В конце XIX столетия появилась необходимость создания теории излучения черного вещества на основе закономерностей классической физики. Из постулатов следовало, что физическое тело должно поглощать и отдавать электромагнитные волны при любой температуре, терять энергетический потенциал и понижать температуру до нуля. Другими словами, тепловое равновесие между элементами было практически невозможно. Однако это явление находилось в полном противоречии с повседневным опытом.
Рисунок 1. Квантовая теория. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Основные идеи квантовой теории волны были сформулированы в 1923-1924 гг., когда ученые предположил, что каждый электрон должен иметь волновые свойства, навеянные аналогией со световым излучением.
К этому времени идеи о дискретной природе фотонов уже весьма укрепились в научном мире, поэтому для детального описания всех свойств излучения необходимо было схематически представить его и как частицу, и как волну. Эйнштейн ранее продемонстрировал, что дуализм излучения напрямую связан с наличием квантов, поэтому исследователям оставалось только обнаружить подобное и в поведении электрона. Гипотеза де Бройля о волнах в квантовой механике вскоре получила официальное подтверждение обнаруженным в 1927 году явлением дифракции движущихся электронов.
Исходя из гипотез де Бройля о волнах материи, Э.Шредингер представил основное уравнение квантовой механики, позволяющее с максимальной точностью определить вероятные состояния системы квантов и их изменение в пространстве и времени. Формула включала волновую функцию, описывающую действие волны в конфигурационной и абстрактной среде. В рамках волновой механики атом выполнял функцию ядра, окруженного универсальным облаком вероятности. С помощью данной функции можно определить возможность присутствия электрона в конкретной области пространства.
Квантовая волновая функция
У волновых функций есть множество своеобразных свойств, которые до сих пор еще плохо изучены. Коллапс волн в квантовой теории не ограничивается скоростью света, следовательно, в определенных системах отсчета их механизм начнет двигаться назад во времени. Единственная прямая связь волновой функции с реальностью появляется при попытке измерить положение или энергетический потенциал частицы, которую данный принцип описывает. При этом, согласно квантовой физике, все трансформации противоречат интуитивным представлениям человека и на первый взгляд не соответствует реалиям.
Эта безумная гипотеза, которую до конца невозможно понять, – квантовая физика, несмотря на свою путаную и прозрачную природу, является базой современной физики. Может быть, она немного эфемерна, но зато позволяет исследователям делать точные предсказания. Необходимо просто особо не акцентировать внимание на ее неоднозначные аспекты, научиться решать сложные уравнения – и вычислить будущее практически со стопроцентной точностью.
Уравнения квантовой физики волны позволяют определить:
- изменение волновой функции;
- движение электронов;
- амплитуду сразу нескольких электронов;
- волновую функцию.
Однако благодаря квантовой гипотезе можно рассчитать волновую функцию в какой-то точке, однако после этого данное явление кардинально измениться – мгновенно и необратимо.
Волны в квантовой теории
Если установить измерительное устройство перед любой волновой функцией электрона – в результате в контакт с проводником войдет только ее малая часть. Это означает, что вероятность регистрации веществ будет невелика. Исходя из волновой функции и размеров задействованного проводника, возможно точно рассчитать показатели, с которыми электрон попадет в это устройство и будет измерен.
При нестабильном движении электрона его волновая функция ведет себя как волна – отсюда и следует название. Волну одной частицы можно распределить по двум различным путям, которые не совпадают. Но когда электрон регистрируется в определенной позиции, он выглядит как яркая вспышка или мощное столкновение. Во многих отношениях с другими элементами он ведет себя как частица.
Так что же такое электрон – частица или волна? Ответ вполне очевиден: ни то, ни другое. Ученые могут разобраться в свойствах электрона и понять его, только если будут применять новый инструмент – то, что можно назвать волновой частицей.
Квантовая теория волны предполагает, что электроны начинают постепенно переносить массу и электрический заряд, который в результате может рассеиваться и отражаться.
Но если зарегистрировать этот объект, появится резкое и неожиданное явление. Обнаруженный электрон продолжает и дальше существовать, но его волновая функция трансформируется в иное состояние.
Квантовая механика без волновой теории
Постепенный отказ от волновой теории света смог бы устранить серьезные парадоксы механизма корпускулярно-волнового дуализма. Результаты экспериментов, проведенные для доказательств существования волновой теории, могут объяснить в ближайшем будущем корпускулярную гипотезу. Распространение электрического и магнитного излучения рассматривается исследователями как перемещение «виртуальных частиц», которые несут ответственность за взаимосвязь зарядов.
Если во времена внедрения квантовой механики остро дискутировались такие ключевые положения, как соотношение неопределенности и корпускулярно-волновой дуализм частиц, то в современном научном мире эти вопросы больше не обсуждаются и считаются «давно пройденным этапом».
Квантовая механика – это особый комплекс парадоксальных выводов и предположений, который направлен на выявление действий волновых процессов.
В процессе исторического развития физики, конкретные научные дисциплины отделялись от философии – в этом же случае наблюдается обратный процесс: основами квантовой теории на сегодняшний день занимаются философы, так как официальная наука не смогла «примириться» с наличием неясных вопросов.
Соответственно, причину противоречий необходимо искать по всей цепочке теоретических идей и выводов: в неверных принципах, в ошибках при составлении математических уравнений и логических выкладках, в неправильной трактовке полученных формул.
Современные ученые выделяют два логических положения, которые более точно определяют суждение о непознанных процессах:
- «Описание» любого явления происходит с помощью сравнения его с процессами, которые считается «понятными», в результате они становится реальной моделью для исследуемого явления. Естественно, с расширением знаний, все методы и системы, ранее считавшиеся основополагающими, постепенно расшифровываются и формируют новые важные понятия.
- Как отмечали в своих философских трудах Мах и Беркли, грамотное восприятие непознанных явлений ограничивается возможностями человеческих органов чувств. Обвинение мыслителей в «идеализме» ярко демонстрирует стремление обосновать ту «действительность», в которую верят оппоненты.
Отличие понятий «частицы» и «волны» соответствует разнице между движущейся ударной волной вдоль натянутой проволоки и распределяющим отрезком проволоки, который вращается и вибрирует, аналогично вращению частицы и движению ее ключевых компонентов. С открытием квантовой природы светового излучения, волновая теория света включила значительную долю истины, которая для науки не является достаточной и верной.
