Dunyoda hech kim kvant mexanikasini tushunmaydi - bu haqda bilishingiz kerak bo'lgan asosiy narsa. Ha, ko'plab fiziklar uning qonunlaridan foydalanishni va hatto kvant hisoblari yordamida hodisalarni bashorat qilishni o'rgandilar. Ammo nima uchun kuzatuvchining mavjudligi tizim taqdirini belgilab, uni bir davlat foydasiga tanlov qilishga majbur qilayotgani haligacha aniq emas. "Nazariyalar va amaliyotlar" natijalariga kuzatuvchi muqarrar ravishda ta'sir ko'rsatadigan tajriba namunalarini tanlab oldi va moddiy voqelikka ongning bunday aralashuvi bilan kvant mexanikasi nima qilishini aniqlashga harakat qildi.

Shroedinger mushuki

Bugungi kunda kvant mexanikasining ko'plab talqinlari mavjud, ulardan eng mashhuri Kopengagen bo'lib qolmoqda. Uning asosiy tamoyillari 1920-yillarda Niels Bor va Verner Heisenberg tomonidan ishlab chiqilgan. Va Kopengagen talqinining markaziy atamasi to'lqin funktsiyasi edi - u bir vaqtning o'zida joylashgan kvant tizimining barcha mumkin bo'lgan holatlari haqida ma'lumotni o'z ichiga olgan matematik funktsiya.

Kopengagen talqiniga ko'ra, faqat kuzatish tizimning holatini ishonchli aniqlashi va uni qolganlaridan farqlashi mumkin (to'lqin funktsiyasi faqat ma'lum bir holatda tizimni aniqlash ehtimolini matematik tarzda hisoblashga yordam beradi). Aytishimiz mumkinki, kuzatishdan so'ng kvant tizimi klassik bo'lib qoladi: u bir zumda ko'p shtatlarda ulardan birining foydasiga birga yashashni to'xtatadi.

Bu yondashuv har doim o'z raqiblariga ega bo'lgan (masalan, Albert Eynshteyn tomonidan yozilgan "Xudo zar o'ynamaydi"), lekin hisob-kitoblar va bashoratlarning aniqligi o'z ta'sirini o'tkazdi. Biroq, so'nggi paytlarda Kopengagen talqinining tarafdorlari tobora kamayib bormoqda va buning eng kam sababi o'lchash paytida to'lqin funktsiyasining juda sirli lahzali qulashi emas. Ervin Shredingerning bechora mushuk bilan o'tkazgan mashhur fikrlash tajribasi aynan ushbu hodisaning bema'niligini ko'rsatishga qaratilgan edi.

Shunday qilib, keling, tajriba mazmunini eslaylik. Qora qutiga tirik mushuk, zaharli ampula va zaharni tasodifiy ta'sir qila oladigan ma'lum mexanizm joylashtirilgan. Masalan, bitta radioaktiv atom, uning parchalanishi ampulani buzadi. Atom parchalanishining aniq vaqti noma'lum. Faqat yarim yemirilish davri ma'lum: 50% ehtimollik bilan parchalanish sodir bo'ladigan vaqt.

Ma'lum bo'lishicha, tashqi kuzatuvchi uchun quti ichidagi mushuk bir vaqtning o'zida ikkita holatda mavjud: u tirik, agar hamma narsa yaxshi bo'lsa yoki o'lik, agar parchalanib ketgan va ampula buzilgan bo'lsa. Bu ikkala holat ham vaqt o'tishi bilan o'zgarib turadigan mushukning to'lqin funktsiyasi bilan tavsiflanadi: qanchalik uzoq bo'lsa, radioaktiv parchalanish allaqachon sodir bo'lish ehtimoli shunchalik yuqori bo'ladi. Ammo quti ochilishi bilanoq, to'lqin funktsiyasi qulab tushadi va biz knacker tajribasining natijasini darhol ko'ramiz.

Ma'lum bo'lishicha, kuzatuvchi qutini ochmaguncha, mushuk hayot va o'lim chegarasida abadiy muvozanatni saqlaydi va faqat kuzatuvchining harakati uning taqdirini belgilaydi. Bu Shredinger ta'kidlagan absurddir.

Elektron difraksiyasi

The New York Times tomonidan o‘tkazilgan yetakchi fiziklar o‘rtasida o‘tkazilgan so‘rov natijalariga ko‘ra, 1961 yilda Klaus Jenson tomonidan o‘tkazilgan elektron difraksiyasi bo‘yicha tajriba fan tarixidagi eng go‘zal tajribalardan biriga aylandi. Uning mohiyati nimada?

Fotografik plastinka ekrani tomon elektronlar oqimini chiqaradigan manba mavjud. Va bu elektronlar yo'lida to'siq bor - ikkita tirqishli mis plastinka. Agar siz elektronlarni shunchaki kichik zaryadlangan sharlar deb hisoblasangiz, ekranda qanday tasvirni kutishingiz mumkin? Yoriqlar qarshisida ikkita yoritilgan chiziq.

Aslida, ekranda o'zgaruvchan qora va oq chiziqlarning ancha murakkab naqshlari paydo bo'ladi. Gap shundaki, tirqishlardan o'tayotganda elektronlar zarrachalar kabi emas, balki to'lqinlar kabi harakat qila boshlaydilar (xuddi fotonlar, yorug'lik zarralari bir vaqtning o'zida to'lqinlar bo'lishi mumkin). Keyin bu to'lqinlar kosmosda o'zaro ta'sir qiladi, ba'zi joylarda bir-birini zaiflashtiradi va kuchaytiradi va natijada ekranda yorug'lik va quyuq chiziqlar almashinadigan murakkab rasm paydo bo'ladi.

Bunday holda, tajriba natijasi o'zgarmaydi va agar elektronlar tirqish orqali uzluksiz oqimda emas, balki alohida-alohida yuborilsa, hatto bitta zarracha ham bir vaqtning o'zida to'lqin bo'lishi mumkin. Hatto bitta elektron bir vaqtning o'zida ikkita tirqishdan o'tishi mumkin (va bu kvant mexanikasining Kopengagen talqinining yana bir muhim pozitsiyasi - ob'ektlar bir vaqtning o'zida o'zlarining "odatiy" moddiy xususiyatlarini va ekzotik to'lqin xususiyatlarini namoyish etishlari mumkin).

Ammo kuzatuvchining bunga nima aloqasi bor? Uning allaqachon murakkab hikoyasi yanada murakkablashganiga qaramay. Shunga o'xshash tajribalarda fiziklar elektronning haqiqatda o'tib ketganini asboblar yordamida aniqlashga harakat qilganda, ekrandagi rasm keskin o'zgarib, "klassik" bo'lib qoldi: yoriqlar qarshisida ikkita yoritilgan maydon va o'zgaruvchan chiziqlar yo'q.

Kuzatuvchining hushyor nigohi ostida elektronlar o'zlarining to'lqin tabiatini ko'rsatishni istamagandek edi. Biz uning oddiy va tushunarli rasmni ko'rishga instinktiv istagiga moslashdik. Mistikmi? Aniqroq tushuntirish mavjud: tizimni hech qanday kuzatish unga jismoniy ta'sir qilmasdan amalga oshirilmaydi. Ammo biz bu masalaga birozdan keyin qaytamiz.

Isitilgan fulleren

Zarrachalar diffraktsiyasi bo'yicha tajribalar nafaqat elektronlarda, balki ancha kattaroq ob'ektlarda ham o'tkazildi. Masalan, fullerenlar oʻnlab uglerod atomlaridan tashkil topgan yirik, yopiq molekulalardir (masalan, oltmishta uglerod atomidan iborat fulleren shakli boʻyicha futbol toʻpiga juda oʻxshash: beshburchak va olti burchakli bir-biriga tikilgan ichi boʻsh shar).

Yaqinda Vena universiteti professori Zaylinger boshchiligidagi guruh bunday tajribalarga kuzatish elementini kiritishga harakat qildi. Buning uchun ular harakatlanuvchi fulleren molekulalarini lazer nuri bilan nurlantirdilar. Keyinchalik, tashqi ta'sir bilan qizdirilgan molekulalar porlay boshladi va shu bilan kuzatuvchiga kosmosdagi o'rnini muqarrar ravishda ochib berdi.

Ushbu yangilik bilan birga molekulalarning xatti-harakati ham o'zgardi. To'liq kuzatuv boshlanishidan oldin, fullerenlar noaniq ekrandan o'tadigan oldingi misoldagi elektronlar kabi to'siqlarni (to'lqin xususiyatlarini ko'rsatdi) juda muvaffaqiyatli bosib o'tdi. Ammo keyinchalik, kuzatuvchining paydo bo'lishi bilan, fullerenlar tinchlanib, materiyaning mutlaqo qonunga bo'ysunadigan zarralari kabi harakat qila boshladilar.

Sovutish o'lchami

Kvant olamining eng mashhur qonunlaridan biri Geyzenbergning noaniqlik printsipi: kvant ob'ektining o'rni va tezligini bir vaqtning o'zida aniqlash mumkin emas. Biz zarrachaning impulsini qanchalik aniq o'lchasak, uning o'rnini shunchalik aniqroq o'lchash mumkin emas. Ammo mayda zarralar darajasida ishlaydigan kvant qonunlarining ta'siri bizning yirik makro ob'ektlar dunyosida odatda sezilmaydi.

Shu sababli, AQShdan professor Shvab guruhining yaqinda o'tkazgan tajribalari yanada qimmatlidir, ularda kvant effektlari bir xil elektronlar yoki fulleren molekulalari darajasida emas (ularning xarakterli diametri taxminan 1 nm), lekin biroz ko'proq bo'lgan. moddiy ob'ekt - kichik alyuminiy chiziq.

Ushbu chiziq har ikki tomondan mahkamlangan, shunda uning o'rtasi osilgan va tashqi ta'sir ostida tebranishi mumkin edi. Bundan tashqari, chiziq yonida uning o'rnini yuqori aniqlik bilan qayd eta oladigan qurilma bor edi.

Natijada eksperimentchilar ikkita qiziqarli effektni aniqladilar. Birinchidan, ob'ektning holatini har qanday o'lchash yoki chiziqni kuzatish unga iz qoldirmasdan o'tmadi - har bir o'lchovdan keyin chiziqning holati o'zgardi. Taxminan aytganda, eksperimentchilar chiziqning koordinatalarini katta aniqlik bilan aniqladilar va shu bilan Heisenberg printsipiga ko'ra uning tezligini va shuning uchun keyingi holatini o'zgartirdilar.

Ikkinchidan, va kutilmaganda, ba'zi o'lchovlar ham chiziqning sovishiga olib keldi. Ma'lum bo'lishicha, kuzatuvchi ob'ektlarning jismoniy xususiyatlarini faqat uning mavjudligi bilan o'zgartirishi mumkin. Bu mutlaqo aql bovar qilmaydigan ko'rinadi, ammo fiziklarning fikriga ko'ra, aytaylik, ular yo'qotishmagan - hozir professor Shvabning guruhi kashf etilgan effektni elektron chiplarni sovutish uchun qanday qo'llash haqida o'ylashmoqda.

Muzlatish zarralari

Ma'lumki, dunyoda beqaror radioaktiv zarralar nafaqat mushuklar ustida tajriba o'tkazish uchun, balki butunlay o'z-o'zidan parchalanadi. Bundan tashqari, har bir zarracha o'rtacha umr ko'rish muddati bilan tavsiflanadi, ma'lum bo'lishicha, kuzatuvchining diqqatli nigohi ostida ko'payishi mumkin.

Ushbu kvant effekti birinchi marta 1960-yillarda bashorat qilingan va uning yorqin eksperimental tasdig'i 2006 yilda Massachusets texnologiya institutida Nobel mukofoti laureati fizik Volfgang Ketterle guruhi tomonidan chop etilgan maqolada paydo bo'lgan.

Ushbu ishda biz beqaror qo'zg'aluvchan rubidiy atomlarining parchalanishini (asosiy holatdagi rubidiy atomlariga va fotonlarga parchalanishini) o'rgandik. Tizim tayyorlanib, atomlar hayajonlangandan so'ng darhol ular kuzatila boshlandi - ular lazer nurlari bilan yoritilgan. Bunda kuzatish ikki rejimda amalga oshirildi: uzluksiz (kichik yorug'lik impulslari tizimga doimiy ravishda beriladi) va impulsli (tizim vaqti-vaqti bilan kuchliroq impulslar bilan nurlanadi).

Olingan natijalar nazariy prognozlarga juda mos keldi. Tashqi yorug'lik ta'siri aslida zarrachalarning parchalanishini sekinlashtiradi, go'yo ularni parchalanishdan uzoqroq, asl holatiga qaytaradi. Bundan tashqari, o'rganilgan ikki rejim uchun ta'sirning kattaligi ham bashoratlarga to'g'ri keladi. Va beqaror qo'zg'aluvchan rubidiy atomlarining maksimal ishlash muddati 30 barobarga uzaytirildi.

Kvant mexanikasi va ong

Elektronlar va fullerenlar o'zlarining to'lqin xususiyatlarini namoyish etishni to'xtatadilar, alyuminiy plitalari soviydi va beqaror zarralar parchalanishida muzlaydi: kuzatuvchining qudratli nigohi ostida dunyo o'zgarmoqda. Atrofimizdagi dunyo ishida ongimiz ishtirok etishining dalili nima emas? Balki Karl Yung va Volfgang Pauli (avstriyalik fizik, Nobel mukofoti laureati, kvant mexanikasining kashshoflaridan biri) fizika va ong qonunlarini bir-birini to‘ldiruvchi deb hisoblash kerak, deganlarida to‘g‘ri bo‘lgandir?

Ammo bu odatiy tan olishdan faqat bir qadam narida: atrofimizdagi butun dunyo ongimizning mohiyatidir. Qo'rqinchlimi? ("Siz haqiqatan ham Oy faqat unga qaraganingizda mavjud deb o'ylaysizmi?" Eynshteyn kvant mexanikasi tamoyillarini sharhladi). Keyin yana fiziklarga murojaat qilishga harakat qilaylik. Bundan tashqari, so'nggi yillarda ular Kvant mexanikasining Kopengagen talqinini, uning sirli ravishda funktsiya to'lqinining qulashi bilan kamroq va kamroq yoqtirishadi, bu esa boshqa, juda oddiy va ishonchli atama - dekogerentlik bilan almashtiriladi.

Gap shundaki: tasvirlangan barcha kuzatuv tajribalarida eksperimentchilar tizimga muqarrar ravishda ta'sir o'tkazdilar. Uni lazer bilan yoritib, o‘lchash asboblarini o‘rnatdilar. Va bu umumiy, juda muhim tamoyil: siz tizimni kuzata olmaysiz, u bilan o'zaro ta'sir qilmasdan uning xususiyatlarini o'lchay olmaysiz. O'zaro ta'sir mavjud bo'lgan joyda esa xususiyatlarning o'zgarishi mavjud. Bundan tashqari, kvant jismlarining kolossusi kichik kvant tizimi bilan o'zaro ta'sir qilganda. Shunday qilib, kuzatuvchining abadiy, buddist betarafligi mumkin emas.

Aynan shu narsa "dekogerentlik" atamasini tushuntiradi - bu tizimning boshqa, kattaroq tizim bilan o'zaro ta'sirida uning kvant xususiyatlarini buzishning qaytarilmas jarayoni. Bunday o'zaro ta'sir davomida kvant tizimi o'zining asl xususiyatlarini yo'qotadi va klassik bo'lib, katta tizimga "bo'ysunadi". Bu Shredingerning mushuki bilan paradoksni tushuntiradi: mushuk shunchalik katta tizimki, uni dunyodan ajratib bo'lmaydi. Fikrlash tajribasining o'zi mutlaqo to'g'ri emas.

Qanday bo'lmasin, ongni yaratish akti sifatidagi voqelik bilan solishtirganda, dekogerensiya ancha xotirjamroq ko'rinadi. Ehtimol, hatto juda xotirjam. Axir, bu yondashuv bilan butun klassik dunyo bitta katta dekoherent effektga aylanadi. Va bu sohadagi eng jiddiy kitoblardan birining mualliflariga ko'ra, "dunyoda zarrachalar yo'q" yoki "asosiy darajada vaqt yo'q" kabi bayonotlar ham mantiqan bunday yondashuvlardan kelib chiqadi.

Ijodiy kuzatuvchimi yoki qudratli dekoherensiyami? Siz ikkita yomonlikdan birini tanlashingiz kerak. Ammo esda tuting - endi olimlar bizning fikrlash jarayonlarimizning asosi o'sha mashhur kvant effektlari ekanligiga tobora ko'proq ishonch hosil qilmoqdalar. Demak, kuzatish qayerda tugasa va haqiqat boshlanadi - har birimiz tanlashimiz kerak.

VKontakte Facebook Odnoklassniki

Yuqori energiyali zarralar kollayderda o'zaro ta'sirlashganda juda ko'p turli xil zarralar hosil bo'ladi.

Bu jarayon ko'p ishlab chiqarish deb ataladi va uning turli xarakteristikalari kuchli o'zaro ta'sirlar nazariyasi - kvant xromodinamikasi (QCD) yordamida bashorat qilinadi. Biroq, LHC (Katta adron kollayderi) da yaqinda o'tkazilgan shunga o'xshash tajribalar natijalari boshqa tezlatgichlarda o'tgan tajribalar natijalaridan qurilgan modellarning bashoratlari bilan mos kelmaydi. Bristol universiteti professori va koʻp zarrachalar hosil boʻlishini oʻrganish sohasidagi yetakchi mutaxassislardan biri Nik Bruk Ginzburg konferensiyasida ushbu nomuvofiqlikning mumkin boʻlgan sabablari va yangi eksperimental yuqori energiya fizikasining ochilish ufqlari haqida gapirdi.

LHCda amalga oshirilayotgan ikkita eksperimental loyihaning texnikasi tug'ilgan zarralarni aniqlash uchun juda mos keladi. Bular og'ir ionlarning to'qnashuvlarini o'rganish uchun optimallashtirilgan ALICE (Katta ion to'qnashuvi tajribasi) loyihasi va B-mezonlarni o'rganish uchun mo'ljallangan LHCb - "chiroyli" kvarkni o'z ichiga olgan zarralar. Va zarrachalarning tug'ilishi haqidagi ma'lumotlarning o'zi QCD ning keyingi rivojlanishi uchun zarur asosdir. Nik Bruk sharhlaydi: “Kuzatilgan zarrachalar taqsimoti materiyaning adronik holatini tavsiflaydi va proton-proton o'zaro ta'sirining asosiy kvant xromodinamikasiga sezgir. ALICE, ATLAS va CMS allaqachon markaziy o'zaro ta'sir hududida zarrachalar taqsimotini o'lchagan va LHCb geometriyasi bizga uzoq mintaqadagi to'qnashuv dinamikasini kuzatish imkonini beradi. Bu bizga modellarni ishlab chiqish va Monte-Karlo hodisasi generatorlarini yaxshilash uchun juda zarur ma'lumotlarni beradi.

Kvant xromodinamikasi o'tgan asrning 70-yillarida mikroskopik nazariya sifatida paydo bo'lib, u subhadron shkalalaridagi kuchli o'zaro ta'sirni tavsiflaydi, bu kvarklar, glyonlar va ulardan tashkil topgan zarralar - adronlar, shu jumladan kuchli o'zaro ta'sir bilan bog'langan atom yadrosining protonlari va neytronlarini o'z ichiga oladi. Kvant xromodinamikasining asosiy postulati barcha kvarklarga rang zaryadi yoki rang deb ataladigan maxsus kvant sonini beradi. Bunday tanish so'zning oddiy optik xarakteristikalar bilan hech qanday aloqasi yo'q, lekin u tabiatda kvarklar faqat rangsiz birikmalar - adronlar shaklida uch kvarkdan tashkil topgan (qiyoslashni eslang: qizil, yashil va ko'k) ekanligini qisqacha ta'kidlaydi. oq ranggacha qo'shing) , yoki kvarkdan glyuonlar va antikolorli antikvark.

Ko'p zarracha ishlab chiqarish parametrlari bo'yicha QCD bashoratlari analitik shaklda yoki Monte-Karlo modellari yordamida raqamli kompyuter hisob-kitoblari shaklida berilgan, ularni eksperimental ma'lumotlar bilan batafsil taqqoslash mumkin. Bu modellar hodisa generatorlari deb ataladi, chunki bu kompyuter hisob-kitoblarida ma'lum hodisalarning yuzaga kelish ehtimoli real dunyoda mos keladigan hodisa ehtimoliga mutanosib hisoblanadi. Ushbu modellarning barchasi boshqa tezlatgichlarda o'tgan tajribalar bilan yaxshi ishladi va hatto ba'zi bir bashorat qilish kuchiga ega edi, ammo ular hali LHCda olingan yangi natijalarga to'g'ri kelmaydi.

FIAN professori va yuqori energiya fizikasi sektori yetakchi tadqiqotchisi Andrey Leonidov shunday deydi: “Yuqori energiyalarda koʻp ishlab chiqarishni oʻrganish asosiy fizik muammolardan biri boʻlib, Brukning maʼruzasi LHCda toʻplangan eksperimental maʼlumotlar toʻplamiga bagʻishlangan edi. kollayder. U erda juda qiziq vaziyat yuzaga keldi: mavjud modellar hodisalarning ko'pgina muhim xususiyatlarini tasvirlamaydi. Ularning odatiy dizayni qandaydir tarzda yumshoq adronik reaktivlar fizikasini va qattiq adronik nurlanishni birlashtiradi va ularning o'zlari FNAL ni, oldingi tezlatgichni muvaffaqiyatli tasvirlash uchun sozlangan. Natijada, ushbu hisobotda nazariya yangi tajribaga to'g'ri keladigan birorta ham grafik yo'q edi. Ya'ni, ko'p tug'ilishning ko'pgina xususiyatlari zamonaviy modellar tomonidan umuman tasvirlanmagan.

Shunday qilib, professor Bruk bashoratlar va ularning tarkibida "g'alati" kvarklarga ega bo'lgan zarrachalarning paydo bo'lishi haqidagi haqiqiy ma'lumotlar o'rtasidagi tafovut yoki barion va antibarion moddalar nisbati buzilishi haqida gapirdi. Ammo bu nomuvofiqliklar, Bruk ta'kidlaganidek, tadqiqotchilarga faqat erkin qo'l beradi va yana bir bor QCD ning murakkab tuzilishini ko'rsatadi. Axir, yangi ma'lumotlar hodisa generatorlari modellarini, yumshoq zarrachalarni ishlab chiqarishni, ko'p zarrachalar to'qnashuvini va boshqa ko'plab hodisalarni yaxshilashga yordam beradi.

Andrey Leonidov ham ingliz fizigining optimizmiga qo'shiladi: “Yangi tajribalarda oldingi barcha modellar o'zlarini turli darajada muvaffaqiyatsiz deb ko'rsatdi va bu o'rganish uchun qiziqarli maydon yaratadi. Ammo xuddi shu modellar bir sababga ko'ra birlashtirilgan: bu insoniyat ushbu mavzu bo'yicha taklif qilishi mumkin bo'lgan eng yaxshisidir. Bu ba'zi viloyat odamlari u erda biror narsa yozganiga o'xshamaydi va u tasodifan LHCda qo'llaniladi. LHC mavjud bo'lgan eng yaxshisidan foydalanadi va bu eng yaxshisi hali yaxshi ishlamayapti. Va bu mavzu juda muhim, chunki kollayderda doimo bir nechta tug'ilish jarayoni sodir bo'ladi. Bular katta kesmaga ega bo'lgan dominant jarayonlar bo'lib, ular boshqa barcha jarayonlarga potentsial ta'sir ko'rsatadi va ularning fonini belgilaydi. Bundan tashqari, bu asosiy va qiziqarli. Demak, qayg'uli narsa yo'q, biz yangi natijalarni kutamiz!”

Yuqori energiyali zarralar to'qnashganda, yangi zarralarning ko'p hosil bo'lishi kuzatiladi

"Kvant nazariyasi bilan birinchi marta duch kelganda hayratga tushmagan har bir kishi, ehtimol, tushunmagandir." Nils Bor

Kvant nazariyasining asoslari shunchalik hayratlanarliki, u ko'proq ilmiy fantastikaga o'xshaydi.

Mikrodunyoning bir zarrasi bir vaqtning o'zida ikki yoki undan ortiq joyda bo'lishi mumkin!

(Yaqinda o'tkazilgan tajriba shuni ko'rsatdiki, bu zarralardan biri bir vaqtning o'zida 3000 ta joyda bo'lishi mumkin!)

Xuddi shu "ob'ekt" ham mahalliylashtirilgan zarracha, ham kosmosda tarqaladigan energiya to'lqini bo'lishi mumkin.

Eynshteynning fikricha, hech narsa yorug'lik tezligidan tezroq harakat qila olmaydi. Ammo kvant fizikasi isbotladi: subatomik zarralar bir zumda ma'lumot almashishi mumkin - bir-biridan istalgan masofada joylashgan.

Klassik fizika deterministik edi: ob'ektning joylashuvi va tezligi kabi dastlabki shartlarni hisobga olgan holda, biz uning qaerga borishini hisoblashimiz mumkin. Kvant fizikasi ehtimollikdir: biz hech qachon o'rganilayotgan ob'ekt o'zini qanday tutishini mutlaqo aniq ayta olmaymiz.

Klassik fizika mexanik edi. Bu narsaning alohida qismlarini bilish orqali biz oxir-oqibat uning nima ekanligini tushunishimiz mumkin degan asosga asoslanadi.

Kvant fizikasi yaxlitdir: uning qismlari bir-biriga bog'langan va bir-biriga ta'sir ko'rsatadigan bir butun sifatida olamning rasmini chizadi.

Va, ehtimol, eng muhimi, kvant fizikasi 400 yil davomida ilmiy ongda hukmronlik qilgan sub'ekt yoki ob'ekt, kuzatuvchi va kuzatuvchi o'rtasidagi tub farq haqidagi g'oyani yo'q qildi!

Kvart fizikasida kuzatuvchi kuzatilayotgan ob'ektga ta'sir qiladi. Mexanik olamning alohida kuzatuvchilari yo'q - hamma narsa uning mavjudligida ishtirok etadi.

SHOK №1 - bo'sh joy

Nyuton fizikasining qattiq tuzilishidagi birinchi yoriqlardan biri quyidagi kashfiyot orqali amalga oshirildi: atomlar jismoniy olamning mustahkam qurilish bloklaridir! - asosan bo'sh joydan iborat. Qanchalik bo'sh? Agar siz vodorod atomining yadrosini basketbol to'pi hajmiga kattalashtirsangiz, uning atrofida aylanib yuradigan yagona elektron o'ttiz kilometr uzoqlikda bo'ladi, yadro va elektron o'rtasida hech narsa bo'lmaydi. Shunday qilib, atrofga qaraganingizda, esda tuting: haqiqat - bu bo'shliq bilan o'ralgan materiyaning eng kichik nuqtalari.

Biroq, bu mutlaqo to'g'ri emas. Bu taxmin qilingan "bo'shliq" aslida bo'sh emas: u juda ko'p miqdorda aql bovar qilmaydigan darajada kuchli energiyani o'z ichiga oladi. Bizga ma'lumki, energiya materiyaning quyi darajasiga o'tganda zichroq bo'ladi (masalan, yadro energiyasi kimyoviy energiyadan million marta kuchliroq). Endi olimlar bir kub santimetr bo'sh maydonda ma'lum koinotdagi barcha moddalardan ko'ra ko'proq energiya borligini aytishdi. Olimlar buni o'lchash imkoniga ega bo'lmasalar ham, ular bu energiya dengizining natijalarini ko'rishmoqda.

SHOK №2 - zarracha, to‘lqin yoki to‘lqin zarrachami?

Atom nafaqat deyarli butunlay "kosmos" dan iborat, balki olimlar uni chuqurroq o'rganganlarida, subatomik (atomni tashkil etuvchi) zarralar ham qattiq emasligini aniqladilar. Va ular ikki tomonlama tabiatga ega ko'rinadi. Biz ularni qanday kuzatishimizga qarab, ular qattiq mikrojismlar yoki to'lqinlar kabi harakat qilishlari mumkin.

Zarralar kosmosda ma'lum bir pozitsiyani egallagan alohida qattiq jismlardir. Ammo to'lqinlarning "tanasi" yo'q, ular lokalizatsiya qilinmaydi va kosmosda tarqaladi.

To'lqin sifatida elektron yoki foton (yorug'lik zarrasi) aniq joylashuvga ega emas, balki "ehtimollar maydoni" sifatida mavjud. Zarrachalar holatida, ehtimollik maydoni qattiq ob'ektga "yiqilib tushadi" (yiqilib tushadi). Uning to'rt o'lchovli fazo-vaqtdagi koordinatalarini allaqachon aniqlash mumkin.

Bu hayratlanarli, ammo zarrachaning holati (to'lqin yoki qattiq jism) kuzatish va o'lchash harakatlari bilan aniqlanadi. O'lchovsiz va kuzatilmaydigan elektronlar to'lqinlar kabi harakat qiladi. Tajriba davomida ularni kuzatishga topshirganimizdan so'ng ular qattiq zarrachalarga "qulab tushadi" va kosmosda qayd etilishi mumkin.

Lekin qanday qilib bir narsa bir vaqtning o'zida qattiq zarracha va suyuqlik to'lqini bo'lishi mumkin? Ehtimol, agar biz yaqinda aytganimizni eslasak, paradoks hal qilinadi: zarralar o'zini to'lqin kabi yoki qattiq jism kabi tutadi. Ammo "to'lqin" va "zarracha" tushunchalari bizning kundalik dunyomizdan olingan o'xshashliklardir. To'lqin tushunchasi kvant nazariyasiga Ervin Shredinger tomonidan kiritilgan. U mashhur "to'lqin tenglamasi" ning muallifi bo'lib, u kuzatish aktidan oldin qattiq zarrachada to'lqin xususiyatlarining mavjudligini matematik asoslaydi. Ba'zi fiziklar - ular hech qachon duch kelmagan va to'liq tushuna olmaydigan narsani tushuntirishga urinishda - subatomik zarralarni "to'lqin zarralari" deb atashadi.

SHOK №3 - Kvant sakrashlari va ehtimollik

Atomni o'rganish jarayonida olimlar yadro atrofida aylanayotgan elektronlar orbitadan orbitaga o'tganda, ular oddiy jismlar kabi kosmosda harakat qilmasligini aniqladilar. Yo'q, ular masofani bir zumda bosib o'tishadi. Ya'ni, ular bir joyda yo'qoladi va boshqa joyda paydo bo'ladi. Bu hodisa kvant sakrashi deb ataldi.

Bundan tashqari, olimlar etishmayotgan elektron yangi orbitaning qayerda paydo bo'lishini yoki qaysi daqiqada sakrashini aniqlay olmasligini tushunishdi. Ular qila oladigan eng ko'p narsa elektronning yangi joylashuvi ehtimolini (Shredinger to'lqin tenglamasi asosida) hisoblash edi.

“Haqiqat, biz uni boshdan kechirganimizdek, har daqiqada son-sanoqsiz imkoniyatlar yig'indisida yaratiladi”, deydi doktor Satinover. "Ammo haqiqiy sir shundaki, jismoniy olamda bu jamilikdan qaysi imkoniyat amalga oshishini aniqlaydigan hech narsa yo'q. Buni aniqlaydigan hech qanday jarayon yo'q."

Shunday qilib, kvant sakrashlari koinotdagi yagona haqiqiy tasodifiy hodisalardir.

4-SHOK - NOANLIK PRINSIBI

Klassik fizikada ob'ektning barcha parametrlarini, shu jumladan uning fazoviy koordinatalarini va tezligini faqat eksperimental texnologiyalarning imkoniyatlari bilan chegaralangan aniqlik bilan o'lchash mumkin. Ammo kvant darajasida, ob'ektning tezligi kabi bir miqdoriy xarakteristikasini aniqlaganingizda, uning boshqa parametrlari, masalan, koordinatalar uchun aniq qiymatlarni ololmaysiz. Boshqacha qilib aytganda: agar siz ob'ekt qanchalik tez harakatlanayotganini bilsangiz, uning qaerdaligini bilolmaysiz. Va aksincha: agar siz uning qaerdaligini bilsangiz, uning qanchalik tez harakat qilayotganini bilolmaysiz.

Tajribachilar qanchalik murakkab bo'lmasin, qanchalik ilg'or o'lchash texnologiyalaridan foydalanmasinlar, ular bu parda ortidan qarashga qodir emaslar.

Kvant fizikasining kashshoflaridan biri Verner Heisenberg noaniqlik printsipini ishlab chiqdi. Uning mohiyati quyidagicha: qancha urinmasin, bir vaqtning o'zida kvant ob'ektining koordinatalari va tezligining aniq qiymatlarini olish mumkin emas. Bir parametrni o'lchashda qanchalik aniqlikka erishsak, ikkinchisi shunchalik noaniq bo'ladi.

SHOK №5 - NONLOCALITY, EPR PARADOKS VA BELL TEOREMASI

Albert Eynshteyn kvant fizikasini yoqtirmasdi. Kvant fizikasida tasvirlangan subatomik jarayonlarning ehtimollik xususiyatini baholab, u shunday dedi: "Xudo koinot bilan zar o'ynamaydi". Ammo Nils Bor unga javob berdi: "Xudoga nima qilishni o'rgatmang!"

1935 yilda Eynshteyn va uning hamkasblari Podolskiy va Rozen (EPR) kvant nazariyasini mag'lub etishga harakat qilishdi. Olimlar kvant mexanikasi tamoyillariga asoslanib, fikrlash tajribasini o'tkazdilar va paradoksal xulosaga kelishdi. (U kvant nazariyasining pastligini ko'rsatishi kerak edi). Ularning fikrlarining mohiyati shundan iborat. Agar bizda bir vaqtning o'zida ikkita zarracha paydo bo'lsa, bu ularning o'zaro bog'langanligini yoki superpozitsiya holatida ekanligini anglatadi. Keling, ularni koinotning turli chekkalariga jo'nataylik. Keyin zarrachalardan birining holatini o'zgartiramiz. Keyin, kvant nazariyasiga ko'ra, boshqa zarracha bir zumda xuddi shu holatga keladi. Darhol! Koinotning boshqa chekkasida!

Bunday fikr shu qadar kulgili ediki, Eynshteyn uni kinoya bilan "masofadagi g'ayritabiiy harakat" deb atagan. Uning nisbiylik nazariyasiga ko'ra, hech narsa yorug'likdan tezroq yura olmaydi. Va EPR tajribasida zarralar orasidagi ma'lumot almashish tezligi cheksiz ekanligi ma'lum bo'ldi! Bundan tashqari, elektron koinotning qarama-qarshi chekkasida joylashgan boshqa elektronning holatini "kuzatib turishi" mumkinligi haqidagi g'oya haqiqat haqidagi umumiy qabul qilingan g'oyalarga va umuman olganda, sog'lom fikrga mutlaqo zid edi.

Ammo 1964 yilda irlandiyalik nazariy fizik Jon Bell undan kelib chiqadigan teoremani ishlab chiqdi va isbotladi: EPR fikrlash tajribasidan olingan "kulgili" xulosalar haqiqatdir!

Zarralar vaqt va makondan yuqori darajada chambarchas bog'langan. Shuning uchun ular bir zumda ma'lumot almashish imkoniyatiga ega.

Olamdagi har qanday ob'ektning mahalliy ekanligi haqidagi g'oya - ya'ni. fazoda bir joyda (nuqtada) mavjud - to'g'ri emas. Bu dunyoda hamma narsa mahalliy emas.

Shunga qaramay, bu hodisa Olamning amaldagi qonunidir. Shredingerning ta'kidlashicha, ob'ektlar o'rtasidagi munosabatlar kvant nazariyasining yagona qiziqarli jihati emas, balki eng muhimi. 1975 yilda nazariy fizik Genri Stapp Bell teoremasini "fanning eng muhim kashfiyoti" deb atadi. E'tibor bering, u nafaqat fizika, balki fan haqida gapirgan.

(Maqola V. Arntz, B. Chace, M. Visentening “Quyon teshigi yoki biz o‘zimiz va koinot haqida nima bilamiz?” kitobining “Kvant fizikasi” bobining materiallari asosida tayyorlangan).

Kvant nazariyasining tug'ilishi. Foto effekt.

Dars maqsadlari:

1. Fotoeffekt hodisasini ko'rib chiqing va uning qonuniyatlarini o'rganing

2. Mantiqni, juftlikda ishlash qobiliyatini rivojlantirish; kompyuterda jarayonlarni simulyatsiya qilishni o'rganing.

3. Tarixiy materiallar yordamida maktab o'quvchilarining kognitiv faolligini rivojlantirish.

Dars uchun jihozlar: interfaol doska, o'quvchilar stolidagi kompyuterlar, proyektor, dinamiklar, raqamli markazlar to'plami. ch oo l - to'plam. ta'lim. ru

Darslar davomida:

1. Kvant nazariyasini yaratishning zaruriy shartlari. (O'qituvchining hikoyasi)

19-asr oxirida. Ko'pgina olimlar fizikaning rivojlanishi quyidagi sabablarga ko'ra tugallangan deb hisoblashgan:

1. Mexanika qonunlari va butun dunyo tortishish nazariyasi 200 yildan ortiq vaqtdan beri mavjud.

2. MKT tomonidan ishlab chiqilgan.

3. Podve termodinamika uchun mustahkam asos yaratadi.

4. Maksvellning elektromagnetizm nazariyasi tugallandi.

5. Saqlanishning asosiy qonunlari (energiya, impuls, burchak impulsi, massa va elektr zaryad) ochildi.

XIX asr oxirida - 20-asr boshlari V. Rentgen tomonidan kashf etilgan - X- nurlar (rentgen nurlari), A. Bekkerel - radioaktivlik hodisasi, J. Tomson - elektron. Biroq klassik fizika bu hodisalarni tushuntirib bera olmadi.

A. Eynshteynning nisbiylik nazariyasi fazo va vaqt tushunchasini tubdan qayta ko‘rib chiqishni talab qildi. Maxsus tajribalar yorug'likning elektromagnit tabiati haqidagi J. Maksvell gipotezasining to'g'riligini tasdiqladi. Isitilgan jismlar tomonidan elektromagnit to'lqinlarning chiqarilishi elektronlarning tebranish harakati bilan bog'liq deb taxmin qilish mumkin. Ammo bu taxminni nazariy va eksperimental ma'lumotlarni solishtirish orqali tasdiqlash kerak edi.

Nurlanish qonunlarini nazariy ko'rib chiqish uchun biz foydalandik qora tana modeli , ya'ni har qanday uzunlikdagi elektromagnit to'lqinlarni to'liq o'zlashtiradigan va shunga mos ravishda elektromagnit to'lqinlarning barcha uzunligini chiqaradigan tana.

Chiqarish qobiliyati bo'yicha mutlaqo qora jismga Quyosh, yutilish bo'yicha esa - kichik teshikli oyna devorlari bo'lgan bo'shliq misol bo'ladi.

Ingliz fizigi J. Rayleigh energiya taqsimoti qonunini yanada qat'iyroq nazariy chiqarishga harakat qildi. Qonun past chastotalar sohasidagi tajribalar bilan yaxshi kelishuvga olib keldi. Ushbu qonunga ko'ra, nurlanish intensivligi chastota kvadratiga mutanosib ravishda oshishi kerak. Binobarin, termal nurlanish eksperimental ravishda kuzatilmagan ko'plab ultrabinafsha va rentgen nurlarini o'z ichiga olishi kerak. Nazariyani eksperimental natijalar bilan moslashtirishdagi qiyinchiliklar deyiladi ultrabinafsha falokat.

Maksvell tomonidan olingan elektromagnetizm qonunlari mutlaq qora jismning spektridagi intensivlikning taqsimot egri chizig'ining shaklini tushuntirib bera olmadi. Ushbu qiymatdan uzoqlashganda, elektromagnit nurlanishning intensivligi asta-sekin kamayadi.

Qora jismning nurlanishini tushuntirishda klassik nazariyaning qiyinchiliklarini yengishga urinib, M. Plank 1900 y. Janob faraz qildi: atomlar elektromagnit energiya chiqaradi alohida qismlarda — kvant . Energiya E Har bir qism nurlanish chastotasiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir:

Shunday qilib, M. Plank termal nurlanish nazariyasi duch kelgan qiyinchiliklardan chiqish yo'lini ko'rsatdi, shundan so'ng zamonaviy fizika nazariyasi kvant fizikasi .

2 . Fotoelektrik effekt haqida tushuncha

Kvant nazariyasining rivojlanishida G. Gerts tomonidan kashf etilgan va rus fizigi A.G.Stoletov tomonidan sinchkovlik bilan o'rganilgan bir ajoyib hodisani o'rganishda muhim qadam qo'yildi. Bu hodisa fotoelektr effekti deb ataladi.

Video tomosha qilinadi, shundan so'ng talabalar fotoelektr effektini aniqlaydilar.

Tadqiqotlar natijasida fotoelektr effektining uchta qonuni aniqlandi.

1. To'yingan oqimning kuchi tananing yuzasiga tushadigan yorug'lik nurlanishining intensivligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir.

2. Fotoelektronlarning maksimal kinetik energiyasi yorug'lik chastotasi bilan chiziqli ravishda ortadi va uning intensivligiga bog'liq.

3. Agar yorug'lik chastotasi ma'lum bir modda uchun aniqlangan ma'lum bir minimal chastotadan kam bo'lsa, u holda fotoelektrik effekt sodir bo'lmaydi.

Fototokning kuchlanishga bog'liqligi rasmda ko'rsatilgan.

3. Fotoelektrik effekt nazariyasi.

Fotoeffekt nazariyasi 1905 yilda nemis olimi A. Eynshteyn tomonidan yaratilgan. Eynshteyn nazariyasi metalldan elektronlarning ish funksiyasi tushunchasi va yorug likning kvant nurlanishi tushunchasiga asoslanadi. Eynshteyn nazariyasiga ko'ra, fotoelektr effekti quyidagi tushuntirishga ega: yorug'lik kvantini yutib, elektron energiya oladi. Bu energiya ish funktsiyasini bajarish va elektronga kinetik energiya berish uchun ishlatiladi.

hOS=API…+mv22">

hn - metalldan elektronning A ish funktsiyasiga o'tadigan va unga kinetik energiya beradigan foton energiyasi.

Ish funktsiyasi - bu moddadan elektronni olib tashlash uchun bajarilishi kerak bo'lgan minimal ish.

Eynshteyn 1921 yilda fotoelektr effekti tenglamasi uchun Nobel mukofoti bilan taqdirlangan.

Kvant nazariyasi fotoeffekt qonunlariga quyidagi tushuntirishlarni beradi.

Monoxromatik nurlanishning intensivligi ortib borishi bilan metall tomonidan yutiladigan kvantlar soni, demak, undan chiqadigan elektronlar soni ortadi, shuning uchun fototok nurlanish intensivligiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir (1-qonun).

Rossiya Federatsiyasi Ta'lim va fan vazirligi

"Alekseevskiy iqtisodiyot va axborot texnologiyalari kolleji" o'rta kasb-hunar ta'limi federal davlat ta'lim muassasasi

"Kvant fizikasining paydo bo'lishi va rivojlanishi"

To‘ldiruvchi: 22-guruh talabasi

Mutaxassisliklar: 080110

Iqtisodiyot va buxgalteriya

(sanoat bo'yicha)

Risikov Artem

Tekshirildi: umumiy ta'lim o'qituvchisi

Koryaka Lyudmila Mixaylovna

Alekseevka 2010 yil

Kirish..………………………………………………………………………3

I bob Kvant fizikasining paydo bo'lishi va rivojlanishi………………………4

1.1 Kvant gipotezasi…………………………………………………… 8

1.2 I. Bor tomonidan atom nazariyasi. Muvofiqlik printsipi…………………………………………………………………………………………………………………………11

II bob Kvant mexanikasi masalalari………………………………….13

1.4 Kvant mexanikasini izohlash muammosi.............. .16

Xulosa……………………………………………………………19

Adabiyotlar ro‘yxati…………………………………………2 0

Kirish

Dunyoning elektromagnit rasmiga ko'ra, odamni o'rab turgan dunyo uzluksiz muhit - har xil nuqtalarda har xil haroratga ega bo'lgan, turli energiya potentsiallarini to'plashi, turlicha harakatlanishi mumkin bo'lgan maydon. Uzluksiz muhit fazoning katta maydonlarini egallashi mumkin, uning xossalari uzluksiz o'zgarib turadi va uning keskin chegaralari yo'q. Bu xususiyatlar maydonni aniq va aniq chegaralarga ega bo'lgan jismoniy jismlardan ajratib turadi. Dunyoning jismlarga va maydon zarralariga, maydon va fazoga bo'linishi dunyoning ikkita ekstremal xususiyati - diskretlik va uzluksizlik mavjudligidan dalolat beradi. Dunyoning diskretligi (uzluksizligi) butun fazo-vaqt strukturasining alohida cheklangan ob'ektlar, xususiyatlar va harakat shakllariga yakuniy bo'linishini bildirsa, uzluksizlik (uzluksizlik) ob'ektning birligi, yaxlitligi va bo'linmasligini ifodalaydi.

Klassik fizika doirasida dunyoning diskretligi va uzluksizligi dastlab bir-biriga qarama-qarshi, alohida va mustaqil bo'lib ko'rinadi, garchi umuman olganda bir-birini to'ldiruvchi xususiyatlar. Zamonaviy fizikada bu qarama-qarshiliklarning diskret va uzluksiz birligi to'lqin-zarracha ikkilik tushunchasida o'z asosini topdi.

Dunyoning zamonaviy kvant maydon tasviri yangi fizik nazariya - kvant mexanikasiga asoslangan bo'lib, u moddiy olamning mikro-ob'ektlari holati va harakatini tavsiflaydi.

I bob. Kvant fizikasining paydo bo'lishi va rivojlanishi

Kvant mexanikasi - mikrozarrachalar (elementar zarralar, atomlar, molekulalar, atom yadrolari) va ularning tizimlarini tavsiflash usuli va harakat qonunlarini, shuningdek, zarralarni tavsiflovchi miqdorlar va tizimlar o'rtasidagi bog'liqlikni bevosita eksperimental o'lchanadigan fizik miqdorlar bilan o'rnatadigan nazariya.

Kvant mexanikasi qonunlari materiya tuzilishini o'rganish uchun asos bo'lib xizmat qiladi. Ular atomlarning tuzilishini aniqlashtirish, kimyoviy bog'lanishlarning tabiatini o'rnatish, elementlarning davriy tizimini tushuntirish va elementar zarrachalarning xususiyatlarini o'rganish imkonini beradi.

Makroskopik jismlarning xossalari ular tarkibidagi zarrachalarning harakati va o'zaro ta'siri bilan aniqlanganligi sababli, ko'pgina makroskopik hodisalarni tushunish uchun kvant mexanikasi qonunlari yotadi. Masalan, kvant mexanikasi qattiq jismlarning tuzilishini aniqlash va koʻpgina xossalarini tushunish, ferromagnitlik, oʻta suyuqlik, oʻta oʻtkazuvchanlik hodisalarini izchil tushuntirish, astrofizik obʼyektlar – oq mittilar, neytron yulduzlar tabiatini tushunish, mexanizmini oydinlashtirish imkonini berdi. Quyosh va yulduzlardagi termoyadro reaksiyalari.

Kvant mexanikasining rivojlanishi 20-asr boshlariga toʻgʻri keladi, u Nyuton mexanikasi va klassik elektrodinamikaning yorugʻlikning materiya bilan oʻzaro taʼsiri jarayonlariga va atomda sodir boʻladigan jarayonlarga qoʻllanilmasligini koʻrsatuvchi fizik hodisalar kashf etilgan paytdan boshlanadi. Bu hodisalar guruhlari oʻrtasida bogʻlanishlar oʻrnatilishi va ularni nazariya asosida tushuntirishga urinishlar kvant mexanikasi qonuniyatlarining ochilishiga olib keldi.

Fanda birinchi marta kvant haqidagi fikrlarni 1900 yilda jismlarning issiqlik nurlanishini o'rganish jarayonida M. Plank tomonidan ifodalangan. O'z tadqiqotlari orqali u energiya emissiyasi diskret ravishda, ma'lum qismlarda - energiya yorug'lik to'lqinining chastotasiga bog'liq bo'lgan kvantlarda sodir bo'lishini ko'rsatdi. Plankning tajribalari yorug'likning ikki tomonlama tabiatini tan olishga olib keldi, u ham korpuskulyar, ham to'lqin xususiyatiga ega, shuning uchun bu qarama-qarshiliklarning dialektik birligini ifodalaydi. Dialektika, xususan, nurlanishning to'lqin uzunligi qanchalik qisqa bo'lsa, kvant xususiyatlari shunchalik aniq namoyon bo'lishida ifodalanadi; To'lqin uzunligi qanchalik uzun bo'lsa, yorug'likning to'lqin xususiyatlari shunchalik yorqinroq ko'rinadi.

1924 yilda frantsuz fizigi L. de Broyl to'lqin-zarralar ikkiligi universal xususiyatga ega degan gipotezani ilgari surdi, ya'ni. Moddaning barcha zarralari to'lqinli xususiyatlarga ega. Keyinchalik bu fikr eksperimental tarzda tasdiqlandi va to'lqin-zarracha ikkilik tamoyili mikrodunyodagi harakat va o'zaro ta'sirning barcha jarayonlariga tatbiq etildi.

Xususan, N. Bor energiyani kvantlash g'oyasini atom tuzilishi nazariyasiga qo'llagan. Uning g'oyalariga ko'ra, atomning markazida musbat zaryadlangan yadro joylashgan bo'lib, unda atomning deyarli butun massasi to'plangan va manfiy zaryadlangan elektronlar yadro atrofida orbitalarda aylanadi. Aylanadigan elektronlar energiyaning bir qismini yo'qotishi kerak, bu esa atomlarning beqaror mavjudligiga olib keladi. Biroq, amalda atomlar nafaqat mavjud, balki juda barqarordir. Bu masalani tushuntirib, Bor o'z orbitasi bo'ylab harakatlanayotgan elektron kvantlarni chiqarmaydi, deb taklif qildi. Radiatsiya faqat elektron bir orbitadan ikkinchisiga o'tganda sodir bo'ladi, ya'ni. bir energiya darajasidan boshqasiga, kamroq energiya bilan. O'tish paytida radiatsiya kvanti tug'iladi.

Dunyoning kvant maydoni rasmiga ko'ra, to'lqin va korpuskulyar xususiyatlarga ega bo'lgan har qanday mikroob'ekt harakatning o'ziga xos traektoriyasiga ega emas va ma'lum koordinatalar va tezlikka (momentum) ega bo'lolmaydi. Buni faqat ma'lum bir momentdagi to'lqin funktsiyasini aniqlash va keyin boshqa istalgan momentda uning to'lqin funksiyasini topish orqali amalga oshirish mumkin. Modulning kvadrati fazoda berilgan nuqtada zarrachani topish ehtimolini beradi.

Bundan tashqari, dunyoning ushbu rasmidagi fazo-vaqtning nisbiyligi ma'lum bir daqiqada koordinatalar va tezlikning noaniqligiga, mikro-ob'ektning harakat traektoriyasining yo'qligiga olib keladi. Va agar klassik fizikada ko'p sonli zarrachalarning xatti-harakati ehtimollik qonunlariga bo'ysungan bo'lsa, kvant mexanikasida har bir mikrozarrachaning harakati dinamik emas, balki statistik qonunlarga bo'ysunadi.

Shunday qilib, materiya ikki yuzli: u ham korpuskulyar, ham to'lqinli xususiyatlarga ega bo'lib, ular sharoitga qarab o'zini namoyon qiladi. Demak, dunyoning kvant maydoni rasmidagi voqelikning umumiy manzarasi go'yo ikki o'lchovli bo'ladi: bir tomondan, u o'rganilayotgan ob'ektning xususiyatlarini, ikkinchidan esa, kuzatuv shartlarini o'z ichiga oladi. bu xususiyatlarning aniqligi bog'liq. Demak, hozirgi zamon fizikasidagi voqelik tasviri nafaqat predmetning tasviri, balki uni bilish jarayonining tasviri hamdir.

Harakat g'oyasi tubdan o'zgaradi, bu faqat fundamental jismoniy o'zaro ta'sirlarning alohida holatiga aylanadi. Asosiy jismoniy o'zaro ta'sirlarning to'rt turi mavjud: tortishish, elektromagnit, kuchli va kuchsiz. Ularning barchasi qisqa muddatli harakatning zamonaviy printsipi asosida tasvirlangan. Unga muvofiq, har bir turning o'zaro ta'siri tegishli maydon tomonidan nuqtadan nuqtaga uzatiladi. Bunday holda, o'zaro ta'sirni uzatish tezligi har doim cheklangan va vakuumdagi yorug'lik tezligidan (300 000 km / s) oshmasligi kerak.

Muntazamlik va nedensellik haqidagi kvant maydon tushunchalarining o'ziga xosligi shundaki, ular doimo ehtimollik shaklida, statistik qonunlar deb ataladigan shaklda namoyon bo'ladi. Ular tabiiy naqshlarni chuqurroq bilish darajasiga mos keladi. Shunday qilib, bizning dunyomiz tasodifga, ehtimolga asoslanganligi ma'lum bo'ldi.

Shuningdek, dunyoning yangi surati birinchi marta kuzatuvchini o'z ichiga oldi, uning mavjudligiga tadqiqot natijalari bog'liq edi. Bundan tashqari, antropik printsip ishlab chiqilgan bo'lib, unda bizning dunyomiz faqat inson mavjudligi tufayli qanday bo'lishini ta'kidlaydi. Bundan buyon insonning paydo bo'lishi Olam evolyutsiyasining tabiiy natijasi hisoblanadi.

KVANT FIZIKANING PAYDIYoTI VA RIVOJLANISHI

1.1 Kvant gipotezasi

Kvant fizikasining kelib chiqishini jismlarning nurlanish jarayonlarini o'rganishda topish mumkin. 1809 yilda P. Prevost har bir jism atrof-muhitdan qat'iy nazar nurlanishni ta'minlaydi, degan xulosaga keldi. XIX asrda spektroskopiyaning rivojlanishi. emissiya spektrlarini o'rganishda yutilish spektrlariga ham e'tibor berila boshlaganiga olib keldi. Ma'lum bo'lishicha, jismning nurlanishi va yutilishi o'rtasida oddiy bog'liqlik mavjud: yutilish spektrlarida spektrning ma'lum bir jism chiqaradigan qismlari yo'q yoki zaiflashadi. Bu qonun faqat kvant nazariyasida tushuntirilgan.

G. Kirxgof 1860 yilda yangi qonunni ishlab chiqdi, unda bir xil haroratda bir xil to'lqin uzunligidagi nurlanish uchun barcha jismlar uchun emissiya va yutilish qobiliyatining nisbati bir xil bo'ladi. Boshqacha qilib aytganda, agar EIT va AIT to'lqin uzunligi l va T haroratiga qarab mos ravishda tananing emissiya va yutilish qobiliyati bo'lsa, u holda

bu yerda ph(l, T) l va T ning qandaydir universal funksiyasi, barcha jismlar uchun bir xil.

Kirxgof mutlaq qora jism tushunchasini unga tushayotgan barcha nurlarni yutuvchi jism sifatida kiritdi. Bunday jism uchun, aniqki, AλT = 1; u holda universal funksiya ph(l, T) absolyut qora jismning emissiya kuchiga teng. Kirxgofning o‘zi ph(l, T) funksiyaning shaklini aniqlamagan, faqat uning ayrim xossalarini qayd etgan.

ph(l, T) universal funksiyaning shaklini aniqlashda nazariy mulohazalardan, birinchi navbatda, termodinamikaning asosiy qonunlaridan foydalanish mumkin, deb taxmin qilish tabiiy edi. L. Boltsmann butunlay qora jismning umumiy nurlanish energiyasi uning haroratining to'rtinchi darajasiga mutanosib ekanligini ko'rsatdi. Biroq, Kirchhoff funktsiyasining shaklini maxsus aniqlash vazifasi juda qiyin bo'lib chiqdi va bu yo'nalishdagi termodinamika va optikaga asoslangan tadqiqotlar muvaffaqiyatga olib kelmadi.

Tajriba klassik tushunchalar nuqtai nazaridan tushuntirib bo'lmaydigan rasmni berdi: moddaning tebranish atomlari va elektromagnit nurlanish o'rtasidagi termodinamik muvozanatda deyarli barcha energiya tebranuvchi atomlarda to'plangan va uning arzimas qismigina to'g'ri keladi. radiatsiya, klassik nazariyaga ko'ra, deyarli barcha energiya elektromagnit maydonga ketishi kerak.

80-yillarda XIX asr Spektral chiziqlarning tarqalish qonuniyatlarini empirik tadqiq qilish va ph(l, T) funksiyasini oʻrganish yanada jadal va tizimli tus oldi. Tajriba jihozlari takomillashtirildi. To'liq qora jismning nurlanish energiyasi uchun 1896 yilda V. Wien va 1900 yilda J. Reyleigh va J. Jeans ikki xil formulani taklif qildilar. Eksperimental natijalar ko'rsatganidek, Wien formulasi qisqa to'lqinlar mintaqasida asimptotik jihatdan to'g'ri va uzun to'lqinlar mintaqasidagi tajriba bilan keskin tafovutlar beradi va Reyleigh-Jeans formulasi uzun to'lqinlar uchun asimptotik jihatdan to'g'ri, ammo qisqa to'lqinlar uchun qo'llanilmaydi. to'lqinlar.

1900 yilda Berlin fizika jamiyatining yig'ilishida M. Plank oltingugurt tanasining spektrida energiya taqsimotining yangi formulasini taklif qildi. Ushbu formula eksperiment bilan to'liq mos keldi, ammo uning jismoniy ma'nosi to'liq aniq emas edi. Qo'shimcha tahlil shuni ko'rsatdiki, energiya emissiyasi doimiy ravishda emas, balki cheklangan qismlarda - kvantlarda (e) sodir bo'lishini o'tkazib yuborsakgina mantiqiy bo'ladi. Bundan tashqari, e har qanday miqdor emas, ya'ni e = hn, bu erda h - ma'lum bir doimiy va v - yorug'lik chastotasi. Bu materiya atomizmi bilan bir qatorda energiya yoki harakat atomizmi, nurlanishning klassik fizika tushunchalari doirasiga toʻgʻri kelmaydigan diskret, kvant xarakterini ham tan olishga olib keldi.

Energiya kvantlari gipotezasini shakllantirish nazariy fizikaning rivojlanishida yangi davrning boshlanishi bo'ldi. Katta muvaffaqiyat bilan bu gipoteza klassik fizika tushunchalari asosida tasvirlab bo'lmaydigan boshqa hodisalarni tushuntirish uchun ishlatila boshlandi.

Kvant gipotezasini ishlab chiqishda mohiyatan yangi qadam yorug'lik kvantlari tushunchasining kiritilishi bo'ldi. Ushbu g'oya 1905 yilda Eynshteyn tomonidan ishlab chiqilgan va u tomonidan fotoelektr effektini tushuntirish uchun ishlatilgan. Bir qator tadqiqotlar bu fikrning haqiqatini isbotladi. 1909 yilda Eynshteyn nurlanish qonunlari bo'yicha o'z tadqiqotlarini davom ettirib, yorug'likning ham to'lqin, ham korpuskulyar xususiyatlariga ega ekanligini ko'rsatdi. Yorug'lik nurlanishining to'lqin-zarracha ikkilanishini klassik fizika nuqtai nazaridan tushuntirib bo'lmasligi tobora ayon bo'ldi. 1912 yilda A. Puankare nihoyat Plank formulasi va klassik mexanikaning mos kelmasligini isbotladi. Fiziklar bu g'ayrioddiy hodisalarni tushunishlari uchun yangi tushunchalar, yangi g'oyalar va yangi ilmiy til talab qilindi. Bularning barchasi keyinchalik paydo bo'ldi - kvant mexanikasini yaratish va rivojlantirish bilan birga.

II bob Kvant mexanikasi masalalari………………………………….13
1.3 Relyativistik bo'lmagan kvant mexanikasini yaratish………………….13
1.4 Kvant mexanikasini izohlash muammosi......................16
Xulosa………………………………………………………………………………19
Adabiyotlar ro‘yxati…………………………………………………………20