Kvantinės mechanikos istorija

Kvantinės mechanikos istorija – esminė moderniosios fizikos istorijos dalis. Kvantinės mechanikos istorija prasidėjo nuo kelių skirtingų mokslinių atradimų: 1893 m. Maiklas Faradėjus atrado katodinius spindulius; 1859–1860 m. žiemą Gustavas Kirchofas išdėstė juodo kūno spinduliavimo problemą; 1877 m. Liudvigas Bolcmanas iškėlė prielaidą, jog fizikinės sistemos energetinės būsenos gali būti diskrečios; 1887 m. Heinrichas Hercas atrado fotoelektrinį efektą ir 1900 m. Maksas Plankas iškėlė kvantinę hipotezę, jog energiją spinduliuojančios atominės sistemos gali būti teoriškai suskirstytos į diskrečius energijos elementus ε (epsilon), taip kad kiekvienas šių energijos elementų yra proporcingas dažniui ν, su kuriuo kiekvienas individualiai spinduliuoja energiją, kaip apibrėžia ši formulė:

${\displaystyle \epsilon =h\nu \,}$,

kur h yra Planko konstanta.

Tada, 1905 m. Albertas Einšteinas, norėdamas paaiškinti fotoelektrinį efektą, 1887 m. nupasakotą Heinricho Herco, postulavo, jog šviesa pati gamina individualias kvantines daleles, 1926 m. Gilberto N. Levio pavadintas fotonais. Fotoelektrinis efektas buvo stebimas pateikiant skirtingo bangos ilgio šviesą ant tam tikrų medžiagų, pvz., metalų, tai sukeldavo elektronų išlaisvinimą iš metalo tik tada, jeigu šviesos kvantinė energija būdavo didesnė negu Ferma lygis metale.

Terminas kvantinė mechanika pirmą kartą buvo panaudota 1924 m. straipsnyje „Zur Quantenmechanik“

Apžvalga

Liudvigas Eduardas Bolcmanas 1877 m. pasiūlė, jog fizikinės sistemos, pvz., molekulės, energetiniai lygmenys gali būti diskretūs. 1900 m. vokiečių fizikas Maksas Plankas nenoriai teigė, jog energija yra kvantuota. Su šia idėja išvedė formulę, apibūdinusią stebimo dažnio priklausymą nuo juodojo kūno sugeriamos energijos, ir pavadintą Planko dėsniu. Jame taip pat yra (galiojantis klasikinėse ribose). Planko dėsnis: ${\displaystyle I(\nu ,T)={\frac {2h\nu ^{3}}{c^{2}}}{\frac {1}{e^{\frac {h\nu }{kT}}-1}},}$ kur:

I(ν,T) yra išspinduliuojama energija;

h yra Planko konstanta;

c yra šviesos greitis vakuume;

k yra Bolcmano konstanta;

ν yra elektromagnetinės bangos dažnis;

T yra kūno temperatūra, išreikšta kelvinais.

Ankstyvasis Vyno dėsnis gali būti išvedamas iš Planko dėsnio, darant prielaidą, jog ${\displaystyle h\nu \gg kT}$. Be to, Planko kvantinės teorijos pritaikymas elektronui leido Stefanui Prokopiu 1911–1913 m. ir paskui Nilsui Borui apskaičiuoti elektrono kvantinį momentą, kuris vėliau buvo pavadintas magnetonu. 1905 m. Einšteinas paaiškino fotoelektrinį efektą, postuluodamas, jog šviesa (bendresne prasme – visos elektromagnetinės bangos) gali būti padalina į begalinį „energijos kvantų“ skaičių, kurie yra lokalizuoti taškai erdvėje. Savo 1905 m. publikacijoje jis teigia:

„Pagal čia svarstomą prielaidą, kai šviesos spinduliai plinta nuo taško, energija nesiskirsto tolydžiai plečiantis erdvės dalims, o susideda iš baigtinio energijos kvantų skaičiaus, arba kitaip erdvėje lokalizuotų taškų, judančių be dalijimosi ir sugeriamų tik kaip jų visuma.“

Šis teiginys apibūdinamas kaip pats revoliucingiausias XX a. fizikos teiginys. Šiuos energijos kvantus vėliau buvo priimta vadinti fotonais. Tokį terminą 1926 m. pasiūlė Gilbertas N. Liusas. Idėja, jog kiekvienas fotonas turi kvantinės išraiškos energiją buvo nepaprastas pasiekimas, tai iš esmės išsprendė juodo kūno spinduliavimo išgaunant begalinę energiją problemą. 1913 m. Boras paaiškino vandenilio atomo , vėl panaudodamas kvantavimą.

Taip pat skaitykite

Nuorodos

• Kvantinės mechanikos istorija (angliškai) Archyvuota kopija 2019-10-28 iš Wayback Machine projekto.