Определения

Квантовая механика


Квантовая механика - это математическая и физическая теория, описывающая структуру и эволюцию во времени и пространстве физических явлений в масштабе атома и ниже. Она была обнаружена, когда физики хотели описать поведение атомов и обмен энергии между светом и материей в таком масштабе и во всех деталях.

С ним связано несколько имен, и в первую очередь Планк и Эйнштейн, которые первыми поняли, что обмен световой энергией, а затем и сама энергия, может существовать только в количественной форме в связи с их работой по излучению черного тела и фотоэлектрическому эффекту. Бор расширил квантовые постулаты Планка и Эйнштейна от света к материи, предложив модель, воспроизводящую спектр атома водорода.

Слева направо - Вернер Гейзенберг и Нильс Бор, два отца-основателя квантовой механики, теории, лежащей в основе квантовой физики.

Шаг за шагом были найдены правила расчета свойств атомов, молекул и их взаимодействия со светом, когда с 1925 по 1927 год целая серия работ нескольких физиков и математиков придала форму двум общим теориям, применимым к этим задачам:

  • волновая механика де Бройля и особенно Шредингера;
  • матричная механика Гейзенберга, Борна и Джордана.

Эти две механики были объединены Шредингером с физической точки зрения и фон Нейманом с математической точки зрения. Наконец, Дирак сформулировал синтез или, скорее, полное обобщение этих двух механик, которые мы теперь называем квантовой механикой.

Эрвин Шредингер, один из основателей квантовой механики, прославился своим знаменитым уравнением и так называемым парадоксом кота Шредингера. Мы также обязаны ему размышлениями о природе жизни, которые повлияют на создателей молекулярной биологии и первооткрывателей ДНК.

Квантовая механика, примененная к таким частицам, как электрон, или к электромагнитному полю, излучающему свет, показывает в реальности, что эти два объекта не являются ни реальными волнами, ни реальными частицами.

Как показал Эйнштейн, энергия, присутствующая в световой волне, на самом деле находится в форме дискретных неделимых пакетов, фотонов. Точно так же электроны проявляют волновые аспекты, как предсказывал де Бройль, и с ними можно проводить эксперименты по дифракции и интерференции. Эта ситуация часто описывается термином "дуальность волна-частица" для вещества и света и иллюстрируется экспериментом Фейнмана с двойной щелью.

Нильс Бор попытался построить физическую интерпретацию, отражающую эту странную двойственность: это теория Принцип дополнительности. Она основана на неравенстве Гейзенберга.

Суть квантовой механики основана на использовании амплитуд вероятности для характеристики всех возможных физических процессов в квантовой механике. Именно эти процессы могут распространяться в форме волны, но физические величины, связанные с этими процессами, часто квантованы и поэтому дискретны. Так обстоит дело с энергией электронов в атоме.

Фундаментальным уравнением квантовой механики является уравнение Шредингера.

Квантовый мир странен, в нем царит вероятностная неопределенность, и в основном он указывает на структуру, лежащую в основе явлений, которая находится за пределами пространства и времени. Это то, что, кажется, демонстрируют квантовая запутанность и эффект ЭПР. Возникновение классического мира из квантового мира до сих пор не совсем понятно. Это одна из целей теории декогеренции, объясняющая это возникновение.

Back to top button