МЕХАНИКАИ КВАНТИ

МЕХАНИКАИ КВАНТИ (механикаи мавчи), назарияест, ки тарики тавсиф ва конуниятхои харакати микрозаррахоро дар майдони берунаи физики мукаррар мекунад; яке аз фаслхои назарияи квантист. Махз Механикаи кванти буд, ки зимни тавсиф додани сохти атом но сиришти физикии спектрхои онхоро мукаррар кардааст, табиати банди химиявиро ошкор сохтааст, системаи даврии Менделсевро тафсифу тавзех намудааст ва г.

Конунхои Механикаи кванти асоси омузиши сохти модда мебошад. Дар заминаи онхо сохти атом омухта мешавад, табиати бандхои химияви мукаррар мегардад, системаи даврии элементхо таъбир меёбад, сохти ядрои атомхo маънидод мешавад, хосияти зарpaхoи элементари мавриди тадкику омузиш карор мегирад. Азбаски хосияти кисмхои макроскопи аз руи харакат ва таъсири мутакобили заррахои таркибии онхо муайян карда мешаванд, конунхои Механикаи кванти барои фахмидани аксари ходисахои макроскопи асос меёбанд. Мас., бо ёрии М. к. вобастагии гармигунчоиш ба харорат ва хисоб кардани бузургии гармигучуоиши газу чисмхои сахт маънидод карда шуданд, сохт ва бисьёр хосиятхои чисмхои сахт (металлхо, диэлектрхо, нимнокилхо) шарку таъбир ёфтанд. Факат дар заминаи Механикаи кванти анику дакик шарх додани ходисахои ферромагнетизм, фавкулчоришави ва фавкуннокилият, фахмидани табиати физикии резаситорахои сафед ва ситорахои нейтрони, нихоят ошкор намудани механизми чоришавии реакцияи термоядрои дар Офтобу ситораад муяссар шуд.

Як катор комёбихои калонтарини техникаи асри 20 мохиятан ба конунхои хоси Механикаи кванти асос ёфтаанд. Чунончи, кори реактори ядрои ба конунхои механикаи кванти асос ёфтааст; олимон инчунин роххои дар лаборатория ба амал баровардани реакцияхои термоядроиро дар зимни ин конунхо тадкик карда истодаанд. Гайр аз ин як катор ходисахои физикиеро ки дар металлхову нимнокилхо (онхо дар техникаи навтарин истифода мешаванд) руй медиханд, берун аз Механикаи кванти маънидод кардан мумкин нест. Гуфтан кофист, ки буньёди назарии электроникаи кванти барин сохаи мухиму тараккикардаистодаи физикаю техникаро назарияи квантаи афканишот ташкил медихад. Конунхои Механикаи квантиро хамчунин хангоми чустучу ва сохтусози масолехи нав (алалхусус, масолехи магнити, нимнокили ва фавкуннокил) истифода мебаранд. Ба хамин тарик, Механикаи кванти то дарачаи муайян илми «техники» мебошад ва омухтани он на танхо барои физикхои мухаккик, балки барои инженерон низ зарур аст.

Гояи асосии Механикаи кванти он аст, ки хар як зарра (электрон, ядро, атом, молекула ва г.) хам ба хосиятхои корпускулави ва хам ба хосиятхои мавчи сохиб аст, яъне дуализми корпускулави мавчи чой дорад. Ин хусусияти умуми бо собитаи Планк (h 6,626 10—54 Ч.сон) ифода карда мешавад. Дар ташаккул ва равнаки М. к. тадкикотхои М. Планк, Н. Бор, Л. де-Бройль, 9. Шрёдингер, В. Гейзенберг, П. Дирак, М. Борн, В. Фок, Эренфест барин олимон мацоми бузург дорад.

Олимон конунхои физикаи классикиро хангоми ба харакати заррахои массаашон нихоят хурд татбик намудан ба хулоса омаданд, ки тасаввуротхои пешинаи физики ба кор намеоянд. Дар вокеъ, мувофики ин тасаввурот энергияи шуоъафкании зарра муттасил тагйир ёфта метавонад. Ва хол он ки дар олами микрозаррахо ин тавр нест. Чунон ки М. Планк (1909) ошкор кардеаст, нурафкани факат ба киматхои мунфасил (квантонида) сохиб буда, эвергияи хар як афканиши чудогонае = Av мебошад (v — басомади мавчи электромагнитии хорид 8 фурубурд). Яъне хар як зарра канданандае реза-реза (резаи афканишотро квант меноманд) шуоъ меафканад ва шуоъ фуру мебарад.

Л. Эйнштейн гояи Планкро инкишоф дода, нишон дод, ки дискрети (реза-реза) будани нурафкани аз худи табнати афканишоти электромагнити бармеояд. Афканишоти электромагнити (аз чумла нури рушнои) аз чунин квантхо — ба истилох фотонхо «иборат» аст. Н. Бор назарияи квантии рушноиро ба проблемаи сохти атом татбик намуда (1913) нишон дод, ки электронхои атом дар гирди ядрои он аз руи мадорхое чарх мезананд, ки ба конунхои механикаи классики итоат намекунанд. Дар хар яки ин мадорхо электрон дар холати муайяни энергетики, дар холати стационари мебошад; атом факат дар вакти аз як мадор ба мадори диг. гузаштани электронхо шуоъ меафканад ё фуру мебарад. Энергияи афканиш бо формулаи h\iK = — еж ифода мешавад. Назарияи Бор хосиятхои шуъоафкании атоми соддатарин — а томи гидрогенро шарх дод, аммо онро ба атому молекулахои мураккаб татбик кардан мумкин нашуд. Соли 1924 Л. де-Бройль паи маънидоди физикии тахминоти Бор кушида, дар бобати ба хамаи навъхои материя хос будани дуализми корпускулавию мандифарави пешниход кард. Мувофики ададии у, хар як зарраи модда, сарфи назар аз сиришти физикии вай, дар баробари хосияти корпускулави хосияти манди низ дорад. Дарозии мавч (X) ва импулси зарраи мазкур (р) бошад, аз руи формулаи асрии алокаманданд: А

Хосиятхои мандии заррахо мебоист дар ходисахои дифракциони зохир мешуд. Дар хакикат хам соли 1927 К. Девиссон ва Л. фермер бори нахуст дифракцияи электронхоро мушохида карданд ва бо хама ин акидаи де-Бройлро дар тачриба исбот намуданд. с. 1926 Э. Шрёдингер муодилаеро тахия кард, ки рафтори «мавч»-хои де-Бройлро дар майдони куввагии беруна тавсиф мекард. Ана хамин тавр, механикаи манди ном сохаи физикаи назари ташаккул, ёфт, Муодилаи стационарии (аз вакт новобаста) Шрёдангерро, ки аз чумлаи муодилахои асосии Механикаи кванти хисоб мешавад, ба шакли зерин менависанд:

Дар ин чо  — функцияи манди; Е — энергияи зарраи массааш m; V(x)— энергияи потенциалии майдони берунаи стационари (ниг. низ Муодилаи Шрёдингер).

Гарчанде дурустии муодилаи Шрёдангер дар тачриба исбот шуд, аммо дар боби маънидоди физики функцияи манди дар байни физикхо бахсу мунозирахои доманадоре ба амал омад. М. Борн (1927) бори нахуст маънидоди статистии функцияи мандиро пешниход кард. Маънои статистии функцияи манди, яъне эхтимоли дар ягон вохиди хачм мавчуд будани зарра бо квадрати модули, функцияи манди ифода меёбад. Пас, дар Механикаи кванти дар як вакт хам импулс ва хам координатаи зарраро аник муайян кардан имкониопазир мебошад; ин аз таносуби номуайяни бармеояд, ки онро Гейзенберг (1927) мукаррар кардааст. Динамикаи системаи кванти, яъне бо мурури замон тагйир ёфтани холати вай, дар зимни муодилаи стационарии Шрёдангер тавсифнопазир аст. Барои халли ин масъала ба муодилаи умумии Шрёдингер ру овардан лозим аст, ки ба ин шакл навишта мешавад:

Ин муодила, ки онро дар Механикаи кванти муодилаи харакат меноманд, дар сурати аз вакт вобаста будани энергияи потенциали [К = (х, ()] низ истифода бурдан мумкин аст. Аз ин муодила истифода бурда, барои вактхои гуногун (t) функцияи манди Ч^х, у, г, 0~ро муайян кардан мумкин аст. Пас, агар холати аввалаи системаи кванти маълум бошад холатхои баъдинаи вайро хам ёфтан мумкин мегардад. Ба ин маъни дар Механикаи кванти принципи сабабият яке аз конунхои асоси ба хисоб меравад.

Дар Механикаи кванти бузургихои физики ва вобастагии байни онхо ба воситаи операторхо ифода меёбанд. Як катор киматхои ягон бузургиро слектри хамон бузурги меноманд. Дар Механикаи кванти муодилаи асосии системае, ки холаташ бо мурури вакт тагйир меёбад.

чунин аст: (п = Я^, дар ин чо оператори Н гамилтониан ном дорад. Агар система дар тахти таъсири майдони потенциали бошад, ни муодила намуди муодилаи умумии Шрёдингерро мегирад.

Дар атрофи принципхо, мафхумхои умуми ва конунхои асосии Механикаи кванти хануз хам бахсу мунозирахои фалсафи идома доранд, ки ин харгиз бесабаб нест. Механикаи кванти яке аз комёбихои беназири илми муосир ба хисоб меравад. Ба туфайли Механикаи кванти зарра, мавч, харакат, холат, сабабият барин мафхумоту тасаввуроти физикаи классики ба кулли тагйир ёфтанд.

Ад.: Блохинцев Д. И. Основы квантовой механики, 5 нац., М., 1976; Ландау Л. Д., Л и ф ш и ц Е. М., Квантовая механика, 3 изд., М., 1976 (Теоретическая физика т. 3); Фейнман Р.. Лейтон Р., Свндс М., Фейнмановские лекции по физике, пер. с англ., вып. 8—9, М., 1977—78.

А. Ашуров, Ш. Шакиров.