Введение в квантовую физику

Материал из FFWiki.
Перейти к: навигация, поиск
Предмет Введение в квантовую физику Семестр 4 Тип семинар, лекция Отчётность экзамен Кафедра Кафедра квантовой электроники, Кафедра общей физики и волновых процессов, Кафедра общей физики

Рождение квантовой физики

Конец 19 века. Физики латали пробелы в своей науке, подправляли и подчищали неточности, уточняли константы. Было скучно, потому что казалось: все законы природы уже открыты. И тут вдруг 30-летняя, по меркам науки совсем стремительная, революция: мир-то оказался квантовым. Началась она с изучения спектра абсолютно чёрного тела и эмпирической формулы Вина, под которую Планк пытается подогнать теорию. И у него выходит, что энергия должна квантоваться, потому что он получил сходящийся ряд - бесконечную сумму дискретных значений энергий! Это при том, что тогда даже сам Планк не верил в дискретность вещества - атомарное строение, а считал его континуальным.

Рэлей-Джинс параллельно с Планком строят свою теорию излучения черного тела - излучение классических гармонических осцилляторов. И у них спектр уходит кубической параболой вверх, что вообще с практикой на высоких частотах не согласуется, и поэтому получает прозвище "ультрафиолетовая катастрофа". Классика оказалась бессильна.

Эйнштейн развивает квантовые представления, толкуя с их помощью фотоэффект, фотолюминесценцию и фотоионизацию в 1905. За фотоэффект он потом получит Нобелевку. Фотоэффект до этого исследовали Герц и наш Столетов. Фотоэффект-то и убедил всех окончательно, что природа микромира квантовая. Вообще, законы квантовой физики применимы на любом уровне, но в масштабах человека (когда величина действие много больше постоянной планка) они органично переходят в классические законы (принцип соответствия). (Проблемы пока с квантовой гравитацией).

Все пока верили в атомарную модель пудинга с изюмом Томсона. Но в 1909 Гейгер и Марсден, ученики британца Резерфорда, провели эксперимент по рассеянию альфа-частиц на атомах золота, выводы из которого сделал Резерфорд к 1911: крохотные ядра с положительным зарядом расположены в центре атома, а электроны вращаются вокруг, и очень много пустого пространства.

Но тогда раз заряженные электроны вращаются, почему же они не излучают? И почему спектр возбуждения-излучения атомов состоит из нескольких пиков? Бор догадался: электроны находятся на дискретных энергетических уровнях - орбиталях, на которых их угловой момент равен целому числу постоянных Планка. Оттуда следует, что на длине таких круговых орбит электрона укладывается целое число длин волн де Бройля электронов, и поэтому те не излучают. Бор в 1913 вводит свои постулаты для атома водорода. А дальше физики доказывают, что и для ему подобных атомов постулаты вроде не противоречат.

Дальше развитие физики шло более степенно.

Курс введения в квантовую физику на физфаке

Введение в кванты проходят рано, уже на 2 курсе. Сделано это было для того, чтобы юные головы, еще не потерявшие способность фантазировать, смогли понять ее "не здравый" смысл. Например, фотон избирает себе путь не в месте разделения пути, а в момент своей регистрации прибором, то есть в конце пути; другими словами, выбор прошлого системы происходит в будущем! Точечная частица не находится в некоторой единственной точке пространства в любой момент времени. Измерение нельзя провести с любой наперед заданной точностью. Измерения над двумя абсолютно одинаковыми системами могут дать различные результаты. Наблюдателя нельзя исключать из рассмотрения системы. Состояние системы изменяется, даже если взаимодействие направлено не на эту систему. Состояния подсистем не определяют состояния целой системы.

Кратко о содержании курса

Последние лекции будут посвящены квантовой информации - новейшему, почти передовому краю физики, созревавшему в 80-90 годах прошлого века. Вы получите теоремы, интерпретировать которые можно будет двояко: либо в квантовой механике нельзя ничего локализовать, либо что всё абсолютно случайно.

Материалы

Литература

Ссылки

См. также