|
|
.было считать, что свет имеет волновую природу, а для объяснения других ≈ корпускулярную. По существу разрешение этого противоречия и привело к созданию фш. основ К. м,
В 1924 Л. де Бройль (L. de Broglie), пытаясь найти объяснение постулированным в 1913 Н. Бором (N. Bohr) условиям квантования атомных орбит (см. ниже), выдвинул ∙ гипотезу о всеобщности ко р пуску лярпо-вол-поаого дуализма. Согласно дс Бройлю, каждой частице, независимо от е╦ природы, следует поставить в соответствие волну, длина к-рой Я связана с импульсом ча-стиды р соотношением K=k/p. По этой гипотезе не только фотоны, по и все «обыкновенные частицы» (электроны, протоны и др.) обладают волновыми свойствами (см. Волны де Бройля), к-рые, в частности, должны проявляться в дифракции частиц. В 1927 К. Дэвис-сон (С. Davisson) и Л. Джермер (L. Germer) впервые наблюдали дифракцию электронов. Позднее волновые свойства были обнаружены и у др. частиц и справедливость ф-лы де Бройля была подтверждена экспериментально. В 1926 Э. Шр╦дингер (Е. Schrodinger) предложил ур-ние, описывающее поведение таких «волн» во внеш. силовых полях, а М. Борн (М. Born) дал им статистическую, вероятностную интерпретацию. Так возникла волновая механика. Волновое Шр╦дингера уравнение является осн. ур-нием нереля-тивнстской К. м. В 1928 П. Дирак (Р. А. М. Dirac) сформулировал релятивистское ур-нис, описывающее движение электрона во внеш. силовом поле; Дирака уравнение стало одним из основных ур-ний релятивистской К. м.
Вторая линия развития (также являющаяся обобщением гипотезы Планка) начинается с работы Эйнштейна (1907), посвящ╦нной теории тепло╦мкости тв╦рдых тел. Эл.-маш. излучение, представляющее собой набор эл.-магн. волн разл. частот, динамически эквивалентно нек-рому набору осцилляторов. Испускание или поглощение волн эквивалентно возбуждению или, напротив, переходу в основное (невозбужд╦нное) состояние соответствующих осцилляторов. Тот факт, что испускание и поглощение эл.-магн. излучения веществом происходят квантами с энергией uv, можно выразить так: осциллятор поля не может обладать произвольной энергией, он может иметь только определ, дискретные уровни энергии, расстояние между к-рыми равно hv. Эйнштейн обобщил идею квантования энергии осциллятора эл.-магн. поля на осциллятор произвольной природы. Поскольку тепловое движение тв╦рдых тел сводится к колебаниям атомов, то и тв╦рдое тело динамически эквивалентно набору осцилляторов. Энергия таких осцилляторов тоже квантованаt т. е. разность соседних уровней энергии должна равняться ftv, где v ≈ частота колебаний атомов. Теория Эйнштейна, уточн╦нная П. Дебаем (P. Debye), Борном и Т. Карманом {Th. Karman), сыграла выдающуюся роль в развитии теории твердых тел.
В 1913 Бор применил идею квантования энергии к планетарной модели строения атома, к-рая вытекала из результатов опытов Э, Резерфорда (Е. Rutherfordt 1911). Согласно этой модели, в центре атома находится положительно заряж. ядро, в к-ром сосредоточена почти вся масса атома: вокруг ядра вращаются по орбитам отрицательно заряж. электроны. Рассмотрение такого движения на основе классич. представлений приводило к парадоксальному результату ≈ невозможности существования стабильных атомов; согласно классич. электродинамике, электрон не может устойчиво двигаться по орбите, поскольку вращающийся элсктрич, заряд должен излучать эл.-магн. волны и, следователь-во, терять энергию; радиус его орбиты должен непрерывно уменьшаться, и за время ~10-п с электрон должен упасть на ядро. Это означало, что законы классич. физики неприменимы к движению электронов в атоме, т. к. атомы не только существуют, но и весьма устойчивы.
Для объяснения устойчивости атомов Бор предположил, что излучение электрона в атоме подчиняется квантовым законам, т. е, происходит дискретными порциями. Он постулировал, что из всех орбит, допускаемых ньютоновой механикой для движения электрона в электрич. поле атомного ядра, реально осуществляются лишь те, к-рые удовлетворяют определ. условиям квантования, требующим [как показал позже А. Зоммерфельд (A. Sommerfeld}], чтобы величина действия для классич. орбиты была целым кратным постоянной Планка h. Такие орбиты были названы стационарными. Им отвечают определ. уровни энергии. Далее Бор постулировал, что при движении по стационарным орбитам электроп не испускает световых волн. Излучение происходит лишь при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую, т. е. с одного уровня энергии £, на другой, с меньшей энергией, £fc, и при этом рождается квант света с энергией hv~g;≈£fr. Так возникает линейчатый спектр атома. Исходя из этих постулатов, Бор получил правильную ф-лу для частот спектральных линий атома водорода (и водородоподобных атомов), охватывающую совокупность открытых ранее эмпирич. ф-л (см. Спектральная серия]. При этом числ. значение Ридберга постоянной, к-рое Бор выразил через фупдам. константы w, e, h (т и е≈масса и заряд электрона), оказалось в прекрасном согласии с е╦ значением, измеренным на опыте. Размеры атома в теории Бора также выражались через фундам. константы: радиус нижней боровской орбиты я≈л2/^е3^0,5 «10~в см совпадал с эксиерны. оценками размеров атома.
Т. о., Бор, используя квантовую постоянную А, отражающую дуализм света, показал, что эта величина определяет также и движение электронов в атоме. Впоследствии стало ясно, что этот вывод ≈ одно из следствий универсальности корпускулярно-волнового дуализма. Существование дискретных уровней энергии в атомах было непосредственно установлено Франка≈Герца опытами (1913≈14).
Успех теории Бора, как и предыдущие успехи теории квантов, был достигнут за сч╦т нарушения логич. цельности классич. теории: с одной стороны, использовалась Ньютонова механика, с другой,≈ привлекались чуждые ей искусств, правила квантования. Кроме того, теория Бора оказалась не в состоянии объяснить движение электронов в сложных атомах (даже в атоме гелия), возникновение хим. связи между атомами, приводящей к образованию молекул, и др. «Полуклассич.» теория Бора не могла также ответить на вопрос, как движется электрон при переходе с одного уровня энергии па другой. Дальнейшая разработка вопросов теории атома привела к убеждению, что движение электрона в атоме нельзя описывать в терминах (понятиях) классич. механики (как движение по определ. траектории, или орбите), что вопрос о движении электрона между стационарными орбитами несовместим с характером заколов, определяющих поведение электронов в атоме, и что необходима новая теория, в к-рую входили бы только величины, относящиеся к нач. и конечному стационарным состояниям атома. В 1925 В. Гейзенберг (W. Heisenberg) построил такую форм, схему, в к-рой вместо координат и скоростей электрона фигурировали некие абстрактные алгебр, величины ≈ матрицы; связь матриц с наблюдаемыми величинами (уровнями энергии и иытенсивноетями квантовых переходов) давалась простыми непротиворечивыми правилами. Работа Гей-зенберга была развита Борном и П. Иорданом (P. Jordan). Так возникла матричная механика. Вскоре после появления ур-ипя Шр╦диигера была показана матем, эквивалентность волновой (основанной на ур-нии Шр╦дингера) и матричной механики.
Большую роль в создании К. м. сыграли работы Дирака, выявившего важнейшую роль принципа суперпозиции состояний. Окончат, формирование К. м. как »*е последоват. теории с ясными физ. основами произошло 2/5
18*
