зорилгоор 1913 онд Нильс Борын томъёолсон үндсэн таамаглал юм.
Гейзенбергийн тодорхойгүй байдлын хамаарал. Квант механик дахь хөдөлгөөний тодорхойлолт
Хейзенбергийн тодорхойгүй байдлын зарчим нь квант системийн хос шинж чанарыг нэгэн зэрэг тодорхойлох нарийвчлалын хязгаарыг тогтоодог үндсэн тэгш бус байдал (тодорхойгүй байдлын хамаарал) юм.
Долгионы функцийн шинж чанарууд. Квантжуулалт
Долгионы функц (төлөвийн функц, psi функц) нь квант механик системийн цэвэр төлөвийг тодорхойлоход хэрэглэгддэг цогц утгатай функц юм. коэффициент юм
Квантын тоо. Ээрэх
Квантын тоо гэдэг нь бөөмийн төлөв байдлыг тодорхойлдог микроскопийн объектын (элементар бөөмс, цөм, атом гэх мэт) аливаа квант хувьсагчийн тоон утга юм. Квантын цагийг зааж өгөх
Атомын цөмийн шинж чанар
Атомын цөм нь атомын төв хэсэг бөгөөд түүний массын ихэнх хэсэг нь төвлөрч, бүтэц нь атомын харьяалагдах химийн элементийг тодорхойлдог.
Цөмийн физик шинж чанар
Цацраг идэвхит
Цацраг идэвхит байдал нь атомын цөмд энгийн бөөмс эсвэл цөмийн хэлтэрхий ялгаруулж найрлагыг нь (цэнэг Z, массын дугаар А) аяндаа өөрчлөх шинж чанар юм. Тохирох үзэгдэл
Цөмийн гинжин урвал
Цөмийн гинжин урвал гэдэг нь нэг цөмийн урвалын дараалал бөгөөд тэдгээр нь тус бүр нь дарааллын өмнөх үе шатанд урвалын бүтээгдэхүүн болж гарч ирсэн бөөмсөөс үүсдэг. Гинжин хэлхээний жишээ
Элементар бөөмс ба тэдгээрийн шинж чанарууд. Энгийн бөөмсийн систем
Элементар бөөмс гэдэг нь тэдгээрийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд задрах боломжгүй дэд цөмийн масштабтай бичил биетүүдийг хэлдэг хамтын нэр томъёо юм.
Properties: 1.Бүх E. h-нэхэмжлэлийн объект
Үндсэн харилцан үйлчлэл ба тэдгээрийн шинж чанарууд
Энд тайлбар хийх хэрэгтэй. Бидний өдөр тутмын ертөнцөд энерги нь хоёр янзаар дамждаг: нэг газраас нөгөө рүү шилжих үед бодисоор (жишээ нь, хөдөлж буй зүтгүүр эсвэл салхи) - бөөмс ийм энерги дамжуулахад оролцдог - эсвэл долгионоор (жишээлбэл, радио долгионоор дамжуулдаг. хүчирхэг дамжуулагчаар дамжуулж, манай телевизийн антеннуудад баригдсан). Өөрөөр хэлбэл, та бид хоёрын амьдардаг макро сансарт бүх эрчим хүчний тээвэрлэгч нь корпускуляр (материалын хэсгүүдээс бүрддэг) эсвэл долгион гэсэн хоёр төрөлд хуваагддаг. Түүнээс гадна аливаа долгионыг тусгай төрлийн тэгшитгэлээр тодорхойлдог - долгионы тэгшитгэл. Үл хамаарах зүйлгүйгээр бүх долгионыг - далайн давалгаа, газар хөдлөлтийн чулуулгийн долгион, алс холын галактикаас ирсэн радио долгионыг ижил төрлийн долгионы тэгшитгэлээр тодорхойлдог. Хэрэв бид атомын доорх ертөнцийн үзэгдлүүдийг магадлалын тархалтын долгионоор дүрслэхийг хүсвэл (Квантын механикийг үзнэ үү) эдгээр долгионыг мөн харгалзах долгионы тэгшитгэлээр дүрслэх ёстой гэдгийг тодорхой болгохын тулд энэхүү тайлбар зайлшгүй шаардлагатай.
Шредингер долгионы функцийн сонгодог дифференциал тэгшитгэлийг магадлалын долгионы үзэл баримтлалд хэрэглэж, өөрийн нэрээр нэрлэгдсэн алдарт тэгшитгэлийг олж авсан. Ердийн долгионы функцийн тэгшитгэл нь жишээ нь усны гадаргуу дээрх долгионы тархалтыг тодорхойлдог шиг Шредингерийн тэгшитгэл нь орон зайн өгөгдсөн цэг дээр бөөмс олох магадлалын долгионы тархалтыг тодорхойлдог. Энэ долгионы оргилууд (хамгийн их магадлалын цэгүүд) нь бөөмс орон зайд хаана төгсөх магадлалтайг харуулдаг. Шредингерийн тэгшитгэл нь дээд математикийн салбарт хамаарах хэдий ч орчин үеийн физикийг ойлгоход маш чухал тул би үүнийг хамгийн энгийн хэлбэрээр ("нэг хэмжээст хөдөлгөөнгүй Шредингерийн тэгшитгэл" гэж нэрлэдэг) энд танилцуулах болно. Грек үсгээр (psi) тэмдэглэсэн дээрх магадлалын тархалтын долгионы функц нь дараах дифференциал тэгшитгэлийн шийдэл юм (хэрэв та үүнийг ойлгохгүй байгаа бол зүгээр; энэ тэгшитгэл нь магадлал нь долгион шиг ажилладагийг харуулж байна гэдэгт итгэ. ): :
зай хаана байна, энэ нь Планкийн тогтмол бөгөөд , мөн нь бөөмийн масс, нийт энерги, потенциал энерги юм.
Шредингерийн тэгшитгэлийн бидэнд өгч буй квант үйл явдлын дүр зураг нь электронууд болон бусад энгийн бөөмсүүд далайн гадаргуу дээр долгион мэт ажилладаг. Цаг хугацаа өнгөрөхөд долгионы оргил нь (электрон байх магадлал өндөртэй) энэ долгионыг дүрсэлсэн тэгшитгэлийн дагуу орон зайд хөдөлдөг. Өөрөөр хэлбэл, бидний уламжлалт бөөмс гэж үздэг зүйл нь квант ертөнцийн долгионтой адил ажилладаг.
Шредингер үр дүнгээ анх нийтлэх үед онолын физикийн ертөнцөд цайны аяганд шуурга дэгдсэн. Баримт нь бараг тэр үед Шредингерийн орчин үеийн Вернер Хайзенбергийн бүтээл гарч ирэв (Гейзенбергийн тодорхойгүй байдлын зарчмыг үзнэ үү), үүнд зохиолч квант механикийн ижил асуудлуудыг шийдсэн "матриц механик" гэсэн ойлголтыг дэвшүүлсэн. өөр, илүү төвөгтэй математикийн цэгийн матриц хэлбэрээр. Энэхүү үймээн самууныг эрдэмтэд бичил ертөнцийг дүрслэх ижил үнэмшилтэй хоёр арга нь хоорондоо зөрчилдөж магадгүй гэж айж байсантай холбоотой юм. Санаа зоволт нь дэмий хоосон байв. Тэр жил Шрөдингер өөрөө хоёр онолын бүрэн тэнцүү болохыг нотолсон - өөрөөр хэлбэл матрицын тэгшитгэл нь долгионы тэгшитгэлээс гардаг ба эсрэгээр; үр дүн нь ижил байна. Өнөөдөр энэ нь голчлон Шрөдингерийн хувилбар (заримдаа "долгионы механик" гэж нэрлэдэг) юм, учир нь түүний тэгшитгэл нь илүү төвөгтэй, заахад хялбар байдаг.
Гэсэн хэдий ч электрон шиг зүйл долгион шиг ажилладаг гэдгийг төсөөлж, хүлээн зөвшөөрөх нь тийм ч хялбар биш юм. Өдөр тутмын амьдралд бид бөөмс эсвэл долгионтой тулгардаг. Бөмбөг бол бөөмс, дуу бол долгион, тэгээд л болоо. Квант механикийн ертөнцөд бүх зүйл тийм ч энгийн зүйл биш юм. Үнэн хэрэгтээ, туршилтууд үүнийг удалгүй харуулсан - квант ертөнцөд биетүүд бидний мэддэг объектуудаас ялгаатай бөгөөд өөр өөр шинж чанартай байдаг. Бидний долгион гэж боддог гэрэл нь заримдаа бөөмс (фотон гэж нэрлэдэг), электрон, протон гэх мэт бөөмс нь долгион шиг ажилладаг (Нэмэлт зарчмыг үзнэ үү).
Энэ асуудлыг ихэвчлэн квант бөөмсийн хос буюу давхар бөөмс долгионы шинж чанар гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь субатомын ертөнцийн бүх объектын шинж чанар юм (Бэллийн теоремыг үзнэ үү). Бичил ертөнцөд бодис ямар хэлбэртэй байж болох, хэрхэн биеэ авч явах тухай бидний ердийн зөн совингийн санаанууд огт хэрэгжихгүй гэдгийг бид ойлгох ёстой. Бид бөөмс гэж бодож дассан зүйлсийнхээ хөдөлгөөнийг долгионы тэгшитгэлээр дүрсэлж байгаа нь үүний тод нотолгоо юм. Танилцуулгад дурдсанчлан үүнд онцгой зөрчил байхгүй. Эцсийн эцэст, бидний макро сансарт ажиглаж буй зүйл нь бичил ертөнцийн түвшинд үнэн зөв хуулбарлагдах ёстой гэдэгт итгэх ямар ч үндэслэлгүй юм. Гэсэн хэдий ч энгийн бөөмсийн хоёрдмол шинж чанар нь олон хүмүүсийн хувьд квант механикийн хамгийн ойлгомжгүй, түгшүүртэй талуудын нэг хэвээр байгаа бөгөөд бүх бэрхшээл Эрвин Шрөдингерээс эхэлсэн гэж хэлэхэд хэтрүүлэг болохгүй.
Жеймс Трефилийн нэвтэрхий толь бичиг "Шинжлэх ухааны мөн чанар. Орчлон ертөнцийн 200 хууль."
Жеймс Трефил бол Жорж Мэйсон Их Сургуулийн (АНУ) физикийн профессор бөгөөд барууны алдартай шинжлэх ухааны ном зохиогчдын нэг юм.
| Сэтгэгдэл: 0 |
Квант механикийг үндэслэгчдийн нэг Макс Планк энергийн квантчлалын санааг дэвшүүлж, саяхан нээгдсэн цахилгаан соронзон долгион ба атомуудын харилцан үйлчлэлийг онолын үүднээс тайлбарлаж, улмаар хар биетийн цацрагийн асуудлыг шийдэхийг оролдсон. Атомуудын ажиглагдсан цацрагийн спектрийг тайлбарлахын тулд атомууд хэсэг хэсгээрээ (эрдэмтэд үүнийг кванта гэж нэрлэдэг) зөвхөн долгионы давтамжийн давтамжаар энерги ялгаруулж, шингээдэг гэдгийг ойлгох хэрэгтэй гэдгийг тэрээр ойлгосон.
Ямар ч давтамжийн цахилгаан соронзон цацрагийг бүрэн шингээдэг бүрэн хар бие нь халах үед бүх давтамжийн спектрт жигд тархсан долгион хэлбэрээр энерги ялгаруулдаг.
“Квант” гэдэг үг нь латин квант (“хэр их, хэр их”), англи хэлний квант (“тоо хэмжээ, хэсэг, квант”) гэсэн үгнээс гаралтай. "Механик" гэдэг нь материйн хөдөлгөөний шинжлэх ухааныг эрт дээр үеэс нэрлэж ирсэн. Үүний дагуу "квант механик" гэсэн нэр томъёо нь материйн хэсгүүдийн хөдөлгөөний шинжлэх ухаан (эсвэл орчин үеийн шинжлэх ухааны хэлээр квантлагдсан бодисын хөдөлгөөний шинжлэх ухаан) гэсэн үг юм. "Квант" гэсэн нэр томъёог Германы физикч Макс Планк гэрлийн атомуудтай харилцан үйлчлэлцэхийг тайлбарлахын тулд гаргаж авсан.
Субатомын ертөнцийн нэг баримт бол электрон эсвэл фотон гэх мэт түүний объектууд нь макро ертөнцийн ердийн объектуудтай огт төстэй байдаггүй явдал юм. Тэд бөөмс шиг ч биш, долгион ч биш, харин нөхцөл байдлаас шалтгаалан долгион ба корпускулын шинж чанарыг харуулдаг бүрэн онцгой формацууд шиг ажилладаг. Мэдэгдэл гаргах нь нэг хэрэг, харин квант бөөмсийн үйл ажиллагааны долгион ба бөөмсийн талуудыг хооронд нь холбож, тэдгээрийг яг тэгшитгэлээр дүрслэх нь огт өөр зүйл юм. Де Бройлийн харилцаанд яг ийм зүйл хийсэн.
Өдөр тутмын амьдралд энергийг орон зайд шилжүүлэх хоёр арга байдаг - бөөмс эсвэл долгионоор дамжуулан. Өдөр тутмын амьдралд энерги дамжуулах хоёр механизмын хооронд харагдахуйц зөрчилдөөн байдаггүй. Тэгэхээр сагсан бөмбөг бол бөөмс, дуу чимээ бол долгион, бүх зүйл тодорхой. Гэсэн хэдий ч квант механикийн хувьд бүх зүйл тийм ч хялбар биш юм. Квантын объектуудтай хийсэн хамгийн энгийн туршилтуудаас ч гэсэн бичил ертөнцөд бидний сайн мэддэг макро ертөнцийн зарчим, хууль үйлчилдэггүй нь тун удалгүй тодорхой болно. Бидний долгион гэж төсөөлж дассан гэрэл нь заримдаа бөөмсийн урсгалаас (фотон) тогтдог мэт аашилдаг ба электрон, бүр асар том протон зэрэг энгийн бөөмсүүд нь ихэвчлэн долгионы шинж чанарыг харуулдаг.
Хамгийн гол нь Эйнштейн бичил ертөнцийн үзэгдлийг координат, бөөмийн хурдны ердийн байрлалаас бус харин магадлал, долгионы функцээр тайлбарлах хэрэгцээг эсэргүүцэж байв. "Шоо өнхрүүлэх" гэдэг нь үүнийг л хэлэх гэсэн юм. Электронуудын хөдөлгөөнийг хурд, координатаар нь дүрслэх нь тодорхойгүй байдлын зарчимтай зөрчилдөж байгааг тэрээр хүлээн зөвшөөрсөн. Гэхдээ бичил ертөнцийн квант механик дүр төрх бүрэн бүтэн байдал, детерминизмын зам руу буцаж ирэхийг харгалзан үзэх өөр зарим хувьсагч эсвэл параметрүүд байх ёстой гэж Эйнштейн үзэж байна. Өөрөөр хэлбэл, бид бүгдийг ойлгодоггүй учраас Бурхан бидэнтэй шоо тоглож байгаа юм шиг л санагдаж байна гэж тэр хэлэв. Ийнхүү тэрээр квант механикийн тэгшитгэлд далд хувьсагчийн таамаглалыг анх гаргасан. Энэ нь үнэн хэрэгтээ электронууд нь Ньютоны бильярдны бөмбөг шиг тогтмол координат, хурдтай байдаг бөгөөд тодорхойгүй байдлын зарчим, тэдгээрийг квант механикийн хүрээнд тодорхойлох магадлалын хандлага нь онолын бүрэн бус байдлын үр дүн юм. Энэ нь яагаад тэднийг тодорхой тодорхойлохыг зөвшөөрдөггүй юм бэ?
Юлия Зотова
Та сурах болно: Ямар технологийг квант гэж нэрлэдэг, яагаад. Квантын технологи нь сонгодог технологиос юугаараа давуу вэ? Квантын компьютер юу хийж чадах, юу хийж чадахгүй. Физикчид хэрхэн квант компьютер хийдэг. Хэзээ бий болох вэ.
Францын физикч Пьер Симон Лаплас дэлхий дээрх бүх зүйл дэлхийн өмнөх төлөв байдлаас урьдчилан тодорхойлогддог уу, эсвэл шалтгаан нь хэд хэдэн үр дагаварт хүргэж болох уу гэсэн чухал асуултыг тавьсан. Философийн уламжлалын дагуу Лаплас өөрөө "Дэлхийн тогтолцооны үзэсгэлэн" номондоо ямар ч асуулт асуугаагүй, харин "Тийм ээ, дэлхий дээрх бүх зүйл урьдчилан тодорхойлогддог" гэсэн бэлэн хариултыг хэлсэн боловч философид ихэвчлэн тохиолддог. Лапласын санал болгосон ертөнцийн дүр зураг хүн бүрт итгүүлээгүй тул түүний хариулт өнөөг хүртэл үргэлжилж буй асуудлын эргэн тойронд маргаан үүсгэв. Зарим философичдын үзэж байгаагаар квант механик нь энэ асуудлыг магадлалын аргын талд шийдвэрлэсэн гэсэн хэдий ч Лапласын бүрэн урьдчилан тодорхойлох онол буюу өөрөөр хэлбэл Лапласын детерминизмын онол өнөөг хүртэл яригдсаар байна.
Гордей Лесовик
Хэсэг хугацааны өмнө хэсэг зохиогчид бид хоёр термодинамикийн хоёр дахь хуулийг квант механикийн үүднээс гаргаж эхэлсэн. Жишээлбэл, хаалттай системийн энтропи багасдаггүй гэсэн түүний нэг томъёололд ихэвчлэн нэмэгддэг ба заримдаа систем эрчим хүчээр тусгаарлагдсан тохиолдолд тогтмол хэвээр үлддэг. Квантын мэдээллийн онолын мэдэгдэж буй үр дүнг ашиглан бид энэ мэдэгдэл үнэн байх зарим нөхцөлийг гаргаж авсан. Гэнэтийн байдлаар эдгээр нөхцөл нь системийн эрчим хүчний тусгаарлах нөхцөлтэй давхцахгүй байна.
Физикийн профессор Жим Аль-Халили хамгийн нарийн бөгөөд хамгийн ойлгомжгүй шинжлэх ухааны онолуудын нэг болох квант физикийг судалж байна. 20-р зууны эхэн үед эрдэмтэд бидний эргэн тойрон дахь ертөнцийн атомын доорх барилгын материал болох материйн далд гүнийг судалсан. Тэд урьд өмнө үзэгдэж байсан зүйлээс ялгаатай үзэгдлүүдийг олж илрүүлсэн. Бүх зүйл нэгэн зэрэг олон газар байж болох, бодит байдал нь зөвхөн бид үүнийг ажиглах үед л оршдог ертөнц. Альберт Эйнштейн санамсаргүй байдал нь байгалийн гол цөм нь байдаг гэсэн санааг эсэргүүцсэн. Квантын физик нь түүний харьцангуйн онолтой зөрчилддөг, субатомын бөөмс гэрлийн хурдаас илүү хурдан харилцан үйлчлэлцдэг гэсэн үг юм.
