Корпускулярно-волновой дуализм и принцип Гейзенберга.
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ
В классической физике мы обычно сталкиваемся с двумя типами объектов, а именно с частицами (типа точечных малых масс, которые фигурируют в уравнениях Ньютона) и волнами (типа электромагнитных или световых, поведение которых описывается уравнениями Максвелла). Однако при описании очень малых объектов, типа атома, оба варианта оказываются несостоятельными и мы вынуждены пользоваться понятиями квантовой механики, в основе которой лежит представление о дуальности «волна-частица», или, как говорят, о корпускулярно-волновом дуализме.
Еще в 1901 г. Планк предположил (для объяснения кривой излучения черного тела), что свет может излучаться или поглощаться лишь в виде некоторых порций- квантов или фотонов. При этом энергия фотона равна:
,
где h- постоянная Планка (h=6.62∙10-34Дж∙с, ħ=h/2 );
- угловая частота.
Традиционно электроны рассматривались в качестве частиц, но в 1927 г. Девидсон и Джермер обнаружили явление дифракции электронов при отражении от поверхности кристалла никеля, как если бы они были волнами и подчинялись законам дифракции Брегга. Поэтому можно утверждать, что концепция дуализма основана на экспериментальных результатах. Действительно, как и показал де Бройль в 1924г., каждой частице с импульсом p можно сопоставить волну с длиной
Это уравнение может быть переписано в виде:
,
где k- волновое число.
Другой чрезвычайно важный квантово-механический закон был открыт в 1927г., когда Гейзенберг сформулировал свой принцип неопределенности, в соответствии с которым в любом эксперименте произведение ошибок измерения импульса частицы и ее координаты всегда должно превышать , т.е.
.
При этом подчеркнем, что принцип неопределенности – фундаментальное свойство природы, а вовсе не связано с конкретным типом приборов, используемых в эксперименте. В другой более вам известной формулировке этот принцип устанавливает связь между ошибками измерений энергии частицы ΔЕ и временным промежутком Δt, требуемым для ее измерения
Итак, по де Бройлю любую микрочастицу можно отождествить с некоторой электромагнитной волной. При этом:
· ,
где Е – энергия частицы,
- постоянная Планка,
· Волновой вектор определяется импульсом
· Длина волны де Бройля
Т.о. де Бройль отождествил движущуюся материальную частицу с плоской электромагнитной волной следующего вида:
,
где - радиус-вектор
- амплитуда плоской волны.
Дата добавления: 2016-04-14; просмотров: 651;