Основы квантовой механики - Блохинцев Д.И.
Скачать (прямая ссылка):
В заключение я выражаю глубокую признательность тем лицам, которые помогли мне усовершенствовать эту книгу, моим коллегам и студентам.
В предыдущее издание существенный вклад был сделан М. А. Марковым, который просмотрел рукопись и сделал ряд полезных пред--ложений и замечаний. С. И. Драбкина самым активным образом участвовала в разработке изменений и дополнений для четвертого издания. В это издание много полезных предложений было внесено Б. М. Барбашовым и Д. В. Ширковым. Я признателен академику Н. Н. Боголюбову за полезное обсуждение моего курса на руководимой им кафедре физического факультета МГУ. Немалый труд в подготовку издания вложил В. В. Нестеренко. Мне приятно выразить им благодарность,
Д. И. Блохинцев
ВВЕДЕНИЕ
В последние десятилетия наука об атомных явлениях образовала не только одну из важнейших глав современной физики, но и получила широкое применение в современной технике.
Уже самый поверхностный взгляд на замечательную область атомных явлений обнаруживает новые черты, существенно отличные от юх, которые свойственны макромиру.
Первое, с чем мы встречаемся в микромире, это — атомизм. Простейшие, элементарные частицы характеризуются вполне определенными признаками (зарядом, массой и пр.), тождественными для всех частиц одного сорта.
Подобной атомистичности не существует в макромире. Макроскопические объекты представляют собой совокупности большого числа элементарных частиц. Закономерности макроскопических явлений — это закономерности, свойственные совокупности большого числа частиц.
Все это показывает, что было бы методологически неправильно рассматривать микрочастицы по образу и подобию макроскопических тел. Даже материальная точка классической механики есть абстрактный, идеализированный образ вовсе не микрочастицы, а макроскопического тела, размеры которого малы в сравнении с расстояниями, встречающимися в проблеме.
Аюмпзм микромира не ограничивается определенностью признаков самих микрочастиц. Он выражается также в существовании некоторой абсолютной меры для механического движения. Такой мерой является постоянная Планка h — 1,05 • 10~27 эрг • сек. Она имеет первостепенное значение в механике микрочастиц. Физики долгое время игнорировали закон перехода количества в качество и стремились попять атомные явления, оставаясь в рамках классических, макроскопических теории. Открытие постоянной Планком ыло первым серьезным предупреждением о несостоятельности механического переноса закономерностей из области большого в область малого.
сЬак^ ^"Х годах иашего столетия были открыты новые опытные пок™’ заставившие окончательно отказаться от этого пути. Было азано, что электроны обнаруживают волновые свойства: если
12
ВВЕДЕНИЕ
пропускать поток электронов через кристалл, то частицы распределяются на экране так же, как распределяется интенсивность волн подходящей длины волны. Мы получаем чуждое классической механике явление дифракции микрочастиц. Позднее было доказано, что это явление свойственно не только электронам, но и вообще всем микрочастицам. Таким образом была открыта принципиально новая и совершенно общая закономерность.
Движение микрочастиц оказалось во многих отношениях более родственно движению волн, нежели движению материальной точки по траектории. Явление дифракции несовместимо с предположением о движении частиц по траекториям. Поэтому принципы классической механики, в которой понятие траектории является одним из основных понятий, непригодны для' анализа движения микрочастиц.
Само слово «частица» в применении к индивидуумам микромира вызывает в нашем представлении гораздо больше аналогий с материальными точками классической механики, нежели это отвечает действител ьности.
Это замечание следует иметь в виду во всех тех случаях, когда ради краткости мы будем употреблять в книге слово «частица» вместо «микрочастица».
Классическая механика оказывается лишь некоторым приближением, пригодным для рассмотрения движения тел большой массы, движущихся в достаточно плавно изменяющихся полях (макроскопических полях). При этих условиях постоянную Планка можно считать пренебрежимо малой. Становятся также несущественными и явления дифракции. В области малых масштабов, в области микромира, на смену классической механике приходит механика квантовая. Таким образом предметом рассмотрения квантовой механики является движение микрочастиц.
Квантовая механика является статистической теорией. Так, с помощью квантовой механики можно предсказать, как распределяются в среднем на фотопластинке отраженные от кристалла электроны, но относительно места попадания каждого отдельного электрона может быть сделано лишь вероятностное суждение: «с такой-то вероятностью будет обнаружен там-то».
С подобным же положением дел мы встречаемся и в статистической механике. Однако между квантовой механикой и классической статистической механикой есть глубокое различие.
В основе классической статистической механики лежит ньютоновская механика, допускающая описание истории каждой из частиц, так что в принципе возможно дать биографию каждого отдельного экземпляра.
