История исследований, проведенных по созданию квантовой теории

ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ, ПРОВЕДЕННЫХ ПО СОЗДАНИЮ

КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ Жамилов Ю.Ю.

Жамилов Юсуф Юнусович - преподаватель, кафедра трудового обучения, Бухарский государственный университет, г. Бухара, Республика Узбекистан

Аннотация: в статье говорится об исследованиях, проведенных по возникновению в науке таких революционных понятий, как: молекула, атом, электрон, свет, спин и др., а также, о значении квантовой теории в науке и технике.

Ключевые слова: атом, молекула, квант, квантование, дискретный размер, свет, электрон, спин.

В 1907 году Эйнштейн, объединяя идеи Планка, создал первую квантовую теорию теплоёмкости твердых тел. По его мнению, движения тепла в твердых телах обусловлены главным образом ионными колебаниями, в результате, при изучении тепловых явлений твердый объект динамически эквивалентен набору осцилляторов, которые вибрируют на разных частотах, и их энергия квантуется.

По теории Эйнштейна, для молярной теплоотдачи при высоких температурах, действует хорошо известный с классической физики, закон Дюлонг - Пти, а для низких температур действуют экспонциальные закономерности. Развивая теорию Эйнштейна путем внесений уточнений, в 1912 году немецкие физики П.Дебай, М.Борн и Карман создали квантовую теорию теплоемкости кристаллических твердых тел.

В 1913 году Нильс Бор, 27-летний датский физик, написал статью под названием «Структура атомов и молекул». В ней Бор теоретически обосновывает гипотезу квантования энергии осцилляторов Планка и предложенную английским физиком Э.Резерфордом в 1911 году, планетарной модели атома.

Согласно этой модели, почти целая масса атома находится в его положительно заряженном атомном ядре-центральной части очень маленького размера, а отрицательно заряженные электроны вращаются вокруг этого ядра на разных орбитах.

Объяснение такого движения с точки зрения классической электродинамики приводит к неустойчивости атомов, поскольку оно должно излучать ускоренный электронный луч. Истратив энергию на излучение, он должен быть, сброшен в ядро. Вопреки этому выводу, в природе существуют устойчивые атомы. Исходя из вышеизложенного, можно сказать, что классическая физика не может объяснить движение электрона в атоме.

Чтобы объяснить устойчивость атомов, Бор остроумно подошел к поставленному вопросу, а значить, к своим постулатам: электрон в атоме движется по орбитам, которые удовлетворяют условия определенного квантования. Такой электрон, который движется по стационарной орбите, не выделяет лучи. Излучение света происходит только тогда, когда электрон переходит от одной стационарной орбиты к другой, иначе говоря, от высокого энергетического уровня к нижнему уровню. Бор, на основе этих постулатов получил формулу, соответствующую опытам и позволяющую с высокой точностью вычислить частоты спектральных линий атома водорода. То, что в атомах существует квантованные энергетические уровни, утверждено опытами, которые провели в 1913 году Франк и Герц [1].

В последующие 1915-1916-гг. немецкий физик А.Зоммерфельд развил теорию Бора и создал теорию тонкой природы спектра атомов водорода. Совместно со своим соотечественником П.Дебаем, применил условие пространственного квантования для объяснения эффекта Зеемана и первым использовал понятие количество магнитного кванта. А также, на основе теорий А.Эйнштейна и Бора, внес коэффициент обязательной вероятности излучения и теоретически доказал индуцированное излучение. В 1928 году на основе теории Н.Бора, объяснил основные свойства периодической системы химических элементов [2].

В 1924 году французский физик Луи де Бройль внес революционную идею о том, что световая частица принадлежит всем природным частицам корпускулярно -волнового дуализма фотона. То, что эта идея уместна для электронов, экспериментально доказали в 1927 году американские физики Жермер и Девиссон.

В 1926 году, обобщая идею де Бройля, почти в одно и то же время, двумя разными математическими способами В.Гейзенберг и Э.Шредингер создали квантовую механику. Волновое уравнение Шредингера является основным уравнением нерелятивистской квантовой механики.

В 1928 году английский физик П.Дирак объединил уравнение Шредингера с теорией вероятности и создал релятивистскую квантовую механику. С решения основного уравнения Дирака, выходит, что электроны имеют античастицы. Таким образом поставлен шаг в мир античастиц.

В 1927 году Гейзенберг обнаружил неопределенность в физическом смысле уравнений квантовой механики. Согласно этому, для изучения движений микрочастиц, нельзя использовать понятие классической траектории. Н.Бор развивая все работы Гейзенберга, внес принцип полноты и показал, что свойства микромира необходимо характеризовать с точки зрения вероятности. Как результат, в физике впервые появился метод статистического изучения не только явлений макроскопической системы, но и характера движения отдельных микрочастиц.

Нужно особо отметить, что на сегодняшний день, достижения квантовой механики применяются во всех сферах техники. Они являются основой научно-технической революции второй половины ХХ века. В частности: применение на практике туннельного эффекта, наблюдаемого в преодолении микрочастицами потенциального барьера, создал резкий поворот в радиоэлектронике; в 1957 году изобрели полупроводниковые диоды.

В результате появились транзисторы, они заменили электронные лампы и совершили революцию в радиоэлектронике. И в качестве доказательства можно показать современные телевизоры, компьютеры и мобильные телефоны.

Список литературы

1. Шпольский Э.В. Атомная физика, том 1, М.: Наука, 1984 г.

2. Дягилёв Ф.М. Из истории физики и жизни её творцов. М.: Просвещение, 1986 г.