Корпускулярно-волновой дуализмКвантовая механика Принцип неопределённости




Скачать 71.42 Kb.
НазваниеКорпускулярно-волновой дуализмКвантовая механика Принцип неопределённости
Дата конвертации26.05.2013
Размер71.42 Kb.
ТипРеферат
Корпускулярно-волновой дуализмКвантовая механика

Принцип неопределённости

Введение ...

Математическая формулировка ...Основа

Классическая механика · Интерференция · Бра и кет · Гамильтониан

Фундаментальные понятия

Квантовое состояние · Волновая функция · Суперпозиция · Запутанность ·

Измерение · Неопределённость · Запрет Паули · Дуализм · Декогеренция · Теорема Эренфеста · Туннелирование

Эксперименты

Опыт Дэвиссона — Джермера · Опыт Поппера · Опыт Штерна — Герлаха · Опыт Юнга ·Проверка неравенств Белла · Фотоэффект · Эффект Комптона

Формулировки

Картина Шрёдингера · Картина Гейзенберга · Картина взаимодействия · Матричная квантовая механика · Интегралы по траекториям

Уравнения

Уравнение Шрёдингера · Уравнение Паули · Уравнение Клейна — Гордона · Уравнение Дирака

Интерпретации

Копенгагенская интерпретация · Теория скрытых параметров · Многомировая

Сложные темы

Квантовая теория поля · Квантовая гравитация · Теория всего

Известные учёные

Планк · Эйнштейн · Шрёдингер · Гейзенберг· Йордан · Бор · Паули · Дирак · Фок · Борн · де Бройль · Ландау · Фейнман · Бом · Эверетт

Корпускулярно-волновой дуализм — теория в квантовой механике, гласящая, что в зависимости от системы отсчета поток электромагнитного излучения можно рассматривать и как поток частиц (корпускул), и как волну. В частности, свет — это и корпускулы (фотоны), и электромагнитные волны. Свет демонстрирует свойства волны в явлениях дифракции и интерференции при масштабах, сравнимых с длиной световой волны. Например, одиночные фотоны, проходящие через двойную щель, создают на экране интерференционную картину, определяемую уравнениями Максвелла.[1]. Тем не менее, эксперимент показывает, что фотон не есть короткий импульс электромагнитного излучения, например, он не может[источник не указан 19 дней] быть разделён на несколько пучков оптическими делителями лучей. Корпускулярные свойства света проявляются при фотоэффекте. Фотон ведет себя и как частица, которая излучается или поглощается целиком объектами, размеры которых много меньше его длины волны (например, атомными ядрами), или вообще могут считаться точечными (например, электрон).Содержание

1 История создания

2 Корпускулярно-волновая двойственность света

3 Элементы квантовой механики

4 Примечания

5 См. также

История создания

Французский ученый Луи де Бройль (1892—1987), осознавая существующую в природе симметрию и развивая представления о двойственной корпускулярно-волновой природе света, выдвинул в 1923 г. гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма. Он утверждал, что не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают также волновыми свойствами.

Согласно де Бройлю, с каждым микрообъектом связываются, с одной стороны, корпускулярные характеристики — энергия E и импульс p, а с другой стороны — волновые характеристики — частота и длина волны.

Так как дифракционная картина исследовалась для потока электронов, то необходимо было доказать, что волновые свойства присущи каждому электрону в отдельности. Это удалось экспериментально подтвердить в 1948 г. советскому физику В. А. Фабриканту. Он показал, что даже в случае столь слабого электронного пучка, когда каждый электрон проходит через прибор независимо от других, возникающая при длительной экспозиции дифракционная картина не отличается от дифракционных картин, получаемых при короткой экспозиции для потоков электронов в десятки миллионов раз более интенсивных.

Современная трактовка корпускулярно-волнового дуализма может быть выражена словами физика В. А. Фока (1898—1974): «Можно сказать, что для атомного объекта существует потенциальная возможность проявлять себя, в зависимости от внешних условий, либо как волна, либо как частица, либо промежуточным образом. Именно в этой потенциальной возможности различных проявлений свойств, присущих микрообъекту, и состоит дуализм волна — частица. Всякое иное, более буквальное, понимание этого дуализма в виде какой-нибудь модели неправильно»[источник не указан 19 дней].

Корпускулярно-волновая двойственность света

Такие явления, как интерференция и дифракция света, убедительно свидетельствуют о волновой природе света. В то же время закономерности равновесного теплового излучения, фотоэффекта и эффекта Комптона можно успешно истолковать только на основе квантовых представлений о свете, как о потоке дискретных фотонов. Однако волновой и квантовый (корпускулярный) способы описания света не противоречат, а взаимно дополняют друг друга, так как свет одновременно обладает и волновыми и корпускулярными свойствами. Он представляет собой диалектическое единство этих противоположных свойств. Волновые свойства света играют определяющую роль в закономерностях его распространения, интерференции, дифракции, поляризации, а корпускулярные - в процессах взаимодействия света с веществом. Чем больше длина волны света, тем меньше импульс и энергия фотона и тем труднее обнаружить квантовые свойства света. Например, внешний фотоэффект происходит только при энергиях фотонов, больших или равных работе выхода электрона из вещества. Чем меньше длина волны электромагнитного излучения, тем больше энергия и импульс фотонов и тем труднее обнаружить волновые свойства этого излучения. Например, рентгеновское излучение дифрагирует только на очень «тонкой» дифракционной решетке - кристаллической решетке твердого тела.

Элементы квантовой механики

Физика атомов, молекул и их коллективов, в частности кристаллов, а также атомных ядер и элементарных частиц изучается в квантовой механике. Объекты микромира, изучаемые квантовой механикой, имеют линейные размеры порядка 10-6...-10-13. Если частицы движутся со скоростями << с, где с - скорость света в вакууме, то применяется нерелятивистская квантовая механика; при ~ c - релятивистская квантовая механика. В основе квантовой механики лежат представления Планка о дискретном характере изменения энергии атомов, Эйнштейна о фотонах, данные о квантованности некоторых физических величин (например, импульса и энергии), характеризующих в определенных условиях состояния частиц микромира. Основополагающей в квантовой механике явилась идея о том, что корпускулярно-волновая двойственность свойств, установленная для света, имеет универсальный характер. Она должна проявляться для любых частиц, обладающих импульсом р. Все частицы, имеющие конечный импульс р, обладают волновыми свойствами, и их движение сопровождается некоторым волновым процессом. Формула де Бройля устанавливает зависимость длины волны, связанной с движущейся частицей вещества, от импульса р частицы:

где m - масса частицы, - ее скорость, h - постоянная Планка. Волны, о которых идет речь, называются волнами де Бройля, Другой вид формулы де Бройля:

где - волновой вектор, модуль которого - волновое число - есть число длин волн, укладывающихся на 2π единицах длины, n - единичный вектор в направлении распространения волны,

Длина волны де Бройля для частицы с массой m, имеющей кинетическую энергию W

В частности, для электрона, ускоряющегося в электрическом поле с разностью потенциалов Δφ

Формула де Бройля экспериментально подтверждается опытами по рассеянию электронов и других частиц на кристаллах и по прохождению частиц сквозь вещества. Признаком волнового процесса во всех таких опытах является дифракционная картина распределения электронов (или других частиц) в приемниках частиц. Волновые свойства не проявляются у макроскопических тел. Длины волн де Бройля для таких тел настолько малы, что обнаружение волновых свойств оказывается невозможным. Фазовая скорость волн де Бройля свободной частицы

где - энергия свободной частицы, р = m - импульс частицы, m - ее масса, - ее скорость, - длина дебройлевской волны. Зависимость фазовой скорости дебройлевских волн от длины волны указывает на то, что эти волны испытывают дисперсию. Групповая скорость волн де Бройля равна скорости частицы :

Связь между энергией частицы W и частотой v волны де Бройля

Волны де Бройля имеют специфическую природу, не имеющую аналогии среди волн, изучаемых в классической физике: квадрат модуля амплитуды волны де Бройля в данной точке является мерой вероятности того, что частица обнаруживается в этой точке. Дифракционные картины, которые наблюдаются в опытах, являются проявлением статистической закономерности, согласно которой частицы попадают в определенные места в приемниках - туда, где интенсивность волны де Бройля оказывается наибольшей. Частицы не обнаруживаются в тех местах, где, согласно статистической интерпретации, квадрат модуля амплитуды «волны вероятности» обращается в нуль.

Примечания

↑ Taylor, GI (1909). "Interference fringes with feeble light". Proceedings of the Cambridge Philosophical Society 15: 114—115.

См. также

Эксперимент Афшара

См. также в других словарях:

КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ — , понятие, объединяющее корпускулярную теорию, которую впервые выдвинул Исаак Ньютон, с теорией волн, разработанной Христианом ГЮЙГЕНСОМ. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (свет и др.) ведет себя подобно волне, когда… (Научно-технический энциклопедический словарь)

КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ — КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ дуализм, заключается в том, что любые микрочастицы материи (фотоны, электроны, протоны, атомы и другие) обладают свойствами и частиц (корпускул) и волн. Количественное выражение корпускулярно-волнового дуализма -… (Современная энциклопедия)

КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ — - заключается в том, что любые микрочастицы материи (фотоны, электроны, протоны, атомы и др.) обладают свойствами и частиц (корпускул), и волн. Количественное выражение корпускулярно-волнового дуализма -… (Большой Энциклопедический словарь)

Корпускулярно-волновой дуализм — лежащее в основе квантовой механики положение о том, что в поведении микрообъектов проявляются как корпускулярные, так и волновые черты. По представлениям классической (неквантовой) физики, движение частиц и распространение волн различаются… (Большая советская энциклопедия)

КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ — лежащее в основе квант. теории представление о том, что в поведении микрообъектов проявляются как корпускулярные, так и волн. черты. По представлениям классич. (неквантовой) физики, движение ч-ц и распространение волн принципиально разные физ.… (Физический энциклопедический словарь)

Вакуум (физический) — Вакуум физический, среда, в которой нет частиц вещества или поля. В технике В. называют среду, в которой содержится «очень мало» частиц; чем меньше частиц находится в единице объёма такой среды, тем более высок В. Однако полный В. среда, в… (Большая советская энциклопедия)

Волны де Бройля — волны, связанные с любой движущейся микрочастицей, отражающие их квантовую природу. Впервые квантовые свойства были обнаружены у электромагнитного поля. После исследования М. Планком законов теплового излучения (См. Тепловое излучение) тел…

Дифракция частиц — рассеяние микрочастиц (электронов, нейтронов, атомов и т.п.) кристаллами или молекулами жидкостей и газов, при котором из начального пучка частиц данного типа возникают дополнительно отклонённые пучки этих частиц; направление и интенсивность…

Квантовая теория поля — квантовая теория систем с бесконечным числом степеней свободы (полей физических (См. Поля физические)). К. т. п., возникшая как обобщение квантовой механики (См. Квантовая механика) в связи с проблемой описания процессов…

Физика — I. Предмет и структура физики Ф. – наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы её движения. Поэтому понятия Ф. и сё законы лежат в основе всего естествознания.…

Похожие:

Корпускулярно-волновой дуализмКвантовая механика Принцип неопределённости iconКорпускулярно-волновой дуализм

Корпускулярно-волновой дуализмКвантовая механика Принцип неопределённости iconОбщая и неорганическая химия
Двойственная природа микрообъектов. Соотношение де Бройля. Принцип неопределенности Вернера Гейзенберга. Роль принципа неопределенности...
Корпускулярно-волновой дуализмКвантовая механика Принцип неопределённости icon«Корпускулярно-волновой дуализм»
Оборудование: компьютерный класс с выходом в Интернет; колонки; проектор; интерактивная доска
Корпускулярно-волновой дуализмКвантовая механика Принцип неопределённости iconТест Корпускулярно-волновая теория
С волновой точки зрения невозможно объяснить следующий установленный экспериментально закон фотоэффекта
Корпускулярно-волновой дуализмКвантовая механика Принцип неопределённости icon1 Краткий обзор 2 Определение
Принцип неопределённости Гейзенбе́рга (или Га́йзенберга) — в квантовой механике так называют принцип, дающий нижний (ненулевой) предел...
Корпускулярно-волновой дуализмКвантовая механика Принцип неопределённости iconКорпускулярно-волновой дуализм
Уже в древности наметились три основных подхода к решению вопроса о природе света. Эти три подхода в последующем оформились в две...
Корпускулярно-волновой дуализмКвантовая механика Принцип неопределённости iconПарадоксы движения и корпускулярно-волновой дуализм Движение классическое
Вот уже два с половиной тысячелетия парадоксы Зенона не дают покоя ни философам, ни математикам. Если математики, полагая выводы...
Корпускулярно-волновой дуализмКвантовая механика Принцип неопределённости iconРазвития электродинамики гаусса вебера квантовая механика без волновой теории
Фундаментальные проблемы естествознания и техники. Международный Конгресс-2000. Спб, 2000, ст
Корпускулярно-волновой дуализмКвантовая механика Принцип неопределённости iconРазвития электродинамики гаусса вебера квантовая механика без волновой теории
Фундаментальные проблемы естествознания и техники. Международный Конгресс-2000. Спб, 2000, ст
Корпускулярно-волновой дуализмКвантовая механика Принцип неопределённости iconНаследственная механика
Линейная наследственность. Принцип затухающей памяти. Условие замкнутого цикла. Оператор Вольтерра с разностным ядром. Произведение...
Разместите кнопку на своём сайте:
kk.convdocs.org



База данных защищена авторским правом ©kk.convdocs.org 2012-2019
обратиться к администрации
kk.convdocs.org
Главная страница