На квантовом уровне материи

Квантовая механика описывает законы движения микрочастиц. Однако поскольку свойства окружающих тел определено движением и взаимодействием частиц, из которых они состоят, постольку квантовую механику применяют для объяснения многих макроскопических явлений. Например, квантовая механика позволила понять многие свойства твердых тел, последовательно объяснить такие явления, как ферромагнетизм, сверхтекучесть, сверхпроводимость, понять природу таких астрофизических объектов, как белые карлики, нейтронные звезды, выяснить механизм протекания термоядерных реакций в Солнце и звездах.

 

Одним из самых таинственных и привлекательных разделов физики уже длительное время (практически с момента возникновения) остается квантовая механика. Второе название этой области науки - волновая механика - теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул, атомных ядер) и их систем, а также общий связь величин, характеризующих микромир частиц, с физическими величинами окружающей большого мира (макромира). В классической механике Галилея и Ньютона макроскопические частицы описаны координатами в пространстве, скоростями движения и зависимостями этих величин от времени. Опыт показывает, что такое описание не всегда справедливо для микромира элементарных частиц. Соотношение между классической и квантовой механикой определено существованием универсальной мировой постоянной Планка, которая называется также квантом действия и разбивает все окружающие потоки энергии на мельчайшие порции - кванты энергии.

 

Впервые кванты были введены 1900 немецким физиком Планком в работе, посвященной теории теплового излучения. Имеющаяся в то время теория теплового излучения абсолютно черного тела, выстроенная на основе классической электродинамики и статистической физики, приводила к противоречию. Планк пришел к выводу, что процессы излучения и поглощения нагретым телом электромагнитной энергии происходят не непрерывно, как считала классическая физика, а конечными порциями - квантами. По теории Планка, квант - это минимальная порция энергии, излучаемой или поглинуутои телом и энергия кванта прямо пропорциональна частоте излучения.

 

По такой схеме много частот излучения, предполагаемых классической физикой, просто не могут существовать внутри черного тела, поскольку атомы не способны ни поглощать, ни испускать их. Оставив только допустимые частоты, Планк предотвратил ультрафиолетовой катастрофе и направил науку путем правильного понимания строения мира на субатомном уровне.