Трудности теории Бора. Квантововолновой дуализм
 Скачать 0.74 Mb.
|
Трудности теории Бора. Квантово-волновой дуализм.© В.Е. Фрадкин, 2004 © В.А. Зверев, 2004 Из коллекции www.eduspb.com Трудности теории БораВ теории Бора сохранились представления об орбитальном движении электронов в кулоновском поле ядра. Классическая ядерная модель атома Резерфорда была дополнена в теории Бора идеей о квантовании электронных орбит. Поэтому теорию Бора иногда называют полуклассической. Из коллекции www.eduspb.com Трудности теории БораВ теории Бора сохранились представления об орбитальном движении электронов в кулоновском поле ядра. Классическая ядерная модель атома Резерфорда была дополнена в теории Бора идеей о квантовании электронных орбит. Поэтому теорию Бора иногда называют полуклассической. Из коллекции www.eduspb.com Луи-де- Бройль Из коллекции www.eduspb.com Электрон Фотон Из коллекции www.eduspb.com Объяснение правила квантованияВ стационарном квантовом состоянии атома водорода на длине орбиты должно укладываться по идее де Бройля целое число длин волн λ, т. е. nλn = 2πrn. Подставляя длину волны де Бройля λ = h/p, где p = meυ – импульс электрона, получим: Из коллекции www.eduspb.com Иллюстрация идеи де Бройля о возникновении стоячих волн на стационарной орбите для случая n = 4. Из коллекции www.eduspb.com Квантование электронных орбитИз коллекции www.eduspb.com Экспериментальное подтверждение гипотезы де Бройля.
пучок электронов, рассеивающийся на кристалле никеля, дает отчетливую дифракционную картину, подобную той, которая возникает при рассеянии на кристалле коротковолнового рентгеновского излучения. В этих экспериментах кристалл играл роль естественной дифракционной решетки. 1928 г. английский физик Дж. П. Томсон: наблюдение дифракционной картины, возникающей при прохождении пучка электронов через тонкую поликристаллическую фольгу из золота. Из коллекции www.eduspb.com Дифракция электроновКартина дифракции электронов на поликристаллическом образце при длительной экспозиции (a) и при короткой экспозиции (b). В случае (b) видны точки попадания отдельных электронов на фотопластинку. Из коллекции www.eduspb.com Опыты Фабриканта, Бибермана, СушкинаОпыт Дж. Томсона был многократно повторен с неизменным результатом, в том числе при условиях, когда поток электронов был настолько слабым, что через прибор единовременно могла проходить только одна частица (В. А. Фабрикант, 1948 г.). Таким образом, было экспериментально доказано, что волновые свойства присущи не только большой совокупности электронов, но и каждому электрону в отдельности. Из коллекции www.eduspb.com Волновые свойства макроскопических тел.Впоследствии дифракционные явления были обнаружены также для нейтронов, протонов, атомных и молекулярных пучков. Экспериментальное доказательство наличия волновых свойств микрочастиц привело к выводу о том, что это универсальное явление природы, общее свойство материи. Следовательно, волновые свойства должны быть присущи и макроскопическим телам. Однако вследствие большой массы макроскопических тел их волновые свойства не могут быть обнаружены экспериментально.
Из коллекции www.eduspb.com Квантовая механикаГипотеза де Бройля основывалась на соображениях симметрии свойств материи и не имела в то время опытного подтверждения. Но она явилась мощным революционным толчком к развитию новых представлений о природе материальных объектов. В течение нескольких лет целый ряд выдающихся физиков XX века – В. Гейзенберг, Э. Шредингер, П. Дирак, Н. Бор, М. Борн и другие – разработали теоретические основы новой науки, которая была названа квантовой механикой. Из коллекции www.eduspb.com Нильс Бор Принцип дополнительности Интерпретация квантовой механики Из коллекции www.eduspb.com Принцип дополнительности Н.БораВсем микрообъектам присущи и волновые, и корпускулярные свойства, однако, они не являются ни волной, ни частицей в классическом понимании. Разные свойства микрообъектов не проявляются одновременно, они дополняют друг друга, только их совокупность характеризует микрообъект полностью.
Из коллекции www.eduspb.com Вернер Гейзенберг Матричная механика Соотношение неопределенностей Из коллекции www.eduspb.com Соотношение неопределенностей В.ГейзенбергаМикрочастицы в принципе не имеют одновременно точного значения координаты и соответствующей проекции импульса. Является проявлением двойственной корпускулярно-волновой природы материальных микрообъектов. Позволяет оценить, в какой мере можно применять к микрочастицам понятия классической механики.
Из коллекции www.eduspb.com Эрвин Шредингер Волновая механика Волновое уравнение электрона – уравнение Шредингера Из коллекции www.eduspb.com Распределение вероятности обнаружения электрона в атоме водородаВ обоих случаях атом водорода можно представить в виде сферически симметричного электронного облака, в центре которого находится ядро. Электрон в состоянии 1s (основное состояние атома водорода) может быть обнаружен на различных расстояниях от ядра. С наибольшей вероятностью его можно обнаружить на расстоянии, равном радиусу r1 первой боровской орбиты. Вероятность обнаружения электрона в состоянии 2s максимальна на расстоянии r = 4r1 от ядра. Из коллекции www.eduspb.com Макс Борн Статистическая интерпретация волнового уравнения Доказательство идентичности волновой и матричной механики Из коллекции www.eduspb.com Модель. Атом водорода.Из коллекции www.eduspb.com Доказательство связи квантовой и классической механики (наличие предельного перехода) Пауль Эренфест Из коллекции www.eduspb.com Поль Дирак Релятивистская квантовая механика (уравнение Дирака) Из коллекции www.eduspb.com |