Виртуальное пособие для студентов по курсу "Квантовая механика

                                                            Квантовая механика

    Программа курса

 

Г    Л    А    В   Н   А   Я

 

Темы лекций

Практические занятия

Вопросы к экзамену

      Основная литература
 

    Избранные  лекции

 

 

 

 


 

    Сборник задач

 

Сборник задач  

Теоретический материал

Решения и указания
 

    Из истории физики

 

Краткая биография

Краткая биография великих физиков

 

Бор Нильс Хендрик Давид (1885 - 1962)

 родился в семье профессора физиологии Копенгагенского университета Христиана Бора (1858—1911), дважды становившегося кандидатом на Нобелевскую премию по физиологии и медицине, и Эллен Адлер (1860—1930), дочери влиятельного и весьма состоятельного еврейского банкира и парламентария-либерала.

 

 Н. Бор - выдающийся датский физик-теоретик, один из создателей современной физики, член Датского королевского об-ва (1917), президент с 1939. Р. в Копенгагене. Окончил Копенгагенский ун-т (1908). В 1911-12 работал в Кембридже у Дж. Дж. Томсона, в 1912—13 —в Манчестере у Э. Резерфорда. С 1916 — профессор Копенгагенского ун-та и с 1920 — директор созданного им Ин-та теоретической физики, который стал международным центром физиков-теоретиков и сыграл большую роль в международном общении ученых (Ин-т Нильса Бора).

В 1913, исходя из идеи М. Планка о квантовании энергии, Бор на основе модели атома Резерфорда создал свою теорию водородоподобного атома, основанную на двух постулатах, которые прямо противоречили классическим представлениям и законам Это была первая квантовая модель атома, положившая начало новой эре в атомной теории Согласно этой теории планетарная структура атома и свойства его спектра излучения легко объясняются, если предположить, что движение электрона в атоме «подчиняется» некоторым ограничениям, которые Бор сформулировал в виде двух постулатов. Теория Бора позволила объяснить целый ряд сложных вопросов строения атома и фактов, чего не в состоянии была сделать классическая физика. В частности, Бор нашел основные законы спектральных линий и электронных оболочек атомов, объяснил (1923) особенности периодической системы химических элементов, предложив свой вариант изображения периодической системы элементов, и в том же году пришел к представлению об оболочечной структуре атома, основанной на классификации электронных орбит по главному и азимутальному квантовым числам. За создание квантовой теории планетарного атома в 1922 удостоен Нобелевской премии.

В 1918 сформулировал важный для новой атомной теории принцип соответствия, показывающий, когда именно существенны квантовые ограничения, а когда достаточно и классической физики.

Многое сделал Бор для становления и интерпретации квантовой механики, возникшей в 20-х годах нашего века. Усилиями Бора и его сотрудников и учеников была создана стройная система физических идей квантовой механики. В 1927 сформулировал важный для ее понимания принцип дополнительности.

Бор много сделал и для развития ядерной физики. Он — автор теории составного ядра (1936), один из создателей капельной модели ядра (1936) и теории деления атомного ядра (1939). Совместно с Дж. Уилером (независимо от Я. И. Френкеля) дал количественную интерпретацию деления ядра, введя так называемый параметр деления, предсказал спонтанное деление урана.

В 1912 сформулировал важную теорему статистической механики, переоткрытую в 1919 Ж Ван Левен (теорема Бора — Ван Левен)

Почетный член более 20 академий наук мира, в т. Ч. иностранный член АН СССР (1929).

Назад     

 

   

 Гейзенберг Вернер Карл  (1901-1976)

Родился Гейзенберг 5 декабря 1901 года в городе Вюрцбург, расположенном в северной Баварии. Вернеру было девять лет, когда его отец занял пост профессора греческого языка в Мюнхенском университете и семья переехала в Мюнхен. Блестяще закончив среднюю школу, Вернер Гейзенберг осенью 1920 года поступает в Мюнхенский университет, где в 1922 году начинает свою научную карьеру под руководством Арнольда Зоммерфельда.

 

    Еще до окончания Мюнхенского университета, Гейзенберг провел шесть месяцев в институте Макса Борна в Геттингене. Борн в то время как раз начал осуществлять свою программу исследований в атомной теории, изучая методы возмущений в небесной механике, и пытался перейти к решению задачи для многих тел в атомной физике по аналогии с классической механикой. Итогом этих исследований явилась теория атома гелия, созданная совместно Гейзенбергом и Борном.

 После окончания Мюнхенского университета в 1923 году Гейзенберг четыре года работал у Макса Борна в Геттингене в качестве ассистента.  Основные работы Гейзенберга относятся к квантовой механике, квантовой электродинамике, релятивистской квантовой теории поля, магнетизму, теории ядра и физике элементарных частиц, физике космических лучей, а также философии естествознания. 

В 1925 Гейзенберг совместно с Нильсом Бором разработал так называемую матричную механику - первый вариант квантовой механики, давший возможность вычислить интенсивность спектральных линий, испускаемых простейшей квантовой системой - линейным осциллятором. В 1926 году Гейзенберг выполнил квантовомеханический расчет атома гелия.  Работая в институте Нильса Бора в Копенгагене в качестве приглашенного исследователя, в марте 1927 году Гейзенберг сформулировал принцип неопределенности, выражающий связь между импульсом и координатой микрочастицы, обусловленный ее корпускулярно-волновой природой, ограничивающий применение классических понятий и представлений к объектам микромира. 

 За работы по квантовой механике Вернеру Гейзенбергу в 1932 году была присуждена Нобелевская премия по физике. В октябре 1927 года, в возрасте 26-ти лет, Гейзенберг стал профессором теоретической физики Лейпцигского Университета. 

Гейзенберг, отдавая дань квантовомеханической теории физики твердого тела, разработал (независимо от Я.И. Френкеля) первую квантовомеханическую теорию спонтанной намагниченности ферромагнетиков и совместно с Дираком - теорию обменного взаимодействия электронов (1928).

 

Назад

 

   

Резерфорд Эрнест  (1871 -1937)

  Уроженец Новой Зеландии, основоположник ядерной физики, автор планетарной модели атома, член (в 1925-30 президент) Лондонского Королевского общества, член всех академий наук мира, в том числе (с 1925) иностранный член АН СССР, лауреат Нобелевской премии по химии (1908), создатель большой научной школы. 

  Эрнест родился в семье колесного мастера Джеймса Резерфорда и его жены учительницы Марты Томпсон. Кроме Эрнеста в семье было еще 6 сыновей и 5 дочерей. До 1889 года, когда семья переселилась в Пунгареху (Северный остров), Эрнест поступил в Кентерберийский колледж Новозеландского университета (город Крайстчерч, Южный остров).
  Исследования посвящены радиоактивности, атомной и ядерной физике. Своими фундаментальными открытиями в этих областях заложил основы современного учения о радиоактивности и теории строения атома. В 1899 открыл альфа- и бета-лучи, в 1900 — эманацию тория и ввел понятие периода полураспада. Вместе с Ф. Содди в 1902 - 03 разработал теорию радиоактивного распада и установил закон радиоактивных превращений.

За исследования по превращению элементов и химии радиоактивных веществ Резерфорду в 1908 была присуждена Нобелевская премия по химии.

В 1908 вместе с Г. Гейгером сконструировал прибор для регистрации отдельных заряженных частиц (счетчик Гейгера) и с его помощью окончательно доказал (1909), что альфа-частицы являются дважды ионизированными атомами гелия. Изучая явление прохождения альфа-частиц через вещество, обнаружил в 1906 их рассеяние. Установил (1911) закон рассеяния альфа-частиц атомами различных элементов (формула Резерфорда), что привело его в 1911 к открытию в атоме ядра плотного образования диаметром около 10-12 см, заряженного положительно, и созданию новой модели атома — планетарной (модель атома Резерфорда).Выдвинул идею об искусственном превращении атомных ядер (1914), предсказал внутреннюю конверсию.  В 1919 осуществил первую искусственную ядерную реакцию, превратив азот в кислород, заложив тем самым основы современной физики ядра, открыл протон. В 1920 предсказал существование нейтрона и дейтрона. С М.Олифантом экспериментально доказал (1933) справедливость закона взаимосвязи массы и энергии в ядерных реакциях, в 1934 осуществил реакцию синтеза дейтронов с образованием трития.

 Член всех академий наук мира, в том числе иностранный член АН СССР (1925).

Назад

   

Шредингер Эрвин  (1887 - 1961)

— австрийский физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. Pодился в Вене. Окончил Венский ун-т (1910). Работал в Венском и Йенском ун-тах, в 1920—21 — профессор Высшей технической школы в Штуттгар-те и ун-та в Бреслау, 1921—27 — профессор Цюрихского ун-та, 1927 — 33 — Берлинского, в 1933-36-Оксфордского, 1936-38-Грацского ун-тов. В 1941—55 — директор Ин-та высших исследований в Дублине, с 1956 — профессор Венского ун-та.

  Эрвин Шрёдингер был единственным ребёнком в обеспеченной и культурной венской семье.  Обстановка в семье и общение с высокообразованными родителями способствовали формированию разнообразных интересов юного Эрвина. До одиннадцати лет он получал домашнее образование.

Основные работы в области статистической физики, квантовой теории, квантовой механики, общей теории относительности, биофизики. Исходя из идей де Бройля, разработал (1926) теорию движения микрочастиц — волновую механику, в основу которой положил уравнение (уравнение Шредингера), играющее в атомных процессах такую же фундаментальную роль, как законы Ньютона в классической механике, и ввел для описания состояния микрообъекта волновую функцию.

 В 1926 доказал эквивалентность своей волновой механики и матричной механики, разработанной В. Гейзенбергом, M. Борном и П. Иорданом. В 1926 построил квантовую теорию возмущений — приближенный метод в квантовой механике. Пытался (1926) представить частицу как группу волн, занимающую определенную часть пространства и движущуюся целиком (волновой пакет). За создание волновой механики в 1933 (с П. Дираком) удостоен Нобелевской премии.
Однако воспитанный на традициях классической физики, основанной на полном детерминизме, Шредингер не мог мыслить иными категориями и не принял квантовую механику как завершенную теорию. Его не удовлетворяло двойственное описание микрообъектов в терминах волн и частиц со статистической интерпретацией волн, и он пытался построить теорию исключительно в терминах волн. Это привело его к дискуссии с другими ведущими физиками, в частности с
H. Бором.

Дальнейшие исследования Шредингера посвящены теории мезонов, термодинамике, нелинейной электродинамике Борна. В частности, он сделал несколько попыток по разработке единой теории поля. Интересы Шредингера были чрезвычайно разнообразны: он занимался лепкой, написал книгу по греческой философии, исследовал проблемы генетики и т. д.
Член ряда академий наук и научных- учреждений, иностранный член АН СССР (1934).

 

 Назад