Вероятностное описание микрообъектов

Экспериментальные подтверждения идеи де Бройля об универсальности корпускулярно-волнового дуализма, ограниченность применения классической механики к микрообъектам, а также целый ряд экспериментальных фактов, не описываемых классической механикой, привели к новому этапу развития физики – созданию квантовой механики. Ее создание и развитие охватывает первые три десятилетия XX века и связано с именами М. Планка, Э. Шредингера, В. Гейзенберга, П. Дирака.

Важнейшей отличительной особенностью квантовой механики является необходимость вероятностного подхода, связанного с волновыми свойствами микрочастиц. Квантовая механика, описывающая поведение микрообъектов, имеет статистический характер.

Основным носителем информации о корпускулярных и волновых свойствах микрообъекта в квантовой механике является волновая функция y (пси-функция), имеющая вероятностный смысл. Квадрат модуля волновой функции |y|² определяет вероятность того, что частица будет обнаружена в пределах бесконечно малого объема dV. Основным уравнением нерелятивистской квантовой механики является уравнение Шредингера, позволяющее определить пси-функцию микрообъекта и, следовательно, определить вероятность нахождения микрообъекта в различных точках пространства. Уравнение Шредингера имеет для объектов микромира то же значение, что и второй закон Ньютона для объектов макромира. Справедливость уравнения Шредингера следует из многочисленных экспериментальных подтверждений.

Решить уравнение Шредингера – значит найти совокупности всех волновых функций и всех значений энергии, соответствующих данному микрообъекту. Такие волновые функции и значения энергии называются собственными. В зависимости от конкретных условий спектр собственных значений энергии может быть как непрерывным (сплошным), так и дискретным. Важнейшим выводом квантовой механики является квантование энергии, момента импульса и других характеристик микрообъектов. Квантование физических величин, характеризующих поведение электрона в атоме, будет рассмотрено в следующей главе.

Контрольные вопросы

1 В чем проявляется корпускулярно-волновой дуализм электромагнитного излучения?

2 Сформулируйте гипотезу де Бройля. Как эта гипотеза подтверждается экспериментально?

3 Запишите соотношение неопределенностей для различных канонически сопряженных величин. В чем физический смысл этого соотношения?

4 Какую информацию о микрообъекте несет квадрат модуля волновой функции?

5 Что значит решить уравнение Шредингера?

6 Чем отличается подход к описанию движения частицы в классической физике и в квантовой механике?