1-mavzu. Interferometrlar. Ko'p nurli interferensiya. 2-mavzu. Difraksion panjaraning spektral xaraktiristikalari

16-MAVZU: Kvant fizikasi elementlari
Kvant so'zi lotincha "quantum" dan kelib chiqqan bo'lib, "qanchalik" yoki "qancha" degan ma'noni anglatadi. Kvant mexanikasida kvant ma'lum fizik miqdorlarga, masalan, tinch holatda bo'lgan atom energiyasiga tayinlangan diskret birlikni anglatadi. Zarrachalar to'lqinga o'xshash xususiyatlarga ega bo'lgan diskret energiya paketlari ekanligining kashfiyoti fizikaning atom va subatomik tizimlar bilan shug'ullanadigan bo'limining yaratilishiga olib keldi, bu bugungi kunda kvant mexanikasi deb ataladi. U fizika va kimyoning ko'plab sohalari, jumladan, kondensatsiyalangan moddalar fizikasi, qattiq jismlar fizikasi, atom fizikasi, molekulyar fizika, hisoblash fizikasi, hisoblash kimyosi, kvant kimyosi, zarrachalar fizikasi, yadro kimyosi va boshqalar uchun matematik asos yaratadi yadro fizikasi... Nazariyaning ba'zi fundamental jihatlari hali ham faol o'rganilmoqda. Yorug'likning to'lqin tabiati bo'yicha ilmiy tadqiqotlar XVII va XVIII asrlar olimlar Robert Huk, Kristian Gyuygens va Leonard Eyler eksperimental kuzatishlar asosida yorug'likning to'lqin nazariyasini taklif qilganlarida, 1803-yilda ingliz generalist olimi Tomas Yang mashhur qo'sh tirqish tajribasini o'tkazdi, uni keyinchalik "Yorug'lik va ranglarning tabiati" nomli maqolasida tasvirlab berdi. Bu tajriba yorug'likning to'lqin nazariyasini rol o'ynadi. 1838 yilda Maykl Faraday katod nurlarini kashf etdi. Bu tadqiqotlardan so'ng 1859-yilda Gustav Kirxgofning qora jismning radiatsiya muammosini shakllantirishi, 1877-yilda Lyudvig Boltsmanning fizik tizimning energiya holatlari diskret bo'lishi mumkinligi haqidagi gipotezasi va 1900-yilda Maks Plankning kvant gipotezasi amalga oshirildi. Plankning energiya diskret "kvant" (yoki energiya paketlari) tomonidan chiqariladi va so'riladi degan gipotezasi qora tanli nurlanishning kuzatilgan naqshlariga to'liq mos keladi. 1896 yilda Vilgelm Vien qora jism nurlanishining tarqalish qonunini empirik tarzda aniqladi va uning sharafiga Wien qonuni deb nomlandi. Lyudvig Boltsman mustaqil ravishda Maksvell tenglamalarini tahlil qilib, bu natijaga erishdi. Biroq, qonun faqat yuqori chastotalarda ishlagan va past chastotalarda emissiyani kam baholagan. Keyinchalik Plank Boltsman termodinamikasining statistik talqini yordamida ushbu modelni tuzatdi va hozirda Plank qonuni deb ataladigan qonunni taklif qildi, bu esa kvant mexanikasining rivojlanishiga olib keldi. 1900 yilda Maks Plank qora jismning nurlanishi muammosini hal qilgandan so'ng (1859 yilda nashr etilgan), Albert Eynshteyn fotoelektr effektini tushuntirish uchun kvant nazariyasini taklif qildi (1905, 1887 yilda nashr etilgan). 1900-1910 yillarda atom nazariyasi va yorug'likning korpuskulyar nazariyasi birinchi marta ilmiy fakt sifatida keng e'tirof etildi. Shunga ko'ra, bu oxirgi nazariyalarni materiya va elektromagnit nurlanishning kvant nazariyalari sifatida ko'rish mumkin. Tabiatdagi kvant hodisalarini birinchi bo'lib o'rganganlar qatorida Artur Kompton. C.V.Raman va Piter Zeemanlar boʻlib, ularning har biri ba'zi kvant effektlari bilan atalgan. Robert Endryu Millikan fotoelektr effektini eksperimental ravishda tekshirdi va Albert Eynshteyn buning nazariyasini ishlab chiqdi. Shu bilan birga, Ernest Rezerford atomning yadro modelini eksperimental ravishda kashf etdi, unga ko'ra Niels Bor atomning tuzilishi haqidagi nazariyasini ishlab chiqdi, keyinchalik Genri Mozilining tajribalari bilan tasdiqlandi. 1913 yilda Piter Debay Arnold Sommerfeld tomonidan taklif qilingan elliptik orbitalarni kiritish orqali Niels Borning atom tuzilishi haqidagi nazariyasini kengaytirdi. Fizika rivojlanishining bu bosqichi eski kvant nazariyasi deb nomlanadi.Plankning fikricha, nurlanish kvantining energiyasi (E) nurlanish chastotasiga (v) mutanosibdir bu yerda h - Plank doimiysi.Plank ehtiyotkorlik bilan ta'kidladiki, bu shunchaki radiatsiyani yutish va chiqarish jarayonlarining matematik ifodasi va radiatsiyaning jismoniy haqiqatiga hech qanday aloqasi yo'q. Aslida, u o'zining kvant gipotezasini asosiy fundamental kashfiyot emas, balki to'g'ri javob olish uchun matematik hiyla sifatida ko'rdi. Biroq, 1905 yilda Albert Eynshteyn Plankning kvant gipotezasiga fizik izoh berdi va uni fotoelektr effektini tushuntirish uchun ishlatdi, bunda ba'zi moddalarning yorug'lik bilan yoritilishi moddadan elektronlar chiqishiga olib kelishi mumkin. Ushbu ishi uchun Eynshteyn 1921 yilda fizika bo'yicha Nobel mukofotini oldi. Keyin Eynshteyn bu fikrni aniqlab, yorug'lik bo'lgan elektromagnit to'lqinni to'lqin chastotasiga bog'liq bo'lgan diskret kvant energiyasiga ega bo'lgan zarracha (keyinchalik foton deb ataladi) sifatida ham tasvirlash mumkinligini ko'rsatdi.20-asrning birinchi yarmida Maks Plank, Nils Bor. Verner Xayzenberg, Lui de Broyl, Artur Kompton, Albert Eynshteyn, Ervin Shredinger, Maks Born, Jon fon Neyman, Pol Dirak, Enriko Fermi, Volfgang Pauli, Maks fon Laue, Friman Dayson, Devid Xilbert, Vilgelm Vien, Schatiendranath Bose, Arnold Sommerfeld va boshqalar kvant mexanikasiga asos solgan. Niels Borning Kopengagen talqini ko'pchilik tomonidan qabul qilingan. 1920-yillarning o'rtalarida kvant mexanikasining rivojlanishi uning standart formulaga aylanishiga olib keldi. atom fizikasi... 1925 yilning yozida Bor va Geyzenberg eski kvant nazariyasini yopadigan natijalari e'lon qilishdi. Muayyan jarayonlar va o'lchamlardagi zarrachalarga o'xshash harakatlarini hurmat qilish uchun yorug'lik kvantlari fotonlar deb ataldi (1926). Eynshteynning oddiy postulatidan ko'plab munozaralar, nazariy konstruktsiyalar va tajribalar paydo bo'ldi. Shunday qilib, kvant fizikasining butun sohalari paydo bo'ldi, bu esa 1927 yilda V Solvay Kongressida keng qabul qilinishiga olib keldi.Atom osti zarralari va elektromagnit to'lqinlar shunchaki zarralar yoki to'lqinlar emas, balki ularning har birining ma'lum xususiyatlariga ega ekanligi aniqlandi. To'lqin-zarracha ikkilik tushunchasi shunday paydo bo'ldi. 1930 yilga kelib, kvant mexanikasi Devid Xilbert, Pol Dirak va Jon fon Neymanning asarlarida yanada birlashtirildi va shakllantirildi, ular o'lchovlarga, voqelik haqidagi bilimimizning statistik tabiatiga va "kuzatuvchi" haqidagi falsafiy fikrlashga katta ahamiyat berdi. " Keyinchalik u kvant kimyosi, kvant elektronika, kvant optikasi va kvant axborot fani kabi ko'plab fanlarga kirib bordi. Uning nazariy zamonaviy ishlanmalari qatorlar nazariyasi va kvant tortishish nazariyalarini o'z ichiga oladi. Shuningdek, u elementlarning zamonaviy davriy sistemasining ko'pgina xususiyatlarini qoniqarli tushuntirib beradi va atomlarning harakatini tavsiflaydi, kimyoviy reaksiyalar va elektronlarning kompyuter yarimo'tkazgichlaridagi harakati va shuning uchun ko'plab zamonaviy texnologiyalarda hal qiluvchi rol o'ynaydi.Kvant mexanikasi mikrodunyoni tasvirlash uchun qurilgan bo'lsa-da, u o'ta o'tkazuvchanlik va ortiqcha suyuqlik kabi ba'zi makroskopik hodisalarni tushuntirish uchun ham kerak. Kvant mexanikasi (QM (QM); kvant fizikasi yoki kvant nazariyasi nomi bilan ham tanilgan), shu jumladan kvant maydon nazariyasi kichik masofalarda va atomlar va subatomik zarrachalarning past energiyalarida namoyon boʻladigan tabiat qonunlarini o'rganuvchi fizika sohasidir. Klassik fizika - kvant mexanikasidan oldin mavjud bo'lgan fizika, kvant mexanikasidan chegaraga o'tish sifatida kelib chiqadi, bu faqat katta (makroskopik) masshtablarda amal qiladi. Kvant mexanikasi klassik fizikadan shunisi bilan farq qiladiki, energiya, impuls va boshqa miqdorlar ko'pincha diskret qiymatlar (kvantlash) bilan chegaralanadi, ob'ektlar ham zarrachalar, ham to'lqinlarning xususiyatlariga ega (zarracha-to'lqin dualizmi) va aniqlikda cheklovlar mavjud. miqdorlarni aniqlash mumkin (noaniqlik printsipi).Kvant mexanikasi doimiy ravishda Maks Plankning 1900 yilda qora jismning radiatsiya muammosi (1859 yilda nashr etilgan) va Albert Eynshteynning 1905 yilda fotoelektr effektini tushuntirish uchun kvant nazariyasini taklif qilgan ishidan (1887 yilda nashr etilgan) kelib chiqadi. Ilk Kvant nazariyasi 1920-yillarning o'rtalarida chuqur qayta ko'rib chiqildi. Qayta ko'rib chiqilgan nazariya maxsus ishlab chiqilgan matematik formalizmlar tilida tuzilgan. Ulardan birida matematik funktsiya (to'lqin funksiyasi) zarrachaning pozitsiyasi, momentum va boshqa fizik xususiyatlarining ehtimoli amplitudasi haqida ma'lumot beradi.Kvant nazariyasini qo'llashning muhim sohalari: kvant kimyosi, supero'tkazuvchi magnitlar, yorug'lik chiqaruvchi diodlar, shuningdek, mikroprotsessor kabi lazer, tranzistor va yarim o'tkazgichli qurilmalar, magnit- rezonans tomografiya va elektron mikroskopiya kabi tibbiy va tadqiqot tasvirlari va ko'plab biologik tushuntirishlar. va jismoniy hodisalar.Kvant mexanikasi tizimlarning atom va kichikroq masofalardagi xatti- harakatlarini tushunish uchun zarurdir. Agar atomning fizik tabiati faqat klassik mexaniku tomonidan tasvirlangan bo'lsa, unda elektronlar yadro atrofida aylanishi shart emas edi, chunki orbital elektronlar nurlanish (aylana harakati tufayli) va energiya yo'qolishi tufayli yadro bilan to'qnashishi kerak. radiatsiya tufayli. Bunday tizim atomlarning barqarorligini tushuntira olmadi. Buning o'rniga elektronlar klassik mexanika va elektromagnetizmning an'anaviy tushunchalaridan farqli o'laroq, yadro yaqinidagi noaniq, deterministik bo'lmagan, bulg'angan, chiimoilik to'lqin-zarracha orbitallarida.Kvant mexanikasi dastlab atomni, ayniqsa bir xil izotoplar chiqaradigan yorug'lik spektrlaridagi farqlarni yaxshiroq tushuntirish va tavsiflash uchun ishlab chiqilgan. kimyoviy element shuningdek, subatomik zarralarning tavsiflari. Xulosa qilib aytganda, atomning kvant mexanik modeli klassik mexanika va elektromagnetizm ojiz bo'lgan sohada ajoyib tarzda muvaffaqiyatli ekanligini isbotladi. Kvant mexanikasi klassik fizika tushuntira olmaydigan hodisalarning to'rtta sinfini o'z ichiga oladi:

• 
  individual fizik xususiyatlarni kvantlash
  
• 
  kvant chigalligi
  
• 
  noaniqlik printsipi
  
• 
  to'lqin-zarracha dualizmi