Положения и принципы современной квантовой механики - Квантовая механика
Еще одной очень важной особенностью этой науки, в отличие от классической ньютоновской механики, является невозможность разделить микрообъект и наблюдателя. Вот что писал по этому поводу один из классиков квантовой механики В. Паули:
"Наблюдатель, или средства наблюдения, которые микрофизике приходится принимать во внимание, существенно отличаются от ничем не связанного наблюдателя классической физики... В микрофизике характер законов природы таков, что за любое знание, полученное в результате измерения, приходится расплачиваться утратой другого, дополнительного знания. Поэтому каждое наблюдение представляет собой неконтролируемое возмущение, как средства наблюдения, так и наблюдаемой системы, и нарушает причинную связь предшествовавших ему явлений с явлениями, следующими за ним...
В этой связи в 1927 г. Н. Бор сформулировал принципиальное положение квантовой механики - принцип дополнительности, согласно которому получение экспериментальной информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект (элементарную частицу, атом, молекулу), неизбежно связанно с потерей информации о некоторых других величинах, дополнительных к первым.
Вообще, законы квантовой механики весьма сложны для понимания неподготовленного человека, требуя глубоких знаний физики и математики. Однако основные ее постулаты можно сформулировать, используя вполне доступные для понимания средства:
- 1)Любое состояние системы микроскопических частиц описывается некоторой функцией ?(x, t), зависящей от координат и времени и носящей название "волновой". Квадрат модуля этой функции (квадрат модуля амплитуды волн де Бройля) определяет вероятность нахождения частицы в данный момент времени в определенном ограниченном объеме. 2)Предсказания квантовой механики носят статистический характер. Она предсказывает только средние значения большой серии испытаний для одинаково приготовленных систем. 3)Принцип суперпозиции: если в системе могут реализовываться состояния, описываемые волновыми функциями ?1(x, t) и ?2(x, t), то может реализоваться и любая их линейная комбинация c1?1(x, t) + c2?2(x, t), где c1 и c2 некоторые комплексные константы. 4)Результаты экспериментов должны переходить в область классической механики, когда величины размерности этого действия становятся намного больше постоянной Планка h.
Согласно двойственной корпускулярно-волновой природе частиц вещества для описания свойств микрочастиц используются либо волновые, либо корпускулярные представления. Приписать им все свойства частиц и все свойства волн нельзя. Возникает необходимость введения некоторых ограничений в применении к объектам микромира понятий классической механики.
В классической механике всякая частица движется по определенной траектории, так что в любой момент времени точно фиксированы ее координаты и импульс. Микрочастицы из-за наличия у них волновых свойств существенно отличаются от классических частиц. Одно из основных различий заключается в том, что нельзя говорить о движении микрочастицы по определенной траектории и об одновременных точных значениях ее координат и импульса. Это следует из корпускулярно-волнового дуализма. Так, понятие "длина волны в данной точке" лишено физического смысла, а поскольку импульс выражается через длину волны, то микрочастица с определенным импульсом имеет полностью неопределенную координату. И наоборот, если микрочастица находится в состоянии с точным значением координаты, то ее импульс является полностью неопределенным.
В 1927 году Гейзенберг, учитывая волновые свойства микрочастиц и связанные с волновыми свойствами ограничения в их поведении, пришел к выводу:
Объект микромира невозможно одновременно с любой наперед заданной точностью характеризовать и координатой, и импульсом. Согласно соотношению неопределенности Гейзенберга микрочастица (микрообъект) не может иметь одновременно координату х и определенный импульс p, причем неопределенность этих величин удовлетворяет условию ?p ? h/?x
(h - постоянная Планка), т. е. произведение неопределенностей координаты и импульса не может быть меньше постоянной Планка.
Основное уравнение квантовой механики было сформулировано в 1926 году Э. Шредингером. Уравнение Шредингера, как и многое уравнения физики, не выводятся, а постулируются. Правильность уравнения Шредингера подтверждается согласием с опытом получаемых с его помощью результатов, что, в свою очередь придает ему характер закона природы.
Уравнение Шредингера:
-+U (X, y,z)=ih,
Где ; m - масса частицы; - оператор Лапласа (=); i-мнимая единица, U(X, y,z) - потенциальная функция частицы в силовом поле, в котором она движется; - искомая волновая функция частицы.
Уравнение справедливо для любой частицы, движущейся с малой скоростью, т. е. со скоростью <<c. Оно дополняется условиями, накладываемыми на волновую функцию: 1) волновая функция должна быть конечной, однозначной и непрерывной; 2) производные должны быть непрерывны; 3) функция || должна быть интегрируема; это условие в простейших случаях сводится к условию нормировки вероятностей. Уравнение является общим уравнением Шредингера. Его также называют уравнением Шредингера, зависящим от времени.
Похожие статьи
-
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ - Квантовая механика
Вначале 20 в. выяснилось, что классическая механика И. Ньютона имеет ограниченную область применимости и нуждается в обобщении. Во-первых, она не...
-
Квантовый механика атом Квантовая механика - теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул,...
-
Будущее квантовой механики - Квантовая механика
Вначале 20 в. выяснилось, что классическая механика И. Ньютона имеет ограниченную область применимости и нуждается в обобщении. Во-первых, она не...
-
ЗАКЛЮЧЕНИЕ - Квантовая механика
Три четверти века назад Нильс Бор сказал: "Кто не остался в шоке от квантовой теории, тот ее не понял". В наше время остается только признать, что...
-
Квантовые постулаты Бора и волновые свойства микрочастиц. Гипотеза де Бройля - Квантовая механика
Следующий шаг в развитии представлений об устройстве атома сделал в 1913 году выдающийся датский физик Н. Бор. Проанализировав всю совокупность опытных...
-
Опыт Резерфорда. Ядерная модель атома - Квантовая механика
Первая попытка создания модели атома на основе накопленных экспериментальных данных принадлежит Дж. Томсону (1903 г.). Он считал, что атом представляет...
-
Открытие явления фотоэффекта - Квантовая механика
В 1887 году немецким физиком Г. Герцем и в 1888-1890 годах экспериментально исследован А. Г. Столетовым. Наиболее полное исследование явления фотоэффекта...
-
Царство Животные, подцарство Многоклеточные, тип Хордовые, подтип Позвоночные (Черепные), класс Млекопитающие, подкласс Плацентарные, отряд Приматы,...
-
Сем. Campylobacteriaceae Род Helicobacter Виды: 1. H. pylori 2. H. fennelliae;H. cinae; - вызывает проктиты и проктоколиты у гомосексуалистов. 3. H....
-
В настоящее время в области фундаментальной теоретической физики выделяются три уровня строения материи: микромир - мир предельно малых, непосредственно...
-
Этические принципы научных исследований - Этические принципы научных исследований
Научная этика - это совокупность установленных и признанных научным сообществом норм поведения, правил морали научных работников, занятых в сфере...
-
Существующие гипотезы об эволюции Вселенной - Современные концепции естествознания
Как бы не решался вопрос о многообразии космологических моделей, очевидно, что наша Вселенная расширяется, эволюционирует. Согласно теоретическим...
-
Функциональная единица наследственности, его свойства - Этические принципы научных исследований
Ген - это элементарный материальный наследственный фактор, определяющий строение белковой полипептидной цепи. Это участок ДНК, кодирующий развитие...
-
Открытие Д. И. Менделеева - Этические принципы научных исследований
Примерно за 200 последующих лет, к моменту открытия Д. И. Менделеевым его знаменитой Периодической системы элементов, ученые владели знаниями о 63...
-
Б. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КЛЕТКИ - Основные положения учения о клетке
1) Методы исследования структурной организации клетки. Световая микроскопия. * Получение четких изображений мелких (недоступных человеческому глазу)...
-
Волосы как современная проблема - С косметикой к красоте
Красоту, индивидуальность каждой женщины подчеркивают ухоженные волосы. Именно волосы делают женщину привлекательнее и эффектнее. Каждая женщина...
-
1. Курс озонотерапии парентеральным способом в условиях влажных субтропиков в комплексе с традиционным санаторно-курортным лечением состоит из 3-6...
-
Введение - Современная теория эволюции
Эволюция происходит в течение периода времени, превышающего срок жизни одного поколения, и заключается в изменении наследуемых черт организма. Первым...
-
Современное представление о сущности живого - Сущность живого и проблема его происхождения
На основании вышесказанного, возможно такое определение жизни: "Живое - дискретные, молекулярные, термодинамические открытые системы или комплексы...
-
Систематика микроорганизмов - наука, изучающая разнообразие видов микроорганизмов и взаимоотношения между ними [Goodfellow, O'Donell, 1993]. Основной...
-
Всероссийская коллекция микроорганизмов Всероссийская коллекция микроорганизмов (ВКМ) функционирует как центр сбора, изучения, поддержания и...
-
Неклассическая наука - Неклассическая наука и ее концептуальные основы
Начиная с Маха, концепции классического знания ставятся под сомнение: в самом ли деле знание есть точная копия реальности? Возникли вопросы, в результате...
-
Введение, Современная физическая картина мира - От физики существующего к физике возникающего
Представленная работа посвящена теме "От физики существующего к физике возникающего". Проблема данного исследования носит актуальный характер в...
-
Общие принципы организации двигательных функций - Принципы регуляции моторных функций
Структуры, отвечающие за удержание позы и регуляцию движений (двигательные или моторные центры), локализуются в самых различных отделах центральной...
-
Химический элемент - Этические принципы научных исследований
Теоретические представления о химических явлениях рассматривались в курсе философии в свете общих представлений о возникновении и исчезновении веществ....
-
Правовое регулирование - Этические принципы научных исследований
Этический комитет - это структура, включающая специалистов в той области, в которой проводятся исследования, причем они не должны иметь общих интересов с...
-
Туберкулез --хроническое заболевание человека, сопровождающееся поражением органов дыхания, лимфатических узлов, кишечника, костей и суставов, глаз,...
-
Таксономия: Семейства Brucellaceae класса Альфа-протобактерий Возбудители бруцеллеза B. melitensis, B. abortus, B. suis, B. canis, B. ovis относятся к...
-
Основные положения эволюционного учения Ч. Дарвина - Антропогенез
Эволюционная теория Дарвина представляет собой целостное учение об историческом развитии органического мира. Она охватывает широкий круг проблем,...
-
Законы наследственности, Достижения современной цитологии - Цитологические исследования
Второй этап в развитии цитологии как науки охватывает 1900-1935. Он наступил после того, как в 1900 были вторично открыты основные законы...
-
Самки многих видов откладывают дюжины и даже тысячи яиц, однако численность бабочек не увеличивается, а скорее всего уменьшается. Это явление объясняется...
-
Растительноядность и огромное число видов определяют большую роль бабочек в природе и хозяйственной деятельности человека. На территории России...
-
Биоэтика - Этические принципы научных исследований
Эстетический биосинтез наследственность Биоэтика - система новых этических стандартов в сфере экспериментальной и теоретической деятельности, биологии и...
-
Общие сведения, Основные положения клеточной теории - Клеточная теория
Клеточная теория -- основополагающая для общей биологии теория, сформулированная в середине XIX века , предоставившая базу для понимания закономерностей...
-
Общие положения 3.1.1 К самостоятельной работе вновь поступивший на предприятие рабочий или служащий допускается после прохождения им вводного...
-
ТРЕТЬЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ - Законы термодинамики и их место в современной картине мира
Третье начало термодинамики (теорема Нернста): энтропия физической системы при стремлении температуры к абсолютному нулю не зависит от параметров системы...
-
Естествознание на современном этапе - Естествознание - единая наука о природе
(современное естествознание) Современная наука ведет свой отчет с 10-20-х гг. ХХ в. Для нее характерна ассоциация математических, гуманитарных и...
-
Современная клеточная теория - Клеточная теория
Современная клеточная теория исходит из того, что клеточная структура является главнейшей формой существования жизни, присущей как растениям, так и...
-
Белки Белки - это полимеры, состоящие из мономеров - аминокислот. В состав белков входит до 20 различных аминокислот. Соединения из нескольких...
-
Archiearis notha - Весенница осиновая Эти бабочки характеризуются своим большей частью тонким, слабым телом и широкими нежными крыльями (бывают, впрочем,...
Положения и принципы современной квантовой механики - Квантовая механика