Місце квантової механіки в системі наук про рух тіл

Взагалі існує чотири механіки:

1. Класична механіка Ньютона-Галілея (XVII ст.) справедлива для випадків, коли швидкість тіла значно менша за швидкість поширення світла а маса тіла значно більша за масу електрона,

2. Механіка теорії відносності описує рух тіла з швидкістю та масою

3. Квантова механіка без врахування ефектів теорії відносності, описує рух тіл з масою та швидкістю (нерелятивістська квантова механіка);

4. Релятивістська квантова механіка, справедлива для випадків, коли

На початку XX ст. стало очевидним, що класична фізика невзмозі описати властивості систем, що складають­ся з мікрочастинок. Так, планетарна модель Резерфорда виявилась неспроможною пояснити лінійчастий характер атомних спектрів та сам факт стійкості атомів. З погляду класичної електродинаміки виняткова стійкість атомів суперечить ядерній моделі їх будови. Вихід був запропоно­ваний Бором: суперечності усувались шляхом введення припущень, що не задовольняли як закони класичної меха­ніки, так і закони класичної електродинаміки. Йдеться про добре відомі постулати Бора, суть яких полягає в таких положеннях:

1. Із нескінченної множини електронних орбіт здійсню­ються лише дискретні "стаціонарні" орбіти, для яких момент кількості руху кратній до , - стала Планка, тобто

Рух електронів по стаціонарних орбітах не супроводжу­ється випромінюванням.

2. Випромінювання або поглинання атомами електро­магнітних хвиль відбувається при переході електронів з однієї стаціонарної орбіти до іншої. Частота хвиль, що випромінюється атомами при таких переходах, визначається різницею енергій стаціонарних станів до і після випромінювання згідно з таким рівнянням:

де - номера стаціонарних орбіт, між якими відбуваються переходи електронів.

Таким чином, зберігаючи планетарну модель Резерфор­да, Н. Бор вніс до неї ідеї квантової теорії Планка. Так була створена нова теорія - теорія Бора, яка стала наступним кроком в розвитку теорії будови атома. Теорія Бора не лише дала наочну картину руху електрона в атомі водню, а й дала змогу розрахувати можливі значення його енергії:

(7.1)

де - стала Рідберга, а З, ... - номер орбіти.

Згідно з теорією Бора, частоти, які випромінюють атоми водню, можуть бути визначені за формулою:

(7.2)

Ця формула є узагальненням формули Бальмера, одер­жаної ним експериментально:

Однак успіх теорії Бора не можна було поширити на більш складні атоми. Слабкою стороною цієї теорії, що зумовила її подальші невдачі, була її внутрішня логічна суперечність - вона не була ні послідовною класичною, ні послідовною квантовою теорією. Потрібна була нова кван­това теорія, яка описувала б поведінку і властивості мікро­частинок. Основою для створення такої теорії стали праці де Бройля, Гейзенберга і Шредінгера.