Navoiy davlat konchilik va texnologiyalar universiteti fakulteti

λ = h / mv ,
λ to'lqin uzunligi bo'lgan, h Plank ning doimiy emas, m ommaviy bir zarralari,
de Broyl tezlikda harakatlanib , zarrachalar to'lqinlarning xususiyatlarini namoyish qilishi mumkin degan fikrni ilgari surdi.
De-Broyl gipotezasi Jorj Paget Tomsonning katod nurlari difraksiyasi tajribasida va elektronlarga maxsus tatbiq etilgan Devisson-Germer tajribasida modda to'lqinlari kuzatilganda aniqlandi. O'shandan beri de-Broyl tenglamasi elementar zarralar, neytral atomlar va molekulalarga taalluqli ekanligi isbotlangan. Tezlikni qanchalik yaxshi bilsak, vaziyatni bilish shunchalik qiyin bo'ladi. Va vaziyatni qanchalik yaxshi bilsak, tezlikni bilish shunchalik qiyin bo'ladi. Bu noaniqlik printsipi. Kvant mexanikasi kichkina subatomik dunyo fizikasini o'rganadi. Ma'lum bo'lishicha, bu mayda tarozida hamma narsa kundalik hayotda bo'lgani kabi turlicha ishlaydi. Kvant mexanikasining asoslari 20-asrning boshlarida Eynshteyn va Plank kabi odamlar tomonidan asos solingan. Ammo keyin ko'p ish kutilmoqda: g'oyalarni tenglamalar va qonunlarga aylantirish. Bu ish bir necha o'n yillar davom etadi va Heisenberg bu vaqt ichida asosiy shaxs bo'lgan.
Heisenberg bu tenglamalarni faqat eksperimental ravishda o'lchab bo'ladigan miqdorlarni o'z ichiga olishni talab qildi: spektral chiziqlarning chastotalari va ularning intensivligi. Shu asosda u nazariy jihatdan “atomdagi elektronlarning traektori” tushunchasini, umuman, kuzatib bo'lmaydigan miqdor sifatida chiqarib tashladi. Shreddinger ham traektoriya tushunchasini ishlatmagan, ammo u tenglamasini be-funktsiya uchun yozgan, uni o'lchab bo'lmaydi va uning ma'nosi, hattoki o'zi uchun ham noma'lum.
Kvant mexanikasini qabul qilmagan va voqelikni deterministik va bashorat qilinadigan deb hisoblagan odamlar umuman noaniqlik printsipini yoqtirishmagan. Kvant mexanikasining tug'ilishida ishtirok etgan Eynshteyn ham, tasodifiylik taklif etilayotgan kvant mexanikasi shunchaki soddalashtirishga ishongan - bu rasmda biz tushunmagan narsalardan ko'proq narsa bor. U hatto xayzenberg ularning barchasiga javob topishga muvaffaq bo'lsa ham, yaroqsiz printsip bo'lib tuyulgan fikr tajribalarini tasavvur qildi. Aslida, Eynshteyn kvant mexanikasini bir kun kengroq nazariya bilan tushuntirishga ishongan.
Tajriba - barcha tortishuvlarning oxirgi hakami - dastlab matritsa mexanikasi tomon qat'iy turar edi. Aslida, Faraday ajralmaslikni aniqladi elektr zaryadiva Krokes va Tomsonning keyingi tajribalari buni qat'iy isbotladi. Faqatgina zarracha bu mulkka ega bo'lishi mumkin. Millikanning tajribalari va Uilsonning kamerasidagi elektron izlarning fotosuratlari bu boradagi so'nggi shubhalarni yo'q qildi.
Bu noto'g'ri bo'lib chiqdi. Heisenbergning noaniqlik printsipi kvant mexanikasining qonuni bo'lib, u ikkita bog'liq o'zgaruvchini qanchalik aniq o'lchashni cheklaydi. Xususan, aytilishicha, zarra momentini qanchalik aniq o'lchasangiz, uning pozitsiyasini shunchalik aniq bilib olasiz va aksincha. Heisenberg buni kuzatuvchi effekti deb nomlangan narsadan foydalanib tushuntirdi, unda bir qiymatni o'lchash harakati boshqasiga ta'sir qiladi va shu sababli ba'zi bir noaniqliklar paydo bo'ladi.
Garchi ko'pchilik uning xulosalari to'g'ri ekanligiga shubha qilsalar ham, masalan, Eynshteyn, ularni kengroq nazariya bilan tushuntirishga qaror qildilar, Heisenbergning noaniqlik printsipi vaqt sinovidan o'tdi. Geyzenbergning noaniqlik printsipi kvant mexanikasining eng mashhur natijalaridan biri bo'lib, zarracha haqida bir vaqtning o'zida hamma narsani bila olmasligini ta'kidlaydi. Ushbu printsip matematik tarzda namoyon bo'ladi.
Biroq, elektron zarracha g'oyasi atomning hayratlanarli barqarorligi haqiqatiga keskin zid edi. Biz bir necha bor ta'kidladikki, sayyoraviy atom beqaror. Bu atomning barqarorligini tushuntirish va shu bilan birga elektron zarrachalari g'oyasini qo'llab-quvvatlash uchun Boh o'zining shaxsiy postulatlari bilan chiqdi.
Heisenberg noaniqlik printsipi o'zgaruvchan zarrachani o'lchash uchun xos bo'lgan noaniqlik borligini ta'kidlaydi. Odatda zarra holati va momentumiga nisbatan qo'llaniladi, qoida shuni ko'rsatadiki, pozitsiya qanchalik aniq bo'lsa, momentum shunchalik aniq emas va aksincha. Bu klassik Nyuton fizikasiga ziddir, bu o'z-o'zidan noaniqlik uchun barcha zarra o'zgaruvchilarini yaxshi jihoz bilan o'lchash imkonini beradi. Heisenberg noaniqlik printsipi kvant mexanikasidagi fundamental nazariya bo'lib, olim nega bir nechta kvant o'zgaruvchilarni o'lchashga qodir emasligini aniqlaydi. Shu bilan birga, kvant mexanikasi boshlanishidan oldin, ob'ektning barcha o'zgaruvchilarini ayni vaqtda aniqlik bilan bilish mumkinligi hisobga olindi.
De Brogli va Shreddinger boshqacha yo'l tutdilar va atomning barqarorligi, agar elektron zarracha emas, balki to'lqin ekanligi taxmin qilinsa tabiiy ravishda tushuntirilganligini ko'rsatdi. Tez orada bu gipoteza Davisson, Jermer va to'g'ridan-to'g'ri tajribalar bilan tasdiqlandi. J.P.Tomson elektronda diffraktsiya qobiliyatini aniqlagan holda.
Tajribalarga ishoniladi. Bir vaqtning o'zida o'zaro eksklyuziv bo'lgan ikkita tajribaga qanday ishonish kerak? Fizika tarixida vujudga kelgan vaziyat hech qanday misollar keltirmagan va shu qadar g'ayrioddiy bo'lganki, dastlab hech kim bu ikki mexanikaning birligini shubha qilmadi, shuning uchun har kim ulardan birining haqiqatini va boshqasining yolg'onligini isbotlashga intildi. Ikkala nazariya tarafdorlari o'rtasida shiddatli tortishuvlar mavjud edi: kimdir matritsa mexanikasining to'ng'ichlik huquqini himoya qilgan, boshqalari matematik soddaligini afzal ko'rgan. to'lqin mexanikasi. Shreddinger 1927 yil boshida ushbu tortishuvlarga chek qo'ydi va ikkala mexanika ham buni isbotladi matematik ekvivalenti. Har bir fizik uchun bu ularning tengligini anglatadi. jismoniy, ya'ni uning oldida nima bor bitta bir xil mexanika - atom mexanikasiammo turli shakllarda qayd etilgan. Bundan tashqari, bu ikkala mexanikaning dastlabki taxminlari to'g'ri bo'lgan: matritsa mexanikasi elektron zarracha va elektron to'lqin mexanikasi tushunchasi.
Nyuton fizikasi eng yaxshi protseduralar va usullar o'lchov xatosini qanday kamaytirishi mumkinligini cheklamadi, shuning uchun barcha ma'lumotlarni aniqlik va aniqlik bilan aniqlash mumkin edi. zarralar tabiiy ravishda noma'lum.
1924-yilda fransuz fizigi L.V.de-Broyl yorug’lik kabi barcha mikrozarralar korpuskulyar xususiyatga ega bo’lishi bilan birgalikda, to’lqin xususiyatga ham ega bo’ladi, degan farazni ilgari surgan. Uning g’oyasiga ko’ra, yorug’lik tezligidan ancha kichik bo’lgan tezliklar bilan harakatlanadigan zarrachalar to’lqin uzunligi (2.1) bilan aniqlanadi, agar zarra yorug’lik tezligiga yaqin tezlik bilan harakatlansa, uning to’lqin uzunligi (2.2) bilan aniqlanadi. Mikrozarralar dunyosining o’ziga xos xususiyatlaridan biri – diskret energetik sathlarning mavjudligidir. Buni faqat kvant mexanikasi tushuntirib bera oladi. Demak, mikrozarralar dunyosini va ularning harakatlarini faqatgina kvant fizikasi asosida tushuntirish mumkin ekan. Kvant mexanikasi esa kvant fizikasining matematik apparatidiar. Diskret holatlarning mavjudligini kvant mexanikasining asosiy tenglamasi – SHredinger tenglamasini yechib hosil qilish mumkin. SHredinger tenglamasining yechimi bo’lgan (psi) - to’lqin funksiya yordamida mikrozarralarning harakati haqida ma’lumotlarni olish mumkin. U mikrodunyodagi zarralarning holat funksiyasi hisoblanib, zarralarning kvant holatlari bo’yicha taqsimotini aks ettiradi.
Subatom dunyosining eng qiziq jihati shundaki, ushbu olam vakillari bo‘lmish elektronlar, fotonlar va shu kabilar biz ko‘nikib qolgan makrodunyo obyektlariga mutlaqo o‘xshamaydi. Ular o‘zini tutishida na to‘lqin tabiatini va na zarracha tabiatini namoyon qiladi, balki, vaziyatga ko‘ra, ham to‘lqin ham korpuskulyar xossalar namoyon qiluvchi tamomila o‘zga olamdirlar. Kvant zarrachalari olami deb nomlanuvchi bu mikrodunyo vakillarining yuqoridagi xossalarini kashf qilish va tushunib yetishning o‘zi mushkul bo‘lgan edi. Ushbu bir-biriga bog‘liq, lekin anglash uchun g‘oyat murakkab bo‘lgan turli fizik xususiyatlarni, ya'ni kvant zarrachalarning ham korpuskulyar va ham to‘lqin xossalarini yagona aniq matematik tenglama orqali umumlashtirib ifodalash esa, bundan ham mushkul vazifa o‘laroq namoyon bo‘lar edi. Aynan shu mujmal va mushkul vazifa de Broyl nisbati orqali oydinlashdi. Farang olimi Lui de Broyl o‘z nomi bilan ataluvchi ushbu nisbat haqida ilk bora, 1924-yilda, o‘zining doktorlik dissertatsiyasini yoqlash vaqtida ilmiy jamoatchilikka axborot bergan. Uning mazkur g‘oyalari o‘sha vaqtda yetuk fizik-nazariyotchi olimlar uchun ham kulgili va g‘alati tuyulgan. Lekin vaqt o‘tib de Broyl nisbati haqiqat ekani oydinlashgach, ushbu ajoyib ilmiy munosabat butun dunyo fizik-nazariyotchilari mikrodunyo haqidagi tasavvurlarini ag‘dar-to‘ntar qilib yubordi, hamda, alal-oqibat, kvant mexanikasining rivojiga ulkan hissa bo‘lib qo‘shildi. Biroq, ushbu muvaffaqiyat de Broylning ilmiy faoliyatidagi eng kattasi bo‘lib qoldi va keyinchalik olim boshqa bunday ulkan ilmiy yutuqlarsiz, umrining oxirigacha Parijda, fizika professori sifatida ishlab, yashab o‘tdi. Keling, de Broyl nisbatining fizik mohiyati bilan qisqacha tanishib chiqsak. Istalgan zarrachaning eng muhim xossalaridan biri uning tezligidir. Biroq, fizik mutaxassislar odatda, zarrachaning tezligining o‘zi haqida emas, balki uning impulsi haqida ko‘proq bosh qotiradilar. Impuls bu umumiy harakat miqdori bo‘lib, u zarrachaning tezligi va massasining ko‘paytmasiga teng bo‘ladi. To‘lqin esa umuman boshqa fundamental xossalar orqali ifodalanadi. To‘lqinning asosiy ko‘rsatkichlari - uning uzunligi (bir xil ko‘rsatkichli amplitudaning ikkita qo‘shni eng yuqori cho‘qqilari orasidagi masofa) va chastotasi (to‘lqin uzunligiga teskari proporsional bo‘lgan kattalik, ya'ni, vaqt birligi ichidagi tebranishlar soni) bilan ifodalanadi. De Broyl kvant zarrachasining impulsi p va to‘lqin uzunligi λ ni o‘zaro bog‘lovchi nisbatni aniqlashga muvaffaq bo‘ldi. De Broyl nisbati quyidagicha ifodalanadi: p=h/λ yoki, λ=h/p bunda h - Plank doimiysi. Ushbu nisbatning mohiyati quyidagicha: kvant obyektini agar istalsa, p harakat miqdoriga ega bo‘lgan zarracha tarzida ham, yoki, xohlansa, λ to‘lqin uzunligiga ega bo‘lgan to‘lqin sifatida qarash va tadqiq qilish mumkin. Va ushbu xossalarning har ikkalasini yuqoridagi oddiy nisbatdan iborat matematik tenglama orqali ifodalash mumkin. Lo‘nda qilib aytganda esa, kvant zarrachaning to‘lqin va korpuskulyar xossalari fundamental ravishda o‘zaro bog‘liqdir. De Broyl nisbati, o‘sha yillari endi-endi tug‘ilib, oyoqqa turishni boshlagan kvant mexanikasi ilmidagi eng ulkan jumboqlardan birining yechilishiga imkon berdi. Daniyalik olim Nils Bor o‘zining atom modelini fanga taklif qilganida, uning g‘oyasida yadro atrofida aylanuvchi elektronlarning ruxsat etilgan orbitalari mavjudligi haqida konsepsiya mavjud edi. Unga muvofiq, elektronlar yadro atrofidagi bunday orbitalarda hech bir energiya yo‘qotishlarisiz, istalgancha muddat davomida aylanishlari mumkin deb qaralardi. Ushbu tushunchani biz de Broyl nisbati orqali tushuntirib berishimiz mumkin bo‘ladi. Agar, elektronni biz zarracha deb qabul qilsak, unda elektron o‘z orbitasida doimiy qolishi uchun, u yadrodan istalgan masofada bir xil tezlikka (yoki, to‘g‘rirog‘i, bir xil impulsga) ega bo‘lishi shart. Basharti biz elektronni to‘lqin deb qabul qilsak, unda mazkur elektron berilgan radiusli orbitaga mos kelishi uchun, ushbu orbitaning aylana uzunligi, elektronning to‘lqin uzunligini ifodalovchi sonning butun qismiga teng bo‘lishi shart. Boshqacha aytganda, elektron orbitasi aylana uzunligi, faqatgina elektron to‘lqin uzunligining bir, ikki yoki, uch (va ho kazo butun son) barobariga teng bo‘lishi mumkin xolos. Agar bunday bo‘lmasa, elektron kerakli orbitaga tusha olmaydi. De Broyl nisbatining asosiy fizik mohiyatiga shundaki, unga ko‘ra biz elektronning orbitalardagi biz ruxsat etilgan impulslarni (korpuskulyar tasavvur bo‘yicha), yoki, to‘lqin uzunliklarini (to‘lqin tasavvuridagi) doimo aniqlay olamiz. Biroq aksariyat orbitalar uchun de Broyl nisbatini tadbiq etilganida, zarracha sifatida qaralayotgan va muayyan impulsga ega bo‘lgan elektron, to‘lqin tasavvuriga ko‘ra, mazkur impulsga muvofiq keluvchi uzunlik bilan ayni orbitaga mos kela olmaydi.