فنی و مهندسی

مکانیک کوانتومی

 تاریخچه مکانیک کوانتوم

لوئیس دی بروگلی ، فیزیکدان فرانسوی در رساله خود در سال 1924 Recherches sur la théorie des quanta (تحقیق در مورد تئوری کوانتوم) فرض کرد که تمام ماده را می توان به صورت موج د بروگلی به روش نور نشان داد. یعنی در شرایط مناسب ، الکترونها و مواد دیگر خواص ذرات یا امواج را نشان می دهند. خواص دالانی یک ذره نشان داده می شود که ذره در هر لحظه دارای موقعیت موضعی در فضا در امتداد مسیر خود است. طبیعت موج مانند نور نمایش داده می شود ، به عنوان مثال ، هنگامی که یک پرتو نور از شکاف های موازی عبور می کند در نتیجه الگوهای تداخل ایجاد می شود. در سال 1927 ، جورج پاگت تامسون کشف کرد که اثر تداخل هنگام عبور پرتوی الکترون از ورقه های نازک فلزی و توسط فیزیکدانان آمریکایی کلینتون دیویسون و لستر گرمر با انعکاس الکترون از یک کریستال نیکل تولید می شود.فنی و مهندسی

 

یک ابر متقارن آبی رنگ که از مرکز به سمت بیرون از شدت آن کاسته می شود

در مکانیک کوانتوم ، رفتار الکترون در یک اتم توسط یک مدار توصیف می شود ، که یک توزیع احتمال است تا یک مدار. در شکل ، سایه زدن احتمال نسبی "پیدا کردن" الکترون را با داشتن انرژی مربوط به اعداد کوانتومی داده شده ، در آن نقطه نشان می دهد.

پیش بینی دی بروگلی از ماهیت موجی برای الکترون ها باعث شد اروین شرودینگر یک معادله موج را برای الکترون هایی که تحت تأثیر هسته در اتم حرکت می کنند فرض کند. در سال 1926 ، این معادله ، معادله شرودینگر ، نحوه انتشار امواج الکترون را با موفقیت توصیف کرد. به جای ارائه یک راه حل که محل الکترون را در طول زمان تعیین می کند ، می توان از این معادله موج برای پیش بینی احتمال یافتن الکترون در نزدیکی یک موقعیت ، به ویژه موقعیت نزدیک محل اتصال الکترون در فضا استفاده کرد ، برای آن الکترون معادلات موج در زمان تغییر نمی کند. این رویکرد منجر به فرمول دوم مکانیک کوانتوم شد (اولین مورد توسط هایزنبرگ در سال 1925) ، و راه حل های معادله شرودینگر ، مانند هایزنبرگ ، مشتق شده از حالت های انرژی الکترون در یک اتم هیدروژن را ارائه داد که معادل آنهایی بود که استخراج شده اولین بار توسط بور در سال 1913 انجام شد ، و معروف به تولید مثل طیف هیدروژن بودند. هنگامی که چرخش و تأثیر متقابل بین چندین الکترون توصیف شد ، مکانیک کوانتوم امکان پیش بینی پیکربندی الکترون در اتمهای دارای تعداد اتمی بیشتر از هیدروژن را فراهم کرد.

 

در سال 1928 ، با استفاده از کارهای ولفگانگ پائولی ، پل دیراک با استفاده از ملاحظات نسبی و تقارن در فرمول هامیلتون از مکانیک کوانتوم میدان الکترومغناطیسی ، یک مدل از الکترون را تولید کرد - معادله دیراک ، مطابق با تئوری نسبیت. به منظور حل برخی از مشکلات موجود در معادله نسبی ، دیراک در سال 1930 مدلی از خلا را به عنوان دریایی بیکران از ذرات با انرژی منفی تولید کرد که بعداً به آن دریا دیراک لقب دادند. این باعث شد وی وجود پوزیترون ، همتای ضد ماده الکترون را پیش بینی کند. این ذره در سال 1932 توسط کارل اندرسون کشف شد ، وی پیشنهاد کرد الکترونهای استاندارد را نگاتون بخوانند و از الکترون به عنوان اصطلاح عمومی برای توصیف هر دو نوع بار مثبت و منفی استفاده کنند.