Квантовая физика

1. Квантовая физика

КВАНТОВАЯ ФИЗИКА
Ведёт доцент кафедры общей
физики МИЭТ В.Б. Гундырев
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

2. Квантовая физика

КВАНТОВАЯ ФИЗИКА
• Волновая функция
• Волны де Бройля
• Соотношения неопределённости
Гейзенберга
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591
2

3.

Квантово-волновой дуализм света
Свет является реальным
физическим объектом, который не
сводится ни к волне, ни к частице в
обычном смысле. Эти понятия
дают лишь приближённый способ
описания объектов с более общими
свойствами.
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

4.

Клинтон Джозеф Дэвиссон (слева) и Лестер
Халберт Джермер (справа) в 1927 году с
аппаратом, использованным в их
исследованиях.
4

5.

Опыты Дэвиссона и Джермера по
дифракции электронов
б
а
Отдельный
фотон
w(y)
Пучок
фотонов
y
Э
Э
в
w(y)
г
Отдельный
электрон
Пучок
электронов
Э
Э
Дифракция фотонов и электронов на щели: а – отдельного фотона;
б – пучка фотонов; в – отдельного электрона; г – пучка электронов.
На рис. а и в крестиком отмечены места на экране, куда могут попасть
соответственно фотон и электрон

6.

6

7.

Дебройлевская длина волны
,
Волновая или пси-функция
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

8.

Дебройлевская длина волны
Оценка длины волны
пси-функции методом
размерности
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

9.

Дебройлевская длина волны
Длина волны для частиц – от чего
может зависеть?
Предположим, что
Здесь А – безразмерная константа
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

10.

Дебройлевская длина волны
Выпишем единицы измерения величин
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

11.

Дебройлевская длина волны
Тогда получаем:
или
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

12.

Дебройлевская длина волны
Единицы измерения в левой и
правой частях равенства
должны быть одинаковы, а
значит и показатели степени у
одинаковых единиц должны
быть одинаковы:
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

13.

Дебройлевская длина волны
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

14.

Дебройлевская длина волны
В действительности
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

15.

Дебройлевская длина волны
Длина волны псифункции - аналогия с
фотоном
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

16.

16

17.

17

18.

Длины волн де Бройля различных объектов
Объект
Электрон, ускоренный
разностью потенциалов
1 В (ЕК=1 эВ)
Электрон, ускоренный
разностью потенциалов 1000 В
Молекула водорода в воздухе
летом
Пылинка массой 1 мг, имеющая
скорость 1 см в секунду
Лектор у доски – масса 100 кг,
скорость
– метр в секунду.
©ORCID
0000-0001-8469-5062,SPIN-код:
7287-6591
Длина волны Размер для
де Бройля, нм сравнения, нм
1,2
Диаметр
ядра атома
0, 04
Диаметр
атома

19. Экспериментальное доказательство волновых свойств вещества

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ
ДОКАЗАТЕЛЬСТВО
ВОЛНОВЫХ СВОЙСТВ
ВЕЩЕСТВА
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591
19

20.

20

21.

21

22.

Связь длины волны де Бройля электрона с
ускоряющим напряжением
Эксперимент:
Теория:
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

23. Фотография тонкой плёнки кристаллического золота, сделанная с помощью просвечивающего электронного микроскопа FEI Tecnai G2

©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

24.

24

25.

Отражение от двух соседних атомных
плоскостей
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

26.

26

27.

Отражение от двух соседних атомных
плоскостей
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

28.

Дифракция электронов № 5.96
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

29.

Дифракция электронов № 5.96
Классические представления
Засвеченность
фотоплёнки на экране

30.

30

31.

31

32.

32

33.

Вернер Карл Гейзенберг
(1901-1976)
1927 г.
Сформулировал принцип
неопределённости
Нобелевская премия 1932 г.

34. Принцип дополнительности Бора

Получение экспериментальной информации об одних
физических величинах, описывающих микрообъект,
неизбежно связано с потерей информации о некоторых
других величинах, дополнительных к первым:
координата – импульс
потенциальная энергия – кинетическая энергия
и некоторые другие пары величин

35.

35

36.

36

37.

№5.106
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

38.

38

39.

№5.107
ДЕЛАЙТЕ ВАШИ СТАВКИ
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591

40.

40

41. Ключевые понятия, формулы и выводы

КЛЮЧЕВЫЕ ПОНЯТИЯ,
ФОРМУЛЫ И ВЫВОДЫ
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591
41

42. Ключевые понятия и выводы

• Квантово-волновой дуализм света – свет
является реальным физическим объектом,
который не сводится ни к волне, ни к частице в
обычном смысле. Эти понятия дают лишь
приближённый способ описания объектов с
более общими свойствами. Эти объекты для
удобства называют квантами, а волны и частицы
– две формы, в которых проявляется их
физическая сущность.
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591
42

43. Ключевые понятия и выводы

• Квантово-волновой дуализм частиц – подобно
фотонам, элементарные частицы способны
проявлять как квантовые, так и волновые
свойства. В отличие от фотонов волны не
электромагнитной природы, а волны
вероятности – вероятности обнаружить частицу в
данной точке пространства.
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591
43

44. Ключевые понятия и выводы

• Дебройлевская длина волны – длина волны
вероятности, которую можно поставить в
соответствие любой частице.
• Соотношение неопределённостей Гейзенберга –
произведение неопределенностей координат и
проекций импульсов, а также неопределенности
энергии и времени, необходимого для
измерения этой энергии, не превышает по
порядку величины половины редуцированной
постоянной Планка.
©ORCID 0000-0001-8469-5062,SPIN-код: 7287-6591
44

45. Ключевые формулы

Название
Дебройлевская длина волны
Соотношения неопределённостей
Гейзенберга
45

46. 

46