70. Експериментальні засади квантових уявлень. Корпускулярно-хвильовий дуалізм електромагнітного випромінювання

Перший квантовий ефект — це корпускулярно-хвильовий дуалізм. Можна показати, що за певних умов проведення експерименту, мікроскопічні об'єкти, такі як атоми або електрони, набувають властивостей частинок. Наступний квантовий ефект — це ефект сплутаних квантових станів. В деяких випадках вектор стану системи з багатьох частинок не може бути поданий як сума окремих хвильових функцій, які б відповідали кожній з частинок. В такому випадку кажуть, що стани частинок сплутані. Корпускуля́рно-хвильови́й дуалі́зм — запропонована Луї де Бройлем гіпотеза про те, що будь-яка елементарна частка має хвильові властивості, а будь-яка хвиля має властивості, характерні для частинки. Гіпотеза де Бройля з'явилася тоді, коли стало відомо, що електромагнітні хвилі випромінюються й поглинаються порціями — квантами (див. абсолютно чорне тіло, фотоефект). Де Бройль висловив гіпотезу: будь-яка елементарна частинка має також хвильові властивості. Якщо електромагнітна хвиля з частотою ν має енергію hν , де h — стала Планка, то схожим чином можна визначити також частоту (а отже, й довжину хвилі) інших частинок. Енергія частинки згідно з положеннями теорії відностності залежить від її маси. Для визначення довжини хвилі де Бройля λ можна скористатися співвідношенням E=mc²= hν= . Гіпотеза де Бройля знайшла підтвердження, коли в 1925 р. Ервін Шредінгер використав її для запису хвильового рівняння. Експериментальне відкриття в 1927 р. явища дифракції електронів остаточно підтвердило справедливість коспускулярно-хвильового дуалізму.

71. Хвилі де Бройля та їх дослідне підтвердження. Тлумачення змісту хвиль де Бройля. Хвильова функція. Співвідношення невизначеностей Гейзенберга

Розглядаючи задачу про теплове випромінювання абсолютно чорного тіла Планк у 1900 році запропонував ідею, що електромагнітні хвилі випромінюються порціями, енергія яких пропорційна частоті. Ці порції отримали назву квантів, а сама ідея розпочала побудову нової фізичної теорії — квантової механіки, яка ще більше змінила класичну Ньютонівську механіку, цього разу при дуже малих розмірах фізичної системи. В тому ж 1905-му році Альберт Ейнштейн застосував ідею Планка для успішного пояснення експериментів із фотоефекту, припустивши, що електромагнітні хвилі не тільки випромінюються, а й поглинаються квантами. Суперечка між корпускулярною і хвильовою теорією знайшла своє вирішення в корпускулярно-хвильовому дуалізмі, гіпотезі, сформульованій Бройлем. За цією гіпотезою не тільки квант світла, а будь-яка інша частинка проявляє водночас властивості, притаманні як корпускулі, так і хвилі. Гіпотеза Луї де Бройля підтвердилася в експериментах з дифракції електронів. Хвильова функція, або псі-функція ψ — комплекснозначна функція, що використовується в квантовій механіці для опису стану квантовомеханічної системи. Є коефіцієнтом розкладу вектору стану за базисом. Принцип невизначеності є фундаментальною засадою квантової механіки, яка стверджує, що принципово неможливо одночасно виміряти з довільною точністю координати й імпульси квантового об'єкта. Це твердження справедливе не лише щодо вимірювання, а й щодо теоретичної побудови квантового стану системи. Принцип невизначеності сформулював Гейзенберґ.