Kvant mexanikası

Vikipediya, açıq ensiklopediya
Keçid et: naviqasiya, axtar
Müxtəlif energetik səviyyələrdə hidrogen atomu üçün Şrödinger tənliyinin həlli. Parlaq sahələr elektronun mövqeyinin daha yüksək ehtimallı yerlərini göstərir

Kvant mexanikası - nəzəri fizikanın bir bölməsi olub, Plank sabiti ilə müqayisə olunan fiziki hadisələri öyrənir. Kvant mexanikası hərəkətin Plank sabiti ile müqayisə olunan qiymətlərində (atom və ya foton miqyaslarında) fiziki hadisələri izah edən nəzəri fizika sahəsidir. Kvant mexanikasının verdiyi proqnozlar klassik mexanikanın verdiyi proqnozlardan əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənə bilər. Plank sabitinin makroskopik cisimlərin hərəkəti ilə müqayisədə olduqca kiçik qiymətə malik olması səbəbindən kvant effektləri əsasən mikroskopik miqyaslarda müşahidə olunur. Əgər sistemin fiziki hərəkəti Plank sabitindən kifayet qədər böyük olarsa, kvant mexanikası üzvü şəkildə klassik mexanikaya keçir. Öz novbəsində, kvant mexanikası sahənin kvant nəzəriyyesinin qeyri-relyativist yaxınlaşmasıdır (başqa sözlə, sistemin böyük hissəciklərinin enerji ətaləti ilə müqayisədə aşağı enerjilərə yaxınlaşmasıdır)

Makroskopik ölçülərdə olan sistemleri yaxşı təsvir edən klassik mexanika molekul, atom, elektron və foton səviyyələrində bütün hadisələri təsvir edə bilmir. Kvant mexanikası müvafiq olaraq atomları, ion, molekul, kondensə olunmuş mühitləri və digər elektron-nüvə quruluşlu sistemleri kifayət qədər yaxşı təsvir edə bilir. Kvant mexanikası eyni zamanda elektron, foton və digər elementar zərrəciklərin hərəkətlərini təsvir etmek iqtidarindadir, lakin elementar hissəciklerin çevrilmələrinin dəqiq invariant relyavistik tesviri sahenin kvant nəzəriyyesi çərçivəsində qurulur. Kvant mexanikasının köməkliyi ilə əldə olunmuş nəticələri eksperimentler birmənalı təsdiq edirlər.

Kvant dinamikasının esas tənlikləri – Şrödinger tənlikleri, fon Neyman tənlikləri, Lindblad tənlikləri, Heyzenberq tənlikləri və Pauli tənliyidir. Kvant mexanikası tənlikləri riyaziyyatın operatorlar nəzəriyyəsi, ehtimallar nəzəriyyəsi, funskiya analizi, cəbri operatorlar və qruplar nezeriyyeleri ilə sıx şəkildə bağlıdır.

Tarixi[redaktə | əsas redaktə]

Kvant mexanikası öz başlanğıcını alman fiziki Maks Plankın 1900-cü ildə mütleq qara-cismin radiyasiyası və Albert Eynşteynin 1905-ci ildə fotoelektrik effektinin kvant izahına dair nəzəriyyələrindən götürmüşdür. Erkən kvant mexanikası keçən əsrin 20-ci illərində ciddi dəyişikliklərə məruz qalmışdır.

Yeni kvant nəzəriyyəsi (1920-ci illərde işlənib hazırlanmışdır) müxtəlif xüsusi riyazi formalizm üzərində yaradılmışdır. Bunlardan birində riyazi dalğa funskiyası elementar zərrəciyin mövqeyi, momenti və digər fiziki göstəricilərinin ehtimallı amplitudasını təsvir edir. Kvant mexanikası nəzəriyyəsinin tətbiq sahələrinə yüksəkkeçirici maqnitler, işıq diodları, lazerlər, transistor ve yarımkeçiricilər (mikroprossesorlar), maqnit rezonans və elektron mikroskoplar daxildir.

Ishigin dalga tebietine dair elmi tedqiqatlar XVII ve XVIII eslrde bashladi ve neticede Robert Huk, Xristian Hüygens ve Leonard Eyler apardilari tecrubi mushahideler esasinda ishigin dalga nezeriyyesinbi ireli surduler. 1803-cu ilde ingilis fiziki Tomas Yunq mehshur iki-yariq tecrubesini yerine yetirdi ve bu tecrubenin neticlerini ozuunun «Ishiq ve renglerin tebietine dair» eserinde tesvir etdi. Yunq eskperimenti ishigin dalga nezeriyyesinin elmi dairlerde taninamsinda helledici rol oynadi.

1838-ci ilde diger ingilsi fiziki Maykl Faradey katod shualarini kesh etdi. 1859-cu ilde alman alimi Qustav Kirxoff qara-cisim radiyasiyasi problemini ortaya cixardi, bnun ardinca ise Avstriyali fizik Lüdviq Bolsman 1877-ci ilde fiziki sistemlerinin enerji veziyyetlerini (hallarinin) diskret qiymetlere ifade oluna bilmesi fikrini ireli surdu ve 1900-cu ilde alman fiziki Maks Plank ozunun kvant hipotezini ireli surdu. Plank bele bir fersiyye ireli surdu ki, enerji diskret "kvantalar" (ve ya enerji elementleri) ile hem shualanir hem de udulur. Bu ferziyye qara-cisim radiyasiyasi probleminde mushahide olunan menzereni izah ede bildi.

1896-ci ilde Vilhelm Veyn qara-cisim radiyasiyasinin paylanam qanununu empirik wekilde mueyyen etdi ve indi bu qanun onun sherefine Veyn qanunu adlanir. Ludvq Bolztsamn eyni neticeye musteqil shekjilde Maksvell tenliklerini nezerden kecirmekle gelib cixa bildi. Bununla bele Boltsmanin tapdigi hell yolu yalniz yuxari tezliklerde ozunu dogruldurdu. Sonradan Plank bu modeli Boltsmanin termodeinamikanin statistik interpretasiyasina duzelish verdi ve indi Plank qanunu kimi tanidigimiz kvant mexanikasine yol achan cox muhum bir qanunu ireli surdu.

Maks Plankin 1900-cu ilde mutleq qara-cisim problemine verdiyi hellden sonra, Albert Eynshteyn fotoelektrik effektini kvant nezeriyyesine esaslanmaqla hell etdi. 1900-1910-cu iller araliginda atom nezeriyyesi ve ishigin korpuskulyar nezeriyyeleri elmi faktlar kimi qebul olundu. Bu nezeriyyeler muvafiq olaraq maddenin ve elektromaqnit radiyasiyanin (sualanmanin) kvant nezeriyyeleri kimi de baxila biler.

Kvant hadisesini tebietde ilk tedqiq eden fiziklere Artur Komptn, Raman ve Piter Ziman olmushlar. Robert Endryus Milikan fotoelektrik effektini eksperimental yolla tedqiq etmish ve Albert Eynshtyen ise bu effekti izah eden elmi nezeriyye ireli surmushdur. Eyni zamanda, Danimarkali fizik Nils Bor sonradan Henri Mozley terefinden tecrubi yolla tesdiq olunacaq atomun strukturu nezeriyyesini ireli surur. 1913-cu ilde Piter Debye Bor nezeriyyesini daha da tekmileshdirerek alman fiziki Arnold Zommerfeldin de teklif etdiyi elliptik orbitler konsepsiyasini ireli surur. Butovlukde bu dovr kohne kvant nezeriyyesi dovru kimi taninir.

Planka gore her bir enerji elemneti (kvanti) (E) oz tezliyine (ν) duz mutenasibdir:

 E = h \nu\

burada h Plank sabitidir.

Plank cox ehtiyatla israr edirki ki, bu radiyasiyanin udulma ve buraxilma prosesslerinin sadece bir terefidir ve bunun radiyasiyaya hec bir elaqesi yoxdur. Eslinde o ozunun kvant hipotezini bir elmi kehsfden daha cox riyazi «hiyle» adlandirir. Lakin 1905-ci ilde Albert Eynshteyn mehz Plankin kvnat hipotezine real shekilde esaslanaraq fotoelektrik hadisesini izah ede bilir. Fotoelektrik effekti mueyyen materialarin uzerine ishiq shualari salmaqla hemin materildan elektronlarin sixishdirilib cixarilmasi hadisesidir. Eynsheyn 1921-ci ilde mehz bu ishine gore Nobel muakfatina layiq goruslmushdur.

Eynshteyn bir qeder de ireli gederek, elektromaqnit dalgasinin (meselen ishiq) oz tezliyinden asili olan diskret enerji kvantalarina malik fiziki hissecik ve ya zerrecik (sonradan foton adlandirlmishdir) kimi tesvirinin mukunluyunu ireli surmushdur.

Kvant mexaniaksinin esaslari 20-ci esrin ilk yarisinda Maks Plank, Nils Bor, Verner Heyzenberq, Lui de Broyl, Artur Kompton, Albert Eynşteyn, Ervin Şrödinger, Maks Born, Con fon Neyman, Pol Dirak, Enriko Fermi, Volfqanq Pauli, Maks von Laue, Friman Dayson, Devid Hilbert, Vilhelm Veyn, Shatendranat Boze ve digerleri terefinden qoyuslmushdur. Nils Borun Kopenhagen interpretasiyasi kvant mexanikasinin esas ifadesi (izahi) kimi qebul olunur.

1920c- illerin ortalarinda kvant mexanikasinda bash veren irelileyishler onun atom fizikasinin esas standart ifadesi kimi qebuluna getirib cixardi. 1925-ci ilin yayinda Bor ve alman fiziki Heyzenberq kohne kvant mexanikasina son qoyan meqaleni neshr etdirdiler. Bezi prosess ve tecrubelere ozleri hissecik kimi aparmalarini nezere alaraq, ishiq kvantasina foton adi verildi (1926-ci ilde). Eyshteynin 1905-ci ilde ishiga dair ireli surduyu cox sade postulatlardan soradan keskin mubahisler, nezeriyyyeler ve tecrubelere getirib cixaran yeni Kvant Mexanikasi nezeriyyei dogdu. Bu nezeriyye lkin ilelrde amansiz muqavimete rast gelse de 1927-c ilde 5-ci Solvey Konfransinda yekdillikle qebulk olundur.

1930-cu ile qeder kvant mexanikasi Devid Hilbert, Pol Dirak ve Con fon Neyman terefinden mushahide konsepsiyasina, bizim realliq dair biliklerimizin statisktik tebietine ve «mushahideci» ye dair felsefi spekulyasiyalara daha boyuk diqqet ayrilmaqla daha da tekmilleshdirili. Bu nezeriyye soradan kvnat kimyasi, kvant elektronikasi, kvant optikasi ve kvant informasiya elmleri, hemcinin simler nezeriyyesi ve kvant qravitasiyasi nezeriyyelerine yolachid. O eytni zamanda elementlerin muasir dovru sisteminin bir cox meselerine aydinliq getirid. Kvant mexanikasi eyni zamanda atomlarin kimyevi rabiteler emele getirdikde ozlerini nece aprmaqlari ve hemcinin koputer yarimkeciricilerinde elektronlarin axini hadislerini izah etdi ve beleikle muasir texnologilyalarda nece muhum yer tutdugunu berqerar etdi.

Kvant mexaniaksi atom miqyasinda olan zerrecikleri izah etmek uchun ireli surulsede hal hzairda onnan superkeciriler ve superfluidler kimi makrodunyamiza aid fiziki prosesllerin izahidna da isitfade olnur.

Kvant sozu Latin dilinden tercumede «neche», «ne qeder» veya «ne olchude» kimi tercume olunur. Kvant mexanikasinda kvant sozu etaletde olan atomun enerjisi kimi mueyyen fiziki kemiyyetlere shamil olunan diskret vahide istinaden sitifade olunur. Mikrozerreciklerin diskret enerjiye malik dalga xusisiyyetine malik olmasinun keshfi fizikanin kvant mexaniaksi adlanan atomve subatom sistemlerle meshgul olan bolmesinin yaranmasina sebeb oldu.

Kvant mexanikasi atom miqyaslarinda vebundan da kicik olculerde olan fiziki sistemlerin basha dushulmesinde helledici rol oynayir. Eger atomun fiziki tebieti yalniz klassik fizika qanunlari ile izah olunasydi, o zaman elektronlar nuve etrafinda firlana bilmeyecekdi, cunki elektron firlandiqa dairevi hereketde olduqlarina gore radiyasiya buraxirlar. Bu ise oz novbesinde elektronlarin enerji itkisi neticesinde gec-tez nuve ile toqqushmasina getirib cixaracqdir. Odur ki klassik fizika atomlarin stabiliyni izah ede biledi. Evezinde, elektronlarin qeyri-mueyyen, qeyri-deterministik, ehtimmali (probabilisktik ve ya statistik) dalga-zerrecik orbitlerinde nuve etrafinda hereketi nezeriyyesi ireli suruldu ki, bu da klassik fizika ve elektromaqnetizmin enenevi ferziyyelerini alt-ust etdi.

Kvant mexanikasi ilk illerde umumilkde atomun daha tekmilizahi ve tesviri, xuxusil ile de eyni kimyevi elementin muxtelif izotoplari terefinden buraxilan ishiq spektrindeki ferqlerini izah etmek meqsedile ireli surulmushdur. Qisa shekidle ifade etsek,, atomun kvant mexanika modeli klassik mexanika ve elektromaqnetzim nezeriyylerinin iflasa ugradigi sahelerde mukemmel neticeler verdi.

Umumilikde gotursek, kvant mexanikasi klassikmexanikanin izah ede bilmediyi 4 esas fiziki hadiselerin izahina yonelib:

  • Bezi fiziki xasselerin kvantizasiyasi
  • Kvant dolashiqlligi
  • Qeyri-mueyyenlik prinsipi
  • Dalga-zerrecik ikiliyi (ve ya dualizmi)