Квантова механіка

Ось формули, якими Нільс Бор, відповідно до своєї теорії, описував поведінку електрона:

mсvr = nh, (1)

де тc — маса електрона;

h — константа Планка;

n — ціле число, що позначає порядковий номер орбіти електрона. Його назвали головним квантовим числом.

Величина mcvr позначає момент кількості руху електрона, це аналог величини імпульсу для обертового тіла

ΔЕ - hv (2)

де h = 2πh.

Формула показує, як величина випромінюваної енергії залежить від частоти випромененої хвилі.Сам Бор називав свою теорію «божевільною». Справді, адже фізики того часу вважали, що в мікросвіті все відбувається так само, як у макросвіті, різниця тільки в розмірах. Якби теорія Бора була правильною для макросвіту, це означало б, що, наприклад, штучний супутник Землі при русі в атмосфері не гальмувався б нею і зміг би втриматися лише на орбітах з певними радіусами, наприклад 100, 200, 300 км, а на інші орбіти, наприклад 101, 202 км, його ні в жодному разі не вдалося б запустити.

Не маючи можливості логічно і математично обґрунтувати свої припущення, Бор постулював їх, тобто запропонував ученим прийняти їх на віру, без доказів, адже ці припущення якимось чином підтверджувалися дослідом. До того ж, спираючись на них, Бор зміг точно передбачити раніше невідомі частоти випромінюваного електронами світла.

Теорія Бора одержала назву квантової теорії атома. Якийсь час по тому вона була вдосконалена іншими фізиками. Кругові орбіти були замінені еліптичними, рух по них почали розраховувати не за класичною, а за релятивістською механікою. Услід за головним квантовим числом и були введені інші константи (орбітальне l, магнітне т1, спінове s квантові числа), що дозволяли більш повно описати поведінку елементарних частинок.

Принципи Гейзенберга. Квантова механіка

Однак поряд з успіхами квантової теорії атома накопичувалися й аргументи проти неї. Справа полягала в тому, що, незважаючи на всю революційність своїх поглядів, Бор все-таки переносив методи звичайної фізики на світ мікрочастинок. Зокрема, услід за Резерфордом Бор вважав, що рух електронів в атомі відбувається по визначених траєкторіях, тоді як насправді для мікрочастинки поняття траєкторії не має сенсу. Розглянемо це на прикладі того ж електрона.

Було виявлено, що електрон, який у складі атома поводиться як частинка, також має і властивості хвилі. Якщо на його шляху поставити перешкоду, він здатен її обігнути, причому навіть з обох боків одночасно! Експериментально була доведена неможливість точно передбачити траєкторію поступального руху електрона. В експериментаторів складалося таке враження, що електрон в польоті у певному розумінні займає якусь область простору, яка у багато разів більша за нього самого, причому є ймовірність знайти електрон у кожній з точок цієї області. Електрон, який раніше здавався твердим і оформленим тілом, насправді виявився немов розмазаним у просторі. Математично ця ситуація знайшла вираження у так званому співвідношенні невизначеностей Гейзенберга, що виражається простою формулою:

ΔxDπ=h

де х — координата мікрочастинки;

π — її імпульс;