«Новая» квантовая теория. Физический смысл квантовой теории

Страницы работы

Фрагмент текста работы

«НОВАЯ» КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ

Луи де Бройль.

Юбилейная марка с формулой де Бройля.

Франция. 1994 г.

В 1924 г. французский физик Луи де Бройль (1892—1987) предпринял атаку на устоявшиеся представления о частицах и волнах. Он рассуждал примерно так если свет ведёт себя в одних случаях как волна (о чём свидетельствуют дифракция, интерференция и т. д.), а в других (в первую очередь в явлении фотоэффекта) — как частица, квант излучения (фотон), то почему не может быть наоборот: те объекты, которые все привыкли считать материальными частицами, например электроны, на самом деле одновременно проявляют и свойства волны? Аналогия со световыми квантами привела де Бройля к формуле для длины волны l, связанной с любой частицей (такую волну стали называть волной де Бройля),

где p — импульс частицы, h — постоянная Планка. Нельзя не восхититься смелостью де Бройля: ведь если Планк пришёл к гипотезе квантов, поскольку требовалось объяснить излучение абсолютно чёрного тела, то гипотеза де Бройля — чисто умозрительное построение. Она позволяет, однако, сделать далеко идущие выводы. В частности, у электронов с энергиями от 1 до 10 000 эВ длины волн де Бройля те же, что и у рентгеновских лучей! Но тогда облучение кристаллической решётки пучком электронов должно давать на фотоплёнке примерно такую же дифракционную картину, какая наблюдается на рентгенограмме. И в 1927 г. американцы Клинтон Джозеф Дэвиссон (1881 — 1958), Лестер Джермер (1896—1971) и независимо от них англичанин Джон Паджет Томсон (1892—1975), сын знаменитого Джозефа Джона Томсона, поставили эксперименты, полностью подтвердившие гипотезу де Бройля!

В 1926 г. австрийский физик Эрвин Шрёдингер вывел уравнение для волн де Бройля. Волна, связанная с отдельной частицей, описывается волновой функцией y (t, x, у, z), зависящей от времени и пространственных координат. Уравнение Шрёдингера, которое для микрочастиц выполняет ту же роль, что и законы

Дифракционная картина, образуемая электронами катодных лучей на плёнке. Большие кольца соответствуют меньшей энергии. Первые фотографии опытов Дж. П. Томсона, подтвердившие правоту Л. де Бройля.

228

Ньютона для макроскопических тел, в самом общем виде выглядит красиво, но непонятно:

В левой части уравнения — скорость изменения волновой функции, умноженная на мнимую единицу i (i2 =-1) и на приведённую постоянную Планка ( ћ=h/2p). В правой части — оператор Гамильтона Н^, действующий на волновую функцию.

Оператор Гамильтона получается из выражения для энергии частицы. Например, в простейшем случае энергия частицы массой от, движущейся в потенциальном поле (потенциальная энергия U зависит от координат частицы), выражается формулой

(3)

ЛУИ ДЕ БРОЙЛЬ

Лауреат Нобелевской премии 1929 г. французский физик Луи-Виктор Пьер Раймон маркиз де Бройль (1892— 1987), следуя семейным традициям, намеревался стать дипломатом и первоначально изучал в Сорбонне историю, но под влиянием брата, Мориса де Бройля (1875—1960), одного из первых специалистов в области рентгеновской спектроскопии, параллельно с историей занялся и физикой. Учёба в университете была прервана в 1 91 3 г. призывом на военную службу, затянувшуюся из-за Первой мировой войны: Луи служил в радиотехнических войсках и даже вёл радиопередачи с Эйфелевой башни.

Луи де Бройль.

Докторскую диссертацию «Исследования по теории квантов» де Бройль представил в Сорбонну в 1924 г. — едва перешагнув 30-летний рубеж. К тому времени он успел опубликовать несколько важных работ о свойствах электронов, атомов и рентгеновского излучения, а также о квантах света (1922 г.). Идея Эйнштейна о том, что свет может иметь двойственную, корпускулярно-волновую природу (вести себя и как поток частиц-корпускул — фотонов, или квантов света, и как волна), захватила де Бройля, и он распространил эту идею на другие частицы. Согласно де Бройлю, любая из них должна обладать волновыми свойствами («волны материи»). Научный руководитель де Бройля Поль Ланжевен без энтузиазма и с недоверием отнёсся к работе подопечного и направил её на отзыв Эйнштейну. Тот заверил Ланжевена, что выводы де Бройля верны. «...Это не просто аналогия», — писал Эйнштейн. В статье о бозе-газе он сослался на работу де Бройля. Ссылка привлекла внимание Эрвина Шрёдингера, который под влиянием идеи де Бройля начал размышлять над своей волновой механикой.

Защитив диссертацию, де Бройль читал лекции в Сорбонне, а с 1928 г. — и во вновь организованном Институте Анри Пуанкаре. Тогда же он стал профессором теоретической физики в Сорбонне.

После смерти старшего брата Мориса в 1960 г. Луи унаследовал титул маркиза. Кроме того, как и все мужчины в роду, де Бройль был австрийским принцем. (Этот потомственный титул был пожалован одному из его предков за заслуги перед Австрией во время Семилетней войны.)

Наследие Луи де Бройля содержит более 30 книг по различным вопросам физики (в частности, нетрадиционной интерпретации квантовой механики) и философии науки. Его идеи ещё ждут своих исследователей.

Морис де Бройль.

229

Макс Борн.

Если заменить в правой части уравнения (3) величину импульса р на так называемый оператор импульса р^, получится оператор Гамильтона Н^.

Первая задача, которую Шрёдингер решил с помощью своего уравнения

Похожие материалы

Информация о работе

Предмет:
Физика
Тип:
Учебные пособия
Размер файла:
2 Mb
Скачали:
0