КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА
волновая механика, теория, устанавливающая
способ описания и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов,
молекул, атомных ядер) и их систем (напр., кристаллов), а также связь величин,
характеризующих частицы и системы, с физ. величинами, непосредственно измеряемыми
в макроскопич. опытах.
Законы К. м. составляют фундамент изучения строения вещества. Они позволили
выяснить строение атомов, установить природу химической связи,
объяснить
периодическую
систему элементов, понять строение ядер атомных,
изучать свойства
элементарных
частиц. Поскольку свойства макроскопических тел определяются движением
и взаимодействием частиц, из которых они состоят, законы К. м. лежат в
основе понимания большинства макроскопич. явлений. К.м. позволила, напр.,
объяснить температурную зависимость и вычислить величину теплоёмкости
газов
и твёрдых тел, определить строение и понять многие свойства твёрдых тел
(металлов, диэлектриков, полупроводников). Только на основе К. м. удалось
последовательно объяснить такие явления, как ферромагнетизм, сверхтекучесть,
сверхпроводимость,
понять природу таких ас-трофизич. объектов, как
белые
карлики, нейтронные звёзды, выяснить механизм протекания термоядерных
реакций в Солнце и звёздах. Существуют также явления (напр., Джозефсона
эффект),
в к-рых законы К. м. непосредственно проявляются в поведении
макроскопич. объектов.
Ряд крупнейших технических достижений 20 в. основан по существу на специфических
законах К.м. Так, квантово-механические законы лежат в основе работы ядерных
реакторов, обусловливают возможность осуществления в земных условиях
термоядерных реакций, проявляются в ряде явлений в металлах и полупроводниках,
используемых в новейшей технике, и т. д. фундамент такой бурно развивающейся
области физики, как квантовая электроника, составляет квантовомеханич.
теория излучения. Законы К. м. используются при целенаправленном
поиске и создании новых материалов (особенно магнитных, полупроводниковых
и сверхпроводящих). T. о., К. м. становится в значит, мере "инженерной"
наукой, знание к-рой необходимо не только физикам-исследователям, но и
инженерам.
Место квантовой механики среди других наук о движении. В нач.
20 в. выяснилось, что классич. механика И. Ньютона имеет ограниченную
область применимости и нуждается в обобщении. Во-первых, она неприменима
при больших скоростях движения тел - скоростях, сравнимых со скоростью
света. Здесь её заменила релятивистская механика, построенная на основе
специальной теории относительности А. Эйнштейна (см. Относительности
теория). Релятивистская механика включает в себя Ньютонову (нерелятивистскую)
механику как частный случай. Ниже термин "классич. механика" будет объединять
Ньютонову и релятивистскую механику.
Для классич. механики в целом характерно описание частиц путём задания
их положения в пространстве (координат) и скоростей и зависимости этих
величин от времени. Такому описанию соответствует движение частиц по вполне
определённым траекториям. Однако опыт показал, что это описание не всегда
справедливо, особенно для частиц с очень малой массой (микрочастиц). В
этом состоит второе ограничение применимости механики Ньютона. Более общее
описание движения даёт К. м., к-рая включает в себя как частный случай
классич. механику. К. м., как и классическая, делится на нерелятивистскую,
справедливую в случае малых скоростей, и релятивистскую, удовлетворяющую
требованиям спец. теории относительности. В статье изложены основы нерелятивистской
К. м. (Однако нек-рые общие положения относятся к К. м. в целом.) Нерелятивистская
К. м. (как и механика Ньютона для своей области применимости) - вполне
законченная и логически непротиворечивая теория, способная в области своей
компетентности количественно решать в принципе любую физич. задачу. Релятивистская
К.м. не является в такой степени завершённой и свободной от противоречий
теорией. Если в нерелятивистской области можно считать, что движение определяется
силами, действующими (мгновенно) на расстоянии, то в релятивистской области
это несправедливо. Поскольку, согласно теории относительности, взаимодействие
передаётся (распространяется) с конечной скоростью, должен существовать
физич. агент, переносящий взаимодействие; таким агентом является поле.
Трудности релятивистской теории - это трудности теории поля, с к-рыми встречается
как релятивистская классич. механика, так и релятивистская К. м. В этой
статье не будут рассматриваться вопросы релятивистской К. м., связанные
с квантовой теорией поля.
Критерий применимости классической механики. Соотношение между Ньютоновой
и релятивистской механикой определяется существованием фундаментальной
величины - предельной скорости распространения сигналов, равной скорости
света с (с
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я