Квантын физик: ажиглагч байхгүй - хамаагүй. Бодисын элементар тоосонцор Анхаар! Одоо илүү нарийн асуудал руу шилжье

Туршилтыг онолоор тайлбарлах хүртэл юу ч биш гэдгийг би олон удаа онцолж байсан.

(Макс төрсөн)

Бортой ярилцсанаа би санаж байна... Тэдний нэгийг нь дуусгаад ойролцоох цэцэрлэгт хүрээлэнгээр зугаалж, өөрөөсөө "Байгаль үнэхээр бидний атомын туршилтанд байгаа мэт утгагүй мэт санагдаж байна уу?" гэж өөрөөсөө дахин дахин асуув.

(Вернер Хайзенберг)

20-р зууны физикийн хоёр дахь хувьсгалт үйл явдал. квант онолыг бий болгосон гэж үзэж болно. Өнөөдрийг хүртэл бид физик ертөнцөд юу бодитой байдаг, байгаль хэрхэн ажилладаг талаарх бидний ойлголтыг эрс өөрчилсөн өөр нэг шинжлэх ухааны нээлтийг нэрлэж чадахгүй.

Квантын онолыг хэлэлцэхдээ бид үйл явдлын он цагийн дарааллыг баримтлахгүй бөгөөд зарим математикийн ололт, гайхалтай туршилтууд дээр анхаарлаа хандуулахгүй. Баримт нь квант онолд хэрэглэгддэг математик нь энгийн зүйлээс хол байдаг; Энэ нь дифференциал тэгшитгэлийн онол, магадлалын онол зэрэг хэсгүүдийг агуулдаг. Ийм өндөр асуудлыг олон нийтэд танилцуулна гэдэг амаргүй. Гэхдээ квантын онолд математик нь бидний өмнө дурдсан байгалийн шинжлэх ухааны салбаруудтай адил чухал үүрэг гүйцэтгэж, байгалийг ойлгоход зайлшгүй шаардлагатай хэрэгсэл болдог гэдгийг би уншигчдад батлан ​​хэлэхийг зориглодог.

Квантын онол нь материйн атомын бүтцийг судлах чиглэлээр ажилладаг боловч үүнтэй холбоотой бүх асуудал, тэр ч байтугай илэрхий зөрчилдөөнийг шийдэж чадаагүй байна. Бид ерөнхийдөө том хэмжээний үзэгдлийг судалдаг макрофизикээс ялгаатай нь микрофизик гэж нэрлэгддэг шинжлэх ухааны салбарт нэлээд эрт шатандаа байна. Электрон микроскопоор ч гэсэн зөвхөн маш том атомууд харагддаг тул квант онол нь бидний мэдрэхүй, тухайлбал алсын хараа, хүрэлцэхүйн ямар ч зүйлийг хэлж чадах түвшнээс хамаагүй гүн "ухдаг". Квантын онол нь үл үзэгдэх, чимээгүй ертөнцийг судалдаг. Хэдийгээр энэ ертөнц өөрөө үл үзэгдэх боловч түүний гаргаж буй үр нөлөө нь ширээ, сандал, бидний бие шиг бодитой юм. Магадгүй энэ ертөнцөд хамгийн ойр байдаг зүйл бол цахилгаан соронзон цацраг юм. Бид үүнийг бие махбодийн хувьд хүлээн зөвшөөрдөггүй, гэхдээ түүний үр нөлөөг хүн бүр мэддэг. Жишээлбэл, радио, телевизорыг авч үзье.

Квантын онолын зарим нээлтүүдийн мөн чанарыг бүрэн ойлгоогүй байгаа ч практик хэрэгжилтийг олсон байна. Атомын бөмбөг бол бодит байдал бөгөөд бид үүнийг өнгөрсөн үеийн математик сэтгэлгээний хамгийн агуу бүтээлүүдээс илүүтэйгээр тооцох ёстой.

Хэдийгээр бидний мэдрэхүйнүүд дуу чимээ, гэрэл, ус, матери бүхэлдээ тасралтгүй үргэлжилдэг гэж итгүүлдэг боловч бүх юмс үзэгдлийн (жишээ нь, гэрэл) болон материйн үндсэн бүтцийн тухай асуудал эрт дээр үеэс эхтэй. Левкипп (МЭӨ 5-р зуун), түүний дараа Абдерийн Демокрит (МЭӨ 460-370 он) хүртэл матери нь хуваагдашгүй атомуудаас тогтдог гэж заасан байдаг. (Атом гэдэг үг нь өөрөө Грекийн “atomos” - хуваагдашгүй гэсэн үгнээс гаралтай.) Демокрит атомын хэмжээ, хэлбэр, хатуулаг, байрлалын дарааллаар ялгаатай олон төрлийн атом байдаг гэж үздэг. Том биетүүд нь тоо, зохион байгуулалтаараа ялгаатай олон атомуудаас бүрддэг боловч атомууд нь өөрөө хуваагддаггүй. Левкипп, Демокрит хоёулаа бүх мэдрэхүйн мэдрэмж нь зөвхөн атомуудын янз бүрийн зохицуулалтаас үүссэн харагдах байдал гэж тунхагласан. Эртний атомчид дээр дурдсан хэлбэр, хэмжээ болон бусад шинж чанаруудыг атомын бодит физик шинж чанар гэж үздэг байсан бол амт, дулаан, өнгө зэрэг бусад чанарууд нь атомын төрөл зүйл биш, харин тэдгээрийн үр дүн юм. хүн төрөлхтөнд атомын нөлөө. Мэдрэхүйн мэдлэг нь тухайн сэдвийн мэдрэмжээс хамаардаг тул найдваргүй байдаг.

Аристотель өөр өөр үзэл бодолтой байсан. Эмпедокл (МЭӨ 490-430 он)-ын үеийн түүний сургаалын дагуу бүх зүйл дөрвөн зүйл дээр суурилдаг. бүрэлдэхүүн- газар, гал, агаар, ус, тэдгээрийн шинж чанар нь нэг хэмжээгээр бүх зүйлд байдаг. Таталцал (хайр) ба зэвүүцлийн (үзэн ядалт) нөлөөн дор үүссэн эдгээр аж ахуйн нэгжүүдийн хослол нь дэлхийн бүх үзэгдлийг тайлбарладаг. Үнэн хэрэгтээ эртний Грекчүүд (тэр ч байтугай тэдний өмнөх хүмүүс) зэс, цагаан тугалга, мөнгөн ус зэрэг бусад элементүүдийг мэддэг байсан ч Аристотель ч, түүний дагалдагчид ч үүнийг анхаарч үздэггүй байв. Аристотель атомууд хуваагддаг (хязгааргүй хуваагддаг ч гэсэн) гэж үздэг байсан тул түүний бодлоор матери нь тасралтгүй бөгөөд хамгийн жижиг бүтцийн хэсгүүд байдаггүй. Аристотелийн үзэл бодол Европт давамгайлж, бусад бүх үзэл бодлыг дарж, 16-р зуун хүртэл.

17-р зуунаас хойш мөн 20-р зууны эхэн үе хүртэл. Атомууд хуваагддаггүй гэсэн онолыг хүлээн зөвшөөрсөн. Устөрөгч, хүчилтөрөгч, зэс, алт, мөнгөн ус зэрэг янз бүрийн химийн элементүүдийн атомууд өөр өөр байдаг гэж таамаглаж байсан. Мөн ижил элементийн атомууд ижил жинтэй, өөр өөр элементийн атомууд өөр өөр жинтэй байдаг гэж үздэг. Энгийн бодисууд, тухайлбал ус нь янз бүрийн атомуудын нэгдэл болох молекулуудаас бүрддэг. Эдгээр санаанууд нь орчин үеийн химийн үндэс суурь болсон юм. Үүнийг бий болгох анхны алхмуудыг Роберт Бойл (1627-1691) "Эргэлзээтэй химич" (1661) зохиолдоо хийсэн.

Химийн үндэс суурийг (Бойлын үзэл бодолтой нийцэж байгаа) илүү гүнзгий танилцуулахыг 1803 онд Жон Далтон (1766-1844) санал болгосон. Химийн элемент бүр тодорхой атомтай гэж үзвэл химийн олон хуулийг хялбархан тайлбарлаж болно гэсэн гол санаа Далтон байв. Бодис бүр нь хуваагдашгүй атомуудын янз бүрийн "анги"-ын тодорхой хослолуудаас бүрддэг.

XIX зууны 60-аад он гэхэд. Жаран өөр төрлийн атомууд мэдэгдэж байсан. Мөн арван жилд Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907) мэдэгдэж буй химийн элементүүдийг атомын жинг нэмэгдүүлэх дарааллаар нь ангилахыг оролдсон. Тэрээр эхний арван зургаан элементийн дунд химийн шинж чанар нь найм дахь долоон элементээр давтагдаж байгааг анзаарчээ. Менделеев мөн хэрэв түүний анзаарсан хэв маяг нь атомын массын өсөлтийн дарааллаар байрлуулсан үлдсэн элементүүдэд тархсан бол химийн шинж чанаруудын давтагдах байдал нь ангиллын системд энд тэнд "хоосон эсүүд" үлдээх шаардлагатай байгааг харуулж байна. Менделеев ийм "эс" нь хараахан үл мэдэгдэх элементүүдэд харьяалагддаг гэж үзэх нь үндэслэлтэй гэж үзсэн. Үл мэдэгдэх элементүүдийг хайх хэрэгцээ нь Менделеевт өчүүхэн ч эргэлзээ төрүүлээгүй бөгөөд удалгүй гурван шинэ элементийг (одоо скандий, галлий, германий гэж нэрлэдэг) олж илрүүлсэн бөгөөд тэдгээрийн шинж чанарыг Менделеев урьдчилан таамаглаж байсан бөгөөд энэ нь үе үе давтамжийн систем юм. түүний тогтоосон химийн шинж чанарууд. Цаашдын судалгаагаар Менделеевийн үечилсэн системд зарим өөрчлөлт орсон боловч түүний нээсэн элементүүдийн дараалал нь орчин үеийн үелэх системийн үндэс суурь хэвээр байна. Менделеев химийн элементүүдийн шинж чанарт нээсэн зүй тогтолынхоо талаар физик тайлбаргүй гэдгээ ойлгож байсан ч шинэ элемент хайх, тэдгээрийн атомын массыг тодорхойлох, химийн шинж чанарыг урьдчилан таамаглахад үечилсэн хуулийг ашиглахын чухлыг хатуу хамгаалсан. ялангуяа бусад элементүүдтэй нэгдэл үүсгэх чадвар.

Менделеевийн урьд нь мэдэгдэж байсан, урьдчилан таамаглаж байсан, дараа нь бусад судлаачдын олж илрүүлсэн элементүүдийг атомын бүтцийн нарийн төвөгтэй байдлыг нэмэгдүүлэх дарааллаар байрлуулж, тэдгээрийн дугаарыг өөрчилдөг. Жишээлбэл, устөрөгч нь үелэх системд 1-т бичигдсэн байдаг.Гелий нь 2-р тоо, 103-р элемент нь лавренциум хүртэл үргэлжилнэ. Элементүүдийн атомын масс нь тухайн элементийн атом нь устөрөгчийн атомаас хэдэн удаа "хүнд" болохыг харуулдаг. Устөрөгчийн атомын массыг 1, гелийн атомын массыг 4, лоуренциумын атомын масс 257 болтол үргэлжилнэ.

Хэдийгээр атомын хуваагдашгүй байдлын тухай маргаан 20-р зууны эхэн үе хүртэл үргэлжилсэн боловч ихэнх байгалийн эрдэмтэд атомыг хуваагдашгүй бөгөөд материйн хамгийн жижиг бүрэлдэхүүн хэсэг гэж үзэх хандлагатай байв. 1907 онд Келвин атомыг устгадаггүй гэж зарлав. Гэсэн хэдий ч зарим гайхалтай нээлтүүд атомын хуваагдашгүй байдлын талаарх тогтсон үзэл бодлыг үгүйсгэв. XIX зууны 70-аад онд. Атом нь жижиг хэсгүүдээс бүрдэх нь улам бүр тодорхой болсон. 1897 онд Жозеф Жон Томсон (1856-1940) атом нь үнэхээр бөөмсөөс бүрддэг гэдгийг туршилтаар нотолсон ба ялангуяа "электрон" гэж нэрлэгддэг маш хөнгөн цэнэгтэй бөөмсийн цахилгаан цэнэг болон массыг нарийн хэмжсэн. 1900 онд Хендрик Антон Лоренц ийм сөрөг цэнэгтэй бөөмс байдгийг баталжээ. Электрон масс ойролцоогоор 10 болж хувирав? 27 г (илүү нарийвчлалтай 0.91 10 × 27 гр), энэ нь хамгийн хөнгөн атом болох устөрөгчийн массаас бараг 2000 дахин бага юм. Электрон цэнэг нь бас төсөөлшгүй бага: ойролцоогоор 4.80325 10 × 10 электростатик нэгж. Ойролцоогоор 1903 онд Токио дахь Хантаро Нагаока "Санчир гаригийн загвар"-ыг санал болгосны дагуу төв хэсэгт байрлах цөм нь түүнийг тойрон эргэлддэг электронуудаар хүрээлэгдсэн байв. Энэ нь атомын хуваагдашгүй гэсэн уламжлалт итгэл үнэмшлийг эвдэх анхны оролдлого байсан юм.

Тэр жилүүдэд атомын онол маш энгийн байсан. Тэрээр бүх атомууд нь протон (эерэг цэнэгтэй) ба электронуудаас бүрддэг гэж нотолсон. Протонууд атомын цөмийг бүрдүүлдэг гэж үздэг. Удалгүй атомын масс бараг бүхэлдээ цөмд төвлөрч байгаа нь тодорхой болов. Цөмүүдийн хамгийн жижиг нь - устөрөгчийн атомын цөм - 1.6726 10?24 г масстай.Аливаа атомын цөмийн эргэн тойронд электронууд байдаг бөгөөд тэдгээрийн тоо нь атомын дугаартай тэнцүү байна.

Уламжлалт онолд өөр нэг цохилт нь 1896 онд Антуан Анри Беккерел (1852-1908) цацраг идэвхт бодисыг санамсаргүйгээр илрүүлсэн явдал юм. Энэ үзэгдлийг хос Пьер Кюри (1859-1906), Мария Склодовска-Кюри (1867-1934) нар судалж эхэлжээ. Атом нь төсөөлж байснаас хамаагүй илүү төвөгтэй бүтэцтэй байсан нь тодорхой болов. Цацраг идэвхт бодисын мөн чанарын талаар бид хэсэг хугацааны дараа ярих болно. Гэвч удалгүй зарим атомын цөм, ялангуяа маш хүнд атомууд нь альфа, бета бөөмс, гамма цацраг гэж нэрлэгддэг тоосонцор болон цахилгаан соронзон цацраг ялгаруулах чадвартай болох нь тодорхой болсон. Альфа бөөмс нь ионжсон гелийн атомууд, бета хэсгүүд нь электронууд, гамма цацраг нь маш өндөр давтамжийн цахилгаан соронзон цацраг юм. Альфа бөөмс ялгарах үед атом нь хөнгөн элементийн атом болж хувирдаг нь тогтоогдсон. Атомын бүтцийн талаархи анхны ажил нь атомын цөмийг бүрдүүлдэг бөөмсийг судлахын тулд цацраг идэвхт задралын бүтээгдэхүүнийг ашигласан.

1910 он гэхэд цацраг идэвхт атомын туршилт хийж байсан Эрнест Рутерфорд (1871-1937) өөрийн бүтэц дэх атом нь нарны аймгийн төв хэсэгт байрлах нарыг тойрон эргэдэг нарны аймагтай төстэй гэсэн санааг олж авчээ. Рутерфордын атомын загварт электронууд төв хэсэгт байрладаг цөмийн эргэн тойронд янз бүрийн тойрог замд хөдөлдөг байв. Рутерфорд цөмийн эзэлхүүн нь атомын эзэлхүүний "саяны нэг саяны нэг"-ээс (өөрөөр хэлбэл 10?12) хэтрэхгүй гэдэгт бүрэн итгэлтэй байсан. Жишээлбэл, алтны атомд (атомын дугаар 79) цөмийн эргэн тойронд 79 электрон хөдөлдөг. Резерфордын загварт атомын цөм нь голчлон протонуудаас бүрддэг байсан тухай бид өмнө нь дурдсан. Гэхдээ цөмийн "алдагдсан" массыг нөхөхийн тулд Рутерфорд протоноос гадна цахилгаан саармаг хэсгүүдийг агуулдаг гэж зөвлөсөн бөгөөд үүнийг нейтрон гэж нэрлэдэг. Ижил тооны протонтой боловч өөр өөр тооны нейтроны цөмийг изотоп гэж нэрлэдэг.

Рутерфорд болон бусад судлаачид атомыг судалж, түүний загварыг бүтээж байх хооронд 1900 онд Макс Планк (1858-1947) атомын физикийн дараагийн хөгжилд нөлөөлсөн маш чухал нээлт хийсэн. Планк дулааны цацраг буюу хар биеийн цацраг гэж нэрлэгддэг зүйлийг судалжээ. Жишээлбэл, улаан халуун металл гэрэл ялгаруулдаг нь мэдэгдэж байгаа бөгөөд энэ нь бидний мэдэж байгаагаар цахилгаан соронзон цацрагийн нэг төрөл юм. Гол төлөв физик санаан дээр үндэслэн Планк 1900 онд таамаглал дэвшүүлсэн (одоохондоо онолын хувьд нотлогдоогүй), үүний дагуу цацраг нь тасралтгүй, тасралтгүй "урсгал" хэлбэрээр биш, харин энерги нь бага хэмжээгээр эсвэл квантаар ялгардаг. атомаас ялгарах цацрагийн давтамж дээр . Планкийн хэлснээр цацрагийн энергийг томъёогоор тодорхойлно

Э = nhv,

Хаана n- 0, 1, 2, ...-тэй тэнцүү байж болох ялгарсан квантуудын тоо; h- тогтмол, одоо Планкийн тогтмол гэж нэрлэгддэг ( h = 6.626 10?34 J s = 6.686 10?27 erg s ~ 10?26 erg s), v- жишээлбэл, усан дээрх долгион нь усны молекулуудаас бүрддэгтэй адил квантуудаас бүрдэх цацрагийн давтамж. Цацраг, гэрэл гэж хэлье, түүнийг үүсгэгч квантуудын тоо маш их байдаг тул тасралтгүй мэт санагддаг. Тиймээс ердийн 100 ваттын цахилгаан чийдэнгийн 1-д ялгарах квантуудын тоо 10 20 орчим байна.

Металл гадаргуу дээр унах, давтамжтай гэрэл vэнерги ялгаруулдаг. Планкийн томъёоноос харахад металлын гадаргуугаас ялгарсан электрон бүрийн энерги нь үүнтэй пропорциональ байна. hv. Хожим нь цацрагийн квантуудыг фотон гэж нэрлэж эхэлсэн. Планкийн томъёо нь таамаглал, азтай таамаглал, гайхалтай физик зөн совингийн үр дүн байв. Гэсэн хэдий ч Планк өөрийн үндэслэлийг танилцуулж, ядаж тодорхой хэмжээгээр түүнд итгэх итгэлийг өгөхийн тулд маш олон тооны математик тооцоолол хийх шаардлагатай байв.

Эйнштейн фотоэлектрик эффектийн тухай (1905) бүтээлдээ бид зориудаар дэлгэрэнгүй ярихгүй, учир нь энэ нь биднийг хол авч явах тул Планкийн томъёог баталж чадсан төдийгүй түүний хэрэглээг олж чадсан юм. Металлын гадаргууг гэрэлтүүлж буй гэрэл нь электронуудыг гадагшлуулдаг. Планкийн таамаглалаас үзэхэд металлын гадаргуу дээрх цацраг туяа нь тус бүр нь энерги агуулсан квантуудаас бүрддэг. hv. Металлаас ялгарах электрон бүрийн энерги нь пропорциональ байна hv. Квантын таамаглал нь Эйнштейнд гэрэл ба металлын гадаргууг бүрдүүлдэг атомуудын харилцан үйлчлэлийг тайлбарлах боломжийг олгосон. Электрон уналт нь зөвхөн хангалттай өндөр квант энергийн үед тохиолддог, өөрөөр хэлбэл. өндөр давтамжтай, гэхдээ гэрлийн эрчмээс хамаардаггүй. Тогтсон электронуудын тооны хувьд энэ нь үнэхээр гэрлийн эрч хүчээр тодорхойлогддог. Планк, Эйнштейн нарын ажил нь цахилгаан соронзон цацраг, ялангуяа гэрэл юунаас бүрддэг вэ гэсэн асуудлыг дахин хөндсөн. Долгионоос уу эсвэл бөөмсөөс үү? Бид энэ асуудлыг дараа нь авч үзэх болно. Одоохондоо цахилгаан соронзон цацраг нь долгион болон бөөмсийн аль алиныг нь харуулдаг гэж хэлсэн зүйлээс аль хэдийн тодорхой болсон зүйлийг л тэмдэглэе.

Харин атомын бүтцийг судлахтай холбоотой ажилдаа эргэн оръё. Цөмийг тойрон эргэлдэж буй электронууд яагаад цахилгаан соронзон орны онолын дагуу гэрэл эсвэл өөр төрлийн энерги ялгаруулдаггүй, эсвэл цөмд спираль эргэлддэгийг Рутерфордын загвар тайлбарлаж чадаагүй юм. Нилс Хенрик Дэвид Бор (1885-1962) атомын бүтцийг өмнөх үеийнхээсээ илүү "харсан". Бор, Рутерфордын гаригийн загварыг анхны загвар болгон авч, зарим математикийн үндэслэлд үндэслэн, атом дахь электронууд нь гаригуудын хөдөлдөгтэй адил тодорхой тодорхойлогдсон тойрог замд ("зөвшөөрөгдсөн") хөдөлж байвал ялгардаггүй гэж таамагласан. Атомын цөмийг тойрон эргэлдэж буй электрон нь төв биеийг тойрон эргэлдэж буй аливаа биет энергитэй, тухайлбал механик энергитэй байдаг. Гэвч электрон нэг тойрог замаас нөгөө тойрог замд шилжсэн даруйдаа цацраг ялгаруулж эсвэл шингээдэг. Эрчим хүчний ялгаралт, шингээлт нь үсрэлтэнд тохиолддог. Үсрэлт бүр нь энергийн квантыг илэрхийлдэг бөгөөд түүний утга нь үржвэр юм hv. Атом цацрагийг шингээх үед электрон нь дотоод тойрог замаас цөмд ойртож, гадаад тойрог зам руу, цөмөөс илүү холддог. Урвуу шилжилтийн үед атом нь эсрэгээрээ квант буюу фотоныг ялгаруулдаг.

Борын онол нь атомуудаас ялгарах цацрагийн давтамжтай холбоотой бүх үр дүнг тайлбарлаагүй тул атомын бүтцийг тодруулах ажлыг үргэлжлүүлэв.

Өнөөг хүртэл бид квант буюу фотонуудын тухай ярьж байна. цахилгаан соронзон цацрагийн "бөөмс"-ийн тухай. 1922 онд Луис Виктор де Бройль (1892-1987) тайзан дээр гарч ирэв; тэрээр "долгионы механик" хэмээх физикийн салбарын гол санаа болсон санааг илэрхийлсэн. Гэрлийн долгионы корпускуляр шинж чанарыг (фотоны тухай) мэддэг байсан де Бройль асуултын талаар бодов: хэрвээ гэрлийн долгион нь бөөмс болон долгион шиг ажиллаж чаддаг бол бөөмсүүд яагаад адилхан ажилладаггүй юм бэ? Долгионыг ямар нэгэн бодистой холбох боломжтой юу? Материйн долгионы давтамж, хурдыг тодорхойлохыг оролдох хэрэгтэй болсон.

Хэсэгчилсэн дифференциал тэгшитгэлийн математикийн онолын аргыг ашиглан де Бройль долгионы урт ? Аливаа бөөмийн k нь Планкийн тогтмолтой тэнцүү байх ёстой h, бөөмийн массын үржвэрт хуваагдана мба түүний хурд v, өөрөөр хэлбэл

? = h/mv.

Ажил mvбөөмийн импульс гэж нэрлэгддэг ба ихэвчлэн тэмдэглэдэг х. 1 см/с хурдтай хөдөлж буй 1 г масстай бөөмсийн хувьд де Бройль долгионы урт ? = 10?26 см, өөрөөр хэлбэл. Атомын цөмөөс 10 сая дахин бага. Тиймээс бидний эргэн тойрон дахь макроскоп ертөнцийн цар хүрээгээр бүх объектууд материйн харгалзах долгионы урттай харьцуулахад асар том байдаг тул бид эдгээр долгионыг ажигладаггүй.

Эрвин Шредингер (1887-1961) бүх бичил хэсгүүд, ялангуяа электронууд долгионтой тохирдог гэсэн де Бройлийн санааг хөгжүүлж, 1926 онд гэж нэрлэгддэг хэсэгчилсэн дифференциал тэгшитгэлийг гаргаж авсан. ?- Эдгээр долгионы хэлбэрийг дүрсэлсэн функц. Шредингерийн тэгшитгэлийг шийдсэнээр бид долгионы параметрүүдийг олно. Үүний шийдлүүдийг хувийн функцууд буюу шинж чанарын функцууд гэж нэрлэдэг. Хэрэв Шредингерийн тэгшитгэлд багтсан коэффициентүүдэд тодорхой тоон утгууд өгөгдсөн бол эдгээр функцууд нь зөвхөн тодорхой тогтмолын тодорхой утгуудын хувьд ижил тэгээс ялгаатай байна. Эдгээр утгыг хувийн утга эсвэл шинж чанар гэж нэрлэдэг. Атом дахь электронуудын энергийн салангид утгууд нь Шредингерийн долгионы тэгшитгэлийн хувийн утга болж хувирдаг бөгөөд Борын онолоор өгөгдсөн утгатай нийцдэг.

Дараах бүдүүлэг зураг нь Шредингерийн дүрслэлд электрон долгион хэрхэн ажилладагийг ерөнхийд нь ойлгох боломжийг бидэнд олгоно. Зураг дээр. 38 урттай долгионы хэсгийг харуулж байна 2?. Хэрэв ийм долгионыг хийлийн чавхдас дагуу нумыг дамжуулж бий болговол энэ нь дээш доош чичирч, цул ба тасархай муруйгаар харуулсан байрлалыг эзэлнэ. Мөн урт нь үндсэн долгионы уртын зөвхөн бутархай хэсэг (жишээлбэл, хагас ба гуравны нэг) болох долгионы тодорхой дарааллыг өдөөх боломжтой. Шредингерийн үзэж байгаагаар цөмийг тойрсон аливаа электронтой харгалзах нийт долгион нь хоёр, гурав, бүр таван үндсэн долгионы уртыг давж болно. Аль ч тохиолдолд бүрэн электрон долгион нь бүхэл тооны үндсэн долгионыг агуулдаг бөгөөд сүүлчийн долгионы төгсгөл нь эхний долгионы эхлэлтэй давхцдаг (Зураг 38 дахь цэг). Бцэгтэй давхцах ёстой А)

Шредингер танилцуулсан ?- функц нь цэгээс цэг рүү, цаг хугацааны нэг мөчөөс нөгөөд өөрчлөгддөг материйн долгионы далайцыг тодорхойлдог. Эдгээр нь голчлон цөмийн ойролцоох орон зайн жижиг бүсэд төвлөрсөн долгионууд юм. Цөмөөс зай ихсэх тусам долгион нь аажмаар сулардаг боловч хэмжээсүүд нь харгалзах атомын туршилтаар тодорхойлсон хэмжээсүүдтэй давхцаж байгаа бүсэд тэдгээрийн далайц тэгээс өөр хэвээр байна. Жишээлбэл, газрын (хамгийн бага) энергийн төлөвт байгаа устөрөгчийн атомын хувьд долгионы далайц нь зөвхөн 10х8 см диаметртэй бөмбөрцөгт тэгээс мэдэгдэхүйц ялгаатай байдаг.Аливаа атомын хувьд Шредингерийн долгионы тэгшитгэлийг шийдвэрлэх. Энэ нь атомын электронуудын салангид долгионы багцыг олж авах боломжийг олгодог бөгөөд үүнтэй хамт атомын төлөв бүртэй энергийн тодорхой утгыг холбодог.

Атом дахь электроныг дүрсэлсэн Шредингерийн долгион нь нэг давтамжтай энгийн долгион биш, өөр өөр давтамжтай бүхэл бүтэн долгионоос бүрддэг гэдгийг дахин онцолж хэлье. Энэ утгаараа Шредингерийн долгион нь хөгжмийн зэмсгүүдээс үүсдэг нарийн төвөгтэй дууны долгионтой төстэй юм.

Де Бройль-Шредингерийн долгионтой холбоотойгоор тэд юунаас "бүтээсэн" вэ, өөрөөр хэлбэл юунаас бүрддэг вэ гэсэн асуулт гарч ирнэ. Үүнтэй төстэй асуулт 19-р зуунд гэрэл болон бусад төрлийн цахилгаан соронзон цацрагийг нээсэн үед физикчдийн өмнө гарч ирэв. Физикчид эхлээд цахилгаан соронзон долгионыг эфир хэмээх нууцлаг бодисын чичиргээ гэж үзэж, эфирийн үйлдлийг тайлбарлах янз бүрийн механик загваруудыг гаргаж иржээ. Гэвч цаг хугацаа өнгөрөхөд физикчид энэ төрлийн санаанууд үл нийцэж байгааг ойлгож, цахилгаан соронзон долгионыг бие даасан объект гэж үзэж эхлэв. Электрон долгионтой төстэй зүйл тохиолдсон. Эхлээд Шрөдингер эдгээр долгионууд нь электроны цэнэгийн тархалтыг бодитоор дүрсэлдэг гэж санал болгосон, өөрөөр хэлбэл. атом дахь цэнэг ба электрон нягт нь долгионы далайц тэгээс ялгаатай орон зайн бүсэд физик байдлаар тархдаг. Гэхдээ ийм зүйл ажиглагдаагүй. Харин ч электроныг нээсний дараа түүний бүх цэнэг орон зайн жижиг мужид төвлөрч, электрон нь корпускуляр шинж чанартай болох нь тодорхой болсон.

Хатуухан хэлэхэд бид электроны янз бүрийн энергийн төлөвт тохирох долгионы төрлүүдийн талаар ярихдаа бусад бөөмсийн нөлөөнд автдаггүй нэг электроныг хэлнэ. Хэрэв атомд олон электрон байгаа бол тэдгээр нь "бие даасан байдал"-аа алдаж, тэдгээрт тохирох долгионууд нь "бүх электронуудын нэг" гэсэн нийтлэг долгион болж нийлдэг.

Шредингерийн үзэж байгаагаар электронууд нь янз бүрийн нягтралтай үүлтэй адил юм. Тэд гурван хэмжээст. Электрон үүл нь цөмийн эргэн тойронд хэд хэдэн "давхарга" үүсгэдэг. Үүл бүрийн нягт нь тэгээс дээд тал руу нэмэгдэж, дахин тэг болж буурдаг. Электрон үүл нь атомаас давж гардаг боловч электрон бүрийн нягт нь Борын онолоор таамагласан цөмөөс зайд хамгийн их байдаг. Хийсвэр математикийн ойлголтын тайлбар болох электрон үүл нь гарцаагүй тодорхой бус байдаг. Нарийвчлалыг алдагдуулахгүйгээр тодорхой дүрсэл ?- Шредингерийн функц боломжгүй юм. Шредингерийн тэгшитгэлийн аналитик шийдлийг олох нь маш хэцүү ажил тул үүнийг зөвхөн зарим онцгой тохиолдолд л шийдэж болно. Гэсэн хэдий ч олж авсан шийдлүүд нь туршилтын өгөгдөлтэй маш сайн нийцэж байгаа бөгөөд бусад шийдлүүд нь ойролцоо боловч туршилтын үр дүнтэй маш сайн тохирч байна. Ялангуяа устөрөгчийн атомын хувьд Шредингерийн тэгшитгэлийг бүрэн шийдэх боломжтой байсан. Үүссэн шийдэл нь туршилтаар туршиж болох аливаа асуултанд хариулах боломжийг бидэнд олгодог.

Электронууд тодорхой нөхцөлд долгион шиг ажилладаг гэдгийг 1927 онд Клинтон Ж.Дэвиссон (1881-1958), Лестер Гермер (1896-1971) нарын алдарт туршилтаар, Жорж П.Томсон (1892-1975) нар бие даан нотолсон. Эдгээр бүх судлаачид электрон дифракцийг нээсэн (болорыг дифракцийн тор болгон ашигладаг байсан) Дифракци нь долгион нь замд тааралдсан саадыг тойрон тонгойж, түүний арын "сүүдэр" бүсэд ордогт оршино. Усан дээрх давалгаа хөлөг онгоцны их биеийг тойрох үед бид үүнтэй төстэй зүйлийг хардаг. Дэвиссон, Гермер, Томсон нарын туршилтууд зарим тохиолдолд бөөмс нь долгион шиг ажилладаг болохыг харуулсан. Физикчид эцэст нь бүх субатомын бөөмс урт нь де Бройлийн томъёогоор тодорхойлогддог өөрийн гэсэн долгионтой гэдэгт итгэлтэй болсон. Ийнхүү де Бройль, Шредингер нарын бүтээлүүд долгион-бөөмийн дуализм (долгион - бөөмс) гэсэн ойлголтыг авчирсан нь физикч, философичдын аль алинд нь ихээхэн бэрхшээл учруулсан юм.

Тодорхой нөхцөлд электронууд долгион шиг ажилладаг болохыг туршилтаар нотолсон ч бүх физикчид атомын цөмийг тойрон "түрхсэн" электронуудын санааг хүлээн зөвшөөрдөггүй. Зарим нь, ялангуяа дараахь зөрчилдөөнийг олж харсан: нэг талаас, физикийн хувьд хязгааргүй жижиг мужид электродын цэнэгийн нягтрал хязгааргүй бага байх ёстой, нөгөө талаас электроны цахилгаан цэнэг нь бүрэн тодорхой хэмжигдэхүүн юм. Бүх цахилгаан цэнэгүүд нь электрон цэнэгийн үржвэр юм. Эдгээр бодолд хөтлөгдөн, долгион-бөөмийн дуализмаас зайлсхийхийг хичээсэн Макс Борн (1882-1970) 1926 онд Шредингерийн онолыг огт өөр тайлбарыг санал болгож, түүний магадлалын тайлбарыг нэвтрүүлсэн.

Магадлалын онол нь санамсаргүй тохиолдлын ачаар, тухайлбал мөрийтэй тоглоомтой холбоотой асуудлуудтай холбоотойгоор математикт орж ирсэн. Гэхдээ 19-р зууны төгсгөлд. Максвелл, Людвиг Больцманн (1844-1906) нар судалгаандаа магадлалын үндэслэлийг ашиглан хийн хөдөлгөөнийг дүрсэлсэн хуулиуд буюу хийн кинетик онолд хүрчээ. Эйнштейний 1905 онд хэвлүүлсэн алдартай нийтлэлүүдийн нэг нь Брауны хөдөлгөөн гэж нэрлэгддэг магадлалын асуудалд зориулагдсан байв. Борн электроныг ямар нэгэн орон зайн үүлэн дотор тархсан, нягтрал нь цэгээс цэгт харилцан адилгүй байдаг гэж үзэхийн оронд нягтралыг сансар огторгуйн аль нэг цэгээс электроныг бөөмс хэлбэрээр олох магадлал гэж тайлбарлав.

Хаяглах ?- Шредингерийн дифференциал тэгшитгэлд багтсан функц, Борн хэмжигдэхүүнийг тайлбарлахыг санал болгов ? Тухайн үед бөөмс орон зайн өгөгдсөн элементэд байх магадлал гэж. Иймээс электронуудын бөөмсийн байршлыг зөвхөн их эсвэл бага магадлалтайгаар зааж болно. Жишээлбэл, хэрэв орон зайн зарим бүсэд |?| 2 = 0,8 , тэгвэл түүний доторх бөөмс (электрон) илрүүлэх магадлал 100-аас 80 байна. Born-ийн магадлалын тайлбарыг өнөөдөр ч ерөнхийд нь хүлээн зөвшөөрдөг.

Энэ арга нь өгөгдсөн эзэлхүүн дэх электроныг олох магадлалыг нарийн тооцоолох боломжийг олгодог. Энэхүү тайлбарын тусламжтайгаар электрон нь Шредингерийн долгионы механикийн нэгэн адил орон нутгийн шинж чанартай бөгөөд "түрхдэггүй". Гэсэн хэдий ч магадлалын тайлбар нь хамгийн боломжит тайлбар мөн үү, эсвэл бидний электроны талаарх бүрэн бус ойлголтоос үүдсэн үү гэдэг асуулт хэвээр байна.

Магадлалыг ашиглах нь өдрийг аврах гэсэн цөхрөлтгүй оролдлого мэт санагдаж болох ч статистикийн механикууд магадлалын аргын үнэ цэнийг баттай харуулсан. Аливаа хий нь санамсаргүй хөдөлж буй олон молекулуудын цуглуулга боловч хийн даралт болон түүний бусад шинж чанарыг хамгийн их магадлалтай утгуудад үндэслэн тооцоолж болох бөгөөд эдгээр үзүүлэлтүүд нь физик утгатай байдаг.

Эйнштейн, Планк, Шредингер нар квант механикийн магадлалын тайлбарыг эсэргүүцэж байв. Эйнштейн, ялангуяа 1955 онд өөрийн эсэргүүцлээ илэрхийлж, квант онолын ойролцоо шинж чанар, бүрэн бус байдлын талаар зөвтгөв.

Би орчин үеийн статистикийн квант онолын үндсэн санааг үгүйсгэж байна... Ийм суурь ойлголт нь бүхэл бүтэн физикийн үндэслэлийг бүрдүүлж чадна гэдэгт би итгэхгүй байна... Орчин үеийн квант онолын үндсэн статистик шинж чанар нь заавал байх ёстой гэдэгт би бат итгэдэг. Энэ онол нь зөвхөн физик системийн бүрэн бус тайлбартай ажилладагтай холбоотой юм.

((, 4-р боть, 295-р тал.))

Квантын онолын магадлалын тайлбарыг нийтээр хүлээн зөвшөөрсөн ч зарим физикчид ирээдүйн судалгаанууд нь орон зай дахь электроны байрлалыг үнэн зөв, найдвартай тодорхойлох боломжийг нээж өгнө гэж айж найдаж байв. Гэхдээ квант онолын цоо шинэ шинж чанаруудын нэг нь тодорхой бус байдлын зайлшгүй байдал юм. Бид 1927 онд Вернер Хайзенберг (1901-1976) нээсэн тодорхойгүй байдлын зарчмыг хэлж байна. Тодорхойгүй байдлын зарчим нь бөөмийн байрлал, хурд (эсвэл импульс) хоёрын аль алиных нь талаар нэгэн зэрэг нарийн мэдээлэл олж авах боломжгүй гэдгийг бүдүүлгээр илэрхийлдэг. Илүү нарийвчлалтайгаар, Гейзенберг байрлал ба импульсийг тооцоолоход тодорхойгүй байдлын үржвэр нь үүнээс багагүй байх ёстойг харуулсан. h/2? (?x ?p ? h = h/2?).Гейзенберг өөрийн боловсруулсан зарчмын зөв гэдэгт итгэлтэй байсан бөгөөд үүнийг бөөмс нь долгионы болон корпускулын шинж чанартай байдаг гэдгийг тайлбарлав. Бөөмийн байрлал, импульс хоёуланг нь хүссэн хэмжээгээр хэмжиж болно, гэхдээ нэгэн зэрэг биш, харин тусад нь - координат эсвэл импульс. Үүний зэрэгцээ, Хэйзенберг квант механик хэмжилтүүд гэх мэт нарийн хэмжилтүүдээр хэмжилт хийдэг объект болох туршилтын бөөмс нь чухал ач холбогдолтой болохыг санал болгов.

Жишээлбэл, электроны байрлал эсвэл импульсийг хэмжихдээ зөвхөн бусад электрон эсвэл фотоныг туршилтын бөөмс болгон ашиглаж болох боловч хоёулаа судалж буй бөөмсөнд хүчтэй нөлөө үзүүлдэг тул тодорхойгүй байдлын энэ эх үүсвэр гарч ирдэг. Иймээс атомын ертөнцөд бид эвдрэл үүсгэхгүйгээр үзэгдлийг ажиглаж чадахгүй. Микробөөмийн байрлал, хурдыг ямар ч нарийвчлалтайгаар нэгэн зэрэг хэмжих боломжгүй тул бид тэдний зан төлөвийг нарийн таамаглах боломжгүй юм. Мөн магадлалын таамаглалд сэтгэл хангалуун байхаас өөр аргагүй. Сонгодог физикийн ажиглалт, туршилтууд энд тус болохгүй.

Хэрэв Планкийн тогтмол хэмжээ хангалттай том байсан бол квантын тодорхойгүй байдал макроскопийн үзэгдлүүдийг хамарна. Жишээлбэл, мэргэн буудагч онилсон байг онох эсэхийг бид баттай хэлж чадахгүй, тэр ч байтугай болгоомжтой онилжээ. Гэхдээ Планкийн тогтмолын маш бага утгын улмаас квант механик ертөнц болон бидний макроскоп бодит байдлын хооронд шууд харьцах зүйл байхгүй. Тодорхой бус байдал нь долгионы механикт байдаг. Ажиглагдсан макроскопийн объектуудын хувьд тэдний байрлал, импульсийг тодорхойлох тодорхой бус байдал нь маш бага тул бараг мэдэгдэхүйц биш юм.

Квантын механик тодорхойгүй байдлын зарчим нь объектив байдлын сонгодог үзэл баримтлалыг алдагдуулдаг, i.e. ажиглалтаас үл хамааран дэлхий ертөнц маш тодорхой байдалд байгаа гэсэн санаа. Квантын механик хандлага нь бидний өдөр тутмын туршлагаас зөрчилддөг бөгөөд энэ нь объектив байдлын сонгодог үзэл баримтлалыг дэмждэг бөгөөд үүний дагуу ертөнц бид үүнийг хүлээн аваагүй ч гэсэн өөрийн замаар оршсоор байна. Өглөө сэрээд бид дэлхийг өмнөх шөнө орхисонтойгоо адилхан хардаг. Тодорхойгүй байдлын зарчмын квант механик тайлбарын хувьд энэ нь өөр дүгнэлтэд хүргэдэг: бид дэлхийг илүү ойроос (атомын түвшинд) хармагц түүний төлөв байдал нь бид үүнийг яг хэрхэн ажиглаж, юу хийж байгаагаас хамаарна. Бид ажиглалтын объект болгон сонгодог. Ажиглагчийн бий болгосон бодит байдлыг харгалзан үзэхийн тулд объектив бодит байдлын сонгодог идеалыг өөрчлөх шаардлагатай.

Дараа нь атомын бүтцийг судлахад оролцсон эрдэмтдийн хүчин чармайлт гол төлөв атомын цөмд төвлөрчээ. Цацраг идэвхт байдлын үзэгдэл нь атомын цөм нь хуваагдашгүй бөөмс биш гэж үзэх үндэслэл болсон. Цацраг идэвхт атомууд нь альфа, бета, гамма цацрагийг ялгаруулдаг. Альфа цацраг гэдэг нь эерэг цахилгаан цэнэгтэй, үнэмлэхүй утгаараа электроны цэнэгээс хоёр дахин их, устөрөгчийн атомын массаас дөрөв дахин их масстай альфа бөөмсийн урсгал юм. Бета цацраг нь бета бөөмсийн урсгал, i.e. электронууд. Эцэст нь, гамма цацраг нь "хатуу" цахилгаан соронзон цацрагаас өөр зүйл биш юм. мэдэгдэж байгаа хамгийн өндөр давтамжаар тодорхойлогддог. Бүх гурван төрлийн цацраг нь хүнд атомын цөмөөс ялгардаг.

Атомын цөмийг хуваах чадвартай "алх" -ын хувьд ихэвчлэн хурдасгуур дээр хийгдсэн атомын цөмийн бүтцийн дараагийн туршилтын судалгаанууд нь цөм нь үнэхээр цул, хуваагдашгүй формац биш, олон янзын бөөмсөөс бүрддэг болохыг харуулсан. кваркуудаас бүрдэх протон, нейтрон, пионууд. Шинэ бөөмсийг нээсэн тухай мэдээ өнөөг хүртэл ирсээр байна: туршилтын үр дүнд дүн шинжилгээ хийснээр физикчид нэг буюу өөр бөөмс байдаг гэсэн дүгнэлтэд хүрч байна. Атомын цөмийг бүрдүүлдэг олон тооны бөөмс нь ямар нэгэн байдлаар хоорондоо холбоотой байдаг ч бидний зорилгын үүднээс тэдгээр нь оршин байх нь хангалттай юм.

Хэдийгээр атомын цөм нь янз бүрийн бөөмсөөс бүрддэг ч аливаа бодисын үндсэн “барилгын материал” нь протон ба нейтрон юм. Бидний биеийн 99.99 хувь нь тэдгээрээс бүрддэг. Устөрөгчөөс хүнд бүх элементийн цөмд протоноос гадна нейтрон агуулагддаг.

Электрон гэх мэт атомын цөмийн зарим бүтцийн нэгжүүд долгионы шинж чанартай байдаг. Ялангуяа энэ нь устөрөгч ба гелийн атомын цөмд хамаарна. Үүний зэрэгцээ мөргөлдөөний үед цөмүүд нь бөөмс шиг ажилладаг.

Атомын цөмд багтдаг болон бие даан оршдог олон тоосонцор өөр нэг гайхалтай шинж чанартай байдаг: тэдгээр нь хувиргах чадвартай байдаг. Жишээлбэл, протон нь электронтой ижил масстай боловч электроны цэнэгтэй үнэмлэхүй утгаараа эерэг цэнэгтэй нейтрино болон позитрон ялгаруулж нейтрон болж хувирдаг. (Позитрон оршин тогтнохыг 1932 онд Пол А.М. Дирак (1902-1984) урьдчилан таамаглаж, цэвэр онолын үүднээс авч үзсэн.) Урвуу хувиргалт бас боломжтой: электрон ба нейтрино ялгаруулж буй нейтрон нь протон болж хувирдаг.

Цахилгаан соронзон орны квант буюу фотон нь хангалттай энергитэй бол атомын цөмийн цахилгаан оронтой харилцан үйлчилж, электрон-позитрон хос үүсгэж чаддаг. Мөн урвуу үйл явц байдаг бөгөөд мөргөлдөх үед электрон ба позитрон алга болж (мөхөж) хоёр фотон үүсгэдэг.

Тиймээс бид янз бүрийн хувиргалт хийх чадвар нь тогтворгүй, лабораторид олж авсан эсвэл сансрын цацрагт үүсдэг энгийн бөөмсийн гол шинж чанар гэж хэлж болно. Одоогийн мэдэгдэж байгаагаар протон ба электронууд нь тогтвортой бөөмсүүдэд хамаардаг, өөрөөр хэлбэл. бусад энгийн тоосонцор болж задарч болохгүй. Үнэн, Гранд нэгдэл гэж нэрлэгддэг орчин үеийн таамаглалын загварууд нь протон задралд ордог гэж үздэг боловч 10-30 жилд нэгээс илүү удаа байдаггүй бололтой.

Бичил ертөнцийн дүр төрх нь эсрэг бөөмс байдаг тул улам төвөгтэй байдаг. Энэ бол масс болон бусад олон тооны физик шинж чанарууд нь "ихэрүүд"-ийнхтэй ижил төстэй элементийн бөөмсийн бүлэг бөгөөд үүний зэрэгцээ тэдгээрийн зарим шинж чанар (жишээлбэл, цахилгаан цэнэг) нь эсрэг тэмдгээр илэрдэг. Өмнө дурьдсанчлан электрон ба позитрон мөргөлдөхөд хоёр ба түүнээс дээш фотон үүсдэг. Протон ба антипротоны мөргөлдөөн нь мезон үүсгэдэг. Матери нь бөөмсөөс бүтээгддэг шиг, эсрэг бодисууд нь эсрэг бөөмсөөс үүсдэг.

Өнөөг хүртэл бид бөөмсийн хооронд үйлчилж буй хүчний талаар нэг ч үг хэлээгүй байна. Протоныг цөмд юу хадгалдаг вэ? Эцсийн эцэст тэд ижил (эерэг) цэнэгтэй тул электростатик түлхэлтийг мэдрэх ёстой. Бидэнд аль хэдийн мэдэгдэж байсан таталцлын болон цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлээс гадна физикчид сул, хүчтэй харилцан үйлчлэл байдаг гэж үздэг; Сүүлийнх нь цөм дэх протон ба нейтроныг агуулдаг. 70-аад онд боловсруулсан цахилгаан сул харилцан үйлчлэлийн онол нь цахилгаан соронзон ба сул харилцан үйлчлэлийн нэгдмэл шинж чанарыг харуулж байна (энэ нь туршилтын найдвартай баталгааг хүлээн авсан). Эрдэмтэд хүчтэй, сул, цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийг нэгтгэдэг Их нэгдлийн онол гэгчийг бүтээхээр судалгаа хийж байна.

Микроскоп ертөнцийн уялдаа холбоотой дүр зургийг бүтээх олон оролдлогын дараа бид юунд хүрсэн бэ? Квант механикийн үзэл баримтлал, дүгнэлтүүд нь бүх уламжлалт суурийг нураадаг. Тэд бидний "эрүүл ухаан"-ыг шийдвэрлэх боломжгүй асуудлуудтай тулгаж, үгүйсгэж, ядаж эсэргүүцдэг. Бид анхны сэтгэгдлээ ямар нэгэн байдлаар "тодорхойлох" оролдлого хийхээсээ өмнө квант онолын авч үздэг бодит байдлыг маш нухацтай авч үзэх ёстойг анхаарна уу. Атомын бүтцийн онол нь бүхэлдээ молекулын бүтэц, тэр байтугай химийн процессын талаар олон зүйлийг тайлбарлах боломжийг олгодог гэдгийг бид мэднэ. Гэсэн хэдий ч илүү бодитой, харааны бодит байдал байдаг: үйл ажиллагааны зарчим нь атомын цөмийн хуваагдалд суурилсан атомын бөмбөг, термоядролын нэгдэл дээр суурилсан устөрөгчийн бөмбөг.

Ураны атом нейтронтой мөргөлдөхөд ураны атомын хуваагдал үүсч, түүний массын нэг хэсэг нь асар их хэмжээний энерги болж хувирдаг. Тодорхой нөхцөлд хуваагдах процесс нь гинжин урвал хэлбэрээр явагддаг. Атомын бөмбөг, цөмийн реакторын ажиллагаа энэ зарчим дээр суурилдаг. Ийм бодит байдлыг бид аль хэдийн ажигласан.

Термоядролын нэгдлийн үед эсрэг үйл явц тохиолддог бөгөөд үүнийг хянахын тулд сурах шаардлагатай хэвээр байна. Хэрэв энгийн устөрөгчийн атомын дөрвөн цөм нь нэг гелийн атомд нийлвэл масс нь устөрөгчийн массаас дөрөв дахин бага (устөрөгчийн 3.97 атомын масстай тэнцэнэ) гэрэл, дулаан хэлбэрээр асар их энерги ялгардаг. . Устөрөгчийг гелий болгон хувиргах термоядролын нэгдлийн үйл явц наран дээр тасралтгүй явагддаг; энэ нь нарны эрчим хүчний эх үүсвэр юм. Газар дээрх нөхцөлд термоядролын нэгдэл нь устөрөгчийн изотопуудыг ашигладаг - дейтерий ба тритий бөгөөд тэдгээрийн атомын масс нь энгийн "хөнгөн" устөрөгчийн массаас хоёр ба гурав дахин их байдаг. Хүнд устөрөгчийн термоядролын хайлалтыг явуулахад гайхалтай өндөр температур шаардагдана.

Сонирхолтой нь тэртээ 1920 онд Оливер Лодж “Нүүрсийг атомын энерги орлох цаг ирнэ... Хүн төрөлхтөн энэ энергийг оюун ухаанаасаа эрт ашиглаж эхлэх байх гэж найдаж байна. үүнийг зөв ашиглах." Гэхдээ Рутерфорд 1933 онд атомын энергийг ашиглах санааг утгагүй гэж үзжээ.

Бичил ертөнц дэх үйл явцын талаар зайлшгүй тоймлон үзэхдээ бид бөөмс хэлбэрийн бодисыг цацраг (долгион) болон эсрэгээр нь хувиргах боломжтой бөгөөд үүний зэрэгцээ тэдгээрийн квант механик тодорхойлолт нь бодит байдлаас үүдэлтэй болохыг тэмдэглэв. Тодорхой нөхцөлд бөөмс хэлбэртэй бодис нь долгионы шинж чанартай, цацраг нь бөөмстэй төстэй шинж чанартай байдаг. Харин "жинхэнэ" биет бодит байдал гэж юу вэ?

Тиймээс фотон нь уламжлалт утгаараа долгион биш юм. Энэ бол долгион ба бөөмс гэсэн хоёрдмол шинж чанартай нэг формац юм. Үүний нэгэн адил электрон нь уламжлалт утгаараа бөөмс биш, долгион-бөөмс юм. Фотон эсвэл электрон яг яаж ажиллах нь долгион эсвэл бөөмсийн хувьд бид тэдгээр дээр ямар туршилт хийхээс л шалтгаална. Электрон ч, фотон ч яг долгион шиг эсвэл бөөмс шиг ажилладаггүй. Хэрэв бид гэрлийн дифракцийн туршилт хийвэл фотон долгион шиг ажилладаг. Гэхдээ хэрэв бид ижил гэрлээр фотоэлектрик эффектийг судалбал фотон нь бөөмс шиг ажилладаг. Вакуум хоолой эсвэл телевизийн зургийн хоолойд электронууд бөөмс шиг ажилладаг. Гэхдээ бид электрон туяаг болороор дамжуулмагц бид гэрлийн долгионтой адил интерференцийн эффектийг олж авдаг. Гейзенберг "Физик ба Философи" номондоо: "Бид байгалийг өөрөө биш, харин байгалийг асуулт тавих чадвараа илчлэх байдлаар нь ажигладаг."

Энэ тохиолдолд бөөмийн долгион ба долгионы бөөмсийн хооронд мэдэгдэхүйц ялгаа бий юу? Ийм ялгаа байдаг бөгөөд тэдгээр нь нэлээд олон байдаг. Хамгийн гол ялгаа нь гэрлийн хурдтай холбоотой юм. Долгион бөөмс гэрлийн хурдад хэзээ ч хүрч чаддаггүй (эсвэл түүний масс нь хязгааргүй болох байсан) харин бөөмс долгион нь гэрлийн долгионы хувьд яг гэрлийн хурдтай тэнцүү хурдтай байдаг. Бөөмийн долгионы фотон нь тэгээс өөр тайван масстай байж болохгүй (өөрөөр хэлбэл фотон хөдлөхгүй бол масстай байх болно), учир нь гэрлийн хурдаар хөдөлж байвал фотоны масс хязгааргүй байх болно. Долгион бөөмийн хувьд түүний тайван масс нь тэг биш юм. Бусад ялгааг дурдаж болно.

Гэсэн хэдий ч энэ тохиолдолд сансар судлалтай симбиоз дахь энгийн бөөмсийн физикийн орчин үеийн хөгжил нь биднийг ойртуулж буй гол дүгнэлтийг онцлон тэмдэглэх нь чухал бөгөөд тухайлбал, бидний ажиглаж буй орчлон ертөнцийн бүх бодис тогтворгүй байдаг. Атомын цөм нь лептон болж хувирдаг, жишээлбэл электрон, позитрон, цахилгаан соронзон цацрагийн квант (фотон) гэх мэт. Хариуд нь энгийн бөөмс алга болж, бие биенээ болж хувирдаг. Үүн дээр бид тэлж буй орчлонд амьдарч байгаагаа нэмж хэлэх ёстой. Асуулт аяндаа гарч ирнэ: янз бүрийн өөрчлөлтүүдийн энэ өөрчлөгдөж буй дүр зурагт мөнхийн, өөрчлөгдөөгүй, тогтвортой зүйл бий юу? Энэ талаар янз бүрийн санал бодол байдаг.

Ямар ч байсан бодис гэдэг уламжлалт ойлголтоороо үл эвдэгдэх, хуваагдах, бие махбодь, хатуу, уртасгах нь бидний гараас алга болж, байхгүй болсон. Бидэнд зөвхөн тодорхой хэмжээний масс, энерги бий. Тэдний нийт нийлбэр хадгалагдан үлдсэн боловч түүний аль нэг нөхцөл нь өөр болж хувирч болно. Жишээлбэл, бөөмсийн зарим харилцан үйлчлэлийн үед (тэдгээрийн хурдасгуур дахь мөргөлдөөн гэх мэт) шинэ бөөмсүүд үүсдэг, гэхдээ тэдгээртэй хамт анхнаасаа цацрагт байсан бөөмсүүд байдаг. Энэ яаж боломжтой вэ? Хурдасгуур дахь бөөмсөнд өгсөн энерги нь масс болж хувирдаг. Таны мэдэж байгаагаар энерги ба масс нь Эйнштейний томъёогоор хамааралтай байдаг E = mc 2.Эрчим хүч хаана байна тэнд масс бас бий. Энерги ба масс нь бодит байдлын бие биенээ илэрхийлдэг бөгөөд үүнийг нүдээр тайлбарлах боломжгүй юм. Ньютоны физикийн хүрээнд утга учиртай асуулт болгонд атомын үзэгдлийн талбарт үндэслэлтэй хариулт байдаггүйтэй адил макроскопийн тодорхойлолт бүр бичил харуурын үзэгдэлд хамаарахгүй.

Гэхдээ бүх бодис нь квант ба бөөмсөөс бүрддэг тул бид яагаад тэдгээрийг өдөр тутмын амьдралдаа анзаардаггүй юм бэ? Ямар ч атомын доорх тоосонцортой харьцуулахад өчүүхэн тоос ч гэсэн уул болно гэсэн энгийн шалтгаанаар. Хэрэв ийм бөөмс маш бага хурдтай ч хөдөлж байсан бол (тэр үед хэзээ ч хөдөлдөггүй) де Бройлийн долгионы урт нь хөдөлгөөний квантчлалын үр нөлөөг анзаарахад хэтэрхий бага байх болно. Бид атомын үзэгдлийн ертөнцөөс хальж, ердийн макроскоп үзэгдлийн ертөнцөд ойртох үед квант ойлголтууд сонгодог ойлголт болж хувирдаг гэж батлах бүрэн үндэслэл бий. Сүүлийнх нь завсрын масштаб буюу мезошкалийн ертөнцөд ажилладаг боловч атомын болон сансар огторгуйн ертөнцөд хамаарахгүй.

Квантын онол нь туршилтын үр дүнг маш нарийвчлалтайгаар урьдчилан таамагладаг. Гэхдээ түүний хүрээнд физик үйл явцын талаар хангалттай ойлголт хараахан хүрээгүй байна. Жишээлбэл, квант онол долгионы функцийг ашиглан электроныг математикийн аргаар дүрсэлдэг. Электрон орон зайд "тархагдсан". Түүний долгионы функц нь сансар огторгуйн аль ч цэг дээр электрон илрүүлэх магадлалыг тодорхойлдог. Гэхдээ илэрсэний дараа электрон "түрхэхээ" больсон: түүний байрлал тодорхой болно. Ийм зургийг зөв гэж үзэж болох уу? Квантын онол нь багажны зүүний байрлалыг зөв таамаглаж байгаа боловч үндсэн физик үзэгдлүүд тодорхойгүй хэвээр байна. Математикийн дүрмүүд ажилладаг боловч квант ертөнцийг оновчтой тайлбарлах нь харамсалтай нь байхгүй байна. Бодит байдлыг дүрслэхийн тулд долгион, бөөмс хоёулаа хэрэгтэй бололтой.

Орчлон ертөнцийн дараалал нь бидний оюун санааны дараалал байж болно. Бид бодит байдлыг ажиглагчид төдийгүй түүний идэвхтэй оролцогчид юм. Байгаль бол бидний бие даасан ажиглагчаар уншиж болох нээлттэй ном биш юм. Физик тайлбарт тавих ердийн шаардлагыг ийнхүү няцаасан нь олон физикч, гүн ухаанчдыг атомын үзэгдлийн талаар хангалттай тайлбар хийсэн гэдэгт эргэлзэхэд хүргэсэн. Ялангуяа магадлалын тодорхойлолтыг тэдний бодлоор түр зуурын арга хэмжээ гэж үзэх ёстой бөгөөд үүнийг детерминист тодорхойлолтоор солино.

Гэхдээ квант онол харьцангуй саяхан үүссэн гэдгийг мартаж болохгүй. Тавин жилийн дараа корпускул болон бөөмс долгионы онолын болхи эрлийз нь энгийн бөгөөд ойлгомжтой онол болж хувирах бүрэн боломжтой юм. Төрөл бүрийн тоосонцоруудын талаар бидний мэддэг зүйлсийн ихэнх нь янз бүрийн бичлэгийн төхөөрөмжид үлдээсэн "цэгтэй ул мөр"-өөс гардаг. Бөөмүүд хурдасгуур дахь байг бөмбөгдөх үед ийм ул мөр гарч ирдэг. Нөгөөтэйгүүр, хурдасгуурт бөмбөгдөж буй бөөмсүүд асар их энерги олж авдаг бөгөөд энэ энерги нь масс болж хувирдаг гэж дүгнэж болно. Ийм байдлаар төрсөн массыг жинхэнэ бодит байдал гэж үзэж болох уу эсвэл энэ нь бидний найдваргүй, өнгөцхөн мэдрэхүйн ойлголтоос үүссэн хуурмаг мэдрэмж үү? Нарийвчилсан мэдээлэлгүйгээр массыг статистик нөлөө гэж үзэх нь гарцаагүй.

Бидний харж байгаагаар атомын бүтцийг ойлгох нь физикийн хувьд хамгийн чухал ач холбогдолтой боловч хими, биологийн судалгаанд үнэхээр үнэлж баршгүй ач тусыг авчирдаг. Магадгүй биохими нь амьдрал, удамшлын нууцыг нээж, улмаар хүний ​​эрүүл мэндийг сайжруулж, насыг нь уртасгах боломжтой байх. Гэсэн хэдий ч атомын мөн чанарыг судлах нь маш үр дүнтэй байсан гэж хэлэхэд буруудахгүй.

Бидний хувьд хамгийн чухал зүйл бол атомын бүтцийн загвар нь физик биш гэдгийг ойлгох явдал байв. Тэд эхнээс нь дуустал математик юм. Математик нь эмх замбараагүй байдал үүссэн газрыг олж илрүүлж, дэг журам тогтоох боломжийг бидэнд олгодог. Дирак, Гейзенберг нарын хэлснээр байгалийн математикийн тууштай дүрслэл нь физикийн үнэнд хүрэх зам юм. Харааны дүрслэл эсвэл физик тайлбарын хэрэгцээ нь сонгодог физикийн дурсгалаас өөр зүйл биш юм.

WikiHow нь вики шиг ажилладаг бөгөөд энэ нь манай олон нийтлэлийг олон зохиогч бичсэн гэсэн үг юм. Энэхүү нийтлэлийг засварлах, сайжруулах зорилгоор нэрээ нууцалсан 11 хүн бэлтгэсэн.

Квантын физик (мөн квант онол эсвэл квант механик гэгддэг) нь маш бага температурт энгийн бөөмс, фотон болон зарим материалын түвшинд бодис, энергийн зан төлөв, харилцан үйлчлэлийн тодорхойлолтыг авч үздэг физикийн тусдаа салбар юм. Квант талбар нь Планкийн тогтмол гэгдэх жижиг физик тогтмолын хэмжээтэй бөөмийн "үйлдэл" (эсвэл зарим тохиолдолд өнцгийн импульс) гэж тодорхойлогддог.

Алхам

Планкийн тогтмол

Планкийн тогтмолын физик ойлголтыг сурч эхэл.Квант механикийн хувьд Планкийн тогтмол нь үйл ажиллагааны квант бөгөөд үүнийг гэж тэмдэглэнэ h. Үүний нэгэн адил харилцан үйлчлэлцдэг энгийн бөөмсийн хувьд квант өнцгийн импульс- энэ нь багассан Планкийн тогтмол (Планкийн тогтмолыг 2 π-д хуваасан) гэж тэмдэглэсэн байна. ħ мөн "h with bar" гэж нэрлэдэг. Планкийн тогтмолын утга нь маш бага бөгөөд энэ нь импульсийн моментууд болон илүү ерөнхий математик ойлголттой үйлдлийн тэмдэглэгээг нэгтгэдэг. Нэр квант механикөнцгийн импульстэй төстэй зарим физик хэмжигдэхүүнүүд зөвхөн өөрчлөгдөх боломжтой гэсэн үг юм салангид, тасралтгүй биш ( см.аналог) арга.

• Жишээлбэл, атом эсвэл молекулд холбогдсон электроны өнцгийн импульс нь квантлагдсан бөгөөд зөвхөн буурсан Планк тогтмолын үржвэрийн утгыг авч болно. Энэхүү квантчлал нь электроны орбиталыг бүхэл тооны анхдагч квант тоогоор нэмэгдүүлнэ. Үүний эсрэгээр, ойролцоох холбоогүй электронуудын өнцгийн импульс нь квантлагдаагүй байна. Планкийн тогтмолыг гэрлийн квант онолд мөн ашигладаг бөгөөд гэрлийн квант нь фотон бөгөөд атомуудын хооронд электрон шилжих буюу холбогдсон электроны "квант үсрэлт"-ээр бодис нь энергитэй харилцан үйлчилдэг.
• Планкийн тогтмолын нэгжийг мөн энергийн моментийн цаг гэж үзэж болно. Жишээлбэл, бөөмийн физикийн сэдвээр виртуал бөөмсийг маш жижиг талбайд вакуумаас аяндаа үүсдэг бөөмсийн масс гэж төлөөлдөг бөгөөд тэдгээрийн харилцан үйлчлэлд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Эдгээр виртуал бөөмсүүдийн амьдралын хязгаар нь бөөм бүрийн энерги (масс) юм. Квантын механик нь том сэдэвтэй боловч түүний математик хэсэг бүр Планкийн тогтмолыг агуулдаг.

1. Хүнд хэсгүүдийн талаар олж мэдээрэй.Хүнд бөөмс нь сонгодог болон квант энергийн шилжилтийг хийдэг. Зарим квант шинж чанартай чөлөөт электрон (спин гэх мэт) холбоогүй электроны хувьд атом руу ойртож, удааширч байсан ч (магадгүй фотон ялгаруулдагтай холбоотой) энерги нь доогуур буурах тусам сонгодог байдлаас квант төлөвт шилждэг. иончлолын энерги. Электрон нь атомтай холбогддог бөгөөд атомын цөмтэй харьцуулахад түүний өнцгийн импульс нь түүний эзлэх тойрог замын квант утгаараа хязгаарлагддаг. Энэ шилжилт нь гэнэтийн юм. Үүнийг тогтворгүй байдлаас тогтвортой байдалд шилжүүлдэг механик системтэй, эсвэл зан төлөв нь энгийн байдлаас эмх замбараагүй болж өөрчлөгддөг механик системтэй, эсвэл бүр удаашруулж, хөөрөх хурдаас доош явдаг пуужинтай харьцуулж болно. ямар нэг од эсвэл өөр огторгуйн биетийг тойрон эргэдэг. Үүний эсрэгээр, фотонууд (жингүй байдаг) ийм шилжилтийг хийдэггүй: тэд бусад бөөмстэй харилцан үйлчилж, алга болох хүртэл огторгуйг өөрчлөгдөөгүй л өнгөрдөг. Хэрэв та шөнийн тэнгэр рүү харвал зарим оддын фотонууд олон гэрлийн жилийн турш өөрчлөгдөөгүй аялж, дараа нь нүдний торлог бүрхэвчийн молекул дахь электронтой харилцан үйлчилж, энергийг нь ялгаруулж, дараа нь алга болдог.

E. h.m нь үечилсэн элементүүдийн тооноос давсан. Менделеевийн систем. E.ch.m нь үндсэндээ квант механик юм. объектууд (Бичил хэсгүүдийг үзнэ үү), тэдгээрийн хөдөлгөөн (энэ нь гэрлийн хурдтай ойролцоо хурдтай ихэвчлэн тохиолддог) зөвхөн харьцангуй шинж чанартай байж болно, өөрөөр хэлбэл. харьцангуйн онолын шаардлагыг хангасан онол. 30-50-аад онд. Цахим квант механикийн ерөнхий онол нь квант механик, харьцангуйн онол - харьцангуйн онол байх болно гэж үздэг байв. Гэсэн хэдий ч энэ чиглэлд хэд хэдэн оролдлого хийснээр даван туулах боломжгүй бэрхшээлтэй тулгарсан. Тиймээс физикийн шинжлэх ухаанд анхан шатны квант механикийн ерөнхий онолыг бий болгохын тулд квант онол, харьцангуйн онолын зарчмуудыг зөвхөн ертөнцийн онцлог шинж чанартай шинэ үзэл баримтлал, хуулиудаар баяжуулах шаардлагатай гэж үзсэн. анхан шатны квант механик.

Үүнтэй холбогдуулан үүссэн философиуудаас. Хамгийн том асуудал бол маш богино зайн орон зайн цаг хугацааны шинж чанартай холбоотой байв. Олон тооны шууд оролддог орон зайн квантчлал, логик нийцтэй E. h.m.m. түвшний харилцаа. Туршилтын явцад тэд харьцангуйн онолын шаардлага болон маш өндөр энергитэй цахилгаан химийн бөөмсийг тараах туршилтын өгөгдөлтэй нийцэхгүй байгааг олж мэдсэн. Линденбаум нар 1966 онд 10-17 см-ийн зайд бичил ертөнц тасралтгүй, салангид бус бүтэцтэй болохыг баталсан. Одоогийн байдлаар салангид орон зай-цаг хугацааны янз бүрийн загваруудыг авч үзэж байна. цаг хугацаа нь бодит физикийн асуудлыг судлах нэг чиглэл юм. маш бага зай, хугацааны бүтэц. Математикийг анхан шатны математикийн физикт ашиглах нь Евдокс-Архимедийн аксиом дээр суурилсаар байгаа бөгөөд үүний дагуу дур зоргоороо сонгосон хоёр сегментийн жижиг хэсгийг үргэлж олон удаа хойшлуулж болох бөгөөд үүний дараа сүүлийнх нь үргэлжлэх болно. уртаараа давсан. Сансар огторгуйн топологийг тодорхойлдог энэ нь E. h.m.-ийн ертөнцөд эргэлзээ төрүүлж байна, ялангуяа тэдгээрийг бие биедээ янз бүрийн виртуал хувиргах боломжтой холбоотой. гэж нэрлэгдэх хүрээнд Математикийн анхан шатны онолын ерөнхий онолыг бий болгоход хийсвэр талбайн онолын хэрэглээг судалж байна. хамгийн ерөнхий топологийн орон зай. байгаль, үүнд орно. ба хэмжүүрийн бус (жишээ нь объектуудын бие биенээсээ "зай" -ын тодорхой хэмжүүрийг нэвтрүүлэх боломжгүй - тэдгээрийн хоорондох "зай" -ын аналог).

Доктор. Философич асуудлууд нь туршлага (жишээлбэл, тодорхой бүх нийтийн, өөрөө ажилладаг шугаман бус Гейзенбергийн спинор) болон таамаглалын объектуудтай холбоотой E. ch.-ийн онолын үндэс болгон ашиглаж болох энгийн объектыг тодорхойлохтой холбоотой асуудлууд юм. байгаль (Гелл-Манн, Цвейг нарын кваркууд эсвэл Чеу, Фраутски ба тэдгээрийн дагалдагчдын регельионууд). Эдгээр оролдлогуудын ихэнх нь тодорхой философитой шууд холбоотой байдаг. санаанууд. Тиймээс Саката өөрийн онолыг диалектикийн санаан дээр үндэслэн авч үздэг. Гейзенберг геометрийн төгс биетүүдийн тухай Платоны сургаалаас материализм, Гелл-Ман өөрийн “найман дахин тэгш хэм”-ийг Буддагийн үнэнийг ойлгох найман арга зам, атомизмын шинэ хэлбэр болох Chew-ийн эрэл хайгуултай холбосон. Эсрэгээрээ атомизмын үзэл санааг хуучирсан гэж үзэж, Лейбницийн дэлхийн хамгийн шилдэг санаа, "ардчилал" гэсэн санааг удирдан чиглүүлэхийг санал болгож байна - бүх мэдэгдэж буй Э.х.м.

Өнөөг хүртэл санал болгож буй Е.Ч.М-ийн ерөнхий онолын бүх хувилбарууд нь гүнзгий диалектикийн тодорхой аргуудыг төлөөлдөг. Шинжлэх ухааны объект болох Е.Ч.М-ийн шинж чанаруудын нийцэхгүй байдал. судалгаа: нэг талаас, энэ төрлийн E. h.m.-ийн масс, цэнэг, эргэлт болон бусад шинж чанаруудын гайхалтай тогтмол байдал нь мэдээжийн хэрэг; нөгөө талаас, Э.Ч.М.-ийн харилцан хөрвөх чадвар нь үндсэндээ тэдний оршин тогтнох нэг хэлбэр юм - виртуал процессууд байдгийн ачаар мэдэгдэж буй Э.Ч.М. бүр бараг ямар ч (нэмэх нэмэлт) болж хувирч чаддаг. корпускулууд - цахилгаан, барион ба лептоны цэнэгийг хадгалах).

Хэд хэдэн философи E.ch.m.-ийн физикийн асуудлууд нь шинэ үзэл баримтлалыг бий болгоход хамаатай бөгөөд түүний тусламжтайгаар E.ch.m.-ийн шинэ хөдөлгөөнийг чанарын хувьд өвөрмөц объект болгон томъёолох боломжтой болно. Сүүлийн жилүүдэд анхан шатны квант механикийн тэгш хэмийн шинэ шинж чанарыг нээсэнтэй холбогдуулан квант онолын хууль ба харьцангуйн онолын хуулиуд хоёулаа ирээдүйн ерөнхий хуулиудын тодорхой хязгаарлагдмал тохиолдол гэсэн итгэл үнэмшил бий болсон. анхан шатны квант механикийн онол (жишээлбэл, хангалттай бага энергийн хязгаарт - нэг корпускул тутамд нэг сая электрон вольт хүртэл - мөн өчүүхэн, метрик топологитой объектоор хязгаарлагдах үед). Өөрөөр хэлбэл, Э.Ч.М-ийн онолыг бүтээхэд зарчмын нийцлийн байр сууринаас хандаж байна. Э.хм-ийн харилцан үйлчлэлийн тэгш хэмийн эрчимтэй судлагдсан шинж чанаруудад ихээхэн найдвар тавьж байгаа нь зөвхөн энэ үүднээс л харагдаж байна. Э.Ч.М.-ийн нэгдсэн онол нь Э.Ч.М.-ийн энэхүү тодорхой багц оршин тогтнох баримт, тэдгээрийн хооронд яг ийм төрлийн харилцан үйлчлэл байгаа эсэх, мөн бүрэн нууцлаг байдлын аль алиныг тайлбарлах боломжтой болно. өнөө үе. цаг хугацаа, гэхдээ эмпирик байдлаар харилцан үйлчлэлийн хүч нь түүний тэгш хэмийн зэргээс хамаардаг (харилцааны тэгш хэмийн зэрэг буурах тусам энэ хүч буурдаг).

Лит.:Марков М. А., Орчин үеийн тухай. атомизмын хэлбэр (Эгэл бөөмсийн тухай ойлголт дээр), "VF", 1960; № 3, 4; Mapshak R. and Sudershan E., Introduction to Physics E. ch., trans. Англи хэлнээс, М., 1962; Философи физикийн асуудлууд E. Ч., М., 1863; Heisenberg V., Физик ба, транс. Германаас, М., 1963; Материйн мөн чанар, "Физикийн шинжлэх ухааны дэвшил", 1965; 86-р боть, дугаар. 4; Chew J., Шинжээч. S-матрицын онол, хөрвүүлэлт. Англи хэлнээс, М., 1968.

И.Акчурин. Москва.

Философийн нэвтэрхий толь бичиг. 5 боть - М.: Зөвлөлтийн нэвтэрхий толь бичиг. Ф.В.Константинов найруулсан. 1960-1970 .

Бусад толь бичгүүдээс "МАСИЙН ЭЛЕМЕНТАР БӨӨМС" гэж юу байдгийг харна уу.

Оршил. Энэ нэр томъёоны яг утгаараа E. бөөмс нь анхдагч, цаашид задрах боломжгүй бөөмс бөгөөд эдгээрээс бүх бодис бүрддэг. Орчин үед физикийн нэр томъёо "E. h." ихэвчлэн яг тодорхой утгаар нь биш, харин нэрний хувьд бага зэрэг хэрэглэдэг. Физик нэвтэрхий толь бичиг

Том нэвтэрхий толь бичиг

Элементар бөөмс нь физик бодисын хамгийн жижиг хэсгүүд юм. Энгийн бөөмсийн талаархи санаанууд нь орчин үеийн шинжлэх ухааны олж авсан материйн бүтцийн талаархи мэдлэгийн үе шатыг тусгадаг. Эсрэг бөөмстэй хамт 300 орчим анхан шатны...... ... Цөмийн энергийн нэр томъёо

энгийн бөөмс- Физик бодисын хамгийн жижиг хэсгүүд. Энгийн бөөмсийн талаархи санаанууд нь орчин үеийн шинжлэх ухааны олж авсан материйн бүтцийн талаархи мэдлэгийн үе шатыг тусгадаг. Эсрэг бөөмстэй зэрэгцэн 300 орчим энгийн бөөмсийг илрүүлсэн. Хугацаа...... Техникийн орчуулагчийн гарын авлага

Орчин үеийн нэвтэрхий толь бичиг

Элементар бөөмс- ELEMENTARY БӨӨМӨМӨӨ, материйн бүтцийн дараагийн (цөмийн дараа) түвшин дэх бодисын хамгийн жижиг хэсгүүдийн ерөнхий нэр (дэд цөмийн бөөмс). Элементар бөөмсүүдэд протон (p), нейтрон (n), электрон (e), фотон (g), нейтрино (n) гэх мэт ба тэдгээрийн... ... Зурагт нэвтэрхий толь бичиг

Оршил. Энэ нэр томъёоны яг утгаараа E. бөөмс нь анхдагч, цаашид задрах боломжгүй тоосонцор бөгөөд таамаглалаар бүх бодисоос бүрддэг. Үзэл баримтлалд "Э. h." Орчин үеийн физикт анхдагч биетүүдийн тухай санаа илэрхийлэлээ олдог ... ... Зөвлөлтийн агуу нэвтэрхий толь бичиг

Физик бодисын мэдэгдэж буй хамгийн жижиг хэсгүүд. Энгийн бөөмсийн талаархи санаанууд нь орчин үеийн шинжлэх ухааны олж авсан материйн бүтцийн талаархи мэдлэгийн түвшинг илэрхийлдэг. Энгийн тоосонцоруудын нэг онцлог шинж чанар нь харилцан үйлчлэх чадвар юм. ... нэвтэрхий толь бичиг

Нарийн утгаараа бусад бөөмсөөс бүрдсэн гэж үзэх боломжгүй бөөмс. Орчин үед Физикийн хувьд E. Ch. гэсэн нэр томъёог илүү өргөн утгаар ашигладаг: гэж нэрлэгддэг. атомын цөм ба атом биш байх нөхцөлийг харгалзан материйн хамгийн жижиг хэсгүүд ... ... Химийн нэвтэрхий толь бичиг

Физикийн хамгийн жижиг хэсгүүд асуудал. E. h-ийн талаархи санаанууд нь орчин үед материйн бүтцийн талаархи мэдлэгийн түвшинг тусгасан болно. шинжлэх ухаан. E. h.-ийн онцлог шинж чанар нь харилцан өөрчлөлт хийх чадвар юм; Энэ нь бидэнд Е. h.-г ... ... гэж үзэх боломжийг олгодоггүй. Байгалийн шинжлэх ухаан. нэвтэрхий толь бичиг

Номууд

• Орчлон ертөнц дэх материйн бүтцийн эфирийн онол, Анатолий Бедрицки. “Орчлон дахь материйн бүтцийн эфирийн онол” номонд материйн жинхэнэ анхны энгийн бөөмс болох үнэмлэхүй нягтралтай, бүх чиглэлд эмх замбараагүй хөдөлдөг дэвсгэрүүдийг тодорхойлсон байдаг.

Шинжлэх ухаан

Квантын физик нь манай орчлон ертөнцийн хамгийн жижиг зүйлс болох субатомын бөөмсүүдийн зан төлөвийг судалдаг. Энэ бол харьцангуй шинэ шинжлэх ухаан бөгөөд 20-р зууны эхээр физикчид яагаад цацрагийн зарим нөлөөг тайлбарлаж чадахгүй байгаа тухай асуултыг сонирхож эхэлснээс хойш шинжлэх ухаан болжээ. Тухайн үеийн шинийг санаачлагчдын нэг Макс Планк энерги бүхий жижиг хэсгүүдийг судлахдаа "квант" гэсэн нэр томъёог ашигласан тул "квант физик" гэж нэрлэсэн. Планк электронд агуулагдах энергийн хэмжээ нь дур зоргоороо биш, харин "квант" энергийн стандарттай тохирч байгааг тэмдэглэв. Энэхүү мэдлэгийг практикт ашигласан анхны үр дүнгийн нэг нь транзисторыг зохион бүтээсэн явдал байв.

Стандарт физикийн хатуу хуулиас ялгаатай нь квант физикийн дүрмийг зөрчиж болно. Эрдэмтэд матери, энергийн судалгааны тал дээр ажиллаж байна гэж бодоход л үйл явдлын шинэ эргэлт гарч ирдэг бөгөөд энэ нь тэдэнд энэ салбарт хийх ажил ямар их таамаглашгүй байдгийг сануулдаг. Гэсэн хэдий ч тэд юу болж байгааг бүрэн ойлгоогүй байсан ч тэд өөрсдийнхөө ажлын үр дүнг хөгжүүлэхэд ашиглаж болно Заримдаа гайхалтай гэхээс дутуугүй шинэ технологи гэж хэлж болно.

Ирээдүйд квант механик нь цэргийн нууцыг хадгалахад тусалж, аюулгүй байдлыг хангаж, таны банкны дансыг кибер хулгайчдаас хамгаалах болно. Эрдэмтэд одоо квант компьютер дээр ажиллаж байгаа бөгөөд эдгээрийн боломжууд нь ердийн компьютерийн чадвараас хамаагүй илүү юм. Субатомын хэсгүүдэд хуваагддаг, объектуудыг нүд ирмэхийн зуур нэг газраас нөгөөд шилжүүлэхэд хялбар байдаг.Магадгүй квант физик нь орчлон ертөнц юунаас бүтсэн, амьдрал хэрхэн эхэлсэн тухай хамгийн сонирхолтой асуултанд хариулж чадах байх.

Квантын физик дэлхийг хэрхэн өөрчилж чадах тухай баримтуудыг доор харуулав. Нилс Борын хэлснээр: "Квант механикт цочирдоогүй хүн энэ нь хэрхэн ажилладагийг хараахан ойлгоогүй байна."

Турбулентийн хяналт

Удалгүй магадгүй квант физикийн ачаар онгоцонд шүүс асгахад хүргэдэг үймээн самуунтай бүсүүдийг арилгах боломжтой болно. Бразилийн эрдэмтэд лабораторид хэт хүйтэн хийн атомуудад квант турбулент үүсгэснээр онгоц болон завины үймээн самууныг ойлгож чадна. Олон зууны турш үймээн самуун нь лабораторид нөхөн үржихэд хүндрэлтэй байсан тул эрдэмтдийн гайхшралыг төрүүлэв.

Үймээн самуун нь хий юмуу шингэний бөөгнөрөлөөс үүсдэг боловч байгальд санамсаргүй байдлаар үүсч, санаанд оромгүй байдлаар үүсдэг. Ус, агаарт турбулент бүсүүд үүсч болох ч хэт хүйтэн хийн атом эсвэл хэт шингэн гелий дотор ч үүсч болохыг эрдэмтэд олж тогтоосон. Эрдэмтэд энэ үзэгдлийг хяналттай лабораторийн нөхцөлд судалснаар хэзээ нэгэн цагт үймээн самуунтай бүсүүд хаана үүсэхийг нарийн таамаглаж, магадгүй байгальд тэднийг хянах боломжтой болно.

Спинтроник

MIT-д бүтээсэн шинэ соронзон хагас дамжуулагч нь ирээдүйд илүү хурдан, эрчим хүчний хэмнэлттэй электрон төхөөрөмжүүдийг бий болгож чадна. "Spintronics" гэж нэрлэгддэг энэхүү технологи нь электронуудын спин төлөвийг ашиглан мэдээлэл дамжуулах, хадгалахад ашигладаг. Ердийн электрон хэлхээ нь зөвхөн электроны цэнэгийн төлөвийг ашигладаг бол спинтроник нь электроны эргэх чиглэлийн давуу талыг ашигладаг.

Спинтрон хэлхээг ашиглан мэдээллийг боловсруулах нь хоёр чиглэлээс нэгэн зэрэг мэдээлэл хуримтлуулах бөгөөд энэ нь электрон хэлхээний хэмжээг багасгах болно. Энэхүү шинэ материал нь хагас дамжуулагч руу электроныг эргэлтийн чиг баримжаагаар нь нэвтрүүлдэг. Электронууд хагас дамжуулагчаар дамжин гаралтын тал дээр эргэх мэдрэгч болоход бэлэн болно. Эрдэмтэд шинэ хагас дамжуулагч нь өрөөний температурт ажиллах чадвартай, оптикийн хувьд тунгалаг, өөрөөр хэлбэл мэдрэгчтэй дэлгэц, нарны хавтантай ажиллах боломжтой гэж мэдэгджээ. Энэ нь зохион бүтээгчдэд илүү олон функцээр баялаг төхөөрөмжүүдийг гаргахад тусална гэж тэд үзэж байна.

Зэрэгцээ ертөнц

Цаг хугацаагаар аялах чадвартай байсан бол бидний амьдрал ямар байх бол гэж та бодож байсан уу? Чи Гитлерийг алах уу? Эсвэл та эртний ертөнцийг үзэхийн тулд Ромын легионуудтай нэгдэх үү? Гэсэн хэдий ч бид бүгд цаг хугацааг буцааж чадвал юу хийх байсан талаар төсөөлж байх хооронд Калифорнийн Санта Барбарагийн их сургуулийн эрдэмтэд өнгөрсөн жилийн гомдлоо сэргээх арга замыг аль хэдийн цэвэрлэж байна.

Эрдэмтэд 2010 онд хийсэн туршилтаар объект хоёр өөр ертөнцөд нэгэн зэрэг оршиж болохыг баталж чадсан юм. Тэд өчүүхэн жижиг металлыг тусгаарлаж, тусгай нөхцөлд нэгэн зэрэг хөдөлж, зогсож байгааг олж мэдэв. Гэсэн хэдий ч, хэн нэгэн энэ ажиглалтыг хэт их ажлын үр дүнд бий болсон дэмийрэл гэж үзэж болох ч физикчдийн үзэж байгаагаар биетийг ажигласнаар энэ нь Орчлон ертөнцөд нэг хэсэг нь бидний харж байгаа, нөгөө хэсэг нь огт харагддаггүй хоёр хэсэгт хуваагддаг болохыг харуулж байна. Зэрэгцээ ертөнцийн онолууд нэгэн дуугаар ямар ч объект задрах болно гэж хэлдэг.

Одоо эрдэмтэд сүйрлийн мөчийг хэрхэн "үсэрч", бидний харж чадахгүй байгаа ертөнцөд орохыг хайж байна. Квант бөөмс цаг хугацааны хувьд урагш, хойшоо хөдөлдөг тул параллель орчлон ертөнц рүү цаг хугацааны явцад хийх энэхүү аялал нь онолын хувьд ажиллах ёстой. Одоо эрдэмтдийн хийх ёстой зүйл бол квант бөөмс ашиглан цаг хугацааны машин бүтээх явдал юм.

Квантын цэгүүд

Тун удахгүй квант физикчид эмч нарт биеийн доторх хорт хавдрын эсийг илрүүлж, хаана тархсаныг тогтооход туслах боломжтой болно. Хэт ягаан туяанд өртөх үед квант цэг гэж нэрлэгддэг зарим жижиг хагас дамжуулагч талстууд гэрэлтдэг болохыг эрдэмтэд олж мэдсэн бөгөөд тусгай микроскоп ашиглан гэрэл зургийг нь авсан байна. Дараа нь тэдгээрийг хорт хавдрын эсүүдэд "сэтгэл татдаг" тусгай материалтай хослуулсан. Тэднийг биед ороход гялалзсан квант цэгүүд хорт хавдрын эсүүдэд татагдаж, эмч нарт яг хаана харагдахыг зааж өгсөн. Гэрэлтэлт нь нэлээд удаан үргэлжилдэг бөгөөд эрдэмтдийн хувьд хорт хавдрын тодорхой төрлийн шинж чанарт цэгүүдийг тохируулах үйл явц харьцангуй энгийн байдаг.

Хэдийгээр өндөр технологийн шинжлэх ухаан нь анагаах ухааны олон дэвшлийг хариуцдаг ч хүн төрөлхтөн олон зууны турш өвчинтэй тэмцэх бусад олон арга хэрэгслээр хамааралтай байсан.

Залбирал

Америкийн уугуул хүн, бөөгийн эдгээгч, квант физикийн анхдагчид ямар нийтлэг зүйл байдгийг төсөөлөхөд бэрх. Гэсэн хэдий ч тэдний хооронд нийтлэг зүйл байсаар байна. Энэхүү хачирхалтай шинжлэх ухааны салбарын анхны судлаачдын нэг Нильс Бор бидний бодит байдал гэж нэрлэдэг зүйлсийн ихэнх нь "ажиглагчийн нөлөө" буюу юу болж байгаа болон түүнийг хэрхэн харж байгаа хоорондын хамаарлаас хамаардаг гэж үздэг. Энэ сэдэв нь квант физикчдийн дунд ноцтой маргаан үүсгэсэн боловч хагас зуун гаруй жилийн өмнө Борын хийсэн туршилт түүний таамаглалыг баталжээ.

Энэ бүхэн нь бидний ухамсар бодит байдалд нөлөөлж, түүнийг өөрчилж чадна гэсэн үг юм. Бөө эдгээгчийн ёслолын залбирлын үгс, зан үйлийн давтан хэллэг нь бодит байдлыг бий болгож буй "давалгаа"-ны чиглэлийг өөрчлөх оролдлого байж магадгүй юм. Ихэнх ёслолыг олон тооны ажиглагчийн дэргэд хийдэг бөгөөд энэ нь ажиглагчдаас "эдгээх давалгаа" хэдий чинээ их байх тусам бодит байдалд илүү хүчтэй нөлөө үзүүлдэг болохыг харуулж байна.

Обьектийн харилцаа

Объектуудын харилцан холболт нь цаашдын нарны энергид асар их нөлөө үзүүлэх болно. Объектуудын харилцан холболт нь бодит физик орон зайд тусгаарлагдсан атомуудын квант харилцан хамаарлыг илэрхийлдэг. Физикчид энэ холбоо нь фотосинтез эсвэл гэрлийг энерги болгон хувиргах үүрэгтэй ургамлын хэсэгт үүсдэг гэж үздэг. Фотосинтезийг хариуцдаг бүтэц болох хромофорууд нь хүлээн авсан гэрлийн 95 хувийг энерги болгон хувиргаж чаддаг.

Эрдэмтэд одоо квант түвшний энэхүү холболт нь нарны эрчим хүчийг бий болгоход хэрхэн нөлөөлж болохыг судалж байгаа бөгөөд үр ашигтай байгалийн нарны эсийг бий болгоно гэж найдаж байна. Мэргэжилтнүүд замаг нь гэрлээс хүлээн авсан энергийг хөдөлгөж, нэгэн зэрэг хоёр газарт хадгалахын тулд зарим квант механикийг ашиглаж болохыг олж мэдсэн.

Квантын тооцоолол

Квантын физикийн өөр нэг чухал талыг компьютерийн талбарт ашиглаж болох бөгөөд тусгай төрлийн хэт дамжуулагч элемент нь компьютерт урьд өмнө байгаагүй хурд, хүчийг өгдөг. Эрдэмтэд энэ элемент нь хиймэл атом шиг аашилдаг тул тэд зөвхөн салангид энергийн түвшний хооронд шилжих замаар эрчим хүчээ олж авах эсвэл алдах боломжтой гэж тайлбарладаг. Бүтцийн хамгийн төвөгтэй атом нь энергийн таван түвшинтэй байдаг. Энэхүү нарийн төвөгтэй систем ("qudit") нь зөвхөн хоёр эрчим хүчний түвшинтэй ("qubit") өмнөх атомуудын үйл ажиллагаанаас ихээхэн давуу талыг санал болгодог. Qudits болон qubits нь стандарт компьютерт ашиглагддаг битүүдийн нэг хэсэг юм. Квантын компьютерууд ажилдаа квант механикийн зарчмуудыг ашиглах бөгөөд энэ нь уламжлалт компьютерээс хамаагүй хурдан бөгөөд илүү нарийвчлалтай тооцоолол хийх боломжийг олгоно.

Гэсэн хэдий ч хэрэв квант тооцоолол бодит байдалд орвол криптограф эсвэл мэдээллийн кодчилол үүсч болзошгүй асуудал бий.

Квантын криптограф

Зээлийн картын дугаараас эхлээд цэргийн маш нууц стратеги хүртэл бүх зүйл интернэтэд байдаг бөгөөд хангалттай мэдлэгтэй, хүчирхэг компьютертэй чадварлаг хакер таны банкны дансыг урсгаж, дэлхийн аюулгүй байдлыг эрсдэлд оруулж болзошгүй юм. Тусгай кодчилол нь энэ мэдээллийг нууцалдаг бөгөөд компьютерийн эрдэмтэд шинэ, илүү аюулгүй кодчиллын аргуудыг бий болгохоор байнга ажиллаж байна.

Гэрлийн нэг ширхэг (фотон) доторх мэдээллийг кодлох нь квант криптографийн зорилго байсаар ирсэн. Торонтогийн их сургуулийн эрдэмтэд видеог кодлож чадсан тул энэ аргыг бүтээхэд аль хэдийн ойрхон байсан бололтой. Шифрлэлт нь "түлхүүр" болох нэг ба тэгийн мөрүүдийг агуулдаг. Түлхүүрийг нэг удаа нэмбэл мэдээллийг кодлодог бол дахин нэмбэл кодыг тайлна. Хэрэв гадны хүн түлхүүрийг олж авбал мэдээллийг хакердаж магадгүй. Гэхдээ түлхүүрүүд нь квант түвшинд ашиглагдаж байсан ч тэдгээрийн ашиглалтын баримт нь хакер байгааг илтгэх нь гарцаагүй.

Телепортаци

Энэ бол шинжлэх ухааны уран зөгнөлт, өөр юу ч биш. Гэсэн хэдий ч энэ нь хүний ​​оролцоотой биш, харин том молекулуудын оролцоотойгоор хийгдсэн. Гэхдээ энд л асуудал оршиж байна. Хүний биеийн молекул бүрийг хоёр талаас нь шалгах ёстой. Гэхдээ ойрын ирээдүйд ийм зүйл болохгүй байх. Өөр нэг асуудал бий: квант физикийн хуулиудын дагуу бөөмийг сканнердсаны дараа та үүнийг өөрчилдөг, өөрөөр хэлбэл, яг хуулбарлах арга байхгүй.

Энд объектуудын харилцан уялдаа холбоо гарч ирдэг. Энэ нь хоёр объектыг нэг юм шиг холбодог. Бид бөөмийн нэг талыг нь сканнердах ба телепортын хуулбарыг нөгөө тал нь хийх болно. Энэ нь яг хуулбар байх болно, учир нь бид бөөмсийг өөрөө хэмжээгүй, давхар хэмжсэн. Өөрөөр хэлбэл, бидний хэмжсэн бөөмс устах боловч яг хуулбар нь давхар дахин сэргээгдэх болно.

Бурханы бөөмс

Эрдэмтэд өөрсдийн асар том бүтээл болох Том адрон коллайдерыг ашиглан маш жижиг боловч маш чухал зүйл болох манай орчлон ертөнцийн гарал үүслийн үндэс суурь болдог үндсэн бөөмсийг судалж байна.

Бурхны тоосонцор нь энгийн бөөмс (электрон, кварк, глюон) -д масс өгдөг гэж эрдэмтэд хэлдэг. Мэргэжилтнүүд Бурханы бөөмс бүх орон зайд нэвчих ёстой гэж үздэг ч эдгээр бөөмс байдаг нь хараахан нотлогдоогүй байна.

Эдгээр бөөмсийг олох нь физикчдэд Их тэсрэлтийн дараа орчлон ертөнц хэрхэн сэргэж, өнөөдрийн бидний мэддэг зүйл болсныг ойлгоход тусална. Энэ нь мөн бодис нь эсрэг бодистой хэрхэн тэнцвэрждэгийг тайлбарлахад тусална. Товчхондоо, эдгээр бөөмсийг тусгаарлах нь бүх зүйлийг тайлбарлахад тусална.

Та үүнийг олон удаа сонссон байх квант физик, квант механикийн тайлагдашгүй нууцуудын тухай. Түүний хуулиуд нь ид шидийн үзлийг биширдэг бөгөөд физикчид өөрсдөө ч бүрэн ойлгодоггүй гэдгээ хүлээн зөвшөөрдөг. Нэг талаараа эдгээр хуулиудыг ойлгох нь сонирхолтой боловч нөгөө талаас физикийн олон боть, нарийн төвөгтэй номуудыг унших цаг байдаггүй. Би чамайг маш их ойлгож байна, учир нь би бас мэдлэг, үнэнийг эрэлхийлэх дуртай, гэхдээ бүх номонд хангалттай цаг байдаггүй. Та ганцаараа биш, олон сониуч хүмүүс хайлтын талбарт: "даммигийн квант физик, даммигийн квант механик, эхлэгчдэд квант физик, эхлэгчдэд квант механик, квант физикийн үндэс, квант механикийн үндэс, хүүхдэд зориулсан квант физик," гэж бичдэг. квант механик гэж юу вэ? Энэхүү нийтлэл нь танд зориулагдсан болно.

Та квант физикийн үндсэн ойлголт, парадоксуудыг ойлгох болно. Нийтлэлээс та дараахь зүйлийг сурах болно.

• Квантын физик ба квант механик гэж юу вэ?
• Интерференц гэж юу вэ?
• Квантын орооцолдол (эсвэл даммигийн квант телепорт) гэж юу вэ? (нийтлэлийг үзнэ үү)
• Шрөдингерийн муурны сэтгэлгээний туршилт гэж юу вэ? (нийтлэлийг үзнэ үү)

Квант механик бол квант физикийн нэг хэсэг юм.

Эдгээр шинжлэх ухааныг ойлгоход яагаад ийм хэцүү байдаг вэ? Хариулт нь энгийн: квант физик ба квант механик (квант физикийн нэг хэсэг) бичил ертөнцийн хуулийг судалдаг. Мөн эдгээр хуулиуд нь манай макро ертөнцийн хуулиас тэс өөр юм. Тиймээс бичил ертөнц дэх электрон, фотонуудад юу тохиолдохыг төсөөлөхөд хэцүү байдаг.

Макро болон бичил ертөнцийн хуулиудын ялгааг харуулсан жишээ: манай макро ертөнцөд бөмбөгийг 2 хайрцагны аль нэгэнд хийвэл нэг нь хоосон, нөгөө нь бөмбөгтэй болно. Гэвч бичил ертөнцөд (бөмбөгний оронд атом байгаа бол) атом нь нэгэн зэрэг хоёр хайрцагт байж болно. Энэ нь олон удаа туршилтаар батлагдсан. Үүнийг толгойгоо эргүүлэхэд хэцүү биш гэж үү? Гэхдээ та баримттай маргаж болохгүй.

Бас нэг жишээ.Та хурдан уралдаж буй улаан спорт машины гэрэл зургийг авч, гэрэл зураг авах үед машин сансар огторгуйн хэд хэдэн цэгт байрлаж байсан мэт бүдгэрсэн хэвтээ зураасыг харсан. Зурган дээр юу харж байгаа ч гэсэн та машин байсан гэдэгт итгэлтэй байна сансар огторгуйн тодорхой нэг газар. Бичил ертөнцөд бүх зүйл өөр байдаг. Атомын цөмийг тойрон эргэдэг электрон үнэндээ эргэдэггүй, харин бөмбөрцгийн бүх цэгүүдэд нэгэн зэрэг байрланаатомын цөмийн эргэн тойронд. Сэвсгэр ноосны сул шархтай бөмбөг шиг. Физикийн энэ ойлголтыг нэрлэдэг "цахим үүл" .

Түүхэнд хийсэн богино аялал.Эрдэмтэд 1900 онд Германы физикч Макс Планк халах үед метал яагаад өнгө өөрчлөгддөгийг олж тогтоох гэж оролдох үед квант ертөнцийн тухай анх бодож байжээ. Тэр бол квант гэдэг ойлголтыг нэвтрүүлсэн хүн юм. Тэр болтол эрдэмтэд гэрэл тасралтгүй тархдаг гэж боддог байсан. Планкийн нээлтийг нухацтай авч үзсэн анхны хүн бол тухайн үед үл мэдэгдэх Альберт Эйнштейн байв. Тэр гэрэл бол зүгээр нэг долгион биш гэдгийг ойлгосон. Заримдаа тэр бөөмс шиг аашилдаг. Эйнштейн гэрэл хэсэгчлэн, квантаар ялгардаг гэдгийг нээснийхээ төлөө Нобелийн шагнал хүртжээ. Гэрлийн квантыг фотон гэж нэрлэдэг ( фотон, Википедиа) .

Квантын хуулиудыг ойлгоход хялбар болгохын тулд физикчидТэгээд механик (Википедиа), бид нэг ёсондоо бидэнд танил болсон сонгодог физикийн хуулиас хийсвэрлэх ёстой. Мөн та Алис шиг туулайн нүхэнд, гайхамшгийн оронд шумбсан гэж төсөөлөөд үз дээ.

Мөн энд хүүхэд, насанд хүрэгчдэд зориулсан хүүхэлдэйн кино байна. 2 ангархай, ажиглагч бүхий квант механикийн үндсэн туршилтыг тайлбарлав. Зөвхөн 5 минут үргэлжилнэ. Бид квант физикийн үндсэн асуултууд болон ойлголтуудад шумбахаас өмнө үүнийг үзээрэй.

Даммигийн квант физикийн видео. Хүүхэлдэйн кинонд ажиглагчийн "нүд"-д анхаарлаа хандуулаарай. Энэ нь физикчдийн хувьд ноцтой нууц болсон.

Интерференц гэж юу вэ?

Хүүхэлдэйн киноны эхэнд шингэний жишээн дээр долгион хэрхэн ажилладагийг харуулсан - ангархайтай хавтангийн ард дэлгэцэн дээр ээлжлэн харанхуй, цайвар босоо судлууд гарч ирдэг. Мөн салангид хэсгүүд (жишээлбэл, хайрга) хавтан дээр "буудсан" тохиолдолд тэдгээр нь 2 ангархай дундуур нисч, ангархайн эсрэг талын дэлгэцэн дээр бууна. Мөн тэд дэлгэцэн дээр зөвхөн 2 босоо судал "зурдаг".

Гэрлийн хөндлөнгийн оролцоо- Дэлгэц дээр олон ээлжлэн тод, бараан босоо судлууд гарч ирэх үед энэ нь гэрлийн "долгион" үйлдэл юм. Мөн эдгээр босоо судлууд хөндлөнгийн загвар гэж нэрлэдэг.

Манай макро сансарт гэрэл долгион шиг ажилладагийг бид байнга ажигладаг. Хэрэв та гараа лааны өмнө байрлуулбал ханан дээр таны гараас тод сүүдэр харагдахгүй, харин бүдгэрсэн контуртай болно.

Тиймээс, бүх зүйл тийм ч төвөгтэй биш юм! Гэрэл нь долгионы шинж чанартай байдаг нь одоо бидэнд тодорхой болсон бөгөөд хэрэв 2 ан цавыг гэрлээр гэрэлтүүлбэл тэдгээрийн арын дэлгэц дээр бид интерференцийн хэв маягийг харах болно. Одоо 2 дахь туршилтыг харцгаая. Энэ бол алдарт Стерн-Герлахын туршилт (өнгөрсөн зууны 20-иод онд хийгдсэн).

Хүүхэлдэйн кинонд дүрсэлсэн суурилуулалтыг гэрлээр гэрэлтүүлээгүй, харин электроноор (бие даасан бөөмс хэлбэрээр) "буудсан". Дараа нь өнгөрсөн зууны эхээр дэлхийн физикчид электронууд нь материйн энгийн бөөмс бөгөөд долгионы шинж чанартай байх ёсгүй, харин хайргатай адил байх ёстой гэж үздэг. Эцсийн эцэст электронууд бол бодисын энгийн бөөмс юм, тийм үү? Өөрөөр хэлбэл, хэрэв та тэдгээрийг хайрга шиг 2 ангархай болгон "шидвэл" нүхний ард дэлгэцэн дээр 2 босоо судал харагдах болно.

Гэвч... Үр дүн нь гайхалтай байлаа. Эрдэмтэд хөндлөнгийн хэв маягийг харсан - олон босоо судлууд. Өөрөөр хэлбэл электронууд нь гэрлийн нэгэн адил долгионы шинж чанартай байж, хөндлөнгөөс оролцож болно. Нөгөөтэйгүүр, гэрэл нь зөвхөн долгион биш, бас бага зэрэг бөөмс болох фотон гэдэг нь тодорхой болсон (өгүүллийн эхэнд байсан түүхэн сурвалжаас бид Эйнштейн энэхүү нээлтийнхээ төлөө Нобелийн шагнал хүртэж байсныг мэдсэн) .

Сургуульд байхдаа бидэнд физикийн хичээл заадаг байсныг та санаж байгаа байх "долгионы бөөмийн хоёрдмол байдал"? Энэ нь бид бичил ертөнцийн маш жижиг хэсгүүдийн (атом, электрон) тухай ярих юм бол Тэд хоёулаа долгион ба бөөмс юм

Өнөөдөр та бид хоёр маш ухаалаг бөгөөд дээр дурдсан хоёр туршилт болох электроноор буудах, ангархайг гэрлээр гэрэлтүүлэх нь ижил зүйл гэдгийг бид ойлгож байна. Учир нь бид квант бөөмсийг ангархай руу харвадаг. Гэрэл ба электрон хоёулаа квант шинж чанартай, нэгэн зэрэг долгион ба бөөмс гэдгийг бид одоо мэдэж байна. Мөн 20-р зууны эхэн үед энэ туршилтын үр дүн шуугиан тарьсан.

Анхаар! Одоо илүү нарийн асуудал руу шилжье.

Бид ангархайнууд дээрээ фотонуудын (электрон) урсгалыг гэрэлтүүлж, дэлгэцэн дээрх ангархайн ард хөндлөнгийн хэв маягийг (босоо судлууд) хардаг. Энэ нь ойлгомжтой. Гэхдээ бид электрон бүр үүрээр хэрхэн нисч байгааг харах сонирхолтой байна.

Нэг электрон зүүн тал руу, нөгөө нь баруун тийш нисдэг гэж таамаглаж байна. Гэхдээ дараа нь 2 босоо судлууд дэлгэцэн дээр шууд үүрний эсрэг талд гарч ирэх ёстой. Интерференцийн загвар яагаад үүсдэг вэ? Магадгүй электронууд ямар нэгэн байдлаар дэлгэцэн дээр аль хэдийн өөр хоорондоо харилцан үйлчилдэг. Мөн үр дүн нь иймэрхүү долгионы загвар юм. Үүнийг бид яаж хянах вэ?

Бид электронуудыг цацрагт биш, харин нэг нэгээр нь хаях болно. Шидчихье, хүлээе, дараагийнхыг нь шидье. Одоо электрон ганцаараа нисч байгаа тул дэлгэцэн дээрх бусад электронуудтай харьцах боломжгүй болно. Шидсэний дараа бид электрон бүрийг дэлгэцэн дээр бүртгэх болно. Ганц хоёр нь мэдээж бидний хувьд тодорхой дүр зургийг "зурахгүй". Гэхдээ бид тэдгээрийн олныг нэг нэгээр нь нүх рүү илгээх үед бид анзаарах болно ... ай аймшиг - тэд дахин хөндлөнгийн долгионы хэв маягийг "зурсан"!

Бид аажмаар галзуурч эхэлж байна. Эцсийн эцэст бид үүрний эсрэг талд 2 босоо судлууд байх болно гэж найдаж байсан! Бид фотонуудыг нэг нэгээр нь шидэх үед тус бүр нь яг л 2 ангархайгаар нэгэн зэрэг өнгөрч, өөрсөддөө саад учруулдаг байсан. Гайхалтай! Дараагийн хэсэгт энэ үзэгдлийг тайлбарлахдаа буцаж орцгооё.

Спин ба суперпозиция гэж юу вэ?

Одоо бид хөндлөнгийн оролцоо гэж юу болохыг мэддэг болсон. Энэ бол микро бөөмс - фотон, электрон, бусад бичил хэсгүүдийн долгионы зан төлөв юм (хялбар болгохын тулд тэдгээрийг одооноос фотон гэж нэрлэе).

Туршилтын үр дүнд бид 1 фотоныг 2 ангархай руу шидэх үед энэ нь хоёр ангархайгаар зэрэг нисч байх шиг байгааг ойлгосон. Үгүй бол бид дэлгэцэн дээрх интерференцийн загварыг хэрхэн тайлбарлах вэ?

Гэхдээ фотон хоёр ангархай дундуур нэгэн зэрэг нисч байгааг бид хэрхэн төсөөлж чадах вэ? 2 сонголт байна.

• 1-р сонголт:долгион (ус шиг) шиг фотон нь нэгэн зэрэг 2 ан цаваар "хөвдөг"
• 2-р сонголт:бөөмс шиг фотон нь 2 траекторийн дагуу нэгэн зэрэг нисдэг (хоёр биш, бүгд нэг дор)

Зарчмын хувьд эдгээр мэдэгдэл нь тэнцүү байна. Бид "замын интеграл" дээр ирлээ. Энэ бол Ричард Фейнманы квант механикийн томъёолол юм.

Дашрамд хэлэхэд, яг Ричард Фейнмангэсэн алдартай илэрхийлэл байдаг Квант механикийг хэн ч ойлгодоггүй гэж бид итгэлтэйгээр хэлж чадна

Гэхдээ түүний энэ илэрхийлэл нь зууны эхээр ажиллаж байсан. Харин одоо бид ухаалаг болсон бөгөөд фотон нь бөөмс болон долгион шиг ажиллах чадвартай гэдгийг мэддэг болсон. Тэр ямар нэгэн байдлаар бидэнд ойлгомжгүй байдлаар нэгэн зэрэг 2 цоорхойгоор нисч чаддаг. Тиймээс бид квант механикийн дараах чухал мэдэгдлийг ойлгоход хялбар байх болно.

Хатуухан хэлэхэд, квант механик нь энэхүү фотоны үйлдэл нь онцгой тохиолдол биш харин дүрэм гэдгийг бидэнд хэлдэг. Аливаа квант бөөмс нь дүрмээр бол хэд хэдэн төлөвт эсвэл сансар огторгуйн хэд хэдэн цэгт нэгэн зэрэг байдаг.

Макро ертөнцийн объектууд зөвхөн нэг тодорхой газар, тодорхой төлөвт байж болно. Харин квант бөөмс нь өөрийн хуулийн дагуу оршин байдаг. Тэр ч байтугай бид тэднийг ойлгохгүй байгааг ч тоодоггүй. Гол нь энэ.

Квантын объектын "суперпозиция" нь 2 ба түүнээс дээш зам дээр нэгэн зэрэг, 2 ба түүнээс дээш цэгт байж болно гэдгийг бид аксиомоор хүлээн зөвшөөрөх хэрэгтэй.

Үүнтэй ижил зүйл фотоны өөр параметр болох эргэлт (өөрийн өнцгийн импульс) хамаарна. Спин бол вектор юм. Квантын объектыг бичил харуурын соронзон гэж үзэж болно. Соронзон вектор (эргэлт) нь дээш эсвэл доош чиглэсэн байдаг гэдэгт бид дассан. Гэвч электрон эсвэл фотон бидэнд дахин хэлэхдээ: "Залуус аа, та нарын юунд дассан нь бидэнд хамаагүй, бид хоёр эргэлтийн төлөвт нэгэн зэрэг (вектор дээш, вектор доош) байж болно. нэгэн зэрэг эсвэл 2 цэг дээр!

"Хэмжилт" эсвэл "долгионы функцийн уналт" гэж юу вэ?

"Хэмжилт" гэж юу болох, "долгионы функцийн уналт" гэж юу болохыг ойлгоход бидэнд бага хугацаа үлдсэн.

Долгион функцквант объектын төлөв байдлын тодорхойлолт (манай фотон эсвэл электрон).

Бидэнд электрон байна гэж бодъё, тэр өөрөө өөр рүүгээ нисдэг тодорхойгүй төлөвт түүний эргэлт нь нэгэн зэрэг дээш, доош чиглэнэ. Бид түүний нөхцөл байдлыг хэмжих хэрэгтэй.

Соронзон орон ашиглан хэмжилт хийцгээе: спин нь талбайн чиглэлд чиглэсэн электронууд нэг чиглэлд, спири нь талбайн эсрэг чиглэсэн электронууд нөгөө чиглэлд хазайх болно. Илүү олон фотоныг туйлшруулагч шүүлтүүр рүү чиглүүлж болно. Хэрэв фотоны эргэлт (туйлшрал) нь +1 бол шүүлтүүрээр дамждаг бол -1 бол тийм биш юм.

Зогс! Энд танд асуулт гарч ирэх нь гарцаагүй.Хэмжилт хийхээс өмнө электрон тодорхой эргэлтийн чиглэлгүй байсан, тийм үү? Тэр бүх мужид нэгэн зэрэг байсан, тийм үү?

Энэ бол квант механикийн заль мэх, мэдрэмж юм. Хэрэв та квант объектын төлөвийг хэмжихгүй бол тэр ямар ч чиглэлд эргэлдэж болно (өөрийн өнцгийн импульсийн векторын аль ч чиглэлтэй - спин). Харин та түүний төлөв байдлыг хэмжихэд тэр аль спин векторыг хүлээн зөвшөөрөх шийдвэр гаргаж байгаа бололтой.

Энэ квант объект нь маш гайхалтай - тэр өөрийн төлөв байдлын талаар шийдвэр гаргадаг.Мөн бидний хэмжиж буй соронзон орон руу нисэх үед ямар шийдвэр гаргахыг бид урьдчилан таамаглах боломжгүй. Тэр "дээш" эсвэл "доош" эргэх вектортой байхаар шийдэх магадлал 50-50% байна. Гэхдээ тэр шийдсэн даруйдаа тодорхой эргэлтийн чиглэлтэй тодорхой төлөвт ордог. Түүний шийдвэрийн шалтгаан нь бидний "хэмжээ" юм!

Үүнийг "гэж нэрлэдэг долгионы функцийн уналт". Хэмжилт хийхээс өмнө долгионы функц тодорхойгүй байсан, i.e. электрон эргэлтийн вектор бүх чиглэлд нэгэн зэрэг байсан бөгөөд хэмжилт хийсний дараа электрон өөрийн спин векторын тодорхой чиглэлийг бүртгэсэн.

Анхаар! Ойлголтын гайхалтай жишээ бол манай макро ертөнцийн холбоо юм.

Ширээн дээр зоосыг эргэдэг орой шиг эргүүл. Зоос эргэлдэж байх үед энэ нь толгой эсвэл сүүл гэсэн тодорхой утгатай байдаггүй. Гэхдээ та энэ үнэ цэнийг "хэмжиж", зоосыг гараараа цохихоор шийдсэн даруйд та зоосны тодорхой төлөвийг олж авах болно - толгой эсвэл сүүл. Одоо энэ зоос нь толгой эсвэл сүүлний аль үнэ цэнийг "харуулах" -ыг шийддэг гэж төсөөлөөд үз дээ. Электрон нь ойролцоогоор ижил байдлаар ажилладаг.

Одоо хүүхэлдэйн киноны төгсгөлд үзүүлсэн туршилтыг санаарай. Фотонуудыг ангархайгаар нэвтрүүлэхэд тэд долгион шиг ажиллаж, дэлгэцэн дээр интерференцийн хэв маягийг харуулсан. Эрдэмтэд хагарлаар нисч буй фотонуудын агшинг бүртгэх (хэмжих) болон дэлгэцийн ард "ажиглагч" байрлуулахыг хүсэх үед фотонууд долгион шиг биш, харин бөөмс шиг ажиллаж эхлэв. Мөн тэд дэлгэцэн дээр 2 босоо судал "зурсан". Тэдгээр. хэмжилт эсвэл ажиглалтын үед квант объектууд ямар төлөвт байх ёстойгоо өөрсдөө сонгодог.

Гайхалтай! Биш гэж үү?

Гэхдээ энэ нь бүгд биш юм. Эцэст нь бид Бид хамгийн сонирхолтой хэсэгт ирлээ.

Гэхдээ ... миний бодлоор хэт их мэдээлэл байх болно, тиймээс бид эдгээр 2 ойлголтыг тусдаа нийтлэлд авч үзэх болно:

• Юу болов ?
• Бодлын туршилт гэж юу вэ.

Одоо та мэдээллийг цэгцлэхийг хүсч байна уу? Канадын онолын физикийн хүрээлэнгийн хийсэн баримтат киног үзээрэй. Үүнд 20 минутын дараа та 1900 онд Планкийн нээлтээс эхлээд квант физикийн бүх нээлтүүдийн талаар маш товч бөгөөд он цагийн дарааллаар ярих болно. Дараа нь тэд квант физикийн мэдлэг дээр үндэслэн ямар практик бүтээн байгуулалтууд хийгдэж байгааг танд хэлэх болно: хамгийн нарийвчлалтай атомын цагуудаас квант компьютерын хэт хурдан тооцоолол хүртэл. Би энэ киног үзэхийг зөвлөж байна.

Баяртай!

Бүх төлөвлөгөө, төслүүддээ урам зориг өгөхийг хүсч байна!

P.S.2 Асуулт, бодлоо коммент хэсэгт бичээрэй. Бичнэ үү, та квант физикийн өөр ямар асуултуудыг сонирхож байна вэ?

P.S.3 Блогт бүртгүүлнэ үү - захиалгын маягт нь нийтлэлийн доор байна.