КВАНТОВ ТЕОРИЯ

КВАНТОВ ТЕОРИЯ. Квант (от лат. quantum—определенное количество)—понятие, характеризующее прерывность взаимодействий элементарных частиц вещества—электронов, протонов, атомов и молекул—между собой и со светом. Представление о К. введено М. Планком (Planck; 1900) в связи с теорией излучения нагретого абсолютно черного тела. Для объяснения распределения энергии по длинам волн в спектре черного тела необходимо допустить, что поглощение и излучение света в веществе происходит только целыми количествами—квантами—величины hv (v—-частота излучаемых или поглощаемых световых колебаний, h—-постоянная всегда и при всех условиях, равная 6,55 . Ю^-2' эрг./сек.). В связи с этим Эйнштейн (1905) предположил, что и при распространении света энергия последнего сосредоточена в некоторых центрах, световых квантах, характеризуемых энергией hv и импульсом — (е—скорость света). Эта гипотеза, вполне согласуясь с необходимостью прерывности поглощения и излучения, вместе с тем приводит к чрезвычайно важным выводам относительно действий света. Если световой К. сталкивается с электроном, то в общем случае результат соударения должен быть аналогичным тому, что происходит при ударе двух упругих шаров: электрон и К. отлетят один от другого с измененной энергией и направлением. Но в выражении для энергии К. h всегда постоянно; следовательно при изменении энергии К. должна измениться частота v или соответствующая длина волны Я. Применяя к процессу соударения электрона и К. законы сохранения энергии и количества движения, можно найти, что длина волны света, рассеянного электронами, 2ft A-*o + ; smSr :ч тс ' ~ 2 здесь А₀—длина волны света до рассеяния, т—масса электрона, с—скорость света, б— угол, образуемый направлениями К. до рассеяния и после него. Из (1) видно, что длина волны рассеянного света больше, чем падающего. Это возрастание рассеянной волны должно быть вполне заметным для лучей с большим К., т. е. с большой частотой v, напр. для лучей Рентгена. Комптон (Compton) впервые вывел из гипотезы световых К. следствие (1) и подтвердил его на опыте. Удлинение волны при рассеянии лучей Рентгена в веществе должно между прочим иметь существенное значение для понимания терап. действия лучей Рентгена. Легкие атомы, из к-рых составлена живая ткань, поглощают жесткие лучи Рентгена только в ничтожной степени; но по мере прохождения в материальной среде лучи рассеиваются, претерпевают многократное Компто-новское удлинение волны, становятся «мягче», крупные К. так сказать размениваются на более мелкие и т. о. действуют на ткань. Если при поглощении света при «неупругом» соударении К. с электроном энергия К. передается электрону, вылетающему из атома, то по закону сохранения энергии живая сила вылетающего электрона - = /»» (2). Это следствие вполне точно подтверждается в т. н. фотоэлектрическом эффекте, когда под действием света из вещества вырываются электроны (при этом учитывается часть энергии, растрачиваемая электроном до прохождения через поверхность). Гипотеза световых К. определяет и основной закон хим. действий света. Для простейшей реакции диссоциации какой-либо молекулы на составные части необходимо, чтобы каждая разлагающаяся молекула поглотила 1 К. Обозначив через Е общую энергию монохроматического света, поглощенного такой диссоциирующей средой, найдем, что количество разложившихся молекул Это следствие (т. н. закон Эйнштейна) точно оправдывается на опыте. Кажущиеся отступления от него объясняются вторичными хим. реакциями, осложняющими первоначальный чисто фото-химический процесс. Квантовая природа излучения обнаруживается и в биол. явлениях. Напр. оптимальный порог зрительного раздражения, т. е. минимальное количество энергии зеленого света (в сек.), необходимое для появления ощущения света, измеряется несколькими К. зеленого света. При бактерицидном действии лучей Рентгена, как показывают опыты Дарье (Darier), для умерщвления микроорганизма необходимо и достаточно энергии 1 К. Т. о. действия света дают твердую экспериментальную базу учению о световых 1С. Вместе с тем оптические явления интерференции, диффракции, поляризации не менее убедительно свидетельствуют о волновой природе света. Следовательно свету приходится приписывать одновременно прерывные квантовые и непрерывные волновые свойства.—Прерывный квантовый характер взаимодействий свойственен однако не только свету, но и веществу. Изучение линейчатых спектров, испускаемых атомами, привело Бора (Bohr; 1913) к установлению следующих двух постулатов, вполне подтверждаемых опытом в различных областях: 1) электроны в атоме могут находиться только в определенных устойчивых, стационарных состояниях (вращаться по определенным орбитам), образующих прерывный бесконечный ряд и зависящих от целых чисел и квантовой постоянной h; 2) при переходе электрона в атоме или молекуле из одного стационарного состояния в другое, при поглощении или излучении света, энергия первоначального состояния E_t и конечного Е_к связана соотношением E_t-E_k-hp (4). Условие (4) и математическая формулировка первого постулата приводят к точному объяснению закономерностей в спектрах и являются основой современного учения о строении атомов и молекул.—Теория Бора не может считаться однако законченной и совершенной. Для применения ее к конкретным задачам механики атомов приходится пользоваться довольно произвольно положениями классической механики, устанавливая несколько неопределенное соответствие классической и квантовой физики. В нек-рых задачах (напр. строение атома гелия) теория Бора привела к явно ошибочным результатам. Т. о. выяснилась потребность в более последовательной теории К., объединяющей световые К. и квантовые законы в веществе и одновременно уточняющей соотношения классических и квантовых законов. Первые весьма успешные попытки создания такой единой теории К. принадлежат де Бройлю, Гейзенбергу и Шредингеру (de Broglie, Heisenberg, Schrodinger). Основной идеей новой квантовой механики является мысль де Бройля о волновой механике. Подобно тому как в учении о свете геометрическая, лучевая оптика является только первым приближением истинной волновой оптики, так и в механике, по мысли де Бройля, классическая механика Ньютона—только первое приближение истинной волновой механики. В оптике волновая природа света обнаруживается в диффракционных явлениях, когда свету приходится проходить сквозь малые отверстия, около краев или мимо малых тел;точно так же волновой характер истинной механики начинает сказываться в области микро-явлений, в атомных и электронных процессах. По де Бройлю, всякая элементарная частица, т. е. электрон, протон, световой К., всегда сопровождается особыми «фазовыми» волнами, не несущими энергии, длина которых Л = А (5) (т—масса частицы, и—скорость), а скорость распространения «-£ ₍б) (с—скорость света). Идея о таких волнах объясняет сразу оба постулата Бора и в обработке Шредингера дает безукоризненную теорию строения атомов. Предположение де Бройля получило полное подтверждение на опыте. Оказалось, что при прохождении и отражении электронов в кристаллах обнаруживаются резкие диф-фракционные явления. По расположению диффракционных колец или полос можно точно измерить длину электронных воли, причем она точно согласуется сформулой(5). Т.о. действительно все элементарные частицы, как материальные, так и световые, всегда сопровождаются волнами; дуалистична не только природа света, но и материи. Природа «материальных» волн де Бройля остается невыясненной; во всяком случае эти волны отличны от электромагнитных световых волн.—Теория К. совершенно нарушает схему классической физики. Все попытки объяснить К. на основании классической механики и электродинамики оказались безуспешными, и становится ясным, что классическая физика только частный предельный случай истинной квантовой физики, точно так же как геометрическая оптика—■ бЗв частный предельный случай волновой оптики. Следует объяснять классические законы на основе теории К., но не обратно. Лит.: Бор Н., Три статьи о спектрах и строении атомов, М.—П., 1923; Гааз А., Волновая механика, М.—Л., 1930; Зоммерфельд А., Строение атома и спектры, М.—Л., 1926; Тартаковский П., Кванты света, М.—Л., 1929; ХвольсонО., Физика наших дней, М.—Л., 1929. С. Вавилов.

Смотрите также:

КВАРЦ, соединение атома кремния с двумя атомами кислорода, Si02, кристаллизуется в гексагональной системе в форме прозрачных шестигранных призм с пирамидальными концами; уд. в. 2,6; весьма распространен в природе, входя в ...
КВАРЦЕВАЯ ЛАМПА, см. Баха ртутно-кварцевая лампа, Ртутпо-кварцевая, лампа.
КВАС, русский народный напиток, получаемый из мучнистых и сахаристых пищевых веществ посредством молочнокислого и спиртового брожения. В зависимости от исходных материалов различают К. «хлебный», «фруктовый», «ягодный» и др. Для приготовления ...
КВАССИЯ (Ф VII), Quassia, растение сем. Simarubaceae, известное в 2 видах: 1) Quassia amara L. (суринамская квассия; северная Бразилия) и 2) Picrasma excelsa Planch. (Ямайка). Квассия—небольшое дерево или кустарник с яр ...
КВАСЦЫ (Alumen, <J>VII), двойные соли серной к-ты, один из металлов (катионов) к-рых трехвалентен, а другой—одновалентен—М2Ш (S04)3 + MiiIS04+24H20,rn.e М' замещено К, Na, NH4, Rb, Th или As; Mra~AI или 3-валентным элементом ...