Необходимой оказывается лишь вероятность поведения микрообъекта. Это означает, что предсказания в квантовой физике имеют, вообще говоря, вероятностный характер и, следовательно, физика микрообъектов является принципиально статистической теорией. Случаен факт обнаружения электрона в том или ином месте около ядра; вероятность же его обнаружения в данном месте определяется формой и размерами соответствующего «электронного облака».
3. Квантовая природа микроскопических объектов.
Квантовая механика явилась мощным инструментом теоретического исследования электрических, оптических и других свойств реальных микроскопических объектов. В соответствии с квантово-механическими представлениями электроны в атомах могут находиться на вполне определенных «орбитах», соответствующих различным значениям потенциальной энергии взаимодействия этих электронов с положительно заряженными ядрами. При этом речь по-прежнему идет не о классических орбитах, представляющих собой замкнутые траектории в пространстве, а о «размазанных облаках вероятности» нахождения электронов, которые описываются квадратом модуля Y — функции. Так как потенциальная энергия свободного, т. е. находящегося на большом расстоянии от ядра электрона считается равной нулю, то потенциальная энергия связанных с ядром электронов является отрицательной. Эти возможные значения энергии En, (n = 1, 2, …) электронов в атоме можно отложить на вертикальной оси. Следует отметить, что на самом деле каждой энергии Еn соответствует не одно, а несколько возможных состояний, отличающихся конфигурацией Y — функций. Только «ближайшее» к ядру состояние с минимальной энергией Е1 является одиночным, ему соответствует сферически симметричная Y-функция. Уже следующему состоянию с энергией Е2 соответствуют две различные Y-функции: одна — сферически-симметричная, а модуль другой имеет вид «бублика» и т. д.Эти возможные состояния заполняются электронами весьма своеобразно.
Оказывается, что электроны помимо массы и электрического заряда обладают еще одной физической характеристикой — спином, который можно было бы представить себе как «вращение» электрона вокруг собственной оси, если бы такое представление не было столь вызывающе противоречащим предположению о «точечной» структуре электрона. Тем не менее, спин имеет размеренность момента импульса — кг (м/с) м = Дж Ч с, а его численное значение для электрона равно h/2, где h — постоянная Планка. В связи с этим электроны относятся к элементарным частицам со спином или фермионам (так как квантово-статистические закономерности их поведения описываются функцией распределения Ферми-Дирака, в отличие от бозонов — частиц с «целым» спином, подчиняющихся квантовой статистике Бозе-Эйнштейна). Для фермионов справедлив фундаментальный принцип Паули, в соответствии с которым в одном квантовом состоянии не может находиться более двух частиц с противоположными направлениями спинов. Поэтому если атом содержит несколько электронов, то они распределяются по разным энергетическим уровням, последовательно заполняя возможные состояния, начиная с «нижнего», ближайшего к ядру.
Например, на нижнем энергетическом уровне Е1 могут находиться только два электрона, спины которых противоположны, на следующем уровне — с энергией Е2 — восемь электронов и т. д. Как известно, именно такое заполнение электронных оболочек обусловливает химические свойства атомов и их расположение в таблице Менделеева. Таким образом, можно сказать, что химические, электрические, оптические и другие свойства атомов являются следствием, с одной стороны, дискретной структуры электронных оболочек и, с другой стороны, принципа Паули, определяющего «правила» заполнения этих оболочек электронами. Рассмотренная квантовая структура атомов хорошо объясняет свойства соответствующих газов. При сближении атомов и молекул, когда вещество переходит в конденсированное состояние (жидкое, твердое), поведение электронов уже нельзя описать дискретными энергетическими состояниями.
Заключение
.
В результате выполнения всех поставленных задач, можно сделать следующие выводы:
Частицам вещества в микромире присущ корпускулярно-волновой дуализм: в одних явлениях они проявляют волновые свойства, а в других — корпускулярную природу. Поэтому для изучения свойств микромира применяют принцип дополнительности, введенный Н. Бором. Фундаментальным в квантовой теории является принцип неопределенности, определяющий границы применимости классических представлений при описании свойств микромира. Невозможно с одинаковой точностью определить и положение, и импульс микрочастиц.
3. В результате была предложена планетарная модель строенияатома. При заполнении электронами орбит в атоме соблюдаетсяпринцип Паули: два электрона не могут находиться в одном и том же энергетическом состоянии.
4. Важнейший философский вывод из квантовой механики заключается в принципиальной неопределенности результатов измерений и, следовательно, невозможности точного предвидения будущего в микромире.
Список литературы
Бабушкин А. Н. Современные концепции естествознания. СПб: Лань, 1997. — 199 с. Гусейханов М. К., Раджабов О. Р. Концепции современного естествознания: Учебник. —.
6-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2007. — 540 с. Дубнищева Т. Я. Концепции современного естествознания: учеб. пособие для студ. вузов /.
Т.Я. Дубнищева. — 6-е изд., испр. и доп. —.
М.: Издательский центр «Академия», 2006. — 608 с. Концепции современного естествознания/Под ред. профессора.
С.И. Самыгина. — 4-е изд., перераб. и доп. — Ростов н/Д: «Феникс», 2003.
— 448 с. Найдыш В. М. Концепции современного естествознания: Учебник. — Изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: Альфа-М; ИНФРА-М, 2004.
— 622 с.
