Какие частицы обладают волновыми свойствами
Какие частицы обладают волновыми свойствамиСкачать файл - Какие частицы обладают волновыми свойствами
Транспортировка раненого в укрытие: Тактика действий в секторе обстрела, когда раненый не подает признаков жизни Рассмотрим агроценоз пшеничного поля. Объективные признаки состава административного правонарушения: Поездка - Медвежьегорск - Воттовара - Янгозеро: По изначальному плану мы должны были стартовать с Янгозера Как было сказано ранее, свет и вообще излучение имеет двойственную природу: Это и побудило Л. О природе этой волны ничего определенного де-Бройлем не было высказано. Не будем и мы пока выяснять их природу, хотя сразу же подчеркнем, что эти волны не электромагнитные. Они имеют, как мы увидим далее, специфическую природу, для которой нет аналога в классической физике. Де-Бройль также предположил, что пучок частиц, падающих на двойную щель, должен за ними интерферировать. Вторым, независимым от формулы 3. Отсюда видно, что групповая скорость равна скорости частицы, т. Далее будет показано, что в соответствии с современной физической интерпретацией фазовая скорость дебройлевских волн имеет чисто символическое значение, поскольку эта интерпретация относит их к числу принципиально ненаблюдаемых величин. Впрочем, сказанное видно и сразу, так как Е в 3. Установление того факта, что согласно 3. Сначала была сделана попытка рассматривать частицы как волновые пакеты весьма малой протяженности и таким образом решить парадокс двойственности свойств частиц. Однако подобная интерпретация оказалась ошибочной, так как все составляющие пакет гармонические волны распространяются с разными фазовыми скоростями. Для частиц с массой порядка массы электрона пакет расплывается практически мгновенно, в то время как частица является стабильным образованием. Таким образом, представление частицы в виде волнового пакета оказалось несостоятельным. Проблема двойственности свойств частиц требовала иного подхода к своему решению. Вернемся к гипотезе де-Бройля. Выясним, в каких явлениях могут проявиться волновые свойства частиц, если они, эти свойства, действительно существуют. Мы знаем, что независимо от физической природы волн — это интерференция и дифракция. Непосредственно наблюдаемой величиной в них является длина волны. Во всех случаях дебройлевская длина волны определяется формулой 3. Проведем с помощью нее некоторые оценки. Прежде всего, убедимся, что гипотеза де-Бройля не противоречит понятиям макроскопической физики. Соответствующая ей дебройлевская длина волны. В таких условиях никакие волновые свойства, конечно, проявить себя не могут в условиях доступных измерению размеров. Иначе обстоит дело, например, у электрона с кинетической энергией K и импульсом. Его дебройлевская длина волны. Такой же порядок величины имеет постоянная кристаллической решетки. Поэтому, аналогично тому, как в случае рентгеновских лучей, кристаллическая структура может быть подходящей решеткой для получения дифракции дебройлевских волн электронов. Однако гипотеза де-Бройля представлялась настолько нереальной, что довольно долго не подвергалась экспериментальной проверке. Экспериментально гипотеза де-Бройля была подтверждена в опытах Дэвиссона и Джермера г. Идея их опытов Рис. Если пучок электронов обладает волновыми свойствами, то можно ожидать, даже не зная механизма отражения этих волн, что их отражение от кристалла будет иметь такой же интерференционный характер, как у рентгеновских лучей. В одной серии опытов Дэвиссона и Джермера для обнаружения дифракционных максимумов если таковые есть измерялись ускоряющее напряжение электронов и одновременно положение детектора D счетчика отраженных электронов. В опыте использовался монокристалл никеля кубической системы , сошлифованный так, как показано на рис. Если его повернуть вокруг вертикальной оси в положение, Рис. Этот максимум можно истолковать как дифракционный максимум первого порядка от плоской дифракционной решетки с указанным выше периодом в соответствии с формулой. На этом рисунке каждая жирная точка представляет собой проекцию цепочки атомов, расположенных на прямой, перпендикулярной плоскости рисунка. Период d может быть измерен независимо, например, по дифракции рентгеновских лучей. Вычисленная по формуле 3. Соответствующая же длина волны, найденная из формулы 3. Совпадение настолько хорошее, что полученный результат следует признать убедительным подтверждением гипотезы де-Бройля. Другими опытами, подтверждающим гипотезу де-Бройля, были опыты Томсона и Тартаковского. В этих опытах пучок электронов пропускался через поликристаллическую фольгу по методу Дебая при изучении дифракции рентгеновского излучения. Как и в случае рентгеновского излучения, на фотопластинке, расположенной за фольгой, наблюдалась система дифракционных колец. Сходство обеих картин поразительно. Подозрение, что система этих колец порождается не электронами, а вторичным рентгеновским излучением, возникающим в результате падения электронов на фольгу, легко рассеивается, если на пути рассеянных электронов создать магнитное поле поднести постоянный магнит. Оно не влияет на рентгеновское излучение. Такого рода проверка показала, что интерференционная картина сразу же искажалась. Это однозначно свидетельствует, что мы имеем дело именно с электронами. Томсон осуществил опыты с быстрыми электронами десятки кэВ , П. Тарковский — со сравнительно медленными электронами до 1,7 кэВ. Для успешного наблюдения дифракции волн на кристаллах необходимо, чтобы длина волны этих волн была сравнима с расстояниями между узлами кристаллической решетки. Поэтому для наблюдения дифракции тяжелых частиц необходимо пользоваться частицами с достаточно малыми скоростями. Соответствующие опыты по дифракции нейтронов и молекул при отражении от кристаллов были проделаны и также полностью подтвердили гипотезу де-Бройля в применении и к тяжелым частицам. Благодаря этому было экспериментально доказано, что волновые свойства являются универсальным свойством всех частиц. Они не обусловлены какими-то особенностями внутреннего строения той или иной частицы, а отражают их общий закон движения. Описанные выше опыты выполнялись с использованием пучков частиц. Поэтому возникает естественный вопрос: Чтобы ответить на этот вопрос, В. Сушкин осуществили в г. При этом оказалось, что отдельные электроны попадали в различные точки фотопластинки совершенно беспорядочным на первый взгляд образом рис. Между тем при достаточно длительной экспозиции на фотопластинке возникала дифракционная картина рис. Так было доказано, что волновыми свойствами обладают и отдельные частицы. Таким образом, мы имеем дело с микрообъектами, которые обладают одновременно как корпускулярными, так и волновыми свойствами. Это позволяет нам в дальнейшем говорить Рис. Рассмотренные выше эксперименты вынуждают констатировать, что перед нами один из загадочнейших парадоксов: Попытаемся разобраться в этом вопросе с помощью мысленного эксперимента, аналогичного опыту Юнга по изучению интерференции света фотонов от двух щелей. После прохождения пучка электронов через две щели на экране образуется система максимумов и минимумов, положение которых можно рассчитать по формулам волновой оптики, если каждому электрону сопоставить дебройлевскую волну. В явлении интерференции от двух щелей таится сама суть квантовой теории, поэтому уделим этому вопросу особое внимание. Если мы имеем дело с фотонами, то парадокс частица — волна можно устранить, предположив, что фотон в силу своей специфичности расщепляется на две части на щелях , которые затем интерферируют. Они ведь никогда не расщепляются — это установлено совершенно достоверно. Электрон может пройти либо через щель 1, либо через щель 2 рис. Следовательно, распределение их на экране Э должно быть суммой распреде-. Хотя логика в этих рассуждениях безупречна, такое распределение не осуществляется. Вместо этого мы наблюдаем совершенно иное распределение рис. Не есть ли это крушение чистой логики и здравого смысла? В самом деле, когда открыта или щель 1 или щель 2, то в точку P приходит, скажем, по электронов в секунду, а если открыты обе щели, то ни одного!.. Более того, если сначала открыть щель 1, а потом постепенно открывать щель 2, увеличивая ее ширину, то по здравому смыслу число электронов, приходящих в точку P ежесекундно, должно расти от до В действительности же — от до нуля. Если подобную процедуру повторить, регистрируя частицы, например, в точке O см. По мере открывания щели 2 при открытой щели 1 число частиц в точке O растет не до в секунду, как следовало бы ожидать, а до ! Как открывание щели 2 может повлиять на электроны, которые, казалось бы, проходят через щель 1? Или подобно волне проходит сразу через обе щели!? Ведь иначе интерференционная картина не может возникнуть. Попытка все же определить, через какую щель проходит тот или иной электрон, приводит к разрушению интерференционной картины, но это уже совсем другой вопрос. Причем, разумеется, этот формализм должен быть внутренне непротиворечивым. И такой формализм был создан. Формально она обладает свойствами классических волн, поэтому ее часто называют волновой функцией. Поведение свободной равномерно движущейся в определенном направлении частицы описывает плоская волна де-Бройля. Но более подробно об этой функции, ее физическом смысле и уравнении, которое управляет ее поведением в пространстве и времени, речь пойдет в следующей лекции. Возвращаясь к поведению электронов при прохождении через две щели, мы должны признать: Таким образом, электронам, вообще говоря, нельзя приписать траектории. Однако при определенных условиях, а именно когда дебройлевская длина волны микрочастицы становится очень малой и может оказаться много меньше, например, расстояния между щелями или атомных размеров, понятие траектории снова приобретает смысл. Рассмотрим этот вопрос более подробно и сформулируем более корректно условия, при которых можно пользоваться классической теорией. В классической физике исчерпывающее описание состояния частицы определяется динамическими параметрами, такими как координаты, импульс, момент импульса, энергия и др. Однако реальное поведение микрочастиц показывает, что существует принципиальный предел точности, с которой подобные переменные могут быть указаны и измерены. Глубокий анализ причин существования этого предела, который называют принципом неопределенности , провел В. Количественные соотношения, выражающие этот принцип в конкретных случаях, называют соотношениями неопределенностей. Своеобразие свойств микрочастиц проявляется в том, что не для всех переменных получаются при измерениях определенные значения. Существуют пары величин, которые не могут быть одновременно определены точно. Первое из них ограничивает точности одновременного измерения координат и соответствующих проекций импульса частицы. Для проекции, например, на ось х оно выглядит так:. Поясним смысл этих двух соотношений. Заметим, что эти ограничения не касаются одновременного измерения координаты частицы по одной оси и проекции импульса — на другую: Это связано с тем, что время жизни во всех возбужденных состояниях этих систем порядка 10 -8 с. Размытие же уровней приводит к уширению спектральных линий естественное уширение , которое действительно наблюдается. Сказанное относится и к любой нестабильной системе. Укажем еще пары величин, которые не могут быть одновременно точно определены. Это любые две проекции момента импульса частицы. Поэтому не существует состояния, в котором бы все три и даже какие-либо две из трех проекций момента импульса имели определенные значения. Чем точнее x , тем с меньшей точностью, возможно установить p x , и наоборот. Подчеркнем, что истинный смысл соотношения 3. Вместе с тем мы вынуждены, поскольку измерения проводятся с помощью макроскопических приборов, приписывать частицам не свойственные им классические переменные. Издержки такого подхода и выражают соотношения неопределенностей. После того, как выяснилась необходимость описывать поведение частиц волновыми функциями, соотношения неопределенностей возникают естественным образом — как математическое следствие теории. Считая соотношение неопределенностей 3. Такая величина недоступна никакому измерению, а потому и отступление от классического описания совершенно несущественно. Другими словами, даже для такого маленького но макроскопического шарика понятие траектории применимо с высокой степенью точности. Иначе ведет себя электрон в атоме. Грубая оценка показывает, что неопределенность скорости электрона, движущегося по боровской орбите атома водорода, сравнима с самой скоростью: При таком положении представление о движении электрона по классической орбите теряет всякий смысл. И вообще, при движении микрочастиц в очень малых областях пространства понятие траектории оказывается несостоятельным. Вместе с тем, при определенных условиях движение даже микрочастиц может рассматриваться классически, т. Так происходит, например, при движении заряженных частиц в электромагнитных полях в электронно-лучевых трубках, ускорителях и др. Эти движения можно рассматривать классически, поскольку для них ограничения, обусловленные соотношением неопределенностей, пренебрежимо малы по сравнению с самими величинами координатами и импульсом. В качестве иллюстрации такой ситуации рассмотрим следующий пример. Попытаемся определить координату x свободно движущейся с импульсом p частицы, поставив на ее пути перпендикулярно направлению движения экран со щелью шириной b рис. До прохождения частицы через щель ее проекция импульса p х имеет точное значение: В результате дифракции возникает неопределенность значения p х — проекции импульса, разброс которого. Анализ многих ситуаций, связанных с измерениями, показывает, что измерения в квантовой области принципиально отличаются от классических измерений. В отличие от последних, в квантовой физике существует естественный предел точности измерений. Он в самой природе квантовых объектов и не может быть преодолен никаким совершенствованием приборов и методов измерений. Взаимодействие между микрочастицей и макроскопическим измерительным прибором нельзя сделать сколь угодно малым. Измерение, например координаты частицы, неизбежно приводит к принципиально неустранимому и неконтролируемому искажению состояния микрочастицы, а значит и к неопределенности в значении импульса. Одного этого соотношения достаточно, чтобы получить ряд важных результатов, в частности:. При рассмотрении движения квантового объекта необходимо во многих случаях отказаться от самого понятия классической траектории. Часто теряет смысл деление полной энергии E частицы как квантового объекта на потенциальную U и кинетическую K. В самом деле, первая, т. U , зависит от координат, а вторая — от импульса. Эти же динамические переменные не могут иметь одновременно определенного значения. Физические свойства почв III. Методика измерений и расчетные формулы. Диффузия — это явление самопроизвольного взаимного проникновения и перемешивания частиц двух соприкасающихся газов III. Апофатическое и катафатическое богословие. Божественные свойства и их именования. Атрибуты и Характерные Свойства Зомби. Расположение электрооборудования электропоезда ЭД4М. Астрономия Биология География Другие языки Интернет Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Механика Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Транспорт Физика Философия Финансы Химия Экология Экономика Электроника. Расположение электрооборудования электропоезда ЭД4М Поездка - Медвежьегорск - Воттовара - Янгозеро: Астрономия Биология География Другие языки Интернет Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Механика Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Транспорт Физика Философия Финансы Химия Экология Экономика Электроника Объективные признаки состава административного правонарушения: Волновые свойства частиц вещества.
Волновые свойства частиц вещества.
Волновые свойства частиц
Волновые свойства частиц вещества.
Расписание поездов курск владимир
Турнирная таблица сегунды 2015 2016