О квантовой механике

Те, кого первое знакомство с квантовой теорией не повергло в шок, скорее всего, вовсе ее не поняли.

Макс Борн

В начале XX века были обнаружены две группы явлений (казалось, не связанные между собой), свидетельствующие о неприменимости механики Ньютона и классической электродинамики Максвелла к процессам, происходящим в атоме. Первая группа явлений была связана с установлением на опыте двойственной природы света — дуализмом света; вторая — с невозможностью на основе классических представлений объяснить существование устойчивых атомов, а также их оптические спектры,

Установление связи между этими группами явлений и попытки объяснить их привели, в конечном счете, к открытию законов квантовой механики.

Впервые понятие кванта было введено немецким физиком М. Планком в 1900 году. Исходя из результатов экспериментов, он высказал идею о том, что свет испускается не непрерывно (как это следовало из классической теории излучения), а определенными дискретными порциями-квантами. Позднее, развивая идею Планка, Эйнштейн предположил, что свет не только испускается и поглощается, но и распространяется квантами, то есть дискретность присуща самому свету; свет состоит из отдельных порций — световых квантов, позднее названных фотонами. Кроме того, Эйнштейн обосновал идею квантования энергии — деление энергии на порции(18,с.254),

В 1922 году американский физик А. Комптон экспериментально доказал, что свет обладает и волновыми, и корпускулярными свойствами, то есть свет является одновременно и волной, и частицей. Возникло логическое противоречие: для объяснения одних явлений необходимо было считать свет волной, а для объяснения других явлений — корпускулой. "Фундаментальные физические сущности микромира — частицы и волны — выявили невиданную ранее в опытах способность заявлять о себе лишь в момент их наблюдения, проявляясь или как волна, или как частица” (35, с. 4). И по существу именно разрешение этого противоречия и привело к созданию физических основ квантовой механики.

В 1924 году французский физик Луи де Бройль выдвинул гипотезу о всеобщем корпускулярно-волновом дуализме, по которой не только фотоны, но и все “обыкновенные частицы” (протоны, нейтроны, электроны и т. д.) также обладают волновыми свойствами. Позднее эта гипотеза была подтверждена экспериментально, Австрийский физик Э. Шредингер в 1926 году вывел уравнение, описывающее поведение таких “волн” во внешних силовых полях. Так возникла волнован механика, а уравнение Шредингера явилось основным уравнением нерелятивистской квантовой механики. А в основу релятивистской квантовой механики легло релятивистское уравнение, описывающее движение электрона во внешнем силовом поле, полученное английским физиком П. Дираком двумя годами позже.

Окончательное формирование квантовой механики •как последовательной теории произошло после появления работ В. Гейзенберга о принципе неопределенности и Н, Бора о принципе дополнительности.