Основні уявлення квантової механіки

Виявлення корпускулярних властивостей світла і хвильових властивостей частинок послужило поштовхом до розробки нової фізичної теорії, названої квантовою механікою. Виявилося, що детермінізм, притаманний класичної фізики, у квантовій механіці повністю відсутня. Кантова механіка – імовірнісна теорія. При описі руху частки квантова механіка використовує не її координати, а ймовірності виявити частинку в тій чи іншій галузі. Це і виявляє дифракція електронів. У ті місця екрану, для яких ця ймовірність значна, відповідно до закону великих чисел потрапляє багато електронів. Там і утворюються дифракційні максимуми.

Одним з фундаментальних положень квантової механіки є принципова неможливість одночасного точного визначення деяких пар характеристик квантової системи. Це положення знайшло своє математичне вираження у співвідношеннях невизначеностей, отриманих В. Гейзенбергом (1927 г.). Ми розглянемо тільки одну пару таких величин: енергія – час.

Співвідношення невизначеностей для енергії і часу

Нехай відомо, що квантова система знаходиться в деякому стані протягом тимчасового інтервалу (t, t + Δt) і володіє в цьому стані енергією з інтервалу (Е, Е + ДЕ). Величини At і AE також називаються невизначеностями. Співвідношення між невизначеностями енергії і часу також записується у вигляді нерівності.

Дискретність енергетичних станів квантової системи

Іншим фундаментальним наслідком квантової механіки є дискретність енергетичних станів, у яких може перебувати квантова система (система взаємодіючих мікрочастинок). Дискретність енергетичних станів атома водню була показана ще Бором. У квантовій механіці це положення стало універсальним.

Для квантової системи характерна наявність стаціонарних станів, в яких вона не випускає квантів електромагнітного випромінювання. Інші стани неможливі. Енергії стаціонарних станів утворюють дискретний ряд значень Е1, Е2, Е3 …, які називають енергетичними рівнями.

Якщо в частинку, що знаходиться в збудженому стані потрапляє квант світла hvki, частота якого відповідає переходу з рівня k на який-небудь нижній уровнь i, то частка переходить на цей рівень, випускаючи аналогічний квант hvki. Вихідний квант при цьому зберігається (він тільки «зіштовхнув» частинку з верхнього рівня). Таким чином відбувається подвоєння квантів. Іспущенний квант за частотою і фазою збігається з квантом, що викликав перехід.

На використанні вимушеного випромінювання заснований принцип дії лазера.

Посилання на основну публікацію