Вероятностный подход

Файл : bestref-38662.doc (размер : 62,976 байт)

ПЛАН

Квантовая механика

Вглубь материи .

Физические взаимодействия

Квантовая механика

Квантовая механика — это физическая теория, устанавливающая способ описания и законы движения на микроуровне. Ее начало сов​пало с началом века. М. Планк в 1900 году предположил, что свет ис​пускается неделимыми порциями энергии — квантами, и математи​чески представил это в виде формулы E=hv, где v — частота света, а h — универсальная постоянная, характеризующая меру дискретной порции энергии, которой обмениваются вещество и излучение. В атомную теорию вошли, таким образом, прерывистые физические ве​личины, которые могут изменяться только скачками.

Последующее изучение явлений микромира привело к ре​зультатам, которые резко расходились с общепринятыми в класси​ческой физике и даже теории относительности представлениями. Классическая физика видела свою цель в описании объектов, суще​ствующих в пространстве и в формулировке законов, управляющих их изменениями во времени. Но для таких явлений, как радиоактив​ный распад, дифракция, испускание спектральных линий можно ут​верждать лишь, что имеется некоторая вероятность того, что инди​видуальный объект таков и что он имеет такое-то свойство. В кванто​вой механике нет места для законов, управляющих изменениями индивидуального объекта во времени.

Для классической механики характерно описание частиц пу​тем задания их положения и скоростей и зависимости этих величин от времени. В квантовой механике одинаковые частицы в одинако​вых условиях могут вести себя по-разному. Эксперимент с двумя от​верстиями, через которые проходит электрон, позволяет и требует применения вероятностных представлений. Нельзя сказать, через какое отверстие пройдет данный электрон, но если их много, то мож​но предположить, что часть их проходит через одно отверстие, часть — через другое. Законы квантовой механики — законы статистичес​кого характера. «Мы можем предсказать, сколько приблизительно атомов (радиоактивного вещества — А. Г.) распадутся в следующие полчаса, но мы не можем сказать... почему именно эти отдельные ато​мы обречены на гибель» (Эйнштейн А., Инфельд Л. Цит. соч.- С. 232).

В микромире господствует статистика, а не уравнения Макс​велла или законы Ньютона. «Вместо этого мы имеем законы, управ​ляющие изменениями во времени» (Там же.- С. 237). Статистические законы можно применить только к большим совокупностям, но не к отдельным индивидуумам. Квантовая механика отказывается от по​иска индивидуальных законов элементарных частиц и устанавлива​ет статистические законы. На базе квантовой механики невозможно описать положение и скорость элементарной частицы или предска​зать ее будущий путь. Волны вероятности говорят нам о вероятности встретить электрон в том или ином месте.

В. Гейзенберг делает такой вывод: «В экспериментах с атом​ными процессами мы имеем дело с вещами и фактами, которые столь же реальны, сколь реальны любые явления повседневной жизни. Но атомы или элементарные частицы реальны не в такой степени. Они образуют скорее мир тенденций или возможностей, чем мир вещей и фактов» (Гейзенберг. Цит. соч.- С. 117).

В первой модели атома, построенной на основе эксперимен​тального обнаружения квантования света, H. Бор (1913 год) объяснил это явление тем, что излучение происходит при переходе электрона с одной орбиты на другую, при этом рождается квант света с энерги​ей, равной разности энергий уровней, между которыми осуществ​лялся переход. Так возникает линейчатый спектр — основная осо​бенность атомных спектров (в спектрах оказываются лишь опреде​ленные длины волн).

Важная особенность явлений микромира заключается в том, что электрон ведет себя подобно частице, когда движется во виеш-нем электрическом или магнитном поле, и подобно волне, когда диф-рагирует, проходя сквозь кристалл. Поведение потока частиц—эле​ктронов, атомов, молекул — при встрече с препятствиями или отвер​стиями атомных размеров подчиняется волновым законам: наблюдаются явления дифракции, интерференции, отражения, преломления и т. п. Луи де Бройль предположил, что электрон — это волна определенной длины.

Дифракция подтверждает волновую гипотезу, отсутствие увеличения энергии выбиваемых светом частиц — квантовую. Это и получило название корпускулярно-волнового дуализма. Как же описывать процессы в микромире, если «нет никаких шансов после​довательно описать световые явления, выбрав только какую-либо одну из двух возможных теорий — волновую или квантовую» (Эйн​штейн А., Инфельд Л. Цит. соч.- С. 215)?