MECANICA CUANTICA

Mecanica cuantica este o ramura a fizicii teoretice care se ocupa cu studiul fenomenelor care se petrec la scara atomica si subatomica, unde actioneaza legi specifice bazate pe notiunea de cuanta. Prima forma a mecanicii cuantice a constituit-o mecanica ondulatorie, avand ca punct de pornire teza de doctorat a lui Louis de Broglie. Plecand de la faptul ca asa cum lumina are un dublu caracter (de corpuscul si de unda) si particulele atomice (corpusculi) pot avea un caracter ondulator, el concepe miscarea unei particule ca fiind asociata propagarii unei unde. Reusind sa arate ca miscarea unui electron pe o orbita circulara cu viteza constanta este posibila numai daca lungimea de unda a undei asociate se cuprinde de un numar intreg de ori in lungimea orbitei circulare, intrevede ca  „dualismul corpuscul-unda descoperit de Einstein in teoria sa despre cuantele de lumina era absolut general si se extindea la particulele fizice”.

Prima confirmare experimentala a ipotezei lui Broglie a constituit-o experienta lui C. J. Davisson si L.H. Germer, care au reusit sa determine lungimea de unda a undei asociate electronilor in miscare. Alte confirmari experimentale ulterioare au dat un nou impuls cercetarilor teoretice pentru dezvoltarea si generalizarea teoriei noi. In anul urmator savantul E. Schrodinger publica o serie de memorii in care stabileste ecuatia (ecuatia lui Schrodinger) ce descrie propagarea undei asociate electronului in interiorul atomului.

ATOM 1

El matematizeaza foarte mult teoria, ceea ce pune probleme de interpretare a relatiilor cu fenomenele fizice  „reale”. In acelasi timp, in Germania, tanarul fizician  W.K. Heisenberg isi propunea construirea unei teorii cuantice in care sa nu intervina decat marimi fizice observabile. Astfel, tranzitia electronilor de la o stare stationara la alta este caracterizata de coordonata generalizata q (deplasarea de la pozitia de echilibru) si de impulsul p (produsul dintre masa particulei si viteza sa). Luand in considerare totalitatea tranzitiilor posibile, va rezulta pentru fiecare cate un tabel dreptunghiular de numere (de fapt ceva ce matematicienii descoperisera deja in 1858 si le numeau matrici). El a stabilit regulile de adunare si de inmultire ale acestora, descoperind ca pxq este diferit de qxp  (rezultat normal in calculul matricial), iar profesorul sau, M. Born, impreuna cu matematicianul P. Jordan, au stabilit (1925) ca diferenta dintre ele este o marime in care intervine tocmai constanta lui Planck. Lua nastere ceea ce se numea atunci, si mai tarziu, mecanica matriciala. In acelasi an insa E. Schrodinger demonstreaza ca mecanica sa si cea matriciala se pot deduce una din alta. Unificarea celor doua va da nastere mecanicii cuantice, sinteza realizata de P.A.M. Dirac intr-o serie de articole reunite in lucrarea  „Principiile mecanicii cuantice” (1930). Teoria sa este mult mai abstracta decat cea a lui Heisenberg, si aproape imposibil de reprezentat intuitiv, fara a face apel la relatiile matematice.

175723270-7ffeebd0-59bb-483b-a778-48e1973ddfa9

Tinand cont de un numar de principii si postulate, se pot deduce atat ecuatiile stabilite de Schrodinger cat si cele stabilite de Heisenberg. Mai mult, Dirac demonstreaza ca mecanica clasica este cazul limita al mecanicii cuantice si anume cand constanta lui Planck tinde spre zero. Mecanica cuantica a putut explica miscarea microparticulelor in sisteme, a prevazut fenomene noi confirmate ulterior pe cale experimentala. Se tindea insa, in acelasi timp, spre o unificare a principiilor teoriei cuantice cu cele ale relativitatii. prima realizare o constituie scrierea relativista a ecuatiei lui Schrodinger de catre  O. Klein, V.A. Fock si  W. Gordon (simultan) in 1926 (ecuatia Klein-Gordon). Ecuatia nu se putea aplica electronuli (particula cu spin); ea descria numai miscarea particulelor fara spin (a putut fi aplicata pionilor). Doi ani mai tarziu, introducand niste operatori care ii poarta numele, Dirac obtine ecuatia de unda relativista (ecuatia Dirac). Dirac este considerat astfel creatorul mecanicii cuantice relativiste. Dintre multiplele modalitati de studiu, vom mentiona operatorii utilizati in mecanica ondulatorie. Postuland ca fiecarei marimi din fizica clasica ii corespunde in mecanica ondulatorie un operator anume ales, ca intre operatorii alesi sunt valabile relatii identice ca forma cu cele din marimile clasice corespunzatoare si ca printre valorile proprii ale operatorilor sunt si valori posibile ale marimii clasice respective, mecanica ondulatorie capata o structura logica bine inchegata. Exista insa si operatori cu sens fizic precis care nu au corespondent in fizica clasica (de ex. operatorul de inversie, important in fizica nucleului si a particulelor elementare: aplicat unei functii de unda pare ca ia valoarea  +1, iar daca functia de unda este impara, atunci ia valoarea  -1). In mecanica actuala descrierea si interpretarea fenomenelor atomice se face pe baze probabilistice, statistice. Pentru studiul particulelor, al undelor asociate ca si al sistemelor de particule se foloseste statistica cuantica.

Anunțuri

Lasă un răspuns

Completează mai jos detaliile tale sau dă clic pe un icon pentru a te autentifica:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s