188. Співвідношення невизначеностей Гейзенберга

Мікрочастинки в одних випадках проявляють себе як хвилі, в інших як корпускули. До них не застосовні закони класичної фізики часток і хвиль. У квантовій фізиці доводиться, що до мікрочастинки не можна застосовувати поняття траєкторії, але можна сказати, що частка перебуває в даному об'ємі простору з деякою ймовірністю Р. Зменшуючи об'єм, ми будемо зменшувати ймовірність виявити частку в ньому. Імовірнісний опис траєкторії (або положення) частки приводить до того, що імпульс і, отже, швидкість частки може бути визначена з якоюсь певною точністю.

Далі, не можна говорити про довжину хвилі в даній точці простору й звідси випливає, що якщо ми точно задаємо координату x, то ми нічого не зможемо сказати про імпульс частки, тому що .

Тільки розглядаючи протяжну ділянку D x ми зможемо визначити імпульс частки. Чим більше D x, тем точніше Dр і навпаки, чим менше D x, тим більше невизначеність у знаходженні Dр.

Співвідношення невизначеностей Гейзенберга встановлює границю в одночасному визначенні точності канонічно спряжених величин, до яких відносяться координата й імпульс, енергія й час.

Співвідношення невизначеностей Гейзенберга: добуток невизначеностей значень двох спряжених величин не може бути за порядком величини менше постійної Планка h ( іноді записують)

Таким чином. для мікрочастинки не існує станів, у яких її координата й імпульс мали б одночасно точні значення. Чим менше невизначеність однієї величини, тим більше невизначеність іншої.

Співвідношення невизначеностей є квантовим обмеженням застосовності класичної механіки до мікрооб'єктів.

отже, чим більше m, тем менше невизначеності у визначенні координати й швидкості. При m = 10-12 кг, ? = 10-6 і Δx = 1% ? = 10-8 м, Δv = 6,62·10-14 м/с, т.т. не буде проявлятися при усіх швидкостях, з якими пилинки можуть рухатися, т.т. для макротіл їх хвильові властивості не грають ні якої ролі.

Нехай електрон рухається в атомі водню. Допустимо Δx »10-10 м (порядку розмірів атома, тобто електрон належить даному атому). Тоді Δv = 7,27·106 м/с. По класичній механіці при русі по радіусу r » 0,5·10-10 м v = 2,3·10-6 м/с. Т.т. невизначеність швидкості на порядок більше величини швидкості, звідси, неможливо застосовувати закони класичної механіки до мікросвіту.

Зі співвідношення випливає, що система, що має час життя Dt, не може бути охарактеризована певним значенням енергії. Розкид енергії зростає зі зменшенням середнього часу життя. Отже, частота випромененого фотона також повинна мати невизначеність Dn = DE/h, тобто спектральні лінії будуть мати деяку ширину n±DE/h, будуть розмиті. Вимірявши ширину спектральної лінії можна оцінити порядок часу існування атома в збудженому стані.

189. Рівняння Шредингера

Рівняння Шредингера, як і інші основні рівняння фізики (рівняння Ньютона, Максвелла), не виводиться, а постулюються. Його слід розглядати як вихідне основне припущення, справедливість якого доводиться тим, що всі наслідки, що випливають із нього, точно узгодяться з експериментальними даними.

(1)

- часове рівняння Шредингера.

- набла - оператор Лапласа

- потенційна функція частки в силовому полі,

Ψ(y,z,t) -шукана функція

Якщо силове поле, у якому рухається частка, стаціонарно ( тобто не змінюється із часом), то функція U не залежить від часу й має сенс потенційної енергії. У цьому випадку розв'язок рівняння Шредингера (тобто Ψ - функція) може бути презентовано у вигляді добутку двох співмножників - один залежить тільки від координат, інший - тільки від часу:

(2)

Е - повна енергія частки, постійна у випадку стаціонарного поля.

Підставивши (2) → (1):

(3)

рівняння Шредингера для стаціонарних станів.

Є нескінченно багато розв'язків. За допомогою накладення граничних умов відбирають розв'язку, що мають фізичний зміст.

Граничні умови:

хвильові функції повинні бути регулярними, тобто

1) кінцевими;

2) однозначними;

3) безперервними.

Розв'язки, що задовольняють рівнянню Шредингера, називаються власними функціями, а відповідні їм значення енергії - власними значеннями енергії. Сукупність власних значень називається спектром величини. Якщо Еn приймає дискретні значення, то спектр - дискретний, якщо безперервні - суцільний або безперервний.