Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

1: Світанок квантової теорії

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    26697

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    «Глибокі зміни відбулися протягом нинішнього століття в думках фізиків щодо математичних основ свого предмета. Раніше вони припускали, що принципи ньютонівської механіки стануть основою для опису всього фізичного явища і що все, що фізики-теоретики повинні були зробити, - це відповідним чином розробити та застосувати ці принципи. З визнанням того, що немає логічних причин, чому ньютонівські та класичні принципи повинні бути дійсними за межами областей, в яких вони були експериментально перевірені, прийшло усвідомлення того, що відступи від цих принципів дійсно необхідні. Такі вильоти знаходять своє вираження через впровадження нових математичних формалізмів, нових схем аксіом і правил маніпуляції, в методи теоретичної фізики». Дірак П.А., «Квантова механіка» (1930).

    • 1.1: Випромінювання чорного тіла не можна пояснити класично
      Всі тіла випромінюють теплове випромінювання, що охоплює широкий діапазон довжин хвиль. • Кількість і пікова довжина хвилі випромінювання залежить від температури тіла, але не від його складу. • Чим вище температура, тим більше випромінюється випромінювання і тим коротша (або синя) довжина хвилі основної частини випромінювання.
    • 1.2: Квантова гіпотеза, що використовується для закону випромінювання чорного тіла
      Енергія квантується в деяких системах, тобто система може мати тільки певні енергії, а не континуум енергій, на відміну від класичної механіки.
    • 1.3: Фотоелектричний ефект, пояснений квантовою гіпотезою
      Теорія Ейнштейна про фотоефект висунула твердження, що електромагнітне випромінювання потрібно було розглядати як серію частинок, званих фотонами, які стикаються з електронами на поверхні і випромінюють електрони при поглинанні. Ця теорія суперечила думці, що електромагнітне випромінювання - це хвиля, і тому воно не було визнано правильним до 1916 року, коли Роберт Міллікан експериментально підтвердив теорію.
    • 1.4: Атомний спектр водню
      Було виявлено, що гази, нагріті до розжарювання, випромінюють світло з низкою гострих довжин хвиль. Випромінюване світло, проаналізоване спектрометром, виглядає як безліч вузьких смуг кольору. Ці так звані лінійні спектри характерні для атомного складу газу. Однією з таких множин ліній в емісії АТОМА водню є лінії Бальмера, в яких феноменологічний взаємозв'язок між частотою і цілим числом невідомого походження.
    • 1.5: Формула Рідберга та атомний спектр водню
      Формула Рідберга використовується для опису довжин хвиль спектральних ліній і була сформульована шведським фізиком Йоганнесом Рідбергом. Формула Рідберга пояснює різні енергії переходу, які відбуваються між енергетичними рівнями. Коли електрон рухається з більш високого енергетичного рівня на більш низький, випромінюється фотон. Атом водню може випромінювати різні довжини хвиль світла в залежності від початкового і кінцевого енергетичних рівнів переходу.
    • 1.6: Матерія має хвилеподібні властивості
      Хвилі матерії часто називають хвилями де Броля і мають довжини хвиль (λ) до його імпульсу, р, через постійну Планка, h: λ = h/p.
    • 1.7: Хвилі де Броля можна експериментально спостерігати
      Електрон, дійсно будь-яка частинка, не є ні частинкою, ні хвилею. Опис електрона як частинки - це математична модель, яка добре працює в деяких обставин, описуючи його як хвилю - це інша математична модель, яка добре працює в інших обставин.
    • 1.8: Теорія Бора атома водню
      Модель, яку ми опишемо тут, завдяки Нільсу Бору в 1913 році, є ранньою спробою передбачити дозволені енергії для одноелектронних атомів. Спостерігається, що збуджені атоми водню випромінюють світло лише на дискретних довжині хвиль. Модель Бора була нефеноменологічною (заснованою на базових принципах фізики), яка передбачає дискретну природу спектральної формули Рідберга і розкладає постійну Рідберга на фундаментальні константи Всесвіту.
    • 1.9: Принцип невизначеності Гейзенберга
      Принцип невизначеності Гейзенберга - це фундаментальна теорія квантової механіки, яка визначає, чому вчений не може одночасно вимірювати кілька квантових змінних. Принцип стверджує фундаментальну межу точності, з якою можуть бути відомі певні пари фізичних властивостей частинки, відомі як додаткові змінні, такі як позиція x та імпульс p.
    • 1.E: Світанок квантової теорії (вправи)
      Це домашні вправи, які супроводжують главу 1 Маккуаррі та Саймона «Фізична хімія: молекулярний підхід» TextMap.

    Мініатюра: Копенгагенська інтерпретація квантової механіки передбачає, що через деякий час кішка одночасно жива і мертва. (CC BY-SA 3.0; Дхатфілд).