История квантовой механики реферат
Обновлено: 04.07.2024
ГОСТ
Квантовая механика создавалась в течение первых трех десятилетий 20-го века. В число ее основателей вошли такие ученые, как А. Эйнштейн, М. Планк, Н. Бор, Луи де Бройль, В. Паули, П. Дирак и др.
Зарождение квантовой механики: формула Планка и исследования Эйнштейна
Свое начало история квантовой механики берет в 1900 г. с предложения физика М. Планка вывода о соотношении температуры тела и испускаемого им излучения.
Планк сделал предположение, что излучение испускают атомные осцилляторы, но при этом их энергия может существовать в качестве небольших дискретных порций, названных Эйнштейном квантами. Энергия у каждого кванта пропорциональна частоте излучения.
Планк делает предположение, противоречащее принципам классической физики об электромагнитном излучении, в частности, что оно испускается энергетически порциально, а величина каждой порции квантов при этом может быть связана с частотой излучения таким выражением:
Коэффициент пропорциональности $\bar h $ в дальнейшем был назван постоянной Планка. Это предположение позволило получить теоретическое объяснение наблюдаемому спектру излучения.
Точность формулы Планка подтверждает не только непосредственная эмпирическая проверка, но и следствие, вытекающее из нее. В частности, таким следствием становится закон Стефана-Больцмана.
Более того, из формулы Планка также выводятся и приблизительные формулы, такие как, например:
Несмотря на успех и популярность данной формулы в научных кругах, долгое время допущения Планка оставались до конца непонятными, поскольку противоречили классической физике.
Продвинуться в этом направлении удалось А. Эйнштейну в попытке объяснить некоторые аспекты фотоэлектрического эффекта (1905 г.). При этом он рассматривал процесс испускания поверхностью металла электронов, когда на нее падает ультрафиолетовое излучение.
Готовые работы на аналогичную тему
Наряду с тем, Эйнштейн отметил интересный парадокс: свет, распространение которого ученые долгое время отмечали в виде непрерывных волн, при излучении и поглощении начинает проявлять дискретные свойства.
Исследования Н. Бора
Боровская модель атома (названная также моделью Бора) была предложена ученым в 1913 г. В качестве основы он берет планетарную модель атома, ранее предложенную Резерфордом. Определенную проблему представлял тот факт, что, согласно классической электродинамике, электрон в модели Резерфорда при движении вокруг ядра должен очень быстро и непрерывно излучать энергию, иначе может ее потерять и упасть на ядро.
Для преодоления этой проблемы Бор принимает допущение, что электроны в атоме способны двигаться только по определенным орбитам (стационарным), при нахождении на которых они не будут излучать энергию. Поглощение энергии или ее излучение будет происходить только при переходе с одной орбиты на другую. Стационарными являются лишь те орбиты, при движении по которым момент количества движения у электрона будет равным целому числу постоянных Планка
Модель атома Бора, таким образом, установила особую взаимосвязь различных линий спектров, характерных для вещества, испускающего излучение. Модель атома бора, несмотря на первоначальный успех, в скором времени потребовала определенных модификаций (существовали некоторые расхождения теории с экспериментом).
Более того, квантовая теория в те времена еще не обеспечивала систематическим решением многие задачи. Однако уже тогда ученые отметили неспособность классической физики объяснить характер поведения электрона, в частности, почему он, двигаясь с ускорением, не падает на ядро, теряя энергию в процессе излучения электромагнитных волн.
Открытие Л. де Бройля в квантовой механике
В 1924 г. проявилась новая особенность квантовой теории, когда физик Л. де Бройль предложил новую радикальную гипотезу о волновом характере поведения материи. Гипотеза заключалась в следующем: электрон при определенных обстоятельствах может вести себя подобно волне.
Согласно идее де Бройля, установленный для фотонов волновой характер распространения обладает свойством универсальности и должен проявляться для любой частицы с импульсом $p$. Все частицы с конечным импульсом $p$ имеют волновые свойства и подвержены дифракции и интерференции.
Формула де Бройля выражает непосредственную зависимость длины волны $\lambda$ (связанной с движущейся частицей вещества) от импульса $p$ частицы. При этом энергия $E$ зависит от частоты $v$. Такая зависимость проявляется в форме релятивистских инвариантных соотношений: $\lambda=\frac
$
$E=hv$, где $h$ — это постоянная Планка.
Второй вариант формул де Бройля имеет вид:
Где $ k=\frac <\lambda>n$ - это волновой вектор с модулем $k=\frac<2\pi ><\lambda>$, представляющим волновое число длин волн, укладывающихся на $2\pi$ единицах длины.
Читайте также: