Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
§ 210. Понятие о квантовой (волновой) механике
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 210. Понятие о квантовой (волновой) механике. Изучение
строения атома привело к выводу, что поведение электронов в атоме, так же как поведение фотонов, противоречит привыч- ным законам классической физики, т. е. законам, установленным в опытах с телами макроскопических размеров. Существование дискретных уровней энергии электронной оболочки атома, зако- номерности переходов между уровнями и заполнения этих энер- гетических состояний невозможно было объяснить, пользуясь обычными представлениями механики и законами электромагне- тизма.
508 Гл. XXII. Строение атома Важный шаг в разъяснении этих противоречий был сделан в 1923 г. французским физиком Луи де Бройлем (р. 1892). Он выдвинул и обосновал предположение о том, что не только фотоны, но и любые частицы обладают волновыми свойствами, которые не учитываются классическими законами, но играют существенную роль в атомных явлениях. Кванты электромагнитного излучения — фотоны, как мы ви- дели выше, характеризуются импульсом p = hν/c. Вместе с тем световая волна с частотой ν имеет длину λ = c/ν. Исключая из этих выражений частоту, получаем связь между длиной волны и импульсом фотона λ = h
. (210.1)
Если в самом деле, в рамках представления о корпускуляр- но-волновом дуализме, свойства фотонов и других частиц по- добны друг другу, то это соотношение должно быть применимо теперь к любым частицам. Таким образом, была получена форму- ла для длины волны де Бройля, т. е. для длины волны, которую следует сопоставить частице с импульсом p, чтобы описать ее волновые свойства. Эта формула также имеет вид (210.1). Если скорость частицы с массой покоя m мала по сравнению со скоро- стью света, то формула для длины волны де Бройля примет вид λ =
h mv . (210.2) Для проверки справедливости гипотезы де Бройля были про- изведены опыты по рассеянию электронов на кристаллах. В свое время рассеяние рентгеновского излучения на кри- сталлах было использовано для доказательства их волновой природы (см. § 154). Благодаря интерференции вторичных волн, испускаемых правильно расположенными атомами кристалла, рассеяние происходит не в любых направлениях, а только под некоторыми определенными углами к падающему пучку. На фо- топленке, расположенной позади рассеивающего кристалла (рис. 373), помимо центрального пятна от прямого пучка, получается система пятен от рассеянного (дифрагированного) излучения. Пример такого снимка приведен на рис. 374, а 1 ). 1 ) На рис. 374 изображены картины, получаемые с поликристаллическим образцом, т. е. образцом, состоящим из большого числа мелких, беспорядочно ориентированных кристалликов. При таком образце отдельные пятна от рассе- янного излучения сливаются в окружности, окаймляющие центральный пучок.
Гл. XXII. Строение атома 509
Оказалось, что если кристалл вместо рентгеновского излуче- ния облучать электронами, то рассеянные электроны также об- Рис. 373. Схема опыта по наблюдению дифракции рентгеновского из- лучения на кристаллах: 1 — рентгеновская трубка, 2 — свинцовая диафрагма, вырезающая узкий пучок рентгеновского излучения 3, 4 — поликристаллический образец, 5 — фотопленка (в черной бумаге), 6 и 7 — пучки рассеянного кристаллом рентгеновского излучения разуют на пленке систему колец, аналогичную кольцам от рассе- янного рентгеновского излучения (рис. 374, б). Отсюда следовал удивительный вывод: электроны способны к интерференции, жүктеу/скачать 6,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|