Загрузка...
Учебная работа. Реферат: Квантовая механика, ее интерпретация
Квантовая механика обрисовывает законы движения наночастиц. Но так как характеристики макроскопических тел определяются движением и взаимодействием частиц, из которых они состоят, постольку квантовая механика применяется для разъяснения почти всех макроскопических явлений. к примеру, квантовая механика дозволила осознать почти все характеристики жестких тел, поочередно разъяснить такие явления, как ферромагнетизм, сверхтекучесть, сверхпроводимость, осознать природу таковых астрофизических объектов, как белоснежные лилипуты, нейтронные звезды, узнать механизм протекания термоядерных реакций в солнце и звездах.
Для традиционной механики типично описание частиц методом задания их положения в пространстве (координат) и скоростей и зависимости этих величин от времени. Опыт показал, что такое описание частиц не постоянно справедливо, а именно, оно не применимо для описания наночастиц.
Квантовая механика делится на нерелятивистскую, справедливую в случае малых скоростей, и релятивистскую, удовлетворяющую требованиям специальной теории относительности.
Нерелятивисткая квантовая механика (как и механика Ньютона для собственной области применимости) — это законченная и логически непротиворечивая базовая физическая теория.
Релятивистская квантовая механика не является в таковой степени завершенной и вольной от противоречий теорией.
Если в нерелятивистской области можно считать, что взаимодействие передается одномоментно на расстоянии, то в релятивистской области оно распространяется с конечной скоростью, означает, должен существовать агент, передающий взаимодействие — физическое поле. Трудности релятивистской теории — это трудности теории поля, с которыми встречается как релятивистская традиционная механика, так и релятивистская квантовая механика.
Соотношение меж традиционной и квантовой механикой определяется существованием всепригодной мировой неизменной — неизменной Планка, которая именуется также квантом деяния и имеет размерность деяния. Если в критериях данной задачки физические величины размерности деяния существенно больше неизменной Планка, то применима традиционная механика. Формально это условие и является аспектом применимости традиционной механики.
Общая теория относительности — неквантовая теория. Тут она подобна традиционной электродинамике Максвелла. Но более общие рассуждения демонстрируют, что гравитационное поле обязано подчиняться квантовым законам буквально так же, как и электромагнитное поле. Применение квантовой теории к гравитации указывает, что гравитационные волны можно разглядывать как поток квантов — гравитонов.
В первый раз квантовые представления были введены в 1900 году германским физиком Планком в работе, посвященной теории термического излучения. Существовавшая в то время теория термического излучения, построенная на базе традиционной электродинамики и статистической физики, приводила в противоречию. Чтоб его разрешить, Планк представил, что свет испускается не безпрерывно (как это следовало из традиционной теории излучения), а определенными дискретными порциями энергии — квантами.
Эйнштейн в 1905 году выстроил теорию фотоэффекта, развивая квантовые представления Планка. Эйнштейн представил, что свет не только лишь испускается и поглощается, да и распространяется квантами, т.е.что дискретность присуща не только лишь действиям испускания и поглощения света, да и самому свету, что свет состоит из отдельных порций — световых квантов.
Квант света, а наиболее обширно — электромагнитного излучения, именуется фотоном. Этот термин ввел южноамериканский физико-химик Льюис в 1929 году.
Для сотворения современной картины мира принципиальным событием оказалось то, что в 1922 году южноамериканский физик Комптон открыл эффект, в каком в первый раз во всей полноте проявились корпускулярные характеристики электромагнитного излучения (а именно, света). Экспериментально было показано, что рассеяние света вольными электронами происходит по законам упругого столкновения 2-ух частиц.
Эффект Комптона выявил корпускулярные характеристики света. Было экспериментально подтверждено, что вместе с известными волновыми качествами (проявляющимися, к примеру, в дифракции) свет владеет и корпускулярными качествами: он состоит вроде бы из частиц. В этом проявляется дуализм света, его корпускулярно-волновая природа.
Появилось формальное логическое противоречие: для разъяснения одних явлений было надо считать, что свет имеет волновую природу, для разъяснения остальных — корпускулярную. Разрешение этого противоречия и привело к созданию физических основ квантовой механики.
В 1913 году Бор применил идею квантов к планетарной модели атома. Эта модель на базе традиционных представлений приводила к феномину — радиус орбиты электрона должен был повсевременно уменьшаться из-за излучения и электрон должен был свалиться на ядро. Для разъяснения стойкости атомов Бор представил, что электрон испускает световые волны не повсевременно, а только при переходе с одной орбиты, удовлетворяющей условиям квантования, на другую рождается квант света.
В 1924 году французский физик Луи де Бройль, пытаясь отыскать разъяснение постулированным в 1913 году Бором условиям квантования атомных орбит, выдвинул догадку о всеобщности корпускулярно-волнового дуализма. Согласно данной нам догадке, каждой частичке, независимо от ее природы, нужно поставить в соответствие волну, длина которой связана с импульсом частички.
Т.е. не только лишь фотоны, да и все «простые частички» (электроны, протоны и др.) владеют волновыми качествами, которые, а именно, должны проявляться в дифракции частиц.
В 1927 году в опыте наблюдалась дифракция электронов, а позднее- дифракция и остальных частиц, тем справедливость догадки де Бройля была доказана экспериментально.
В 1926 году австийский физик Шредингер предложил уравнение, описывающих движение электрона во наружном силовом поле. Уравнение Дирака сделалось одним из главных уравнений релятивистской квантовой механики.
Применение Бором квантовых мыслях к теории строения атома привело к построению «полуклассической» теории, которая повстречалась со почти всеми трудностями.
Модель атома Бора была построена за счет нарушения логической цельности теории: с одной стороны, использовалась Ньютонова механика, с иной — привлекались чуждые ей искусственные правила квантования, к тому же противоречащие традиционной электродинамике. Теория Бора не могла разъяснить, как движется электрон при переходе с 1-го уровня на иной.
Предстоящая разработка воросов теории атома привела в выводу, что движение электронов в атоме недозволено обрисовывать в определениях традиционной механики (как движение по определенной линии движения, орбите), что вопросец о движении электрона меж уровнями несовместим с нравом законов, определяющих сделалось ясно, что для построения модели атома нужна принципно новенькая теория, которая для описания поведения электрона в атоме не оперирует понятиями ньютоновской механики. В новейшую теорию могли заходить лишь величины, относящиеся к исходному и конечному стационарным состояниям атома.
Германский физик В.Гейзенберг в 1925 году выстроил формальную схему, в какой заместо координат и скоростей электрона фигурировали некие абстрактные абстрактные величины — матрицы.
Работа Гейзенберга была развита Борном и Иорданом. Так появилась матричная механика.
Скоро опосля возникновения уравнения Шредингера эквивалентность этих 2-ух форм была подтверждена.
Окончательное формирование квантовой механики как поочередной теории соединено с работой Гейзенберга 1927 года, в какой был сформулирован принцип, утверждающий, что неважно какая физическая система не может находиться в состояниях, в каких координаты ее центра инерции и импульс сразу принимают полностью определенные, четкие значения. Этот принцип получил заглавие «соотношение неопределенностей».
Соотношение неопределенностей устанавливает, что понятия координаты и импульса в традиционном смысле не могут быть использованы к микроскопичным объектам. Никакой техники, а с беспристрастными качествами микромира.
Окончание построения аппарата квантовой механики породило острые дискуссии в отношении интерпретации данной нам теории, так как она значительно различается от традиционных теорий.
Принципиальное отличие заключается в том, что в традиционных теориях описываются характеристики объектов вне их дела к тем устройствам, при помощи которых обнаруживаются эти характеристики, в то время как в квантовой механике учет критерий наблюдения неотъемлем от самой теоретической постановки трудности ( при всем этом в разных макроскопических ситуациях микроявления обнаруживают разные, иногда прямо обратные характеристики, к примеру, частички либо волны ).
Остальным значимым различием квантовой механики от традиционной, вызвавшим острые дискуссии, является ее принципно вероятностный нрав.
Умонастроение, свойственное для традиционной науки, отражено в выражении Лапласа о том, что если б существовал момент о всех силах природы в точках приложения этих сил, то «не осталось бы ничего, что было бы для него недостоверно, и будущее, так же как и прошедшее, стало бы перед его взглядом».
Это умонастроение традиционной науки, верно выраженное Лапласом в его работе «Опыт философии теории вероятностей» (1814 год), нередко и связывается с его именованием, именуется лапласовским детерминизмом. Непременно, что это умонастроение не исчерпывается приведенным выражением Лапласа о всеведущем разуме. Оно представляет собой узкую и глубокую систему и представлений о действительности и методах ее зания.
С позиций лапласовского детерминизма ньютоновская механика с ее конкретными законами является каноном, эталоном научного познания совершенно, всякой научной теории. Неважно какая теория с данной нам точки зрения обязана исчерпающим образом обрисовывать характеристики действительности на базе строго конкретных законов, как это делает механика.
Активное применение теории вероятностей в физике, которое началось с середины 19 века, привело к возникновению новейшего типа законов и теорий — статистических.
Принципиально выделить, что внедрение вероятностно-статистических способов в науке не противоречит концепции лапласовского детерминизма. На эмпирическом уровне объекты даны в единстве существенных и несущественных, случайных параметров, потому внедрение вероятностных представлений полностью обусловлено. Теоретически внедрение вероятностей подразумевало конкретную детерминированность тех личных явлений, которые в совокупы дают статистический закон
С позиций лапласовского детерминизма, внедрение вероятностных представлений в науке полностью оправдано, но познавательный статус динамических и статистических теорий значительно различен. Статистические теории с этих позиций — это неподлинные теории; они могут быть фактически весьма полезны, но в познавательном плане они неполноценны, они дают только 1-ое приближение к истин, и за каждой статистической теорией обязана стоять теория, совершенно точно описывающая действительность.
одна из интерпретаций квантовой механики была построена с позиций лапласовского детерминизма.
Практически такую интерпретацию развивали Эйнштейн, Планк, Шредингер и их сторонники, когда утверждали, что принципно вероятностный нрав квантовой механики гласит о ее неполноте как физической теории. Они ориентировали физиков на поиск таковой теории микроявлений, которая по собственной струкруре и программка элиминации вероятностных представлений из теории микромира методом обнаружения «укрытых характеристик», т.е. таковых параметров простых частиц, познание которых позволило бы достигнуть их строго конкретного описания.
Против таковой интерпретации квантовой механики выступили Борн, Бриллюэн и остальные, кто лицезрел в квантовой механике всеполноценную и полноправную физическую теорию.
Хотя дискуссии в отношении статуса вероятностных представлений в современной физике не окончены до сего времени, тем не наименее развитие квантовой механики ослабляет позиции приверженцев лапласовского детерминизма.
]]>