იხილეთ წყარო გვერდისთვის კვანტური მექანიკა

''[[ფაილი:HAtomOrbitals.png|thumb|275px|[[წყალბადი]]ს [[ატომი]]ს [[ელექტრონი]]ს [[ტალღური ფუნქცია]]. ღია შეფერილობის არე მიუთითებს მაღალი სიმკვრივის ალბათობას.]]
'''კვანტური მექანიკა (ტალღური მექანიკა)''' — თეორია, რომელიც ადგენს მიკრონაწილაკებისა (ელემენტარული ნაწილაკების, [[ატომი|ატომები]]ს, [[მოლეკულა|მოლეკულების]], [[ატომის ბირთვი|ატომთა ბირთვების]]) და მათი სისტემების (მაგ., [[კრისტალი|კრისტალების]]) აღწერის ხერხებსა და მოძრაობის კანონებს, აგრეთვე ნაწილაკებისა და სისტემებისათვის დამახასიათებელ სიდიდეთა კავშირს მაკროსკოპული ცდის დროს უშუალოდ გაზომილ ფიზიკურ სიდიდეებთან.

კვანტური მექანიკა ცნებათა სისტემის და მისი ადეკვატური მათემატიკური აპარატის სინთეზია, რომელიც აუცილებელია და საკმარისი შესაბამისი ფიზიკური სისტემების და მათი მოძრაობის დამახასიათებელი ყველა დამზერადი სიდიდის აღწერისათვის. კვანტური მექანიკის კანონები ნივთიერების აგებულების შესახებ მეცნიერებათა ქვაკუთხედს წარმოადგენენ. ამ კანონებით აიხსნა ატომების და ატომბირთვების აგებულება, გაირკვა ქიმიური ბმის ბუნება, გასაგები გახდა, თუ რა კანონზომიერება განსაზღვრავს [[ქიმიურ ელემენტთა პერიოდული სისტემა|ელემენტთა პერიოდულ სისტემაში]] ელემენტების განლაგებას. რადგან ნივთიერების მაკროსკოპულ თვისებებს მისი შემადგენელი ნაწილაკების მოძრაობა და ურთიერთქმედება განსაზღვრავს, ამიტომ კვანტური მექანიკის კანონები ხშირად მაკროსკოპული მოვლენების ასახსნელად გამოიყენება. [[მყარი სხეული|მყარი სხეულების]] (ლითონების, [[ნახევარგამტარები]]ს, [[დიელექტრიკები]]ს) თეორიას და მის მრავალრიცხოვან გამოყენებას საფუძვლად უდევს კვანტური მექანიკის კანონები. მხოლოდ მათ ნიადაგზე შეიქმნა ნივთიერების მაგნიტური თვისებების თანმიმდევრული თეორია. კვანტურმა მექანიკამ კლასიკური [[სტატისტიკური ფიზიკა|სტატისტიკური ფიზიკის]] პარადოქსები ახსნა. [[ზეგამტარობა]] და [[ზედენადობა]] მაკროსკოპულ კვანტურ ეფექტებს წარმოადგენენ. კვანტური მექანიკა [[ასტროფიზიკა|ასტროფიზიკის]] მძლავრი იარაღია. კვანტური მექანიკის კანონები განსაზღვრავენ [[ვარსკვლავი|ვარსკვლავებში]] [[თერმობირთვული რეაქციები]]ს მსვლელობას, ხსნიან [[ნეიტრონული ვარსკვლავი|ნეიტრონული ვარსკვლავების]] წარმოშობის და მომდევნო ევოლუციის პროცესებს, და ა. შ. XX საუკუნის უდიდესი ტექნიკური მიღწევები კვანტურ ეფექტებზეა დაფუძნებული. კვანტური მექანიკის კანონების აღმოჩენამ მეცნიერულ–ტექნიკური რევოლუცია განაპირობა.

== მნიშვნელობა ==
XX საუკუნის დასაწყისში გაირკვა, რომ [[კლასიკური მექანიკა]] განზოგადოებას საჭიროებს. მისი გამოყენების არე შეზღუდულია. ისეთ სიჩქარეებზე, რომლებიც [[სინათლის სიჩქარე]]სთან ახლოსაა, კლასიკური მექანიკა ცდას ეწინააღმდეგება. [[აინშტაინი, ალბერტ|ალბერტ აინშტაინის]] [[ფარდობითობის სპეციალური თეორია|ფარდობითობის სპეციალური თეორიის]] ნიადაგზე [[რელატივისტური მექანიკა]] შეიქმნა. გარდა ამისა, კლასიკურ მექანიკაში ნაწილაკის მოძრაობა აღწერილია, თუ ცნობილია კოორდინატების და სიჩქარის დროზე დამოკიდებულება. ასეთ აღწერას შეესაბამება ნაწილაკისგანზომილების მქონე სიდიდეები <math>\hbar</math>–ს ბევრად აღემატება, მაშინ კლასიკური მექანიკის გამოყენება ნებადართულია.

== შექმნის ისტორია ==
XX საუკუნის დასაწყისში აღმოჩენილი მოვლენები იმაზე მეტყველებდნენ, რომ ატომის შიგნით მიმდინარე პროცესების აღწერა კლასიკური მექანიკით და [[ელექტროდინამიკა|ელექტროდინამიკით]] შეუძლებელია. კლასიკური ფიზიკა სინათლის და ნივთიერების ურთიერთქმედებასაც ადეკვატურად ვერ აღწერდა. აღნიშნული პრობლემების გადაჭრის მცდელობას კვანტური მექანიკის წარმოქმნა მოჰყვა. პირველადი კვანტური წარმოდგენები ფიზიკაში [[1900]] წელს [[მაქს პლანკი|მაქს პლანკმა]] შემოიღო (იხ. [[შავი სხეული]]). იგი სითბური გამოსხივების პრობლემაზე მუშაობდა. კლასიკურ ელექტროდინამიკაზე და სტატისტიკურ ფიზიკაზე აგებული თეორია უაზრო შედეგს იძლეოდა: თერმოდინამიკური წონასწორობა გამოსხივებას და ნივთიერებას შორის შეუძლებელია, რადგან მთელი ენერგია გამოსხივებაში უნდა გარდაიქმნას. პლანკმა დაუშვა, რომ სინათლე უწყვეტად კი არ გამოსხივდება, როგორც ამას კლასიკური ფიზიკა გულისხმობს, არამედ დისკრეტული პორციებით — კვანტებით. ასეთი კვანტის ენერგია სიხშირის პროპორციულია: <math>{\epsilon} = \hbar\ {\nu}</math>. ექსპერიმენტმა პლანკის თეორიის ჭეშმარიტება ცხადყო, თუმცა პლანკის ჰიპოთეზის დასაბუთება კლასიკური ფიზიკის ფარგლებში შეუძლებელი აღმოჩნდა. პლანკის ჰიპოთეზას ფიზიკოსები ორი განსხვავებული მიმართულებით ავითარებდნენ, რის გამოც [[1927]] წელს ჩამოყალიბდა კვანტური მექანიკის ორი დასრულებული ფორმულირება. განვიხილოთ ორივე მიმართულება. 1) [[1905]] წელს აინშტაინმა [[ფოტოეფექტი]]ს თეორია შექმნა. მან ივარაუდა, რომ სინათლე ცალკეული კვანტებისაგან — [[ფოტონი|ფოტონებისაგან]] — შედგება.თითოეული ფოტონის ენერგია <math>{\epsilon} = \hbar\ {\nu}</math>. ამ ჰიპოთეზის მეშვეობით აინშტაინმა ფოტოეფექტის კანონზომიერებები ახსნა, კლასიკური ფიზიკა კი ამჯერადაც უძლური აღმოჩნდა. სინათლის კორპუსკულური ბუნების კიდევ ერთი მტკიცებულება [[1922]] წელს [[კომპტონი, არტურ|არტურ კომპტონმა]] მოიპოვა. მან ექსპერიმენტულად დაამტკიცა, რომ თავისუფალ [[ელექტრონი|ელექტრონებზე]] რენტგენული სხივების გაბნევისას სხივების სიხშირე ისე იცვლება, თითქოს ადგილი აქვს ორი ნაწილაკის – ფოტონის და ელექტრონის დრეკად დაჯახებას (იხ. [[კომპტონის ეფექტი]]). დაჯახების [[კინემატიკა]] [[ენერგია|ენერგიის]] და [[იმპულსი]]ს [[მუდმივობის კანონები]]თ განისაზღვრება. ფოტონს აქვს <math> p = \frac {h}{\lambda}</math> იმპულსი (<math>{\lambda}</math> - [[ტალღის სიგრძე]]), რომელიც ენერგიას <math>{\epsilon} = p c</math> ფორმულით უკავშირდება. ეს თანაფარდობა რელატივისტურ მექანიკაში ნულოვანი მასის მქონე ნაწილაკს შეესაბამება. ამგვარად, ექსპერიმენტულად დამტკიცდა, რომ სინათლეს, ცნობილ ტალღურ თვისებებთან ერთად ([[დიფრაკცია]], [[ინტერფერენცია]], [[პოლარიზაცია]]), კორპუსკულური თვისებებიც გააჩნია. სწორედ ამაში მდგომარეობს სინათლის [[კორპუსკულურ – ტალღური დუალიზმი]]. შეიქმნა ლოგიკური წინააღმდეგობა: ექსპერიმენტების ერთ ნაწილში სინათლე ტალღურ ბუნებას იჩენს, ზოგიერთი მოვლენის ანალიზი კი მის კორპუსკულურ ბუნებას ცალსახად ადასტურებს. [[1924]] წელს [[დე ბროილი, ლუი|ლუი დე ბროილმა]] კორპუსკულურ–ტალღური დუალიზმის უნივერსალობის ჰიპოთეზა გამოთქვა. დე ბროილის თანახმად, ნებისმიერ ნაწილაკს გარკვეული სიგრძის ტალღა შეესაბამება. აქედან გამომდინარე, დე ბროილმა [[ნაწილაკების დიფრაქცია]] იწინასწარმეტყველა. [[1927]] წელს ელექტრონების დიფრაქცია [[დევისონ–ჯერმერის ცდა]]მ დაადასტურა, ხოლო მომდევნო ექსპერიმენტებში სხვა ნაწილაკების ტალღური ბუნება დამტკიცდა. [[1926]] წელს [[ერვინ შრედინგერი|ერვინ შრედინგერმა]] ასეთი ტალღების აღმწერი განტოლება გამოიყვანა, [[ბორნი, მაქს|მაქს ბორნმა]] კი მათი სტატისტიკური ინტერპრეტაცია შეიმუშავა. ასე შეიქმნა ''ტალღური მექანიკა''. [[შრედინგერის განტოლება]] არარელატივისტური კვანტური მექანიკის ძირითად განტოლებას წარმოადგენს. [[1928]] წელს [[დირაკი, პოლ|პოლ დირაკმა]] გარეშე ველში მოძრავი ელექტრონის აღმწერი რელატივისტური განტოლება მიიღო; ეს განტოლება რელატივისტური კვანტური მექანიკის ძირითადი განტოლებაა. 2) პლანკის ჰიპოთეზის განვითარების მეორე მიმართულებას საფუძველი ჩაუყარა ალბერტ აინშტაინმა, რომელმაც [[1907]] წელს მყარი სხეულების სითბოტევადობის საკითხი გამოიკვლია. ელექტრომაგნიტური გამოსხივება სხვადასხვა სიხშირის მქონე ტალღების ერთობლიობაა. აინშტაინმა აჩვენა, რომ გამოსხივება [[ოსცილატორი|ოსცილატორების]] ერთობლიობის ეკვივალენტურია. გამოსხივება და შთანთქმა შესაბამისი ოსცილატორების აგზნებას ან ძირითად (არააგზნებულ) მდგომარეობაში გადასვლას ნიშნავს. ნივთიერება ასხივებს ან შთანთქავს ენერგიას <math>\hbar\ {\nu}</math> კვანტების სახით. ეს იმას ნიშნავს, რომ ველის ოსცილატორს აქვს დისკრეტული ენერგეტიკული დონეები, რომელთა შორის მანძილია <math>\hbar\ {\nu}</math>. აინშტაინმა [[ელექტრომაგნიტური ველი]]ს ოსცილატორის დაკვანტვის იდეა ნებისმიერი ბუნების ოსცილატორზე განაზოგადა. მყარ სხეულში სითბური მოძრაობა ატომების რხევითი მოძრაობაა, ამიტომ მყარი სხეული შეიძლება განვიხილოთ როგორც ოსცილატორების ერთობლიობა. [[1913]] წელს [[ბორი, ნილს|ნილს ბორმა]] ენერგიის დაკვანტვის იდეა ატომის აგებულების პლანეტარული მოდელის განხილვისას გამოიყენა. [[რეზერფორდი, ერნსტ|ერნსტ რეზერფორდის]] მოდელის თანახმად, ატომის ცენტრში დადებითად დამუხტული ბირთვი მდებარეობს, რომელშიც ატომის მასის უდიდესი ნაწილია თავმოყრილი. ბირთვის გარშემო უარყოფიტად დამუხტული ელექტრონები ბრუნავენ. ასეთი მოძრაობის განხილვა კლასიკური წარმოდგენების ნიადაგზე პარადოქსულ შედეგს იძლეოდა, რომლის მიხედვით სტაბილური ატომების არსებობა შეუძლებელია. კლასიკური [[ელექტროდინამიკა|ელექტროდინამიკიდან]] გამომდინარე, მბრუნავი ელექტრონი უწყვეტად ასხივებს ელექტრომაგნიტურ ტალღებს და, მაშასადამე, კარგავს ენერგიას; მისი ორბიტის რადიუსი სწრაფად უნდა შემცირდეს და 10<sup>−11</sup> წამში იგი ბირთვს უნდა დაეცეს. ეს ნიშნავდა, რომ კლასიკური ფიზიკის კანონების გამოყენება ატომში მოძრავი ელექტრონების მიმართ არ შეიძლება. ატომების მდგრადობა ბორმა შემდეგნაირად ახსნა (იხ. [[ბორის პოსტულატები]]): ელექრონის გამოსხივება, ემორჩილება რა კვანტურ კანონზომიერებებს, ხდება დისკრეტულად, გარკვეული ულუფებით. ნიუტონის მექანიკის ფარგლებში არსებული ყველა შესაძლო ორბიტიდან რეალურად მხოლოდ ის ხორციელდება, რომლის შესაბამისი ქმედება პლანკის მუდმივის ჯერადია. ასეთ ორბიტებს სტაციონალური ორბიტები ეწოდა. ყოველ მათგანს გარკვეული ენერგია შეესაბამება. ბორმა ჩათვალა, რომ სტაციონალურ ორბიტებზე მოძრაობისას ელექტრონი არ ასხივებს. გამოსხივება ხდება მაშინ, როცა [[ელექტრონი]] ერთი სტაციონალური მდგომარეობიდან მეორეში გადადის.

== ლიტერატურა ==
* {{cite book | author=Merzbacher, Eugen | title=Quantum Mechanics | url=https://archive.org/details/quantummechanics0000merz | publisher=Wiley, John & Sons, Inc | year=1998 | isbn=0-471-88702-1}}
* {{cite book | author=Shankar, R. | title=Principles of Quantum Mechanics | url=https://archive.org/details/principlesofquan0000shan_x3c9 | publisher=Springer | year=1994| isbn=0-306-44790-8}}
* {{cite book | author=Stone, A. Douglas |title=Einstein and the Quantum | url=https://archive.org/details/einsteinquantumq0000ston | publisher=Princeton University Press | year=2013 | isbn=978-0-691-13968-5}}

== რესურსები ინტერნეტში ==
* [http://www.toutestquantique.fr/ 3D animations, applications and research for basic quantum effects] (animations also available in [https://commons.wikimedia.org/wiki/Special:Contributions/Jubobroff commons.wikimedia.org] (Université paris Sud))
* [http://oyc.yale.edu/sites/default/files/notes_quantum_cookbook.pdf Quantum Cook Book] by R. Shankar, Open Yale PHYS 201 material (4pp)
* [http://www.lightandmatter.com/lm/ The Modern Revolution in Physics] - an online textbook.
* J. O'Connor and E. F. Robertson: [http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/history/HistTopics/The_Quantum_age_begins.html A history of quantum mechanics.]

{{ფიზიკის დარგები}}

[[კატეგორია:კვანტური მექანიკა|*]]