Что такое квантовая теория? Кратко

Вплоть до конца XIX столетия наблюдения, касающиеся различных явлений, относящихся к электромагнитному излучению, вызывали вопросы, ответить на которые классическая физика была не в состоянии. Затем немецкий физик Макс План предположил, что электромагнитное излучение, включая свет, распространяется не в виде постоянных волн, но как отдельные импульсы энергии, названные квантами. Планк связал энергию [Е] каждого кванта с частотой волновых колебаний (f) в формуле Е = hf, где h была обозначена как константа Планка.

Одним из наиболее загадочных феноменов был фотоэлектрический эффект, когда при воздействии на определенные металлы светом или некоторыми другими видами электромагнитного излучения возникает электронная эмиссия. В1905 году Альберт Эйнштейн высказал предположение, что данный эффект может получить объяснение, только если квантовая теория света, сформулированная Планком, верна. В случае фотоэлектрического эффекта свет ведет себя не как явление волновой природы, но как поток частиц, в настоящее время называемых фотонами. Двумя десятилетиями позднее французский физик Луи де Бройль (1892-1987) выдвинул идею, что электроны обнаруживают то же двойственное поведение «волны-частицы».

Идея Планка натолкнула в 1913 году датского физика Нильса Бора на мысль о том, что внутри атомного ядра электроны способны двигаться только по строго определенным орбитам - каждый на своем энергетическом уровне. Как только электрон перепрыгиваете более высокого на более низкий энергетический уровень, происходит высвобождение излучения в виде квантов.

В1927 году немецкий физик Вернер Гейзенберг открыл свой знаменитый принцип неопределенности. Ньютоновская механика утверждала, что положение тела в пространстве и количество движения (скорость) этого тела могут быть измерены с абсолютной точностью в один и тот же момент времени. Согласно принципу неопределенности, на уровне атомной и субатомной шкал измерений подобная точность нереализуема, поскольку сам процесс наблюдения неизбежно альтерирует конечный результат.

Квантовая механика, как будто расшатывающая основу многих фундаментальных положений, в числе которых, например, концепция причинно-следственных связей, может казаться противоречащей здравому смыслу. Однако в поддержку квантовой теории свидетельствуют бесчисленные случаи практического приложения ее законов, и не в последнюю очередь - открытие природы полупроводников, составивших базис современной компьютерной технологии.