Актуальні проблеми квантової механіки » Українські реферати
Теми рефератів
Авіація та космонавтика Банківська справа Безпека життєдіяльності Біографії Біологія Біологія і хімія Біржова справа Ботаніка та сільське гос-во Бухгалтерський облік і аудит Військова кафедра Географія
Геодезія Геологія Держава та право Журналістика Видавнича справа та поліграфія Іноземна мова Інформатика Інформатика, програмування Історія Історія техніки
Комунікації і зв'язок Краєзнавство та етнографія Короткий зміст творів Кулінарія Культура та мистецтво Культурологія Зарубіжна література Російська мова Маркетинг Математика Медицина, здоров'я Медичні науки Міжнародні відносини Менеджмент Москвоведение Музика Податки, оподаткування Наука і техніка Решта реферати Педагогіка Політологія Право Право, юриспруденція Промисловість, виробництво Психологія Педагогіка Радіоелектроніка Реклама Релігія і міфологія Сексологія Соціологія Будівництво Митна система Технологія Транспорт Фізика Фізкультура і спорт Філософія Фінансові науки Хімія Екологія Економіка Економіко-математичне моделювання Етика Юриспруденція Мовознавство Мовознавство, філологія Контакти
Українські реферати та твори » Математика » Актуальні проблеми квантової механіки

Реферат Актуальні проблеми квантової механіки

Категория: Математика

Реферат студента 4 курсу групи ЖР-42 денного відділення спеціальності В«ЖурналістикаВ» Каргаполова Влада Вікторовича

Астраханський державний університет

Астрахань 2011

Введення

Поява квантової механіки - закономірне явище для наукового прогресу початку XX століття. В історії розвитку фізики було чимало революцій, кардинально змінювали наукову парадигму і погляди вчених на методи пізнання і пристрій світу. Однак те, що сталося з природознавством у першій чверті XX століття, не було черговою зміною основних законів. Якщо раніше всі в оточуючому нас світі було передбачувано, то з появою квантової механіки він став випадковим. Закони квантової механіки складають фундамент вивчення будови речовини. Вони дозволили з'ясувати будову атомів, встановити природу хімічного зв'язку, пояснити періодичну систему елементів, зрозуміти будову ядер атомних, вивчати властивості елементарних частинок. Оскільки властивості макроскопічних тіл визначаються рухом і взаємодією частинок, з яких вони складаються, закони квантової механіки лежать в основі розуміння більшості макроскопічних явищ. Квантова механіка дозволила, наприклад, пояснити температурну залежність і обчислити величину теплоємності газів і твердих тіл, визначити будову і зрозуміти багато властивостей твердих тіл (металів, діелектриків, напівпровідників). Тільки на основі квантової механіки удалося послідовно пояснити такі явища, як феромагнетизм, надтекучість, надпровідність, зрозуміти природу таких астрофізичних об'єктів, як білі карлики, нейтронні зірки, з'ясувати механізм протікання термоядерних реакцій в Сонці і зірках. Квантова механіка - Фундаментальна фізична теорія, що в описі мікроскопічних об'єктів розширює, уточнює і поєднує результати класичної механіки і класичної електродинаміки. Ця теорія є базою для багатьох напрямків фізики і хімії, включаючи фізику твердого тіла, квантову хімію і фізику елементарних частинок. Термін В«квантоваВ» (від лат. Quantum - В«скількиВ») пов'язаний з дискретними порціями, які теорія присвоює певним фізичним величинам, наприклад, енергії атома.

Вже протягом століття існування квантової механіки її передбачення ніколи не були оскаржені експериментом. Квантова механіка пояснює принаймні три типи явищ, які класична механіка та класична електродинаміка не може описати:

1) квантування деяких фізичних величин;

2) корпускулярно-хвильового дуалізму;

3) існування змішаних квантових станів.

В даній роботі будуть розглянуті лише найбільш загальні аспекти та проблеми сучасної квантової механіки.

Частина 1. Історія зародження і предмет квантової механіки.

Витоки КМ

Фізика переживала свій світанок в XIX столітті. Були розкриті таємниці механіки, здійснилися нові відкриття в галузі астрономії та молекулярної фізики. Це радісне стан називалося класична фізика. Часом вченим навіть здавалося, що так буде вічно і відкрито вже все. Саме з цього моменту починається шлях квантової фізики. Здавалося, знаючи стільки всього про енергію і молекулах буде легко пояснити, чому речовина, нагріте до 1000 градусів світиться червоним, а до 9000 - світло-блакитним. Проте все виявилося не так просто. На цьому питанні застопорилося чимало фізиків XIX століття. Таким чином, був виявлений парадокс при розрахунку загальної енергії електромагнітного випромінювання в замкнутої порожнини (Абсолютно чорне тіло) і похитнулися основи звичної класична фізика. Розрахунки фізиків того часу показали, що загальна енергія випромінювання будь-якого абсолютно чорного тіла повинна бути нескінченно великою, що тут же їм натякнуло, що не все так просто. Формулу намагалися вивести, вгадати або підібрати (Релей-Джинс, Вин) але результати не радували - формули хоч трохи, але брехали.

Першим до вірних висновків дійшов Планк. У 1900 році він підігнав умови задачі під відповідь і як би припустив, що енергія електромагнітної хвилі може випромінюватися/поглинатися тільки цілими порціями, правда пояснити яким чином і чому це відбувається він не зміг.

В Насправді, порожнину чорного тіла замкнута, тому в стаціонарному стані там можуть існувати лише стаціонарні стоячі електромагнітні хвилі. Щоб так вийшло, вони своїми вузлами повинні лежати на кордонах чорного тіла, а отже, складатися з цілого числа півхвиль. Бентежив той факт, що енергія основний напівхвилі не могла бути будь-якою, а повинна була бути кратною, по припущенням Планка, якоюсь малою величиною, а мінімальна енергія, яку може нести хвиля, пропорційна її частоті.

Формула Планка працювала з приголомшливою точністю, і за це відкриття він отримав Нобелівську премію в 1918 р.

Квантова гіпотеза Планка полягала в тому, що для елементарних частинок, будь-яка енергія поглинається або випускається тільки дискретними порціями. Ці порції складаються з цілого числа квантів з енергією таких, що ця енергія пропорційна частоті ОЅ з коефіцієнтом пропорційності, певним за формулою:

де h - постійна Планка, і.

В 1905 році, для пояснення явищ фотоефекту, Альберт Ейнштейн, використавши квантову гіпотезу Планка, припустив, що світло складається з квантів. Згодом, В«квантиВ» отримали назву фотонів.

Для пояснення структури атома, Нільс Бор запропонував у 1913 році існування стаціонарних станів електрона, в яких енергія може приймати лише дискретні значення. Цей підхід, розвинений Арнольдом Зоммерфельд та іншими фізиками, часто називають старою квантовою теорією (1900-1924 р.). Відмінною рисою старої квантової теорії є поєднання класичної теорії з суперечать їй додатковими припущеннями.

Вивчаючи фотоефект, Ейнштейн вирішив поширити планковские дискретну модель енергії хвилі на світло. Він припустив, що світло являє собою потік мікроскопічних часток (фотонів), причому енергія кожного фотона пропорційна частоті світла. У підсумку Ейнштейн показав, що гіпотеза Планка про дискретності енергії відображає фундаментальне властивість електромагнітних хвиль: вони складаються з часток - фотонів, які являють собою маленькі порції або кванти світла. За це він удостоївся Нобелівської премії в 1921 році.

В 1923 Луї де Бройль висунув ідею подвійної природи речовини, що спиралася на припущення про те, що потік матеріальних часток володіє і хвильовими властивостями, нерозривно пов'язаними з масою і енергією. Рух частинки Л. де Бройль зіставив з поширенням хвилі, що у 1927 році отримало експериментальне підтвердження при дослідженні дифракції електронів в кристалах. У загальних рисах його припущення можна описати так:

поки світло летить в просторі, він поводиться як хвиля - піддається інтерференції, дифракції, має поляризацію і т.д.

а от коли світло (і будь ЕМ випромінювання) взаємодіє з речовиною, випромінюється або поглинається - його доводиться рахувати потоком частинок і квантові ефекти показують свій звірячий оскал.

Висловлені в 1924 році ідеї корпускулярно-хвильового дуалізму були в 1926 році підхоплені Е. Шредінгер, які розгорнули на їх основі свою хвильову механіку.

В 1925-1926 роках були закладені основи послідовної квантової теорії у вигляді квантової механіки, містить нові фундаментальні закони кінематики і динаміки. Перша формулювання квантової механіки міститься у статті Вернера Гейзенберга, датованому 29 липня 1925 року. Цю дату можна вважати днем народження нерелятивістської квантової механіки.

Розвиток і формування основ квантової механіки триває досі. Воно пов'язане, наприклад, з дослідженнями відкритих і дисипативних квантових систем, квантової інформатикою, квантовим хаосом і пр. Крім квантової механіки, найважливішою частиною квантової теорії є квантова теорія поля.

В 1927 К. Девіссон і Л. Джермер в дослідницькому центрі Bell Labs демонструють дифракцію повільних електронів на нікелевих кристалах (незалежно від Дж. Томсона). При оцінці кутової залежності інт...


Страница 1 из 3Следующая страница

Друкувати реферат
Замовити реферат
Замовлення реферату
Товары
Наверх Зворотнiй зв'язок