Квантавая механіка

Квантавая механіка

$\Delta x\cdot \Delta p_{x}\geqslant {\frac {\hbar }{2}}$

Прынцып нявызначанасці Гейзенберга

Уводзіны Матэматычныя асновы Аснова Класічная механіка · Інтэрферэнцыя · Бра і кет · Гамільтаніян · Старая квантавая тэорыя Фундаментальныя паняцці Квантавы стан · Квантавая назіраемая · Хвалевая функцыя · Квантавая суперпазіцыя · Квантавая счэпленасць · Змяшаны стан · Вымярэнне · Нявызначанасць · Прынцып Паўлі · Дуалізм · Дэкагерэнцыя · Тэарэма Эрэнфеста · Тунэльны эфект Эксперыменты Вопыт Дэвісана — Джэрмера · Вопыт Попера · Вопыт Штэрна — Герлаха · Вопыт Юнга · Праверка няроўнасцей Бела · Фотаэфект · Эфект Комптана Фармулёўкі Прадстаўленне Шродзінгера · Прадстаўленне Гейзенберга · Прадстаўленне ўзаемадзеяння · Матрычная квантавая механіка · Інтэгралы па траекторыях · Дыяграмы Фейнмана Ураўненні Ураўненне Шродзінгера · Ураўненне Паўлі · Ураўненне Клейна — Гордана · Ураўненне Дзірака · Ураўненне фон Неймана · Ураўненне Блоха · Ураўненне Ліндблада · Ураўненне Гейзенберга Інтэрпрэтацыі Капенгагенская інтэрпрэтацыя · Тэорыя схаваных параметраў · Шматсусветная Развіццё тэорыі Квантавая тэорыя поля · Квантавая электрадынаміка · Квантавая хромадынаміка · Квантавая гравітацыя Складаныя тэмы Квантавая тэорыя поля · Квантавая гравітацыя · Тэорыя ўсяго Вядомыя вучоныя Планк · Эйнштэйн · Шродзінгер · Гейзенберг · Ёрдан · Бор · Паўлі · Дзірак · Фок · Борн · дэ Бройль · Ландау · Фейнман · Бом · Эверэт

Ква́нтавая меха́ніка (хва́левая меха́ніка) — раздзел фізікі, які вывучае законы руху мікрачасціц з улікам іх хвалевых уласцівасцей.

Матэматычныя фармулёўкі квантавай механікі з'яўляюцца абстрактнымі. Многія з вынікаў, часцяком выглядаюць нелагічнымі на погляд класічнай фізікі, акрамя таго многія з іх не маюць мадэлі, якую лёгка было бы наглядна прадставіць у класічнай механіцы. Напрыклад, асноўным станам у квантава-механічнай мадэлі з'яўляецца стан ненулявой энергіі, які з'яўляецца самым нізкім магчымым энергетычным станам сістэмы, тады як у традыцыйнай класічнай сістэме стан спакою ёсць стан з нулявой кінетычнай энергіяй.

Сутнасць квантавай механікі

Яна апісвае эвалюцыю ў часе фізічных сістэм з дапамогай матэматычнай структуры, якая называецца хвалевай функцыяй і вызначае імавернасць таго, што сістэма павінна быць знойдзена ў дадзеным стане ў дадзены момант часу. Квантавая механіка дазваляе разлічыць эфект ад сістэмы прыняцця вымярэння ўласцівасцей сістэмы, вызначаючы ўплыў гэтых вымярэнняў на хвалевую функцыю. Гэта прыводзіць да вядомага прынцыпа нявызначанасці, а таксама да трывалых дэбатаў аб ролі эксперыментатара, увасобленых ва ўяўным эксперыменце пад назвай «Кот Шродзінгера».

Квантавая механіка істотна адрозніваецца ад класічнай механікі ў сваіх прагнозах, калі маштаб назіранняў становіцца параўнальны з маштабам атамаў і субатамаў, так званай квантавай сферы. Аднак, многія макраскапічныя ўласцівасці сістэмы можна ў поўнай меры зразумець і растлумачыць з дапамогай квантавай механікі. Такія з'явы, як звышправоднасць ці ўласцівасці матэрыялаў, як паўправаднікі і ядзерныя і хімічныя механізмы рэакцыі, якія назіраюцца як макраскапічныя паводзіны, не могуць быць растлумачаны з дапамогай класічнай механікі.

Гісторыя

Макс Планк лічыцца бацькам квантавай тэорыі.

Тэрмін «квантавая механіка» быў прыдуманы Максам Планкам і выцякае з таго, што энергія выдзяляецца і паглынаецца дыскрэтнымі колькасцямі, ці квантамі, кратнымі пастаяннай Планка.

Перадпасылкамі для з'яўлення квантавай механікі сталі некаторыя праблемы, якія не маглі быць вырашаныя сродкамі класічнай фізікі.

Падмурак квантавай механікі закладзены ў першай палове 20 стагоддзя Максам Планкам, Альбертам Эйнштэйнам, Вернерам Гейзенбергам, Эрвінам Шродзінгерам, Максам Борнам, Полем Дзіракам, Рычардам Фейнманам і іншымі. Некаторыя фундаментальныя аспекты тэорыі ўсё яшчэ патрабуюць вывучэння.

У 1900 г. Макс Планк выказаў гіпотэзу пра выпрамяненне святла квантамі і прапанаваў канцэпцыю квантавання энергіі для таго, каб атрымаць правільную формулу для энергіі выпраменьвання абсалютна чорнага цела.

У 1905 Эйнштэйн патлумачыў прыроду фотаэлектрычнага эфекту, пастуліраваўшы, што энергія святла паглынаецца не бесперарыўна, а порцыямі, якія ён назваў квантамі. У 1913 Бор патлумачыў канфігурацыю спектральных ліній атама вадароду, зноў жа з дапамогай квантавання. У 1924 Луі дэ Бройль прапанаваў гіпотэзу карпускулярна-хвалевага дуалізму.

Гэтыя тэорыі, хоць і паспяховыя, былі занадта фрагментарнымі і разам складаюць так званую старую квантавую тэорыю.

Сучасная квантавая механіка нарадзілася ў 1925, калі Гейзенберг распрацаваў матрычную механіку, а Шродзінгер прапанаваў хвалевую механіку і сваё ўраўненне. Пасля Джон фон Нейман даказаў, што абодва падыходы эквівалентныя.

Фізікі на Сальвееўскай канферэнцыі 1927 года ў Бруселі.

Наступны крок адбыўся ў час, калі Гейзенберг сфармуляваў прынцып нявызначанасці ў 1927 годзе, і прыкладна тады пачала складвацца імавернасная інтэрпрэтацыя. У 1927 г. Поль Дзірак аб'яднаў квантавую механіку са спецыяльнай тэорыяй адноснасці. Ён таксама першым прымяніў тэорыю аператараў, уключаючы папулярныя бра-кет абазначэнні. У 1932 Джон фон Нейман сфармуляваў матэматычны базіс квантавай механікі на аснове тэорыі аператараў.

Эра квантавай хіміі была пачата Гейтлерам і Фрыцам Лонданам, якія апублікавалі тэорыю ўтварэння кавалентных сувязей у малекуле вадароду ў 1927. У далейшым квантавая хімія развівалася вялікаю супольнасцю навукоўцаў ва ўсім свеце.

Пачынаючы з 1927, пачаліся спробы прымянення квантавай механікі да многачасцічных сістэм, вынікам чаго стала з'яўленне квантавай тэорыі поля. Работу ў гэтым напрамку ажыццяўлялі Дзірак, Паўлі, Вайскопф, Жардан. Кульмінацыяй гэтага напрамку даследаванняў стала квантавая электрадынаміка, сфармуляваная Фейнманам, Дайсанам, Швінгерам і Таманагай на працягу 1940-х. Квантавая электрадынаміка — гэта квантавая тэорыя электрамагнітнага поля і яго ўзаемадзеяння з палямі, якія апісваюць зараджаныя часціцы, найперш электроны і пазітроны.

Тэорыя квантавай хромадынамікі была сфармулявана ў ранніх 1960-х. Гэта тэорыя, якою мы ведаем яе цяпер, была прапанавана Поліцтэрам, Гросам і Вілчэкам у 1975. Абапіраючыся на даследаванні Швінгера, Хігса, Голдстона і іншых, Глэшоу, Вайнберг і Салам незалежна паказалі, што слабыя ядзерныя ўзаемадзеянні і квантавую электрадынаміку можна аб'яднаць і разглядаць як адзінае электраслабае ўзаемадзеянне.

Гл. таксама

• Формула Планка
• Эрвін Шродзінгер
• Поль Дырак
• Эфект Штарка
• Няроўнасці Бела

Літаратура

• Ландау Л. Д. Теоретическая физика: В 10 т. Т. III: Квантовая механика: Нерелятивистская теория: Учеб. пособие для студ. физических спец. ун-тов. — 5-е изд., стер. / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц; Под ред. Л. П. Питаевского. — М. : Физматлит, 2001. — 803с. — ISBN 5-9221-0057-2 (Т.III). — ISBN 5-9221-0053-X.
• Фейнман Р. Фейнмановские лекции по физике = The Feynman Lectures on Physics: пер. с англ. Вып. 8-9: Квантовая механика / пер. с англ. Г. И. Копылова; под ред. Я. А. Смородинского / Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сендс. — Изд. 3-е, испр. — [Москва] : УРСС, [2004]. — 524с.: ил.; 21 см. — На обл. также: Разрушающий стереотипы, оригинальный по изложению полный курс общей физики. — ISBN 5-354-00698-8.
• Мессиа А. Квантовая механика: [в 2 т.]. Т. 2 / Альберт Мессиа; пер. фр. П. П. Кулиша под ред. Л. Д. Фаддеева. — Москва: Наука, Главная редакция физико-математической лит., 1979. — 584 с.
• Давыдов А. С. Квантовая механика: учеб. пособие для ун-тов / А. С. Давыдов. — Изд. 2-е, испр. и перераб. — Москва: Наука, Главная редакция физико-математической лит., 1973. — 703 с.
• Тамільчык Л. М. Ква́нтавая меха́ніка // Беларусь: энцыклапедычны даведнік / Рэдкал. Б. І. Сачанка (гал. рэд.) і інш.; Маст. М. В. Драко, А. М. Хількевіч. — Мн.: БелЭн, 1995. — С. 381. — 800 с. — 5 000 экз. — ISBN 985-11-0026-9.

Спасылкі

• На Вікісховішчы ёсць медыяфайлы па тэме Квантавая механіка
• Каляпс клясычнай механікі на пачатку ХХ стагоддзя Архівавана 11 сакавіка 2020. Belquant — квантавая фізыка па-беларуску