Полная версия


Магазин телескопов

Квантовая механика

Астрономия для любителей Квантовая физика и Вселенная Квантовая механика

Истока квантовой механики относятся к середине 19 века. Первые предпосылки для ее создания были в работах Фарадея и Кирхгофа. Однако впервые четкие формулировки квантовой механики были даны Максом Планком в 1900 году.

Его гипотеза состояла в том, что любая энергия поглощается или испускается только порциями - квантами. Квант - по сути это минимальная порция энергии, которая может быть излучена или поглощена в каком либо процессе.

Планк ввел свои понятия как чисто умозрительные. Однако уже в 1905 году после работ Эйнштейна о фотоэффекте стало понятно, что свет состоит именно из таких квантов. Чуть позднее кванты света были названы фотонами. Именно эти две работы, давшие их авторам нобелевские премии, и дали начало новой науке - квантовой механики.

Давайте теперь разберемся, что же такое квантовая механика. Как мы уже сказали свет состоит из фотонов. Природа фотона очень интересна и скрывает в себе всю идею квантовой механики.

Всем известно, что свет обладает такой характеристикой, как частота. Так вот оказывается, что именно частота света и определяет энергию фотона. Ту минимальную энергию, которую может поглотить любое тело, которое освещено этим светом. Знаменитая формула:

Квантовая механика

где

Квантовая механика   Дж*с - Постоянная Планка


е - Энергия фотонов. Ню - частота света.

Эта формула несет в себе чрезвычайно глубокий смысл, выражая весь смысл квантовой механики. Дело в том, что частота, входящая в эту формулу - есть характеристика волны. А энергию мы относим скорее к частицам чем к волнам. Более того, есть не менее известная формула дающая связь частоты и импульса фотона, или, что тоже, длинны волны и импульса:
Квантовая механика
А ведь импульсом обладают только частицы а не электромагнитные волны.

В результате формируется неразрешимый вопрос, что же такое фотон - волна или частица. Вся проблема этого понятия называется каспускулярно-волновой дуализм (или как еще его называют дуализм волна-частица). Казалось бы, чего проще решить этот вопрос - обратится к эксперименту, и посмотреть результат. Оказывается эксперимент, вместо того, чтобы решить вопрос только еще больше его запутывает.

Рассмотрим простой эксперимент показывающий интерференцию света. Тонкая пластина с двумя узкими щелями. За ней экран. На пластину падает монохроматический свет (например свет от лазера). При этом на экране наблюдается интерференционная картина. Этот эксперимент неопровержимо доказывает, что свет именно волна, а не частица. Ведь если бы свет был потоком частиц, то каждая частица могла бы пройти только через одну щель, никак не через 2 срезу, одновременно. Условие прохождения через 2 щели одновременно, необходимо для наблюдения интерференции.

Квантовая механика

Итак, мы экспериментально выяснили, что фотоны это волны. Рассмотрим эксперимент также неопровержимо доказывающий обратное. Таким экспериментом, например может служить эксперимент показывающей свойства фотоэффекта.

Фотоэффект это эффект выбивания электронов из металла под действием света. Не будем сейчас вдаваться в детали экспериментальной установки а рассмотрим лишь свойства фотоэффекта. Оказывается энергия вырываемых из металла электронов зависит только от частоты света и не зависит от его интенсивности. Существует красная граница фотоэффекта - минимальная частота света при которой фотоэффект мгновенно прекращается.

Эти два свойства неопровержимо говорят о том, что фотон это частица. Действительно - будь фотон электромагнитной волной он бы раскачивал электроны в металле передавая им тем самым энергию. Но в таком случае энергия вылетающих электронов скорее зависела бы от интенсивности света, скорее чем от его частоты. И уж точно не о какой красной границе не могло бы быть и речи. Объяснение фотоэффекта Эйнштейном тривиально. Фотоны, являясь частицами выбивают электроны из металла словно бильярдные шары. Если энергии фотона недостаточно, чтобы выбить электрон, то он остается на месте. Таким образом ты также смогли убедится в том, что фотон частица.

Мы привели лишь самые простые эксперименты. Существует огромное количество других свидетельствующих то в пользу волновой то в пользу карпускулярной природы фотона. Наиболее глубоко исследовал эту проблему Де Броэль. В 1927 году результатом его исследований стало предположение о том, что всякая элементарная частица ровно как и всякая электромагнитная волна обладает и свойствами частицы и свойствами волны. Позднее идею Де Бройля удалось проверить на эксперименте. Так в 1948 году была обнаружена интерференция для электронов.

Современная трактовка карпускулярно-волнового дуализма может быть выражена словами физика В. Фока: "Можно сказать, что для атомного объекта существует потенциальная возможность проявлять себя, в зависимости от внешних условий, либо как волна, либо как частица, либо промежуточным образом. Именно в этой потенциальной возможности различных проявлений свойств, присущих микро объекту, и состоит дуализм волна — частица."

Во второй половине 20 века из квантовой механики выросла вся квантовая физики, а затем и квантовая химия. Сейчас уже можно насчитать не мало дисциплин имеющих приставку квантовая. Все они в той или иной мере основаны на квантовой механике.

Автор статьи: Михаил Карневский

Квантовая физика и Вселенная  <-- *       * -->  Вероятности и квантовая механика

Сергей С 25.01.2017 16:09 Рейтинг: 3Рейтинг: 3Рейтинг: 3Рейтинг: 3Рейтинг: 3
И еще может кстати (может я не первый об этом подумал, не знаю): Все мечтают об общей теории поля - вот вам и карты в руки (см. ниже предыдущий коммент), а гравитация это суперпозиция взаимодействия элементарных частиц, приобретающая заметную силу на относительно больших массах (количествах элементарных частиц, а может только некоторых частиц, например протонов и электронов) и расстояниях в сотни и тысячи раз больших чем атом, т.е. гравитация проявление электромагнитных взаимодействий на существенно больших чем атом расстояниях,как результат суперпозиции (сложения) - статистическое взаимодействие. Никто же не измерял конкретно гравитационное притяжение двух электронов или других частиц, тем более что это не возможно, как невозможно отделить от их электрического взаимодействия.
Сергей С 25.01.2017 15:50 Рейтинг: 3Рейтинг: 3Рейтинг: 3Рейтинг: 3Рейтинг: 3
Вообще, надо бы более подробные сведения об этих теориях, поскольку трудно наверно их самому и без обсуждения изучать. Но судя по статье, все наши представления о материи очень примитивны: дуализм волна-частица. То есть из повседневных представлений: частица - значит твердая, летит - ударит - выбьет. А если порассуждать: летят несколько частиц друг за другом и по очереди попадают в Электрон и значит должно хватить энергии на то чтобы выбить электрон из атома. Но судя из статьи этого не происходит. Значит все дело в механизме поглощения энергии фотона, а отсюда вопрос как устроен фотон. Тут говорят это волна-проходит через две щеди одновременно ! Парадокс! А какова ширина фронта у волны из одного фотона-неужели равна или больше расстояния между щелями. По-моему все таки гораздо меньше и поэтому говорить об одновременном прохождении через две щели одного фотона говорить - это бред. Должно быть другое объяснение. Например: интерференция-это результат наложения от большого числа фотонов, прошедших каждый через свою щель. А может интерференция наблюдается только для лазеров (для когерентного излучения) - этим и объясняется картинка. Может я не первый, но предположу что все частицы это электромагнитные вихри и могут поглощать один другого (как электрон фотона) и взаимодействуют с помощью электромагнитных сил в зависимости от спинов и других параметров (энергия, скорость вращения, внутреннее устройство) и могут выделять из себя мини вихри в виде других так называемых элементарных частиц при взаимодействии или столкновении в ускорителях. Вот примерно так. А твердые частицы - это только для человека на ощупь ито когда относительно холодное и достаточно массивное количество этаких слипшихся электромагнитных вихрей.
роман 10.07.2011 22:09
я думаю кванты это чястицы которые излучают атомы и ими же держутся друг с другом это обьясняет вышибание атомов с железа.
wiin 16.04.2009 17:11 Рейтинг: 5Рейтинг: 5Рейтинг: 5Рейтинг: 5Рейтинг: 5
хочу добавить что энергия атома видорода больше массы всех звезд на растоянии 20 миллионов световых лет.
И если мы кода нибудь нучимся её использовать то другие галактики станут не та далеко ))))
eвгений 20.03.2009 22:44 Рейтинг: 5Рейтинг: 5Рейтинг: 5Рейтинг: 5Рейтинг: 5
жалею что так поздно начал этим интересоваться:heap:
risha 07.01.2009 19:49 Рейтинг: 4Рейтинг: 4Рейтинг: 4Рейтинг: 4Рейтинг: 4
Статья неплохая,но ошибок и опечаток в терминах хватает.