Первая часть серии элементарного введения в квантовую механику. Приведено несколько проблем классической физики, послуживших мотивацией к созданию квантовой механики.
Расшифровка видео
0:00
[музыка]
0:12
квантовая механика настолько кардинально
0:14
изменила научное мировоззрение что
0:16
сейчас я физические теории делятся на 2
0:19
типа классические и квантовые
0:22
квантовый механик является фундаментом
0:25
всех современных теорий элементарных
0:27
частиц и взаимодействий примерами могут
0:29
служить квантовый электродинамика
0:31
которая описывает электромагнитные
0:33
взаимодействия например поведение
0:36
электронов в атомах квантовой хрома
0:38
динамика изучающие взаимодействие
0:41
кварков из которых состоят протоны и
0:43
нейтроны и множество других экзотических
0:45
частиц
0:47
перспективной теории вроде теории струн
0:49
также основано на квантовой механики и
0:51
многие другие модели и теорий опираются
0:54
на квантовую механику
0:56
альтернативы квантовой механики на
0:58
данный момент нет ее предсказание
1:01
проверенные с беспрецедентной точностью
1:03
на данный момент не существует ни одного
1:06
наблюдения противоречиво квантовой
1:08
теории что же заставило ученых в начале
1:11
20 века искать новую теорию ведь к тому
1:14
времени уже существовала ньютоновская
1:16
механика и классической электродинамики
1:19
максвелла которые объясняли практически
1:21
все наблюдаемые явления в отличие от
1:24
сегодняшней ситуации в то время
1:26
наблюдались противоречия между
1:27
предсказаниями теории и фактическими
1:30
наблюдениями проблема стабильности
1:32
атомов является примером такого
1:34
противоречия
1:39
сначала 20
1:41
из рады экспериментов было известно что
1:43
атомы состоят из положительно заряженных
1:45
частиц протонов и отрицательно
1:48
заряженных частиц электронов наиболее
1:51
популярны являлась планетарная модель
1:53
атома в которые электроны вращаются
1:55
вокруг ядра по аналогии с планетами
1:58
вращающиеся вокруг солнца
2:00
однако было показано что такая система
2:03
нестабильна
2:04
согласно уравнением классической
2:07
электродинамики макс ул и если
2:09
заряженной частицы движутся по кругу то
2:11
она должна излучать электромагнитные
2:12
волны но поскольку волны несут собой
2:16
энергии то согласно закону сохранения
2:18
она должна браться за счет кинетической
2:20
энергии электрона то есть он должен был
2:23
бы постепенно терять скорости в конечном
2:25
счете упасть на ядро
2:27
было подсчитано что это должно случиться
2:30
в течение ничтожных доли секунды
2:33
будь это верным наш мир перестал бы
2:36
существовать в мгновение ока
2:42
если нагреть какой
2:44
и пропустить исходящие от него свет
2:46
через призму то мы увидим спектр
2:48
излучения данного материала подобные
2:51
эксперименты были распространены в 19
2:53
веке и показали что атомы могут
2:55
испускать и поглощать электромагнитные
2:57
волны только строго определенных частот
3:00
скажем от им данного вещества может
3:02
испустить фотон с частотой ни один или
3:05
не 2 или не 3 но они может с какой-то
3:08
другой промежуточной частотой например
3:11
больше ни один но меньше неё два
3:14
спектр каждого химического элемента
3:16
уникален как отпечатки пальцев именно
3:19
таким образом удается узнать состав
3:21
звезд удаленных от нас на миллиарды
3:23
световых лет их свет несёт в себе всю
3:26
необходимую информацию
3:28
было эмпирически установлено что для
3:31
каждого атома можно построить так
3:33
называемой график энергетических уровней
3:36
тогда чистоты испускаемых и поглощаемых
3:39
фотонов можно найти как разность энергий
3:41
каких-либо двух уровней
3:44
однако до появления квантовой механики
3:47
оставалось загадкой причина
3:48
существования этих дискретных уровней
3:50
сейчас говорят квантовых также имеющиеся
3:54
теории не позволяли вычислить численные
3:56
значения этих уровней
3:58
еще одно расхождение теория с
4:01
результатами наблюдений известны как
4:03
ультрафиолетовой катастрофа
4:05
колебаний атомов в кристаллической
4:07
решетке материалов приводит к излучение
4:09
электромагнитных волн называемым
4:11
тепловым излучением при комнатной
4:14
температуры излучений происходит в
4:16
невидимом человеческим глазом
4:17
инфракрасном диапазоне но который можно
4:19
увидеть тепловизорами и приборами
4:21
ночного видения
4:24
если от la ведь на графике зависимости
4:26
интенсивности этого излучения чистоты то
4:29
мы получим функцию имеющие определенные
4:31
максимум вид этой функции зависит от
4:35
температуры если скажем металлическую
4:37
пластину нагреве до больших температур
4:39
то излучение будет уже преимущественно
4:42
видимом красным диапазоне раскалилась
4:45
докрасна
4:46
то есть при нагревании максимум функции
4:49
сдвигается в область больших частот при
4:52
дальнейшем увеличении температуры он
4:54
переместится в ультрафиолет в область
4:56
спектра раскалилось до белая
4:59
классическая физика однако предсказывать
5:02
что интенсивность излучения должна
5:04
неограниченно расти с частотой
5:06
ясно что такое предсказание противоречит
5:09
элементарным наблюдением она показывает
5:11
всю несостоятельность классической
5:13
физики что и отражается в названии
5:14
парадокс ультрафиолетовой катастрофа
5:18
исторические рождения квантовой механики
5:21
принято отсчитывать именно с момента
5:22
решения данной проблемы
5:24
макса планка удалось вывести формулу
5:27
корректно описывающие тепловое излучение
5:29
но для этого ему пришлось предположить
5:32
что энергия излучается только
5:33
дискретными порциями квантами
5:36
квант электромагнитному полю был назван
5:39
фотоном энергии фотона пропорциональной
5:42
его частоте
5:43
коэффициентом пропорциональности как раз
5:46
служит постоянная планка
5:48
сейчас она наравне со скоростью света
5:50
считается одной из самых фундаментальных
5:52
постоянных природа
5:54
[музыка]