Kvant mexanika

Kvant mexanikasi, toʻlqin mexanikasi – nazariy fizikaning juda kichik oʻlchamli zarralar (elementar zarra, atom, molekula va hokazo) harakat qonunlarini oʻrganuvchi boʻlimi. XX asr boshida qator omillar – atomlarning turgʻunligi, fotoeffekt, radioaktivlik, qora jismning nurlanishi singari hodisalarni klassik mexanika va klassik elektrodinamika asosida tushuntirib berish imkoni boʻlmay qolganligi kvant mexanikasini paydo boʻlishiga olib keldi. Max Planck, Albert Einstein va Niels Bohr kabi olimlarning ishlari kvant mexanikasining yaratilishiga asos boʻldi.

Klassik fizika qonunlarini juda kichik massali zarralarga tatbiq qilishda olingan xulosalar klassik tasavvurlarni tubdan oʻzgartirishni talab qildi. Klassik fizikada qizdirilgan jism nurlanishi energiyasining qiymatlari uzluksiz boʻladi, deb faraz qilinadi. 1900-yilda M. Plank moddada elektromagnit nurlanishni muvozanatda boʻlish shartini tadqiq qildi. U nurlanish energiyasi chiqayotganda yoki yutilayotganda faqat uzlukli (kvantlangan) qiymatlargagina ega boʻlishi mumkinligi toʻgʻrisidagi gipotezani ilgari surdi. 1905-yilda A. Eynshteyn yorugʻlik tushayotgan metallardan tashqariga elektron chiqish hodisasi (fotoeffekt) ni tekshirib, energiya faqat yutilib yoki chiqibgina qolmay, u nurlanish kvanti – foton koʻrinishida ham mavjud boʻladi, degan xulosaga keldi. Foton energiyasi $E=h\nu$ ga teng, bunda $h$ – Plank doimiysi, $\nu$ – elektromagnit nurlanish chastotasi.

1913-yilda N. Bor yorugʻlikning kvantlar nazariyasini atomlarning tuzilishi masalasiga tatbiq qilib, atomdagi elektron shu atom yadrosining atrofida klassik mexanika qonunlariga boʻysunadigan aniq orbitalar boʻyicha harakat qilishini koʻrsatdi. Bunda orbitalarning har birida elektron aniq energiyali holatda, yaʼni barqaror holatda boʻlib, hech qanday nurlanish roʻy bermaydi (Bor postulatlari). Atomning nur yutishi yoki nur chiqarishi faqat elektronning bir orbitadan boshqa orbitaga oʻtishi bilan bogʻliq.

Bor nazariyasi eng sodda atom – vodorod atomining nurlanish xususiyatlarini tushuntirib bera oldi. Ammo murakkab atomlarga, molekulalarga bu nazariyani qoʻllashning iloji boʻlmadi.

1924-yilda L. de Broyl modda yorugʻlik kabi ham zarra, ham toʻlqin xususiyatlariga ega boʻladi, degan gipotezani ilgari surdi. L. de Broyl aytgan moddiy zarraning toʻlqin xususiyatlari qar tomonlama tasdiqlandi. Shunday qilib, korpuskulyar-toʻlqin dualizmi gʻoyasi tasdiqlandi: bu gʻoyaga binoan, toʻlqin xususiyatga ega obʼyektda zarra xususiyati ham uygʻonadi, zarra esa maʼlum sharoitlarda oʻzini toʻlqinlardek tutadi.

1926-yilda E. Shryodinger zarralar harakatining toʻlqin nazariyasi ustida ishlab, moddiy zarralarning zarra va toʻlqin xususiyatlarini ifodalovchi tenglamani taklif qildi. Bu tenglama eng sodda atom – vodorod atomi masalasini aniq yechib berdi. Koʻp elektronli sistemalar uchun Shryodinger tenglamasi aniq yechilmaydi, bu yerda taqribiy yechish usullari (variatsion usul, Hartri – Fok usuli va boshqalar) ishlatiladi.

Kvant mexanikada barcha zarralar korpuskulyar va toʻlqin xossalariga ega deb qaraladi; zotan bu xossalar bir-birini istisno qilmaydi, balki bir-birini toʻldiradi. Elektronlar, protonlar va boshqa zarralarning toʻlqin tabiati zarralar difraksiyasiga oid tajribalarda tasdiqlandi. Kvant mexanikada zarraning toʻlqin xususiyati toʻlqin funksiya ($\Psi$-funksiya) orqali bayon etiladi. Toʻlqin funksiya aslida statistik harakterga ega ekanligini birinchi boʻlib 1927-yilda M. Born aytdi. Toʻlqin funksiyaning statistik maʼnosi, yaʼni zarraning biror hajm birligida boʻlish ehtimolligi – toʻlqin funksiya modulining kvadrati $|\Psi |^{2}$ bilan ifodalanadi. Demak, Kvant mexanikada zarraning holatini bir vaqtda aniq koordinata va impuls orqali ifodalash mumkin emas, u faqat toʻlqin funksiya orqaligina aniqlanadi. Zarraning koordinata bilan impulsi Werner Heisenberg tomonidan kashf etilgan noaniqliklar munosabatiga boʻysunadi.

Nisbiylik nazariyasini qoʻllab, Kvant mexanikani umumlashtirish natijasida relyativistik kvant mexanika paydo boʻldi. Kvant mexanikaning yaratilishi va rivojlanishida M. Born, P. Dirak, V. Pauli, E. Fermi, shuningdek, L. D. Landau va V. A. Fok kabi olimlarning ishlari muhim rol oʻynadi. Kvant mexanika yaratilishi yarimoʻtkazgichlar fizikasi va texnikasi, past temperaturalar fizikasi, kvant elektronika, yadro fizikasi va atom energetikasi, astrofizika va ayniqsa ohirgi yillarda kvant kompyuterlari va kvant informatikasi soxalarning tez rivojlanishiga sabab boʻldi.

Adabiyot

• Geyzenberg V., Fizicheskiye prinsipi kvantovoy teorii, L. – M., 1932;
• Dirak P., Prinsipi kvantovoy mexaniki, per.s angl., M, 1960;
• Pauli V., Obshiye prinsipi volnovoy mexaniki, per. s nem., M., – L., 1947;
• Feynman R. P., Xibs A., Kvantovaya mexanika i integrali po trayektoriyam, per. s angl., M., 1968;
• Landau L. D., Lifshits Ye. M., Kvantovaya mexanika. Nerelyativistskaya teoriya, 3 izd., M., 1974;
• Fok V. A., Nachalo kvantovoy mexaniki, M., 1976.