مکانیک کوانتومی: تفاوت بین نسخه‌ها
(←آشنایی) |
هانيه اميري (بحث | مشارکتها) جز (جایگزینی متن - 'می توان' به 'می‌توان') |
||
| (۳ نسخهٔ میانی ویرایش شده توسط ۱ کاربر نشان داده نشده) | |||
| سطر ۱: | سطر ۱: | ||
| − | + | [[رده:فیزیک]] | |
| + | پایان قرن نوزدهم و آغاز قرن بیستم دوره بحران فیزیک کلاسیک بود.یک رشته نتیجه های تجربی به مفاهیمی نیاز داشتند که کاملا با [[فیزیک]] کلاسیک ناسازگارند.در یک کشاکش جذاب از حدس های اساسی و آزمایش های درخشان، در نهایت به نظریه کوانتومی منجر شد. آزمایش هایی که محدودیت های فیزیک کلاسیک را نشان می دادند عبارتند از: تابش [[جسم سیاه]]، [[اثر فتوالکتریک]]، [[اثر کامپتون]]، مسئله ذره-موج . | ||
| + | در این دوره نه تنها سرشت ذره ای [[نور]] به طور تجربی تثبیت شد، بلکه معلوم شد که ذرات هم ویژگی موجی دارند.[[اروین شرودینگر]] فیزیکدار اتریشی-آلمانی با بهره گیری از امواج مادی دوبروی معادله ای تدوین کرد که چگونگی تغییر امواج مادی تحت تاثیر [[نیرو]]های خارجی را نشان می داد. معادله شرودینگر در مکانیک کوانتومی همان نقشی را دارد که معادله [[نیوتن]](F=ma) در فیزیک کلاسیک. | ||
| − | + | [[پرونده:Sherodinger.gif|وسط]] | |
| + | در واقع این معادله، معادله بنیادی مکانیک کوانتومی است که دامنه های موج احتمال را با نیروهای وارد بر یک دستگاه مرتبط می سازد. | ||
| − | + | امواج مادی در معادله شرودینگر موجوداتی ریاضی‌اند که نمی‌توان آنها را مستقیما مشاهده کرد، بنابراین معادله به جای مدلی بصری از [[اتم]]، مدلی کاملا ریاضی در اختیار می گذارد. | |
| − | |||
| − | + | در معادله [[موج]] شرودینگر، آنچه "موج می زند" دامنه غیرمادی موج مادی است، موجودی ریاضی موسوم به تابع موج که با نماد Ψ (حرف یونانی سای/پسای)مشخص می شود.تابع موجی که از معادله شرودینگر بدست می آیداحتمال وقوع رویدادها را در یک دستگاه نشان می دهد. مثلا، مکان [[الکترون]] در [[اتم]] [[هیدروژن]] می‌تواند در هر جایی از مرکز هسته تا فاصله های شعاعی دور باشد.مکان ممکن الکترون و مکان محتمل آن در زمان معین یکسان نیست. فیزیکدان می‌تواند با ضرب کردن تابع موج در خودش ([[پرونده:Saay.gif]]) مکان محتمل را به دست آورد. این کار موجود ریاضی دیگری به نام تابع چگالی احتمال به وجود می آورد که احتمال وجود حالت هایی را که با Ψ مشخص شده اند در واحد [[حجم]] در زمان معین به دست می دهد. | |
| − | در | + | به لحاظ تجربی، احتمال یافتن [[الکترون]] در ناحیه ای خاص در هر لحظه محدود است.مقدار این احتمال بین 0و1 است که 0 به معنی هرگز و 1 به معنی همیشه است. مثلا، اگر احتمال یافتن الکترون در شعاع معینی 0.4 باشد، الکترون در 40درصد موارد آنجا خواهد بود. بنابراین، معادله شرودینگر نمی‌تواند به فیزیکدان بگوید که در هر لحظه الکترون را کجای [[اتم]] می‌توان یافت، بلکه فقط احتمال یافتن [[الکترون]] در آنجا را نشان می دهد، یا برای تعداد زیادی اندازه گیری، نشان می دهد که چه کسری از اندازه گیری ها الکترون را در ناحیه ای خاص خواهند یافت. وقتی مکان الکترون در تراز(حالت) [[انرژی]] [[نیلز بوهر|بور]] را برای هر موقعیت آن به طور مکرر اندازه گیری و به صورت نقطه رسم کنیم، طرح حاصل شبیه نوعی ابر الکترونی خواهد شد. هر الکترون را می‌توان در زمان های مختلف در هر جای این ابر الکترونی آشکارسازی کرد؛ الکترون حتی می‌تواند با احتمال بسیار کم و محدودی درون هسته وجود داشته باشد. با این همه، در بیشتر موارد در حوالی فاصله میانگینی از هسته آشکارسازی می شود، که شعاع همان مداری است که [[نیلز بوهر|نیلز بور]] بیان کرد. |
| − | |||
| − | == مکانیک کوانتومی و | + | == مکانیک کوانتومی و اصل همخوانی == |
| − | |||
| − | در | + | هر نظریه جدید معتبری باید بتواند نتیجه های اثبات شده نظریه قدیمی را توجیه کند.این اصل همخوانی را اولین بار بور بیان کرد. نظریه های جدید و قدیم باید همخوانی داشته باشند؛ یعنی، باید در ناحیه هایی که نتایج نظریه قدیمی کاملا اثبات شده اند با آن سازگاری داشته و همپوشان باشد.وقتی روش های مکانیک کوانتومی را به جای دستگاه های اتمی در دستگاه های ماکروسکوپی به کار می بریم، باید نتایجی مثل نتیجه های مکانیک کلاسیک به دست بیاوریم. برای دستگاه های بزرگی چون [[منظومه شمسی]] که در آن فیزیک کلاسیک موفق است، معادله شرودینگر به نتایجی می انجامد که تفاوت اندکی با فیزیک کلاسیک دارد. وقتی [[طول موج]] دوبروی در مقایسه با ابعاد دستگاه یا قطعات ماده موجود در آن کوچک باشد، دو حوزه با هم می آمیزند. در واقع، به کارگیری مکانیک کوانتومی در حوزه هایی که در آن فیزیک کلاسیک موفق باشد،عملی نیست؛ اما، در سطح اتمی، فیزیک کوانتومی حاکم و تنها نظریه ای است که با آنچا مشاهده می شود سازگاری دارد. |
| − | == | + | == منبع == |
| − | |||
| − | + | *کتاب فیزیک مفهومی جلد چهارم فیزیک اتمی و هسته ای/تالیف پل جی.هیوئیت/ترجمه منیژه رهبر | |
| − | + | *کتاب فیزیک کوانتومی/استیون گازیوروویچ/ترجمه محی الدین شیخ الاسلامی | |
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
نسخهٔ کنونی تا ۲۲ ژانویهٔ ۲۰۱۴، ساعت ۱۵:۳۲
پایان قرن نوزدهم و آغاز قرن بیستم دوره بحران فیزیک کلاسیک بود.یک رشته نتیجه های تجربی به مفاهیمی نیاز داشتند که کاملا با فیزیک کلاسیک ناسازگارند.در یک کشاکش جذاب از حدس های اساسی و آزمایش های درخشان، در نهایت به نظریه کوانتومی منجر شد. آزمایش هایی که محدودیت های فیزیک کلاسیک را نشان می دادند عبارتند از: تابش جسم سیاه، اثر فتوالکتریک، اثر کامپتون، مسئله ذره-موج . در این دوره نه تنها سرشت ذره ای نور به طور تجربی تثبیت شد، بلکه معلوم شد که ذرات هم ویژگی موجی دارند.اروین شرودینگر فیزیکدار اتریشی-آلمانی با بهره گیری از امواج مادی دوبروی معادله ای تدوین کرد که چگونگی تغییر امواج مادی تحت تاثیر نیروهای خارجی را نشان می داد. معادله شرودینگر در مکانیک کوانتومی همان نقشی را دارد که معادله نیوتن(F=ma) در فیزیک کلاسیک.
در واقع این معادله، معادله بنیادی مکانیک کوانتومی است که دامنه های موج احتمال را با نیروهای وارد بر یک دستگاه مرتبط می سازد.
امواج مادی در معادله شرودینگر موجوداتی ریاضی‌اند که نمی‌توان آنها را مستقیما مشاهده کرد، بنابراین معادله به جای مدلی بصری از اتم، مدلی کاملا ریاضی در اختیار می گذارد.
در معادله موج شرودینگر، آنچه "موج می زند" دامنه غیرمادی موج مادی است، موجودی ریاضی موسوم به تابع موج که با نماد Ψ (حرف یونانی سای/پسای)مشخص می شود.تابع موجی که از معادله شرودینگر بدست می آیداحتمال وقوع رویدادها را در یک دستگاه نشان می دهد. مثلا، مکان الکترون در اتم هیدروژن می‌تواند در هر جایی از مرکز هسته تا فاصله های شعاعی دور باشد.مکان ممکن الکترون و مکان محتمل آن در زمان معین یکسان نیست. فیزیکدان می‌تواند با ضرب کردن تابع موج در خودش (
) مکان محتمل را به دست آورد. این کار موجود ریاضی دیگری به نام تابع چگالی احتمال به وجود می آورد که احتمال وجود حالت هایی را که با Ψ مشخص شده اند در واحد حجم در زمان معین به دست می دهد.
به لحاظ تجربی، احتمال یافتن الکترون در ناحیه ای خاص در هر لحظه محدود است.مقدار این احتمال بین 0و1 است که 0 به معنی هرگز و 1 به معنی همیشه است. مثلا، اگر احتمال یافتن الکترون در شعاع معینی 0.4 باشد، الکترون در 40درصد موارد آنجا خواهد بود. بنابراین، معادله شرودینگر نمی‌تواند به فیزیکدان بگوید که در هر لحظه الکترون را کجای اتم می‌توان یافت، بلکه فقط احتمال یافتن الکترون در آنجا را نشان می دهد، یا برای تعداد زیادی اندازه گیری، نشان می دهد که چه کسری از اندازه گیری ها الکترون را در ناحیه ای خاص خواهند یافت. وقتی مکان الکترون در تراز(حالت) انرژی بور را برای هر موقعیت آن به طور مکرر اندازه گیری و به صورت نقطه رسم کنیم، طرح حاصل شبیه نوعی ابر الکترونی خواهد شد. هر الکترون را می‌توان در زمان های مختلف در هر جای این ابر الکترونی آشکارسازی کرد؛ الکترون حتی می‌تواند با احتمال بسیار کم و محدودی درون هسته وجود داشته باشد. با این همه، در بیشتر موارد در حوالی فاصله میانگینی از هسته آشکارسازی می شود، که شعاع همان مداری است که نیلز بور بیان کرد.
مکانیک کوانتومی و اصل همخوانی[ویرایش]
هر نظریه جدید معتبری باید بتواند نتیجه های اثبات شده نظریه قدیمی را توجیه کند.این اصل همخوانی را اولین بار بور بیان کرد. نظریه های جدید و قدیم باید همخوانی داشته باشند؛ یعنی، باید در ناحیه هایی که نتایج نظریه قدیمی کاملا اثبات شده اند با آن سازگاری داشته و همپوشان باشد.وقتی روش های مکانیک کوانتومی را به جای دستگاه های اتمی در دستگاه های ماکروسکوپی به کار می بریم، باید نتایجی مثل نتیجه های مکانیک کلاسیک به دست بیاوریم. برای دستگاه های بزرگی چون منظومه شمسی که در آن فیزیک کلاسیک موفق است، معادله شرودینگر به نتایجی می انجامد که تفاوت اندکی با فیزیک کلاسیک دارد. وقتی طول موج دوبروی در مقایسه با ابعاد دستگاه یا قطعات ماده موجود در آن کوچک باشد، دو حوزه با هم می آمیزند. در واقع، به کارگیری مکانیک کوانتومی در حوزه هایی که در آن فیزیک کلاسیک موفق باشد،عملی نیست؛ اما، در سطح اتمی، فیزیک کوانتومی حاکم و تنها نظریه ای است که با آنچا مشاهده می شود سازگاری دارد.
منبع[ویرایش]
- کتاب فیزیک مفهومی جلد چهارم فیزیک اتمی و هسته ای/تالیف پل جی.هیوئیت/ترجمه منیژه رهبر
- کتاب فیزیک کوانتومی/استیون گازیوروویچ/ترجمه محی الدین شیخ الاسلامی
