ریاضیات

از ویکی پدیا، دانشنامه آزاد

همچنین ببینید: جدول زمانی مکانیک کوانتومی ، تاریخچه فیزیک ، و تاریخچه نظریه میدان کوانتومی

10 تا از تاثیرگذارترین چهره ها در تاریخ مکانیک کوانتومی . از چپ به راست: ماکس پلانک ، آلبرت انیشتین ، نیلز بور ، لوئیس دی بروگلی ، مکس بورن ، پل دیراک ، ورنر هایزنبرگ ، ولفگانگ پاولی ، اروین شرودینگر ، ریچارد فاینمن .

تاریخ مکانیک کوانتومی بخش اساسی از تاریخ فیزیک مدرن است . فصل‌های اصلی این تاریخ با ظهور ایده‌های کوانتومی برای توضیح پدیده‌های منفرد - تابش جسم سیاه، اثر فوتوالکتریک، طیف‌های گسیل خورشیدی - عصری به نام نظریه‌های کوانتومی قدیمی یا قدیمی‌تر آغاز می‌شود. [ 1 ] با تکیه بر فناوری توسعه یافته در مکانیک کلاسیک ، اختراع مکانیک موج توسط اروین شرودینگر و گسترش آن توسط بسیاری دیگر آغازگر دوران "مدرن" در حدود سال 1925 است. در الکترودینامیک کوانتومی ، اولین نظریه میدان کوانتومی به اوج خود رسید . تاریخ مکانیک کوانتومی در تاریخ نظریه میدان کوانتومی ادامه دارد . تاریخچه شیمی کوانتومی ، مبانی نظری ساختار شیمیایی ، واکنش پذیری ، و پیوند ، درهم آمیختگی با رویدادهای مورد بحث در این مقاله.

عبارت "مکانیک کوانتومی" (در آلمانی، Quantenmechanik ) توسط گروهی از فیزیکدانان از جمله ماکس بورن، ورنر هایزنبرگ و ولفگانگ پائولی در دانشگاه گوتینگن در اوایل دهه 1920 ابداع شد و برای اولین بار در مقاله "Zur" بورن در سال 1925 استفاده شد. Quantenmechanik" . [ 2 ] [ 3 ]

کلمه کوانتوم از کلمه لاتین "چقدر" می آید (همانطور که مقدار ). چیزی که کوانتیزه می شود ، به عنوان انرژی نوسانگرهای هارمونیک پلانک، فقط می تواند مقادیر خاصی داشته باشد. به عنوان مثال، در بیشتر کشورها، پول به طور موثر کوانتیزه می شود، به طوری که کوانتوم پول کم ارزش ترین سکه در گردش است. مکانیک شاخه ای از علم است که به اعمال نیروها بر اجسام می پردازد. بنابراین، مکانیک کوانتومی بخشی از مکانیک است که با اجسامی که خواص خاصی برای آنها کوانتیزه شده است، سروکار دارد.

پیروزی و دردسر در پایان دوران کلاسیک

[ ویرایش ]

اکتشافات قرن نوزدهم ، هم موفقیت ها و هم شکست ها، زمینه را برای ظهور مکانیک کوانتومی فراهم کرد.

نظریه امواج نور

[ ویرایش ]

با شروع در سال 1670 و پیشرفت در طی سه دهه، ایزاک نیوتن نظریه جسمی خود را توسعه داد و از آن دفاع کرد و استدلال کرد که خطوط کاملاً مستقیم بازتاب ماهیت ذرات نور را نشان می دهد، زیرا در آن زمان هیچ نظریه موجی حرکت در خطوط مستقیم را نشان نمی داد. [ 1 ] : 19  او انکسار را با این فرض توضیح داد که ذرات نور با ورود به یک محیط متراکم تر به صورت جانبی شتاب می گیرند. تقریباً در همان زمان، رابرت هوک و کریستیان هویگنز ، معاصران نیوتن ، و بعدها آگوستین-ژان فرنل ، دیدگاه موج را به‌طور ریاضی اصلاح کردند و نشان دادند که اگر نور با سرعت‌های متفاوتی در رسانه‌های مختلف حرکت کند، شکست را می‌توان به راحتی به عنوان انتشار وابسته به متوسط ​​توضیح داد. امواج نور اصل هویگنز-فرنل حاصل در بازتولید رفتار نور بسیار موفق بود و با کشف تداخل موج نور توسط توماس یانگ توسط آزمایش دو شکاف او در سال 1801 مطابقت داشت . اما در اواسط قرن نوزدهم شروع به تسلط بر تفکر علمی درباره نور کرد، زیرا می‌توانست پدیده‌های قطبش را توضیح دهد که جایگزین‌ها می‌توانند نه [ 5 ]

جیمز کلرک ماکسول کشف کرد که می‌تواند معادلات ماکسول را که قبلاً کشف کرده بود ، به همراه یک تغییر جزئی برای توصیف امواج خود انتشاری میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی نوسانی اعمال کند. به سرعت مشخص شد که نور مرئی، نور فرابنفش و نور مادون قرمز همگی امواج الکترومغناطیسی با فرکانس های متفاوت هستند. [ 1 ] : 272  این نظریه به یک عنصر حیاتی در آغاز مکانیک کوانتومی تبدیل شد.

نظریه اتمی در حال ظهور

[ ویرایش ]

در اوایل قرن نوزدهم، تحقیقات شیمیایی توسط جان دالتون و آمدئو آووگادرو به نظریه اتمی ماده اهمیت داد ، ایده ای که جیمز کلرک ماکسول ، لودویگ بولتزمن و دیگران برای ایجاد نظریه جنبشی گازها از آن استفاده کردند . موفقیت‌های نظریه جنبشی اعتبار بیشتری به این ایده داد که ماده از اتم‌ها تشکیل شده است، با این حال این نظریه دارای کاستی‌هایی بود که تنها با توسعه مکانیک کوانتومی برطرف می‌شد. [ 6 ] وجود اتم ها در میان فیزیکدانان یا شیمیدانان پذیرفته نشده بود. برای مثال، ارنست ماخ ، یک ضد اتم سرسخت بود. [ 7 ]

نمودار لودویگ بولتزمن از مولکول I 2 در سال 1898 ارائه شد که "منطقه حساس" اتمی (α، β) همپوشانی را نشان می دهد.

اولین اشارات مشکلات در مکانیک کلاسیک در رابطه با وابستگی دمایی خواص گازها مطرح شد. [ 8 ] لودویگ بولتزمن در سال 1877 پیشنهاد کرد که سطوح انرژی یک سیستم فیزیکی، مانند یک مولکول ، می تواند گسسته باشد (به جای پیوسته). منطق بولتزمن برای وجود سطوح انرژی گسسته در مولکول‌هایی مانند گاز ید ریشه در نظریه‌های ترمودینامیک آماری و مکانیک آماری او داشت و با استدلال‌های ریاضی پشتیبانی می‌شد ، همانطور که بیست سال بعد در مورد اولین نظریه کوانتومی نیز چنین بود. ارائه شده توسط ماکس پلانک.

الکترون ها

[ ویرایش ]

در روزهای پایانی دهه 1800، جی جی تامسون ثابت کرد که الکترون‌ها بار منفی مخالف اما هم اندازه یون هیدروژن را حمل می‌کنند در حالی که جرمی بیش از هزار برابر کمتر دارند. بسیاری از این الکترون ها با هر اتم مرتبط هستند. [ 1 ] : 365 

نظریه تابش

[ ویرایش ]

با کاهش دما، اوج منحنی تابش جسم سیاه به طول موج های بلندتر تغییر می کند و همچنین شدت کمتری دارد. منحنی های تابش جسم سیاه (1862) در سمت چپ نیز با مدل حد اولیه کلاسیک ریلی و جین (1900) که در سمت راست نشان داده شده است، مقایسه شده است. سمت طول موج کوتاه منحنی ها قبلاً در سال 1896 توسط قانون توزیع وین تقریبی شده بود .

در طول دهه 1800، بسیاری از مطالعات جزئیات طیف شدت در مقابل فرکانس نور ساطع شده از شعله های آتش، خورشید یا اجسام داغ قرمز را بررسی کردند. [ 1 ] : 367  فرمول ریدبرگ به طور موثر خطوط تاریک دیده شده در طیف را خلاصه کرد، اما او هیچ مدل فیزیکی برای توضیح آنها ارائه نکرد. طیف ساطع شده توسط اجسام داغ سرخ را می توان در طول موج های بالا یا پایین توضیح داد، اما این دو نظریه متفاوت بودند.