Основы теоретической физики/Введение в предмет квантовой механики

3.1.1. Введение

Как известно, все материальные тела состоят из молекул и атомов, которые, в свою очередь, состоят из еще более мелких частиц: электронов, нейтронов, протонов, которые состоят из частиц еще мельче... На сегодняшний день науке известны тысячи микрочастиц, которые невозможно увидеть ни в оптический, ни даже в электронный микроскоп. Некоторые из этих частиц до сих пор существуют лишь в теории и пока не обнаружены даже на самых современных экспериментальных установках.

Опыт показывает, что поведение тела очень малого размера существенно отличается от того, к чему мы привыкли, наблюдая за большими телами в повседневной жизни. Микроскопические тела не ведут себя ни как волны, ни как частицы, ни как облака или бильярдные шары или грузы, подвешенные на пружины. Квантовая механика – это описание поведения мельчайших частиц вещества.

Эволюция механики чем-то похожа на эволюцию оптики. Так, Ньютон считал, что свет состоит из частиц и на основе этого создал революционную для своего времени «линейную оптику». Много позже эксперименты показали, что свет ведет себя подобно волнам и появилась «волновая оптика». Однако на рубеже XIX – XX веков выяснилось, что в некоторых экспериментах (в фотоэффекте), поведение света никак невозможно объяснить волновой оптикой. В итоге для света было принято понятие «дуализм»: свойство проявлять как свойства частиц, так и волновые свойства в зависимости от условий эксперимента.

Обнаружение дуализма у света совпало по времени с открытием свойств первой элементарной частицы: электрона. В первых экспериментах электрон проявлял себя как классическая частица и его начали представлять себе как некое подобие микроскопического бильярдного шара, который обладает электрическим зарядом. Однако вскоре выяснилось, что в ряде экспериментов электрон ведет себя как волна. То есть экспериментально было доказано, что свойство дуализма присуще не только свету, но и электронам тоже.

В первой четверти XX века постепенно накапливалась экспериментальная информация о поведении микрочастиц. Была выдвинута гипотеза о том, что свойством дуализма обладают не только свет и электроны, но и вообще все частицы. Наконец, в 1926 – 1297 годах, усилиями Шредингера, Гайзенберга и Борна, физикам удалось получить первое непротиворечивое описание поведения вещества микроскопических (квантовых) размеров. Эту новую теорию назвали «Квантовой механикой».

См. также

Оглавление