Кванттық мханикадағы тәжіриблер

Кванттық механика атомдық деңгейдегі бөлшектердің қозғалысы мен əсерлесулерінің жалпы заңдылықтарын зерттейді жəне осы заңдылықтарға сүйене отырып атом ядросының, атомның, молекулалар мен қатты денелердің құрылысы теориялары мен қасиеттерін тағайындайды.

Классикалық физиканың атомдардың қасиеттері мен құрылысын жəне олардың жарықпен əсерлесуін түсіндіре алмауына байланысты физиканың жаңа бөлігі- кванттық механика пайда болды.

Кванттық механика, толқындық механика - микробөлшектердің (элементар бөлшектердің, атомдардың, молекулалардың, атом ядроларының) және олардың жүйелерінің (мысалы, кристаллдардың) қозғалу заңдылықтарын анықтайтын, сондай-ақ, бөлшектер мен жүйелерді сипаттайтын физикалық тәжірибеде тікелей өлшенетін шамалармен байланыстыратын теория.

Ол өрістің кванттық теориясында, кванттық химияда, кванттық статистикада, т. б. қолданылады. Кванттық механика бейрелятивистік (жарық жылдамдығымен салыстырғанда төмен жылдамдықтағы с) және релятивистік (жарық жылдамдығымен салыстыруға болатын жоғары жылдамдықтағы с) болып бөлінеді.

Боте тәжірибесі

Егер жарық тіркегіш құралмен әрекеттесетін фотондар бір-біріне тәуелсіз фотондар ағынынан тұрса, онда өте әлсіз жарық ағындарын тіркегенде интенсивтіктің флуктуациялары (ауытқулары) бақылануы тиіс. Мұндай ауытқулар әр секунд сайын құралға түсетін N фотондар санының орташа мәнінен кездейсоқ ауытқудың нәтижесінде байқалады. N саны өте үлкен болса, ауытқу елеусіз, ал N кіші болғанда, мұндай ауытқуларды өлшеуге болады. Осындай тәжірибелердің алғашқысын 1924 жылы В. Боте жасады. Газ разрядты екі санағыштың арасына жұқа металл фольга Ф орналастырылады. Фольгаға қырынан қысқа толқынды рентген сәулелерінің өте әлсіз жіңішке шоғы түсіріледі. Рентген сәулелерінің әсерінен фольганың өзі интенсивтігі өте аз рентген сәулелерін шығара бастайды (рентгендік флуоресценция), яғни фольга шығаратын фотондардың саны болымсыз аз. Рентген сәулелері санағыштарға С түскенде арнаулы М механизмдер іске қосылады. Бұл механизмдер бірқалыпты жылжып отыратын Т таспаның екі шетіне белгі соғып тұрады. Егер фольгадан шығатын рентген сәулесі толқын түрінде үздіксіз, жан-жаққа бірдей таралса, таспаның екі жағына түсетін белгілер симметриялы болып шығар еді. Ал тәжірибеде бұл белгілер ретсіз, қалай болса солай орналасқан болып шықты. Мұны тек фотондар фольгадан бір-біріне тәуелсіз, үздікті түрде, барлық бағытта ұшып шығуының нәтижесі деп түсіндіруге болады.

Вавилов тәжірибелері

Бұл тәжірибелерде өте әлсіз, интенсивтігі адам көзінің жарықты сезіну шегімен сәйкес келетін жарық көздерінің бір жанып, бір сөніп жыпылықтап тұруы бақыланды. Егер адам біраз уақыт қараңғыда отырса, ол тек интенсивтігі белгілі бір шектік мәннен жоғары жарықты көре алады, одан әлсізді көрмейді. Мысалы, толқын ұзындығы λ=500 нм жарықты сезу үшін адам көзіне секунд сайын кем дегенде 200-400 фотон түсуі керек. Сонда жаңағы қараңғыда жыпылықтап тұрған әлсіз жарқылдың кейбіреулерін бақылаушы адам көріп, кейбіреулерін көре алмаған. Бұдан әр жарқыл кезінде интенсивтік орташа мәнінен ауытқып отырған деген қорытынды жасауға болады, яғни ұшып шыққан фотондар саны кейде көздің көру шегіне жетпей қалып отырған.

Абсолют қара дененің сəуле шығаруы. Планк болжамы.

Электромагниттік құбылыстардың ішінде тепе-теңдік қалыптағы сəуле шығару құбылысьның алатын орны ерекше. Осы құбылыстың теориясын жасау үрдісінде физиканың жаңа бөлімі - кванттық механика тағайындалды. Сырты жылулық сəуле шығармайтын материалмен қапталған, Т - температураға дейін қыздырылған, іші қуыс дененің жылу сəулелерін шығаруын тепе-теңдік қалыптағы сəуле шығару деп қарастыруға болады. Осы қуыста кішкене саңылау жасалса, онда сырттан түсірілген электромагниттік сəулелер қуыс ішінде түгел қалады, яғни бұл денені абсолют қара дене ретінде қабылдауға болады.

Қуыстың қабырғалары электромагниттік толқындарды шығарып жəне жұтып ала алады. Тепе-теңдікте 1 сек ішінде бөлініп шығатын сəулелер мен жұтып алатын сəулелердің шамалары бірдейлігінен, қуыстың ішінде энергия тығыздығы

U =1(E 2+ H 2)

тұрақты электромагниттік өріс пайда болады.

Жарық кванттары

Абсолют қара дененің ішкі қабырғасын осцилляторлардан тұрады деп алып, олар энергияны үзілісті түрде шығарады деген Планк болжамының жеткілікті физикалық негізі болмады. Сондықтан А. Эйнштейн (1905 ж. ) бұл болжамды дамытып, тек абсолют қара дененің жылулық сəуле шығаруы ғана емес, электромагниттік сəулелердің өзі де жеке бөлшектерден-фотондардан тұрады деген жаңа, тың болжам ұсынды. Яғни, Эйнштейн теориясы бойынша, электромагниттік өріс тыныштық массасы нольге тең бөлшектерден-фотондардан тұрады. Бұл болжам бойынша электромагниттік өріс энергиясы: