ХВИЛЬОВА МЕХАНІКА
Квантова механіка
Що ж, як ми бачили раніше, ми бачимо, що фізичні явища, які ми в основному пов’язуємо з фундаментальною матерією (атоми, електрони, протони тощо), фізика досі увійшла в, здавалося б, нерозбірливу загадку! Частинки поводяться як хвилі і навпаки.
Ну! Наведений нижче зміст є абстрактними та розширеними поняттями фізики. Я прошу, щоб ви, студенти, були відкритими для нових концепцій, які ми збираємося окреслити вам зараз. Саме в цей момент ми зможемо побачити справжній розрив сучасної фізики з класичною фізикою, як ми згадували раніше! Зовсім інший всесвіт, якого ніколи не бачили на уроках фізики, які викладали у вашому класі. Щоб краще зрозуміти квантові закони, ми повинні зрозуміти ці дві фундаментальні концепції теорії «Двійність хвиль і частинок Де Бройля» та «Принцип невизначеності Гейзенберга».
У 1925 році Луї Віктор де Бройль зрозумів подвійність світла і матерії. За великий крок уперед у фізиці де Бройль був удостоєний Нобелівської премії з фізики в 1929 році. Питання, яке, безсумнівно, спало на його думку, полягало в тому, що якщо світло, яке доти розглядалося як хвиля, у певних ситуаціях поводилося як частинка, то чому б електрон, який розглядається як частинка, не міг би поводитися як хвиля залежно від досвіду? За словами де Бройля, матерія також може проявляти подвійну поведінку.
Пропозиція де Бройля щодо подвійності хвиля-частинка для матерії поширюється на всю матерію, таку як протони, нейтрони, атоми, молекули, а не тільки електрони. Ось проблема: яка довжина хвилі пов’язана з частинкою, щоб її можна було описати як хвилю? Щоб відповісти на це питання, де Бройль представив таке співвідношення...
Таким чином, принцип де Бройля приписує довжину хвилі матерії будь-якій масі m зі швидкістю v. Іншими словами, уся матерія має відповідну довжину хвилі. Щоб краще зрозуміти це поняття, розглянемо приклад з бейсбольним м’ячем. Обчислення довжини хвилі де Бройля, пов’язаної з кулькою бейсбол при масі 400 г, що рухається зі швидкістю 10 м/с, знаходимо:
Таким чином, немає способу перевірити поведінку хвилі для об’єкта з довжиною хвилі такого порядку величини. Ця довжина настільки мала, що стає разів менше, ніж ядро атома. Пам’ятайте, що для спостереження за поведінкою хвиль ми можемо організувати ситуації, які демонструють дифракцію та інтерференцію (типові властивості хвиль). Однак перешкоди та/або отвори, які ми повинні розмістити на шляху хвиль, повинні мати розмір (розмір) того ж порядку, що й довжина хвилі, яку ми хочемо бачити, як дифрагує чи заважає.
Це означає, що асоціювати хвильову поведінку з великими (макроскопічними) тілами та їхніми довжинами хвиль не має жодного сенсу, оскільки пов’язана з ними довжина хвилі надзвичайно мала по відношенню до їхніх власних розмірів. Тепер зв’яжіть довжину хвилі з елементарними частинками, такими як (протони, нейтрони, електрони тощо...) має сенс, оскільки довжина хвилі, пов’язана з цим мікромасштабом, дорівнює або, якщо не дуже близька, до їхнього власного виміру, тобто велике наближення для розуміння їхньої поведінки.