§1 Классикалық теориялық физика
§ 4 Корпускалық-толқындық дуализм.Де Бройль толқындары
жүктеу/скачать 1,76 Mb.
|
Кванттық механика (лекция)
| § 4 Корпускалық-толқындық дуализм.Де Бройль толқындары
Жарық табиғаты жөніндегі біліміміздің одан әрі тереңдеуінің барысында біз жарықтың қасиетінен оның өзіне тән бір ерекше екіжақтылық қасиетті – дуаилзмді байқаймыз.Егер,бір жағынан,өзімізге бұрыннан жақсы таныс интерференция ,дифракция тәрізді құбылыстар ешбір бұлтарусыз жарықтың толқындық қасиетін дәлелдесе,екінші жағынан, жоғарыда қарастырылған фотоэлектрлік эффект,Комптон эффектілері тура сондай сенімділікпен оның бөлшектерден – корпускалардан тұратынын дәлелдейді.Бір қарағанда,бір ғана физикалық нысанды бір жағынан толқын деп,екінші жағынан бөлшек деп қарастыру ешбір қисынға келмегенімен,қолда бар деректерді түсіндіру үшін осылай істеуге тура келді.Жарықтың осы бір екіжақтылық қасиетін физикада корпускалық-толқындық дуализм деп атайды. Сонымен жарық дегеніміз не? Толқын ба,әлде бөлшекпе?Ешбір мәймөңкесіз тікелей қойылған осы бір қарапайым сұрақтың жауабын табу ғалымдарға оңай соқпады.Жоғарыда баяндалғандай,жарықтың корпускалық қасиеті оның кванттары түрінде көрініс табады.Ал өз кезегінде кванттар ұғымы тек жарық теориясымен ғана емес,сонымен қатар,Бор теориясы бойынша атомдағы электрондардың да қасиетімен байланысты.Осыдан келіп «микробөлшектердің кванттармен байланысының сыры неде?» деген заңды сұрақ туындайды.Міне,осындай сан алуан деректерді талдау,әрі проблеманың болмысына терең бойлап зерттеу француз ғалымы де Бройльдың 1924 жылы мынадай батыл болжам ұсынуына себепкер болды.Корпускалық-толқындық дуализм тек жарыққа ғана тән қасиет емес.Ол микродүниенің жалпы қасиеті.Яғни жарық толқындарының бөлшектік қасиеті ғана емес,сонымен қатар микробөлшектердің толқындық қасиеті де бар. «Оптикада, - деп жазды де Бройль, - ғасырлар бойы жарықтың толқындық қасиетін дәріптеп, оны корпускулалық тұрғыдан сипаттауды ескермей келіп едік. Енді бөлшектерге қатысты осыған кері қателік жасап жүрген жоқ па екенбіз?». Де Бройль ұсынған бұл болжам тым тосын, әрі батыл болжам болатын. Бірақ, көп уақыт өтпей-ақ, микробөлшектердің шындығында да толқындық қасиеті бар екені тәжірибе жүзінде дәлелденді. Мәселен,Дэвиссон және Джермер 1927 жылы жүргізілген өз тәжірибелерінде электрондардың кристаллдык тордан дифракциялану құбылысын байқады. Бұл жерде дифракциялык тор ретінде тор тұрақтысының өлшемдері электрондардың дебройльдық толкын ұзындықтарымен шамалас никельдің монокристаллы алынған болатын. Бұл тәжірибе де Бройль болжамдарын сапалық тұрғыдан ғана емес, сандық тұрғыдан да тексеруге мүмкіндік берді. Ал бұдан сәл кейінірек,1928 жылы осыған ұқсас тәжірибені Томсон және Тартаковский жасады. Олар өз тәжірибелерінде бұрын рентген сәулелері үшін қолданылған Дебай-Шерер әдісін пайдаланған болатын. Бұл тәжірибе кезінде шапшаң электрондардың монохроматты шоғы өте жұқа поликристалл фольгадан өтіп, одан кейін орналасқан фотопластинкада өзімізге бұрыннан жақсы таныс дифракциялық сақиналардың бейнесін берді. Ал бұл болса, электрондардың толқындық қасиетінің бұлтартпас дәлелі еді. Бөлшектерді корпускула ретінде олардың энергиясы мен импульсы, ал толқын ретінде тербеліс жиілігі мен толкындық векторы сипаттайды. Корпускулалық-толкындық дуализм бөлшектердің осындай екі алуан қасиеттерінің диалектикалық бірлігі болғандықтан, бұл қасиеттерді сипаттайтын физикалық шамалардың арасында да қандай да бір байланыс болуы тиіс. Шындығында да солай. Де Бройль қатынасы деп аталған бұл өрнек мынадай: Ерекше назар аударатын нәрсе, бөлшектердің әр алуан қасиеттерін сипаттайтын осы физикалық шамалар бір-бірімен Планк тұрақтысы арқылы байланысып тұр. Бұл оның микродүниеде іргелі роль атқаратынының айкын дәлелі. Бөлшектердің толқындық қасиеті тек электрондар үшін ғана емес, сонымен қатар одан да күрделі жүйелер молекулалар үшін де байқалады. Бірақ олардың массалары атомдар мен электрон массасымен салыстырғанда едәуір үлкен болуымен байланысты сәйкес дебройльдық толқын ұзындығы тым аз болады да, тәжірбиеден олардың дифракциясын байқау біршама техникалық қиындықтарға жолығады.Бөлшектердің толқындық қасиеті тек тәжірбие жүзінде дәлелденіп қана қойған жоқ,бұдан әрі ол ғылым мен техникада нақты қолданыс тапты.Электрондық оптика деп аталатын физиканың жаңа саласы пайда болды.Бұл саланың қол жеткізген ірі табыстарының бірі – электрондық микроскоптың жасалуы.Электрондарға сәйкес келетін толқын ұзындығының тым аз болуына байланысты,мұндай микроскоптың көмегімен заттардың өлшемдерін бір миллион есеге дейін ұлғайтып көрсету мүмкіндігі бар. Дегенмен де,бөлшектердің толқындық қасиетін түсінудің ең маңызды нәтижесі оның нақтылы өмірде қолданыс табуы ғана емес,керісінше,біздің санамызға,танымымызға,қоршаған дүниені зерттеу әдістерімізге жасалған түбегейлі төңкеріс деп білер едік. 2-Tapay КВАНТТЫҚ
НЕГІЗГІ ҚАҒИДАЛАРЫ Осы тараудан бастап кванттық теорияның негіздері жүйелі түрде баяндала бастайды. Бірақ, бұл баяндаудың реті көп жағдайда оның нақтылы тарихи қалыптасу жолымен сәйкес келе бермейді. Онын себебі мынада: әрине, ғылымның қалыптасу жолының берер тағлымы үлкен, дегенмен де, теорияны табысты игеріп, оның ішкі логикалық үйлесімділігін жете түсіну үшін алдымен онын оның басты қағидалары мен математикалық аппаратын, негізгі теңдеуін қарастырып, сол теңдеуден туындайтын салдарларды саралай қарастырған жөн. Осы орайда, бұл тарауда бүкіл кванттық теорияның іргетасы болып табылатын оның негізгі қағидалары - анықталмағандық және суперпозиция принциптері туралы баяндалып, кванттық жүйенің күйін сипаттайтын толқындық функция ұғымы енгізіледі. жүктеу/скачать 1,76 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|