к
178
∑
КАВИТАЦИЯ – КЮРИ НҮКТЕСІ
450
451
шығады деген болжам жасап, әлгі қайшылықты шешкен және осы болжам
нәтижесі ғылыми тәжірибелермен өте дәл үйлескен. Энергия квантының ша-
масы жарықтың жиілігіне (ν) тәуелді, ол мына өрнек бойынша ақталады:
ࣟ
= hv,
мұндағы
h –
Планк тұрақтысы,
v – жарық жиілігі.
Планктың осы тұжырымы өзара байланысты екі мәселені шешті. 1927 жылы
кванттық механиканы біржолата тұжырымдау аяқталған. Соның алғашқысы
1905 жылы атақты физик Альберт
Эйнштейннің (1879 – 1955)
фотоэффект
теориясына арналған жұмысы болды. Эйнштейн Планктың идеясын дамыта
отырып, жарық тек квантпен ғана шығарылмайды және жұтылмайды, сонымен
қатар квантпен де таралады, яғни
жарыққа да дискреттілік тән деп болжаған.
Жарық та жеке-жеке мөлшерлерден құралған болды, жарық кванты кейіннен фо-
тон деп аталған [бұл атауды 1929 жылы американ физигі Гильберт
Льюис (1875 –
1946) енгізген], фотон энергиясы:
ࣟ
= hv. Эйнштейн осы болжал бойынша тәжі-
рибе жүзінде анықталған
фотоэффектінің заңдылығын түсіндірген, фотоэф-
фект құбылысы жарықтың классикалық теориясына (классикалық электрдина-
микаға негізделген) қайшы келген болатын.
Жарықтың корпускулалық сипатын 1922 жылы американ физигі Артур
Комптон (1892–1962) дәлелдеген, ол ғылыми тәжірибе жүзінде жарықтың еркін
электрондардан шашырауы екі бөлшектің – фотон мен электронның серпімді
соқтығысу заңы бойынша жүзеге асатынын айғақтаған. Осы соқтығысудың
кинематикасы энергия мен импульстің сақталу заңымен анықталады, фотонға
энергиямен қатар (
ࣟ
= hv) импульс те (р = h/λ = hν/с, мұндағы λ – жарық толқынының
ұзындығы,
h – Планк тұрақтысы,
с – жарық жылдамдығы) меншіктелген. Фотонның
энергиясы мен импульсі
ࣟ
= ср қатынасымен байланысқан (мұндағы с – жарық
жылдамдығы). Сонымен, жарық белгілі толқындық (тәжірибемен дәлелденген)
қасиетке, қосымша тағы бір корпускулалық (жарық дифракциясымен анықтал-
ған) қасиетке ие екені дәлелденді; жарық – бөлшектер секілді
фотондардан
түзілген. Осы жайт жарықтың екіжақтылығы – дуализмін – оның корпускулалық-
толқындық табиғатын айғақтайды. Дуализм
ࣟ
= hv формуласына да енген, фор-
мула екі түсініктің біреуін таңдап алуға мүмкіндік бермейді.
Энергия (
ࣟ
) –
бөлшекке тиесілі болса, ал жиілік (v) –
толқындардың сипаттамасы. Осы-
лайша формалды логикалық қайшылық пайда болған: бір құбылысты түсіндіру
үшін жарықтың толқындық табиғаты, ал екінші құбылысты түсіндіруге –
жарықтық корпускулалық табиғаты қажет. Осы қайшылықты шешу үшін квант-
тық механиканың физикалық негізін жасауға итермелеген.
1924 жылы француз физигі Луи де
Бройль (1892 – 1987), 1913 жылы дат
физигі Нильс
Бор (1885–1962) постулаттаған
атом орбиталарын кванттаған
КАВИТАЦИЯ – КЮРИ НҮКТЕСІ
450
451
к
178
∑
шарттарға түсінік табуға әрекеттеніп, корпускулалық-толқындық дуализм-
нің жалпылығы туралы болжал ұсынған. де Бройльдің болжалы бойынша әрбір
бөлшектің табиғатына тәуелсіз түрде, оның әрқайсысына толқын ұзындығы (λ)
бөлшектің импульсімен (р) байланысты қатынасты: λ= h/р толқынды сәйкес қою
керек. Осы болжал бойынша тек фотон ғана емес, бүкіл
«кәдімгі бөлшектер»
(электрондар, протондар, т.б.) толқындық қасиетке ие, бұлар дербес жағдайда
бөлшектер дифракциясында білінетін болады. 1927 жылы американ физик-
тері: Клинтон
Дэвиссон (1881–1958) мен Лестер
Халберт (1896–1971) алғаш
болып
электрондардың дифракциясын байқаған. Кейінірек өзгедей бөлшек-
тердің толқындық қасиеттері ашылып, де Бройль формуласының дұрыстығы
ғылыми тәжірибемен расталған. 1926 жылы австриялық физик Эрвин
Шредин-
гер (1887 – 1961) әлгіндей «толқындардың» сыртқы күш өрістеріндегі тәртібін
сипаттайтын теңдеу ұсынған. Осылайша
толқындық механика пайда болған.
Шредингердің толқындық теңдеуі
релятивтік емес кванттық механиканың
негізгі теңдеуі болып табылады. 1928 жылы ағылшын физигі Поль
Дирак
(1902–1984) электрондардың сыртқы күш өрісіндегі қозғалысын сипаттайтын
релятивтік теңдеуді қорытып шығарған; Дирак теңдеуі релятивтік кванттық
механиканың негізгі теңдеулерінің бірі болды.
М.
Планк болжалының екінші бір тармағының дамытылуы 1907 жылғы
А.
Эйнштейннің қатты денелердің жылусыйымдылығына арналған ғылыми
еңбегінен басталды.
Әртүрлі жиіліктегі электрмагниттік толқындардың
жиынтығы болып табылатын электрмагниттік сәуле кез келген тербеліс
жасайтын жүйенің жиынтығының (осцилляторларының)
динамикалық
эквиваленті болады. Толқындардың шығарылуы (таратылуы) немесе жұтылуы
сәйкес тербелмелі (осцилляторларды) жүйені қоздыруға немесе өшіруге
эквивалентті болады. Заттардың электрмагниттік сәулелерді шығаруы және
жұтуы hν энергиялы кванттармен жүзеге асырылу фактісін былай өрнектеуге
болады: өріс тербелісі кез келген энергиялы бола алмайды, ол тек белгілі бір
энергия мәндерін –
энергияның дискретті деңгейлеріне ие болмақ, бұлардың
арақашықтығы hν-ға тең. Эйнштейн электрмагниттік өрістің тербеліс энергия-
сын кванттау идеясын кез келген табиғи тербеліске жалпылаған.
Қатты дене-
нің жылулық қозғалысы атомдардың тербелістеріне үйлесетін болған-
дықтан, қатты дене тербелмелі жүйенің жиынтығына эквивалентті болады.
Осы тербелмелі жүйенің энергиясы да квантталған, яғни энергияның көршілес
деңгейлерінің айырымы hν-ға тең, мұндағы ν – атомдар тербелістерінің жиілігі.
Неміс физиктері: Петер
Дебай (1884 – 1966), Макс
Борн (1882 – 1970) және
