|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
KHÁM PHÁ KHOA HỌC QUAN TRỌNG NHẤT
Cơ lượng tử. Lịch sử và bản chất của khám phá khoa học
Cẩm nang / Những khám phá khoa học quan trọng nhất Khi sự phấn khích của những thành công đầu tiên đã qua Lý thuyết của Bohr, mọi người chợt nhận ra một sự thật đơn giản: Mưu đồ của Bohr thật mâu thuẫn. Không có nơi nào để che giấu một thực tế như vậy, và nó giải thích cho sự bi quan khi đó Einstein, cũng như sự tuyệt vọng của Pauli. Các nhà vật lý học đã bị thuyết phục lặp đi lặp lại rằng một electron, khi chuyển động trong nguyên tử, không tuân theo quy luật điện động lực học: nó không rơi vào hạt nhân và thậm chí không bức xạ nếu nguyên tử không bị kích thích. Tất cả điều này bất thường đến mức không vừa với đầu: electron, vốn "có nguồn gốc" từ điện động lực học, đột nhiên vượt ra khỏi tầm kiểm soát của các định luật của nó. Trong bất kỳ nỗ lực nào để tìm ra cách hợp lý thoát khỏi vòng luẩn quẩn đó, các nhà khoa học luôn đi đến kết luận: nguyên tử Bohr không thể tồn tại. Hóa ra chuyển động của một electron trong nguyên tử tuân theo một số định luật khác - định luật cơ học lượng tử. Cơ học lượng tử là khoa học về sự chuyển động của các electron trong nguyên tử. Ban đầu nó được gọi là: cơ học nguyên tử. Heisenberg - người đầu tiên trong số những người có may mắn sáng tạo ra khoa học này. Werner Karl Heisenberg (1901–1976) sinh ra tại thành phố Würzburg của Đức. Vào tháng 1911 năm 1920, Werner được gửi đến một nhà thi đấu có uy tín. Năm XNUMX, Heisenberg vào Đại học Munich. Sau khi tốt nghiệp, Werner được bổ nhiệm làm trợ lý giáo sư Sinh tối đa tại Đại học Göttingen. Born chắc chắn rằng thế giới vi mô nguyên tử khác với thế giới vĩ mô được vật lý cổ điển mô tả đến mức các nhà khoa học thậm chí không nên nghĩ đến việc sử dụng các khái niệm thông thường về chuyển động và thời gian, tốc độ, không gian và vị trí nhất định của các hạt khi nghiên cứu cấu trúc của nguyên tử. Cơ sở của thế giới vi mô là lượng tử, thứ không nên được cố gắng hiểu hoặc giải thích từ các vị trí trực quan của các tác phẩm kinh điển đã lỗi thời. Triết lý cấp tiến này đã tìm thấy một phản ứng nồng nhiệt trong tâm hồn của trợ lý mới của mình. Thật vậy, trạng thái của vật lý nguyên tử vào thời điểm đó giống như một đống giả thuyết. Bây giờ, nếu ai đó có thể chứng minh bằng kinh nghiệm rằng electron thực sự là sóng, hay đúng hơn, vừa là hạt vừa là sóng. Nhưng không có kinh nghiệm như vậy cho đến nay. Và nếu đúng như vậy, thì sẽ không chính xác nếu chỉ tiến hành từ các giả định về electron là gì, theo Heisenberg mô phạm. Liệu có thể tạo ra một lý thuyết trong đó sẽ chỉ có dữ liệu thực nghiệm đã biết về nguyên tử, thu được bằng cách nghiên cứu ánh sáng phát ra từ nó? Bạn có thể nói gì về ánh sáng này? Rằng nó có tần suất như vậy, tần suất như vậy, cường độ như vậy, không còn nữa... Vào tháng 1925 năm XNUMX, Heisenberg ốm yếu đã yên nghỉ trên đảo Heligoland ở biển Baltic. Anh không kịp nghỉ ngơi - ở đó anh chợt nhận ra một sự thật bất ngờ: người ta không thể hình dung chuyển động của một electron trong nguyên tử như chuyển động của một quả bóng nhỏ dọc theo một quỹ đạo. Điều đó là không thể, bởi vì electron không phải là một quả bóng, mà là một thứ gì đó phức tạp hơn, và không thể theo dõi chuyển động của "thứ gì đó" này đơn giản như chuyển động của một quả bóng bi-a. L. Ponomarev viết trong cuốn sách của mình: "Heisenberg lập luận: các phương trình mà chúng ta muốn mô tả chuyển động trong nguyên tử không được chứa bất kỳ đại lượng nào khác với những đại lượng có thể đo được bằng thực nghiệm. Và từ các thí nghiệm, nguyên tử đó ổn định , bao gồm hạt nhân và các electron và có thể phát ra các tia nếu nó bị nhiễu loạn khỏi trạng thái cân bằng. không nói bất cứ điều gì về thực tế xảy ra với electron tại thời điểm nhảy, vì vậy để nói "đang bay" giữa hai trạng thái đứng yên. Và tất cả mọi người, kể cả Heisenberg, theo thói quen tìm kiếm câu trả lời cho chính câu hỏi này. Nhưng tại một số chỉ ra rằng nó đã trở nên rõ ràng với anh ta: electron không tồn tại "giữa" các trạng thái tĩnh, nó chỉ đơn giản là không có tính chất như vậy! Ở đó có gì vậy? Có một cái gì đó mà ông ấy thậm chí còn chưa biết tên, nhưng ông ấy tin rằng nó chỉ phụ thuộc vào nơi mà electron đi và từ đâu. Cho đến thời điểm đó, các nhà vật lý đã cố gắng tìm ra một quỹ đạo giả định cho một electron trong nguyên tử, quỹ đạo này phụ thuộc liên tục vào thời gian và có thể được đưa ra bởi một dãy số đánh dấu vị trí của electron tại một số thời điểm nhất định. Heisenberg lập luận rằng không có quỹ đạo như vậy trong nguyên tử, và thay vào đó là một đường cong liên tục có một tập hợp các số rời rạc, các giá trị của chúng phụ thuộc vào các số của trạng thái ban đầu và cuối cùng của electron. Ông tưởng tượng trạng thái của nguyên tử như một bàn cờ vô tận với những con số được viết trên mỗi ô vuông. Đương nhiên, giá trị của những con số này phụ thuộc vào vị trí của ô vuông trên "bảng nguyên tử", tức là vào số hàng (trạng thái ban đầu) và số cột (trạng thái cuối cùng), tại giao điểm của số đó . Nếu các con số X của một loại kỷ lục về "trò chơi nguyên tử" được biết, thì mọi thứ cần thiết về nguyên tử để dự đoán các đặc tính có thể quan sát được của nó: quang phổ của nguyên tử, cường độ của các vạch quang phổ của nó, số lượng và tốc độ của các điện tử bị tia tử ngoại đánh bật ra khỏi nguyên tử, và nhiều hơn thế nữa. Các số X không thể gọi là tọa độ của electron trong nguyên tử. Họ thay thế họ, hoặc, như người ta đã nói sau này, họ đại diện cho họ. Nhưng những từ này có nghĩa là gì - lúc đầu, chính Heisenberg cũng không hiểu. Tuy nhiên, ngay lập tức với sự giúp đỡ của Max Born (1882-1970) và Pascual Jordan, người ta đã có thể hiểu rằng bảng số không chỉ là một bảng mà là một ma trận. "Ma trận," L.I. Ponomarev lưu ý, "là các bảng số lượng có các phép toán cộng và nhân được xác định nghiêm ngặt. Đặc biệt, kết quả của phép nhân hai ma trận phụ thuộc vào thứ tự mà chúng được nhân. Quy tắc này có vẻ lạ và đáng ngờ , nhưng bản thân nó không chứa bất kỳ sự tùy tiện nào. Về bản chất, chính quy tắc này phân biệt ma trận với các đại lượng khác. Chúng ta không có quyền thay đổi nó theo ý thích của mình - toán học cũng có những quy luật không thể lay chuyển của riêng nó. Những quy luật này, độc lập với vật lý và tất cả các ngành khoa học khác, được thiết lập bằng ngôn ngữ của các ký hiệu, tất cả các mối liên hệ logic có thể hình dung được trong tự nhiên, và không thể biết trước liệu tất cả các mối liên hệ này có được thực hiện trong thực tế hay không. Tất nhiên, các nhà toán học đã biết về ma trận từ rất lâu trước Heisenberg và biết cách làm việc với chúng. Tuy nhiên, mọi người hoàn toàn ngạc nhiên khi những vật thể lạ với những đặc tính khác thường này lại tương ứng với một thứ có thật trong thế giới hiện tượng nguyên tử. Công lao của Heisenberg và Born nằm ở chỗ họ đã vượt qua rào cản tâm lý, tìm ra sự tương ứng giữa các thuộc tính của ma trận và các đặc điểm chuyển động của các electron trong nguyên tử, và từ đó thành lập một cơ học ma trận mới, nguyên tử, lượng tử. Nguyên tử - vì nó mô tả chuyển động của các electron trong nguyên tử. Lượng tử - bởi vì vai trò chính trong mô tả này được thực hiện bởi khái niệm lượng tử tác dụng. Ma trận - bởi vì bộ máy toán học cần thiết cho việc này là ma trận. Trong cơ học mới, mỗi đặc tính của một electron: tọa độ, động lượng, năng lượng - tương ứng với các ma trận tương ứng. Sau đó, các phương trình chuyển động, được biết đến từ cơ học cổ điển, được viết ra cho chúng. Heisenberg thậm chí còn thiết lập thêm một điều nữa: ông phát hiện ra rằng ma trận cơ học lượng tử của tọa độ và xung lượng không phải là ma trận nói chung, mà chỉ là những ma trận tuân theo quan hệ giao hoán (hoặc hoán vị). Trong cơ học mới, quan hệ giao hoán này đóng vai trò chính xác như điều kiện lượng tử hóa Bohr trong cơ học cũ. Và cũng giống như các điều kiện Bohr chỉ ra các quỹ đạo đứng yên từ tập hợp tất cả các quỹ đạo có thể có, quan hệ giao hoán Heisenberg chỉ chọn các quỹ đạo cơ lượng tử từ tập hợp tất cả các ma trận. Không phải ngẫu nhiên mà trong cả hai trường hợp - cả trong điều kiện lượng tử hóa Bohr và trong các phương trình Heisenberg - hằng số Planck đều phải có mặt. Hằng số Planck nhất thiết phải đi vào tất cả các phương trình của cơ học lượng tử, và nhờ đặc điểm này, chúng có thể được phân biệt rõ ràng với tất cả các phương trình khác. Các phương trình mới mà Heisenberg tìm ra không phải là phương trình của cơ học cũng không phải của điện động lực học. Từ quan điểm của các phương trình này, trạng thái của một nguyên tử hoàn toàn được cho nếu biết ma trận tọa độ hoặc động lượng. Hơn nữa, cấu trúc của các ma trận này sao cho nguyên tử không bức xạ ở trạng thái không bị kích thích. Theo Heisenberg, chuyển động không phải là chuyển động của một quả cầu điện tử dọc theo bất kỳ quỹ đạo nào xung quanh hạt nhân. Chuyển động là sự thay đổi trạng thái của hệ theo thời gian, mô tả ma trận tọa độ và động lượng. Cùng với những câu hỏi về bản chất chuyển động của electron trong nguyên tử, câu hỏi về tính ổn định của nguyên tử cũng biến mất. Theo quan điểm mới, trong một nguyên tử không bị kích thích, electron đang ở trạng thái nghỉ, và do đó không nên bức xạ. Lý thuyết của Heisenberg là nhất quán nội tại, điều mà sơ đồ của Bohr thiếu. Đồng thời, nó dẫn đến kết quả tương tự như các quy tắc lượng tử hóa Bohr. Ngoài ra, với sự trợ giúp của nó, cuối cùng người ta cũng có thể chỉ ra rằng giả thuyết của Planck về lượng tử bức xạ là một hệ quả tự nhiên và đơn giản của cơ học mới. Phải nói rằng cơ học ma trận xuất hiện rất thời cơ. Những ý tưởng của Heisenberg đã được các nhà vật lý khác tiếp thu và chẳng bao lâu, theo Bohr, nó đã có được "một dạng mà về tính hoàn chỉnh và tính tổng quát của nó, có thể cạnh tranh với cơ học cổ điển." Tuy nhiên, có một tình huống đáng buồn trong tác phẩm của Heisenberg. Theo ông, ông không thể thành công trong việc tìm ra một quang phổ đơn giản của hydro từ lý thuyết mới. Và sự ngạc nhiên của anh ấy là gì khi, một thời gian sau khi công bố công trình của mình, như anh ấy đã viết, “Pauli đã mang đến cho tôi một điều ngạc nhiên: cơ học lượng tử hoàn chỉnh của nguyên tử hydro. có thể phát triển nó rất nhanh "". Pauli viết trên Ngày 9 tháng 1925 năm XNUMX. Anh sớm tự biện minh cho đức tin của mình. Bằng cách áp dụng cơ học mới cho nguyên tử hydro, ông đã thu được các công thức tương tự như Niels Bohr dựa trên định đề của họ. Tất nhiên, những khó khăn mới nảy sinh, nhưng đó là những khó khăn của sự phát triển, chứ không phải là sự vô vọng của ngõ cụt. Tác giả: Samin D.K.
▪ Định luật thứ hai của nhiệt động lực học ▪ Mô hình địa tâm của thế giới ▪ Lý thuyết sinh học về quá trình lên men
Da nhân tạo để mô phỏng cảm ứng
15.04.2024 Cát vệ sinh cho mèo Petgugu Global
15.04.2024 Sự hấp dẫn của những người đàn ông biết quan tâm
14.04.2024
▪ Xi măng hấp thụ tốt carbon dioxide ▪ Đồng hồ FiLIP để giám sát trẻ em ▪ Thiết kế của trạm liên hành tinh lớn Psyche đã hoàn thành ▪ Đã tìm ra nguyên nhân gây ngộ độc ở phụ nữ mang thai ▪ Huawei đã làm việc trên kết nối 6G
▪ phần của trang web Tài liệu quy phạm về bảo hộ lao động. Lựa chọn bài viết ▪ bài Duyên phận chọn lọc (Affinity of Souls). biểu hiện phổ biến ▪ Bài báo Người vận hành dây chuyền cơ giới hút cá. Mô tả công việc ▪ bài viết Khối hiệu ứng cho guitar độc tấu. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện
Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web
www.diagram.com.ua |
Chúng tôi giới thiệu các bài viết thú vị razdela 
Xem các bài viết khác razdela 
Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:
Tất cả các ngôn ngữ của trang này