Матвеев А.Н. Квантовая механика и строение атома

ВВЕДЕНИЕ

Квантовая механика возникла в 20-ых годах 20-го столетия в результате анализа накопленного к этому времени экспериментального материала. Поэтому естественным введением в квантовую теорию является рассмотрение основных экспериментальных фактов и их интерпретации, которые привели к созданию квантовой механики. Этот материал излагается в первой части курса. Во второй части курса излагается нерелятивистская квантовая механика. Третья часть вводит читателя в круг понятий релятивистской квантовой теории, которая к настоящему времени имеет крупные достижения, но еще не может считаться завершенной.

Ряд понятий и представлений квантовой механики кажется странным с точки зрения классической физики (в классическую физику в этом смысле включается и теория относительности). Например, странным представляется положение о том, что понятие о траектории электрона в атоме не имеет смысла. Возникает вопрос, почему это происходит и как это понимать. Однако этот вопрос только кажущийся, в действительности никакого содержательного вопроса здесь нет и никакого ответа не требуется. Просто новые закономерности движения таковы, что понятие о траектории электрона в атоме теряет смысл. Можно пояснить это примером из истории науки. Древние долго бились над вопросом, почему тело продолжает двигаться после того, как исчезли причины, приведшие его в движение, и почему тело движется именно по прямой линии. Лишь примерно 2000 лет спустя стало ясно, что никакого вопроса здесь нет и никакого ответа не требуется, потому что это просто один из трех законов механического движения. Аналогичным образом «непонятность» многих представлений квантовой механики носит чисто иллюзорный характер и означает в сущности их непривычность. Лишь овладение этими понятиями как инструментами в познании закономерностей микромира снимает с них покров странности.

Истинность теории доказывается ее действенностью. Квантовая механика в современной физике занимает очень важное место. Квантовая механика объяснила строение атомов и молекул, лежит в основе теории твердых тел и жидкостей. Квантово-механические закономерности лежат в основе строения ядер. Свойства элементарных частиц и их взаимодействий могут быть поняты только в рамках квантово-механических представлений. Возникли целые новые отрасли знания, базирующиеся на квантовой механике, такие, как квантовая радиофизика, квантовая химия и т. д. Квантово-механические закономерности приходится принимать во внимание также при строительстве мощных электронных циклических ускорителей. Можно указать и другие многочисленные применения квантовой механики. Но даже их неполный перечень показывает, что квантовая механика в настоящее время является не только важнейшей частью физики, но и необходимым инструментом современной инженерной практики.