Mechanika kwantowa (teoria kwantów) Opisuje przede wszystkim

Mechanika kwantowa (teoria kwantów)
Opisuje obiekty o bardzo małych masach i rozmiarach - np. atom, cząstki elementarne itp. Dla
zjawisk zachodzących w mikroświecie konieczne jest stosowanie mechaniki kwantowej, gdyż
mechanika klasyczna nie daje poprawnego opisu tych zjawisk. Wraz ze Szczególną teorią
względności mechanika kwantowa jest podstawą opisu wszelkich zjawisk fizycznych. Mechanika
kwantowa została stworzona niezależnie przez Wernera Heisenberga i Erwina Schrödingera w 1925
r. Została szybko rozwinięta dzięki pracom Maxa Borna i Paula Diraca.
Zjawiska opisywane przez mechanikę kwantową
•
•
•
•
•
dyfrakcja i interferencja światła i strumieni cząstek (podstawa optyki kwantowej);
szczegóły atomowej budowy materii, zwłaszcza struktury elektronowej pierwiastków
(podstawa chemii kwantowej, fizyki ciała stałego);
zjawiska rozpraszania i zderzeń w skali atomowej (podstawa fizyki jądrowej, fizyki cząstek
elementarnych);
mikroskopowego opisu zjawisk transportu (przewodnictwo prądu w metalach i
półprzewodnikach);
zjawisk kolektywnych w skali makroskopowej (nadciekłość, nadprzewodnictwo,
kondensacja);
W roku 1927 Heisenberg podał zasadę nieoznaczoności, Davisson i Germer doświadczalnie
potwierdzili falową naturę cząstek (elektronów), a Born dokonał interpretacji funkcji falowej
Schrodingera, podając "teorię kwantów
Postulat pierwszy o stanie układu kwantowego
Pierwszy postulat mechaniki kwantowej mówi nam, że w rzeczywistości niemożliwe jest dokonanie
dokładnego pomiaru jakiejkolwiek wielkości fizycznej. Pomiar każdej bowiem wielkości obarczony
będzie błędem. Tym samym to co zobaczymy i to co zmierzymy, nie będzie już rzeczywistym
obrazem dowolnego przedmiotu.
Postulat drugi o reprezentacji zmiennych dynamicznych
Każdy pomiar dowolnej wielkości fizycznej wywiera trwały wpływ na cały mierzony układ
fizyczny. Jeśli na przykład zechcemy zmierzyć wartość pędu dla przelatującego samolotu, musimy
być świadomi, że nie tylko tym samym wpłyniemy na wynik pomiaru lecz również zakłócimy
dalszy ruch samolotu, który już nie poleci po pierwotnym. Gdyby masa samolotu była
porównywalna z masą elektronu, lub gdyby stała Plancka była kilka rzędów wielkości większa, to
wpływ na dalszy ruch byłby znaczący.
Postulat trzeci o ewolucji w czasie stanu układu
Postulat trzeci mówi nam, że średnia wartość dowolnej wielkości fizycznej związanej z układem w
chwili t powinna być równa średniej arytmetycznej wszystkich takich hipotetycznych pomiarów
Postulat czwarty o interpretacji wyników pomiaru
Stwierdza on mianowicie, że z wyjątkiem szczególnych przypadków nie możemy przewidzieć
wyniku pojedynczego pomiaru, a jedynie wartość średnią wielu pomiarów. Bardziej zaawansowane
rozważania związane z Postulatem IV prowadzą np. do wniosku, że nie istnieje żadna metoda
postępowania czy rozumowania, która pozwoliłaby przewidzieć, w jakiej chwili i w jakim kierunku
atom będący w stanie wzbudzonym wypromieniuje foton [zob. kwant]. Wynika stąd, że mechanika
kwantowa nie jest teorią deterministyczną.
Podstawowe własności ruchu kwantowego:
• dla dowolnej cząstki nie można określić trajektorii --a więc położenia i pędu w każdej chwili
czasu,
• zamiast trajektorii możemy jedynie określić funkcję falową,
• można określić prawdopodobieństwo znalezienia cząstki w danym miejscu