Вся электронная библиотека >>>

 Естествознание >>>

 

 

Концепции современного естествознания


Раздел: Учебники



 

9.3.3. Создание нерелятивистской квантовой механики

 

 

Такие новые представления и принципы были созданы плеядой вы­дающихся физиков XX в. в 1925—1927 гг.: В. Гейзенберг установил основы так называемой матричной механики; Л. де Бройль, а за ним Э. Шредингер разработали волновую механику. Вскоре выяснилось, что и матричная механика, и волновая механика — различные формы единой теории, получившей название квантовой механики.

К созданию матричной механики В. Гейзенберг пришел в ре­зультате исследований спектральных закономерностей, а также тео­рии дисперсии, где атом представлялся некоторой символической математической моделью — как совокупность виртуальных гармо­нических осцилляторов. Представления об атоме как о системе, состоящей из ядра и вращающихся вокруг него электронов, которые обладают определенной массой, движутся с определенной скорос­тью по определенной орбите, нужно понимать лишь как аналогию для установления математической модели. Указанный метод исследования и развил Гейзенберг, распространив его вообще на теорию атомных явлений.

В 1926 г. Гейзенберг впервые высказал основные положения кван­товой механики в матричной форме. Теория атомных явлений, по Гейзенбергу, должна ограничиваться установлением соотношений между величинами, которые непосредственно измеряются в экспери­ментальных исследованиях («наблюдаемыми» величинами, в терми­нологии Гейзенберга) — частотой излучения спектральных линий, их интенсивностью, поляризацией и т.п. «Ненаблюдаемые» величины, такие, как координаты электрона, его скорость, траектория, по кото­рой он движется, и т.д., не следует использовать в теории атома.

Однако в согласии с принципом соответствия новая теория должнa определенным образом соответствовать классическим теориям, т.е. соотношения величин новой теории должны быть аналогичными соотношениям классических величин. При этом каждой классичес­кой величине нужно найти соответствующую ей квантовую величину и, пользуясь классическими соотношениями, составить соответст­вующие им соотношения между найденными квантовыми величина­ми. Такие соответствия могут быть получены только из операций измерения.

 Анализируя закономерности измерения величин в квантовой механике, Гейзенберг приходит к важному принципиальному результату о невозможности одновременного точного измерения двух кано­нически сопряженных величин и устанавливает так называемое соотношение неопределенностей

где Δqi— точность измерения какой-либо из координат частицы; Δpi — точность одновременного измерения соответствующего импульса; h— постоянная Планка.

Этот принцип является основой физической интерпретации квантовой механики.

Второе направление в создании квантовой механики сначала раз­вивалось в работах Л. де Бройля. Он высказал идею о волновой при­роде материальных частиц. На основании уже установленного факта одновременно и корпускулярной, и волновой природы света, а также оптико-механической аналогии де Бройль пришел к идее о существовании волновых свойств любых частиц материи.

На первые работы де Бройля, в которых высказывалась идея волн, связанных с материальными частицами, не обратили серьезного вни­мания. Де Бройль впоследствии писал, что высказанные им идеи были приняты с «удивлением, к которому несомненно примешива­лась какая-то доля скептицизма». Но не все скептически отнеслись к идеям де Бройля. Особенно сильное влияние идеи де Бройля оказали на Э. Шрёдингера, который увидел в них основу для создания новой теории квантовых процессов. В 1926 г. Шрёдингер, развивая идеи де Бройля, построил так называемую волновую механику.

Шрёдингер приходит к мысли, что квантовые процессы следует понимать как некие волновые процессы, характеризуемые волновой функцией Ψ. Тогда образ материальной точки, занимающей опреде­ленное место в пространстве, строго говоря, является приближен­ным и может быть сохранен только при рассмотрении макропроцес­сов, подобно тому как мы пользуемся представлением о световом луче, которое теряет смысл, если рассматривать явления дифракции и интерференции. Функция Ψ  должна удовлетворять волновому урав­нению («уравнение Шрёдингера»). Шрёдингер поставил вопрос о связи его теории с теорией Гейзенберга и показал, что при всем различии исходных физических положений они математически эк­вивалентны.

Иначе говоря, в квантовой механике разница между полем и сис­темой частиц исчезает. Так, например, электрон, вращающийся во­круг ядра, можно представить как волну, длина которой зависит от ее скорости. Там, где укладывается целое число длин волн электрона, волны складываются и образуют боровские разрешенные орбиты. А там, где целое число длин волн не укладывается, гребни волн ком­пенсируют впадины, там орбиты не будут разрешены.

Волновая механика получила прямое экспериментальное под­тверждение в 1927г., когда К-Дж. Дэвиссон и П. Джермер обнаружили явление дифракции электронов. Кроме того, выяснилось, что пра­вильно и количественное соотношение для длин «волн де Бройля».

Квантовая механика — теоретическая основа современной химии. Ядро атома с порядковым номером N и массовым числом М содержит N протонов и (М- N) нейтронов (всего М нуклонов). Число электро­нов оболочек равно числу протонов в ядре, поэтому в нормальном состоянии атом нейтрален. Электроны распределяются на оболоч­ках в строгом порядке: на первой к ядру не более 2 электронов; на второй — не более 8; на третей — не более 18 и т.д. Когда два атома сталкиваются, они или объединяются вместе, обобществляя свои оболочки, или вновь расходятся после перераспределения электро­нов. Число электронов на внешней оболочке и определяет химичес­кую активность элемента.

С помощью квантовой теории удалось построить также более совершенные теории твердого тела, электрической проводимости, термоэлектрических явлений и т.д. Она дала основания для постро­ения теории радиоактивного распада, а в дальнейшем стала базой для ядерной физики.

Вслед за основополагающими работами Шрёдингера по волно­вой механике были предприняты первые попытки релятивистского обобщения квантово-механических закономерностей, и уже в 1928 г. П. Дирак заложил основы релятивистской квантовой механики.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ:  Концепции современного естествознания

 

Смотрите также:

 

Естествознание

  

Естествознание. НОВЕЙШАЯ РЕВОЛЮЦИЯ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ

Этим естествознание наступившей новой исторической эпохи существенно отличалось от естествознания.

 

Общие условия развития естествознания

В своем труде «Материализм и эмпириокритицизм», опубликованном в 1909 г., Ленин ответил на кардинальные философские, вопросы, возникшие в ходе развития естествознания.

 

естествознание. НОВЕЙШАЯ РЕВОЛЮЦИЯ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ...

Общие условия развития естествознания. Борьба передовых и реакционных идей в естествознании.

 

СТАНОВЛЕНИЕ МЕДИЦИНЫ. Внедрение естествознания в медицину

естествознания в области медицины ... В тесной связи со всеми медицинскими предметами она не только принесла свет к постели больного и всяческие благодеяния...

 

...вокруг света (1831—1836) и его значение в истории естествознания

областях естествознания, что проф. Генсло, рекомендуя его в 1831 г. в качестве натуралиста на «Бигль», руководился далеко не одной лишь своей интуицией.

 

ВНУТРЕННЯЯ МЕДИЦИНА терапия. Клиническая медицина

Все это вело к серьезному отставанию клинической медицины того времени от развивающегося естествознания. ВНУТРЕННЯЯ МЕДИЦИНА (терапия).

 

...и науки Бэкон выступил как провозвестник опытного естествознания...

...с одной стороны, о качественно простых природах, а с другой, - о чём-то более близком будущим объяснительным моделям механистического естествознания.

 

Медицина В ЗАПАДНОЙ ЕВРОПЕ В ПЕРИОД ПОЗДНЕГО СРЕДНЕВЕКОВЬЯ...

В эпоху Возрождения основными чертами естествознания стали: утверждение опытного метода в науке, развитие математики и механики, метафизическое мышление...

 

Революция в естествознании, идущая на протяжении всего XX...

И таким образом в научном мире сложился странный парадокс: представители естествознания, изучающие заведомо более простые объекты, давно открыли сложность, многомерность...

 

НИКОЛАЙ КУЗАНСКИЙ. Биография и трактаты Николая Кузанского....

космологии Коперника и опытного естествознания. Николай Кузанский родился в селении Куза в Южной Германии в 1401 году Отец.

 

Последние добавления:

 

Психокоррекционная и развивающая работа с детьми   Введение в культурологию

Валеология. Вайнер  Валеология   География мирового хозяйства  Языковедение   

Туристская деятельность   Сборник задач по банковскому делу     Логика и аргументация