ВОЛНОВАЯ МЕХАНИКА
Квантовая механика
Что ж, как мы видели ранее, мы можем видеть, что физические явления в основном связаны с фундаментальной материей (атомами, электронами, протонами и т. д.). Физика до сих пор вступила в неразрешимую загадку! Частицы ведут себя как волны и наоборот.
Хорошо! Следующее содержание представляет собой абстрактные и расширенные концепции физики. Я прошу вас, студент, непредвзято относиться к новым концепциям, которые мы собираемся изложить вам сейчас. Именно в этот момент мы сможем увидеть настоящий разрыв Современной Физики с Классической Физикой, о чем мы упоминали ранее! Совершенно другая вселенная, которую никогда не видели на уроках физики в вашем классе. Чтобы лучше понять квантовые законы, мы должны понять эти два фундаментальных понятия теории «Дуальность волны и частицы де Бройля» и «Принцип неопределенности Гейзенберга».
Луи Виктор де Бройль в 1925 году понял двойственный характер света и материи. За большой шаг вперед в физике де Бройль был удостоен Нобелевской премии по физике в 1929 году. Ему, безусловно, пришел в голову вопрос: если свет, до сих пор считавшийся волной, в определенных ситуациях вел себя как частица, то почему электрон, рассматриваемый как частица, не может также вести себя как волна в зависимости от опыта? Согласно де Бройлю, материя также может проявлять такое двойственное поведение.
Предложение де Бройля о корпускулярно-волновом дуализме для материи распространяется на всю материю, такую как протоны, нейтроны, атомы, молекулы, а не только на электроны. Вот проблема: какая длина волны связана с частицей, чтобы ее можно было описать как волну? Чтобы ответить на этот вопрос, де Бройль представил следующее соотношение...
Таким образом, принцип де Бройля приписывает длину волны материи любой массе m со скоростью v. Другими словами, вся материя имеет соответствующую длину волны. Чтобы лучше понять эту концепцию, давайте рассмотрим пример с бейсбольным мячом. Вычисление длины волны де Бройля, связанной с шаром бейсбол при массе 400 г, движущейся со скоростью 10 м/с, находим:
Таким образом, нет возможности проверить волновое поведение объекта с длиной волны такого порядка. Эта длина настолько мала, что становится раз меньше ядра атома. Помните, что для наблюдения за волновым поведением мы можем устроить ситуации, демонстрирующие дифракцию и интерференцию (типичные свойства волн). Однако препятствия и/или отверстия, которые нам нужно разместить на пути волн, должны иметь размерность (размер) того же порядка, что и длина волны, которую мы хотим видеть преломляющейся или интерферирующей.
Это означает, что связывание волнового поведения с большими (макроскопическими) телами и их длинами волн не имеет никакого смысла, поскольку длина волны, связанная с ними, чрезвычайно мала по сравнению с их собственными размерами. Теперь свяжите длину волны с элементарными частицами, такими как (протоны, нейтроны, электроны и т. д.) имеет смысл, потому что длина волны, связанная с этим микромасштабом, равна или, если не очень близка, к их собственному размеру, то есть является большим приближением для понимания их поведения.