§7 «Корпускулярно-волновая (двойственная) теория»

В 1900 г. М. Планк выдвинул теорию: абсолютно чёрное тело тоже излучает энергию, но излучает её порциями (квантами).

● Квант электронно-магнитного поля – это фотон.

○ Волновая природа фотона:

- дифракция (отклонение света от прямолинейного направления, или способность огибать препятствия)

- интерференция (взаимодействие волн, при котором волны могут накладываться друг на друга и либо усиливать, либо гасить друг друга)

1. Усиливаются

2. Уменьшается интенсивность

3. Погашаются

○ Корпускулярная природа фотона:

● Фотоэффект – явление испускания электронов веществом под действием электромагнитного излучения.

Столетов изучил законы фотоэлемента.

Объяснение фотоэффекта было дано Эйнштейном в рамках корпускулярной теории.

Фотон, ударяясь об электрон, передаёт часть своей энергии.

● Эффект Комптона – если направить на вещество рентгеновское излучение, то оно рассеивается на электроны вещества. Это рассеянное излучение будет обладать большей длинной волны, чем падающее. Разница зависит от угла рассеяния.

E = hυ

h – планка

υ – частота излучения

●Фотон – волновой пакет.

hυ

Математически дуализм «волна – частица» выражается в уравнении Л. де Бройля:

λ = h / (m · v) = h / P

P – импульс

Этот дуализм – универсальная теория, её можно распределять на все виды материи.

○ Примеры:

- электрон

m_e = 9,1 · 10^-28 г v ~ 10⁸ см/с λ ~ 10^-8 см

- летящий мячик

m = 50 г v ~ 25 см/с λ ~ 10^-32 см

1) Принцип неопределённости [В. Гейзенберг] – невозможно одновременно точно определить координату частицы и её импульс.

∆q · ∆p ≥ h / 2

∆q – неопределённость любой координаты

∆p – неопределённость импульса

∆E · ∆t ≥ h / 2

∆E – энергия частицы

∆t – неопределённость времени

2) Принцип дополнительности [Н. Бор] – получение экспериментальной информации об одних величинах, описывающих микрообъект, неизбежно связано с потерей информации о других величинах, дополнительных к первому.

3) Принцип причинности (следствие принципа неопределённости) – принцип классической физики. Имеется причинно-следственная связь между явлениями природы. Для объектов микромира принцип причинности не применим.

4) Принцип тождественности – невозможно экспериментально изучить одинаковые микрочастицы.

5) Принцип соответствия – всякая более общая теория, являясь развитием классической теории, не отвергает её полностью, а указывает границы её применения.

6) Принцип суперпозиции – результирующий эффект – это сумма эффектов, вызываемых каждым явлением в отдельности.

● Уравнение Шредингера – основное уравнение квантовой механики.

● Волновая функция [Ψ] – это функция одновременно координат и времени.

Е = Е_кин. + U

U – потенциальная энергия

E_кин. = (m · v²) / 2 = p² / 2m

E = p² / 2m + U

E_Ψ = (p² / 2m + U) · Ψ

(Ψ² · d · v) показывает где и в каком состоянии находится соответствующая частица.