Основные квантовые представления

Основываясь на таком рассуждении, были введены элементарные понятия квантовой и статистической механики для интерпретации эмпирической стороны классической термодинамики. Квантовое представление об энергетических уровнях использовано для интерпретации внутренней энергии. Статистические теории приведены для того, чтобы показать, что термодинамические энергии и энтропия являются средними или статистическими свойствами системы в целом. Это позволяет понять основные положения второго закона, обоснование третьего закона и шкалу абсолютных энтропий. Также представлены методы вычисления теплоемкости и абсолютной энтропии идеальных газов. Численные значения абсолютной энтропии особенно важны для анализа систем с химическими реакциями. После рассмотрения этих основных положений технические применения даны в виде обычных термодинамических соотношений. [c.27]

Поглощение света с точки зрения квантовой теории. Согласно квантовым представлениям, атомы и молекулы обладают не непрерывными, а дискретными значениями энергии (основное и возбужденные состояния). При распространении света через среду часть энергии тратится на возбуждение системы, а часть (вместе с возвращенной долей энергии за счет переходов из возбужденных со- [c.279]

Г. В. Самсонов во взглядах на природу образования покрытий из тугоплавких соединений на металлах и неметаллах исходит в основном из представлений о влиянии стабильных электронных конфигураций на формирование свойств твердого тела. Энергию активации самодиффузии автор связывает с возбуждением, необходимым для нарушения электронных конфигураций атомов металлов и неметаллов, которая возрастает при увеличении стабильности этих конфигураций, образуемых локализованными электронами и при уменьшении доли коллективизированных электронов. Рост энергетической стабильности -состояний с увеличением главного квантового числа ведет к увеличению энергии активации самодиффузии. При одинаковой энергетической стабильности -электронов величина энергии активации прямо [c.25]

Таким образом, зная универсальную функцию интенсивности (2-5), можно найти все другие спектральные и полные характеристики поля равновесного излучения в вакууме. Однако для нахождения конкретного выражения универсальной функции (2-5) недостаточно знания только основных принципов термодинамики. Как будет показано ниже, нахождение этой функции явилось довольно сложной проблемой, успешно решенной М. Планком в 1900 г. лишь при использовании новых квантовых представлений об энергии излучения. [c.63]

Изучение многих свойств диэлектриков и металлов показывает, что их основные различия в рамках классической физики обусловлены наличием в металлах свободных электронов, а в диэлектриках— связанных в квантовом представлении эти различия объясняются зонной теорией [5, 8]. [c.12]

Это и есть формула Планка. Впервые в физике введя представление о дискретных уровнях энергии атомных систем и квантовом характере излучения и поглощения света, Планк получил эту формулу в 1900 г. Этот год считается начальным для квантовой физики. Формула для спектральной плотности энергии допускает прямую экспериментальную проверку. Она с высокой точностью подтверждается на опыте, что в настоящее время рассматривается как одно из доказательств правильности основных идей статистической физики и квантовых представлений о природе света. [c.165]

Пусть свободный, не подверженный внешним влияниям атом находится в возбужденном состоянии с энергией Е2. С точки зрения классической физики атом начинает излучать сразу же после того, как он попадает в возбужденное состояние, и этот процесс длится в течение некоторого времени т (см. 1.5). По квантовым представлениям, самопроизвольный переход атома при отсутствии внешних воздействий из возбужденного состояния Е2 в основное Е1 с испусканием фотона (спонтанное излучение) происходит мгновенно, скачком. В какой именно момент произойдет этот переход, предсказать невозможно. Момент испускания фотона есть случайная величина, суждения о которой могут носить лишь статистический характер. Обозначим через А2 вероятность спонтанного перехода атома в единицу времени из возбужденного состояния в основное. Рассмотрим совокупность очень большого числа одинаковых атомов, которые образуют настолько разреженный газ, что взаимодействием между атомами можно пренебречь. Пусть в момент времени I в первом возбужденном состоянии Е2 находится N2 атомов. В тече- [c.437]

Таким образом, при отсутствии внешних воздействий в результате спонтанного излучения число возбужденных атомов убывает со временем по экспоненциальному закону. Промежуток времени т=1/Л21, в течение которого N2 уменьшается в е раз, равен среднему времени жизни атома в возбужденном состоянии. По такому же экспоненциальному закону (9.30) должно убывать со временем свечение газа возбужденных атомов. Напомним, что радиационное затухание колебаний классического осциллятора формально описывается точно таким же законом (см. 1.5). Однако физический смысл времени жизни т в этих случаях совершенно различен. Согласно классической электродинамике, все излучающие осцилляторы одновременно совершают затухающие колебания и время т одинаково для всех. По квантовым представлениям, спонтанное излучение — это совокупность независимых переходов один из возбужденных атомов может вернуться в основное состояние через короткий промежуток времени, другой может прожить в возбужденном состоянии значительно дольше, но среднее для большой совокупности атомов время жизни т имеет вполне определенную величину. [c.438]

Назовите основные закономерности фотоэффекта. Как объяснить их на основе квантовых представлений [c.466]

Преподавание этих курсов необходимо вести с учетом того, что различные явления оптики могут быть рассмотрены как с позиций волновых, так и с позиций квантовых представлений. Данная книга посвящена в основном вопросам волновой оптики. Это связано также и с тем, что в связи с появлением новой области физической оптики — голографии и ее многочисленных применений интерес к волновым оптическим явлениям значительно возрос. [c.3]

Интерпретируем эти результаты с точки зрения квантовых представлений о поглощении света. При поглощении световая волна переводит молекулу (атом) с основного энергетического уровня на возбужденный уровень увеличивая тем самым запас поглощенной энергии. Способность молекулы поглощать свет в возбужденном состоянии иная, чем в основном. Если в опытах Вавилова коэффициент поглощения оставался одним и тем же при всех интен- [c.550]

Как уже указано, можно рассчитать взаимные направления электронов и рассеянных лучей, необходимые для классического объяснения явления Комптона при помощи эффекта Допплера. С другой стороны, можно вычислить это распределение направлений электронов и фотонов по теории упругих столкновений. Э-ги две точки зрения приводят к разным результатам. Упомянутые опыты свидетельствуют в пользу квантовой теории явления, так что объяснение его с помощью аспекта Допплера следует признать неудовлетворительным. Таким образом, явление Комптона, подобно основным законам фотоэффекта, говорит в пользу представления о фотонах. [c.656]

Основная идея квантовой электродинамики — представление [c.548]

Основная идея квантовой электродинамики — представление о передаче взаимодействия при помощи квантов — может быть перенесена и на другие виды взаимодействия и, в частности, на ядерное взаимодействие. Впервые это отметил в 1934 г. советский физик И. Е. Тамм. Идея Тамма придавала особенно наглядный смысл таким свойствам ядерного взаимодействия, как обменный характер (см. 6, п. 3), для объяснения которого надо предполагать, что протон и нейтрон в процессе взаимодействия обмениваются своими зарядами, и вытекающее из него насыщение. Очень естественно, казалось, считать, что механизм [c.9]

Таким образом, упрощенные представления квантовой теории объясняют основные черты комбинационного рассеяния света. Однако остается неосвещенным ряд его важных особенностей. Прежде всего обращает на себя внимание существующее различие между спектром комбинационного рассеяния и инфракрасным спектром поглощения. Это различие заключается в том, что некоторые интенсивные инфракрасные линии поглощения не наблюдаются в спектрах комбинационного рассеяния и наоборот. [c.128]

Типы квазичастиц. Атомная динамика идеального (беспримесного, бездефектного) кристалла описывается коллективными волновыми движениями. С квантовой точки зрения эти движения эквивалентны газу неких частиц, энергия е и импульс р которых выражаются через частоту волн и волновой вектор с помощью известных соотношений е=Ай и p=flq. Частицы, сопоставляемые с коллективными волновыми движениями в кристалле, называют квазичастицами. Формально мы получаем квазичастицы, производя квантование волн, распространяющихся по кристаллу. Представление кристалла в виде газа квазичастиц составляет сущность метода квазичастиц (метода элементарных возбуждений). Этот метод является основным в современной теории твердого тела он позволяет свести крайне сложную динамику огромного коллектива взаимодействующих реальных частиц (атомов кристалла) к относительно простой динамике газа квазичастиц. [c.146]

В начале текуш его столетия были заложены основы квантовой физики. Вскоре после этого Эйнштейн [75], Борн и Карман [76] и Дебай [77] применили принципы квантовой теории для объяснения результатов, полученных при измерении теплоемкости твердых тел. Б несколько более поздней работе Эйнштейн [78] признал, что его первоначальное предположение о наличии одной частоты колебаний у всех атомов твердого тела не может рассматриваться как точная физическая модель. Тем не менее его первую работу характеризует глубокое понимание основных особенностей теплоемкости, что полностью оправдывает использование в качестве первого приближения сравнительно грубой первоначальной модели. Теоретическим результатом первостепенной важности было введение представления о свойственной каждому веществу характеристической температуре 0, выше которой тепловое движение полностью нивелирует индивидуальные особенности любой решетки и поэтому действительна универсальная классическая формула Е = 31 кТ. При температурах ниже в теплоемкость, а также многие другие экспериментально определяемые свойства твердых тел весьма критическим образом зависят от особенностей данной решетки. Так, например, аномальная теплоемкость алмаза, значительно меньшая классического значения, в свете этой теории получает прямое объяснение как результат высокой характеристической частоты колебаний решетки v (это подтверждается также исключительной твердостью алмаза). Характеристическая температура алмаза в (A 0=/zv) много выше комнатной температуры, а потому и его теплоемкость при комнатной температуре много ниже значения, которое следует из закона Дюлонга и Пти. Иными словами, алмаз при комнатной температуре находится в низкотемпературной области . [c.186]

Это уравнение для определения неизвестной функции g v, х) справедливо не только при использованном простейшем представлении о соударении легкой частицы с атомом, как твердым шариком, но и при учете квантового характера ее движения и рассеяния на атоме. Уравнение (8.58), как уравнение Больцмана а т-приближении (8.42), с которым оно совпадает, является основным в теории явлений переноса в газах. [c.154]

Таким образом, соображения, основанные на представлении о стационарных состояниях атомов и об излучении атомов как результате перехода атома из одного квантового состояния в другое, позволяют получить закон излучения черного тела. Однако элементарная теория излучения весьма несовершенна. Ее основным недостатком является невозможность вычисления коэффициентов Эйнштейна. Отношение коэффициентов (11.34) приходится находить с использованием аргументов, лежащих вне рамок теории. Лишь последовательная квантовая теория позволила теоретически вычислить коэффициенты Эйнштейна. [c.75]

В первых четырех главах эюй книги были изложены экспериментальные факты, которые привели к возникновению квантовой механики, а также основные положения квантовой механики в наиболее привычном представлении-координатном. Это представление кажется некоторой модификацией моделей классической физики и выглядит наиболее естественным и понятным . Однако именно благодаря этому оно наименее приемлемо для изложения существа квантовой механики и часто приводит к его искажению. Например, квантовая механика излагается как теория, основанная на дифференциальном уравнении Шредингера, а затем говорится об операторном методе квантовой механики. При таком подходе невозможно вообще гю-нять суть квантовой механики, потому что при этом не учитывается различие физической природы динамических переменных классической и [c.150]

Вектор состояния и его изменение подчиняются уравнению Шредингера. Отметим, что уравнение Шредингера как основное уравнение теории не следует сводить к одному из его представлений в виде дифференциального уравнения. Движение произвольной квантовой системы также описывается соответствующим вектором состояния и уравнением Шредингера. [c.404]

Этот уровень исследований позволил развить фундаментальные представления о несовершенстве в кристаллах и особенно о дислокациях, их взаимодействиях и, движении, о силах упругости с точки зрения квантовой механики, о диффузии атомов в твердых телах ИТ. д., которые являются физической основой для решения основных задач прочности и долговечности материалов, [c.59]

СПЕКТРЫ АТОМОВ И ИОНОВ С ОДНИМ ВАЛЕНТНЫМ ЭЛЕКТРОНОМ 17. Основные представления квантовой механики [c.87]

Однако очевидно, что корпускулярные и волновые представления в пределах классической механики не совместимы друг с другом. Отсюда следует, что электроны, а, как впоследствии выяснилось, и другие элементарные частицы, характеризуются своеобразными свойствами, не укладывающимися в рамки классической механики. Обладающие наглядностью корпускулярные и волновые представления лишь односторонне и приближенно отражают объективные свойства элементарных частиц. Эти свойства выявляет квантовая механика, которая самую задачу о поведении рассматриваемого объекта ставит совсем иначе, чем ее ставит классическая физика- Отсылая читателя для более подробного ознакомления с квантовой механикой к специальной литературе [ ], мы здесь лишь кратко остановимся на ее основных представлениях. [c.87]

ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ 89 [c.89]

Применение различных типов лазеров во многих областях машино- и приборостроения и правильная их эксплуатация невозможны без четкого представления о принципах работы оптических квантовых генераторов и об основных физических явлениях, в них происходящих. Преимущества и перспективность использования лазеров в машино- и приборостроении определяются не только прогрессом в области собственно лазерной техники, но и умелым, научно обоснованным выбором оптимальных для каждого конкретного применения режимов работы лазера и параметров его излучения. [c.3]

Основные сведения о природе ферромагнетизма. Согласно представлениям квантовой теории, магнетизм обусловлен движением электронов по орбитам вокруг ядра атома или вращением электрона вокруг своей оси,.. т. е. спином. Магнитные моменты возникают в системах, в которых имеются неспаренные Зс -электроны и которые образуют нескомпенсированный магнитный момент. Элементарный магнитный момент электрона, называемый магнетоном Бора, равен [c.210]

С точки зрения -квантовой механики представление о таких частицах оправдывается тем, что> в большинстве случаев область, в которой, в основном, распределена плотность, a )j2, представляет собой совокупность некоторых, повторяющихся зон, сравнительно слабо связанных друг с другом и характерных для отдельного иона, атома или молекулы того или иного химического вещества (волновые функции которых в кристалле [c.32]

В случае многоатомных молекул М. о. м. обладает еще более значит, преимуществами. Уже качественное рассмотрение образования хим. связей как результата движения всех электронов в поле друг друга и всех ядер. молекулы более близко к основному квантово-механич. представлению о делокализации электронной н.ютности но всем ядрам молекулы, нежели подход метода локализованных пар. Кроме того, важнейшее преимущество М. о. м. — реальная возможность использования его для количеств, рассмотрения электронного строения любых молекул, в то время как [c.306]

В книге излагаются основные теоретические представления об элементарных коллективных возбуждениях фононах, плазмонах, магнойах и экситонах, возникающих в твердых телах и появляющихся в различных явлениях при взаимодействии с фотонами и между собой. Изложение основных глав книги базируется на использовании современного математического аппарата квантовой теории твердого тела — функций Грина, корреляционных функций, метода матрицы плотности и др. Для чтения книги не требуется предварительного знания этих методов. Они излагаются непосредственно в книге. Необходимы знания в области математики и теоретической физики в объеме обычных университетских курсов. [c.7]

В настоящее время в связи с радикальным изменением наигих представлений о законах, управляющих поведением атомов и молекул, — изменением, внесенным квантовой теорией, — мы вынуждены пересмотреть и теорию дисперсии. Однако, несмотря на коренную переработку этих представлений, основные существенные черты теории дисперсии сохранились и в квантовой ее трактовке ). При этом, однако, не только изменилась точка зрения на явление дисперсии, но и были открыты новые стороны его, не предусмотренные [c.548]

Изложенная простая теория, передавая основные черты явления, оставляет неосвещенным целый ряд его важных особенностей. Прежде всего остается необъясненным очень серьег ное различие, отмеченное в таблице на стр. 602. Некоторые интенсивные инфракрасные линии обнаруживаются в комбинационных спектрах как очень слабые, а иногда и совсем не обнаруживаются наоборот, некоторые, и притом нередко самые интенсивные, линии комбинационного рассеяния не могут быть найдены среди инфракрасных абсорбционных спектров. Сверх того, упрощенная квантовая теория не позволяет усмотреть никакой связи с общей теорией рассеяния света, которой мы успешно пользовались до сих пор. Полное решение вопроса следует искать в более совершенной квантовой теории. Однако мы можем до известной степени уяснить вопрос, рассмотрев его в рамках классических представлений, которыми мы пользовались до сих пор. Надо только помнить, что полной картины мы не сможем получить, не внеся в наши классические представления поправки , соответствующей квантовому характеру явления, отличающему, по существу, все явления взаимодействия света и вещёства. [c.604]

В 16-19 основные 1юложения квантовой механики были сформулированы в х-представлении. Переход к изложению квантовой механики в абстрактном представлении аналогичен, например, переходу в классической механике или электродинамике 01 координатного изложения теории к бескоординатиому. Для этого ис1юльзуется понятие вектора и все операции выражаются в виде операций непосредственно с векюрами. Надобность в координатной системе при эгом отпадает. [c.129]

На возможное возражение, что группа сама по себе является априорным понятием, можно указать, что понятие группы является результатом абстрагирования от различных подвижных инструментов циркуль, линейка и т. д., являющихся орудием геометрического исследования ). Напомним, что уже в геометрии Евклида неявно предполагалось, что все геометрические построения следует проводить с помощью только циркуля и линейки. Смысл этого требования становится ясен только с точки зрения программы Клейна. Геометрические свойства тел выражаются, таким образом, в терминах инвариантов группы и допускают изоморфную подстановку элементов пространства, в котором реализуется группа, и, следовательно, совершенно не зависят от самих геометрических объектов. Укажем, например, на реализацию геометрии Лобачевского на плоскости, предложенную А. Пуанкаре. Приведенный пример указывает на большую методологическую ценность программы Клейна. Аналогичный подход возможен также и в физике, где различные законы сохранения интерпретируются как свойства симметрии относительно различных групп. Основными группами современной физики являются группа Лоренца, заданная в пространстве Минковского, и группа непрерывных преобразований, заданная в криволинейном пространстве общей теории относительности, коэффициенты метрической формы которого определяют поле гравитации. В релятивистской квантовой механике мы переходим от группы Лоренца к ее представлениям, определяющим преобразования волновых функций. Как было показано П. Дираком, два числа I и 5, задающих неприводимое представление группы Лоренца, можно интерпретировать как константы движения угловой момент и внутренний момент частицы (спин). Иначе говоря, операторы, соответствующие этим инвариантам, перестановочны с гамильтонианом (квантовые скобки Пуассона от гамильтониана и этих операторов равны нулю). Числа, обладающие этими свойствами, называются квантовыми числами. В работах Э. Нетер дается общий алгоритм, позволяющий найти полную систему инвариантов любой физической теории, формулируемой в терминах лагранжева или гамильтонова формализмов. В основу алгоритма положена указанная выше связь между инвариантами группы Ли и константами движения уравнений Гамильтона или Лагранжа. В качестве простейшего примера рассмотрим вывод закона сохранения углового момента механической системы, заданной лагранжианом Г(х, X, (). Вводим непрерывную группу вращения, заданную системой инфи- [c.912]

Квантовая механика ставит в соотвегствие каждой частице поле её волновой ф-цин, дающее распределение различных, относящихся к частице физ, величин. Концепция поля является основной для описания свойств элементарных частиц в их взаимодействий. Конечная цель в этом случае — нахождение свойств частиц из ур-ний поля и перестановочных соотношений, определяющих квантовые свойства материи. Возможный вид ур-ний поля ограничен принципами симметрии и инвариантности, являющимися обобщением эксперим. данных. Лоренц-ковариантность, напр., требует, чтобы волновые ф-ции частиц преобразовались по неприводимым представлениям группы Лоренца. Таких представлений бесконечно иного, однако только часть пз них реализована в природе и соответствует тем или иным элементарным частицам. Реально используются наиб, простые ур-вин полей, являющиеся локальными и не-ревормвруемыми. Попытки построения теорий, не удовлетворяющих этим требованиям,— нелинейной, нелокальной и т. п. теорий поля — влекут за собой пересмотр ряда важнейших принципов, существенных при физ. интерпретации теории (принцип суперпозиции, положительность нормы волновой ф-цив н т. Д.). [c.56]

В настоящее время уже мало кто сомневается в том, что решающую роль в формировании нанокомпозиций типа сверхрешеток, состоящих из квантовых ям, проволок или точек, играют эффекты самоорганизации. Однако для того, чтобы обеспечить, например, получение композиций с однородным распределением необходимого количества квантовых точек контролируемого размера, надо иметь четкое представление о механизме явлений, лежащих в основе самопроизвольного возникновения макроскопического порядка в первоначально однородной системе, т. е. выявить основные движущие силы самоорганизации . Для различных типов наноструктур причины неустойчивости однородного состояния системы могут существенно различаться и в каждом конкретном случае в этом надо детально разбираться. Только такого рода подходы позволяют с наибольшим эффектом реализовать возможности процессов самоорганизации. В последние годы исследования в этом направлении развиваются весьма успешно. Можно было бы перечислить и ряд других проблем, обусловленных специфическими свойствами нанокомпозиций, но уже из изложенного ясно, что успешное развитие техноло- [c.112]

Этот метод расчета лазеров основан на квантовом описании взаимодействия генерируемого (или усиливаемого) электромагнитного излучения с активной средой, когда не только активная среда, но и излучение описываются уравнениями квантовой теории. Квантовый метод основан на учете корпускулярно-волнового дуализма как основного свойства материи. Любой вид материи, будь то поле колебаний какого угодно вида (электромагнитных, упругих и т. д.) или вещество, может быть представлен в виде ансамбля частиц или квазичастиц, которые описываются соответствующими операторами рождения или уничтожения, вводимыми для каждого вида частиц или квазичастиц. Основное различие в свойствах операторов и их связи с характеристиками поля определяются принадлежностью частиц к бозонам или ферми-онам. [c.33]

Фотодиоды для ближней инфракрасной области спектра. Данные, представленные на рис. 4.18, говорят о том, что использовать ФЭУ в области длин волн, больших 0,9 мкм, нецелесообразно из-за резкого уменьшения квантовой эффективности фотокатода. В диапазоне 0,9...3 мкм наибольшее применение находят твердотельные фотодиоды кремниевые р/ -диоды, МОП-диоды, лавинные фотодиоды, а также фотодиоды на основе тройных соединений. На рис. 4.19 представлена спектральная зависимость квантовой чувствительности указанных типов фотодиодов [80]. Принцип действия фотодиодов основан на генерации свободных носителей заряда в обратносмещенно i рп-переходе [19]. Основные характеристики существующих фотодиодов представлены в табл. 4.8 [80]. Их сравнение показывает, что одновременно наибольшей чувствительностью и быстродействием в спектральной области 0,6...1,2 мкм обладают лавинные фотодетекторы, представляющие собой твердотельный аналог ФЭУ. Высокая чувствительность лавинных фотодиодов объясняется наличие м внутреннего усиления вследствие лавинообразного размножения свободных носителей в обедненной зоне рп-перехода под действием электрического поля высокой напряженности. По сравнению с ФЭУ прикладываемое к лавинному фотодиоду напряжение обратного смещения не велико (порядка 100 В), однако малые размеры обедненной зоны создают высокие напряженности электрического поля, обеспечивающие внутреннее усиление порядка 10 и более. [c.182]

Новая книга уже знакомого советским читателям известного згченого Р. Балеску представляет собой подробный курс статистической механики. В русском переводе книга издается в двух томах. Первый том посвящен равновесной статистической механике. В нем вводятся основные представления и понятия, применяемые и в равновесной, и в неравновесной теории. Параллельно рассматривается классическая и квантовая статистическая механика. Написанная с большим педагогическим мастерством, книга может служить хорошим учебным пособием. Вместе с тем она вводит читателя в круг современных представлений и методов такой быстро развивающейся науки, как статистическая механика. [c.4]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...