Abertura de Louis de Broglie. Razão de De Broglie

5. Primeiras aplicações da hipótese quântica

Capítulo VI. Átomo de Bohr

1. Espectros e linhas espectrais

2. Teoria de Bohr

3. Desenvolvimento da teoria de Bohr. Teoria de Sommerfeld

4. A teoria de Bohr e a estrutura dos átomos

5. Críticas à teoria de Bohr

Capítulo VII. Princípio da correspondência

1. A dificuldade de conciliar a teoria quântica e a teoria da radiação

2. Princípio da correspondência de Bohr

3. Algumas aplicações do princípio da correspondência

Capítulo VIII. Mecânica das ondas

1. Idéias básicas da mecânica ondulatória

2. Partícula e onda associadas a ela

3. Obras de Schrödinger

4. Difração de elétrons

5. Explicação física da mecânica ondulatória

6. Teoria de Gamow

Capítulo IX. Mecânica quântica de Heisenberg

1. Principais ideias de Heisenberg

2. Mecânica Quântica

3. Identidade da mecânica quântica e ondulatória

4. O princípio da correspondência na nova mecânica

Capítulo X. Interpretação probabilística de novas mecânicas

1. Ideias gerais e princípios básicos

2. Relação de incerteza

3. Comparação com mecânica antiga

4. Indeterminismo na nova mecânica

5. Complementaridade, idealização, espaço e tempo

Capítulo XI. Rotação do elétron

1. Estrutura fina e anomalias magnéticas

2. Conjectura de Uhlenbeck e Goudsmit

3. Teoria de Pauli

4. Teoria de Dirac

5. Estados com energia negativa. Elétron positivo

Capítulo XII. Mecânica ondulatória de sistemas e o princípio de Pauli

1. Mecânica ondulatória de sistemas de partículas

2. Sistemas constituídos por partículas da mesma natureza. Princípio de Pauli

3. Aplicações da mecânica ondulatória de sistemas

4. Estatísticas quânticas

5. Uma nota sobre o princípio da identidade

Literatura

Broglie, de Broglie Louis de (n. 15.8.1892, Dieppe), físico francês. Membro (1933) e secretário permanente (1942) da Academia Francesa de Ciências. Membro estrangeiro da Academia de Ciências da URSS (1958). Graduado pela Universidade de Paris (1909). Desde 1928 ele lecionou lá. Em 1924, em sua tese de doutorado: “Pesquisa sobre a Teoria dos Quânticos”, ele apresentou a ideia das propriedades ondulatórias da matéria (a chamada onda de de Broglie), que formou a base da mecânica quântica moderna. As propriedades ondulatórias das micropartículas foram posteriormente confirmadas por experimentos de difração de elétrons e outras partículas. Broglie também trabalhou em mecânica quântica relativística, questões da estrutura do núcleo e teoria da propagação de ondas eletromagnéticas em guias de ondas. Broglie também escreveu obras sobre história da física. Prêmio Nobel (1929)

Louis de Broglie é o maior físico da nossa era, um dos fundadores da teoria quântica. O autor mostra de forma muito acessível a revolução que a teoria quântica fez no desenvolvimento da física moderna. O livro inteiro foi escrito na forma de uma visão histórica das ideias básicas que inevitavelmente deveriam ter levado e levaram à criação da mecânica quântica.
De Broglie expõe toda a teoria quântica sem uma única fórmula!
O livro de De Broglie é de interesse indiscutível para uma ampla gama de físicos, para estudantes que estudam física moderna e para leitores interessados ​​no progresso da física.

Luís de Broglie. "Revolução na Física" (Nova Física e Quanta)
Atomizdat, Moscou, 1965

Prefácio do Editor

O livro que chamou a atenção dos leitores foi escrito por um dos famosos cientistas, que participou do desenvolvimento da física quântica, ainda quando ela dava seus primeiros passos. Este é um dos poucos livros onde a teoria quântica não relativística, que já se tornou clássica, mas ainda pouco compreensível e pouco familiar para quem não está diretamente envolvido nesta área da física, é apresentada popularmente e de forma bastante completa. .
Este é um exemplo do melhor estilo de literatura popular, onde o autor nunca cai no mau tom de uma atitude condescendente para com o leitor, que se expressa no fato de tratar de alguma matéria elevada e inacessível. Pelo contrário, trata-se de uma conversa séria sobre coisas sérias e difíceis, que pressupõe no leitor a capacidade de exercer o mesmo esforço intelectual que o autor deve fazer para apresentar questões difíceis da forma mais clara e acessível possível.
O que torna o livro popular principalmente é que a apresentação não utiliza nenhum aparato matemático e não requer nenhum conhecimento especial do leitor. Tudo o que se exige dele é cultura geral e boa vontade, estimuladas pelo interesse direto pelo assunto.
Este livro foi escrito em 1936 e republicado em 1946 quase sem alterações. Na verdade, a física quântica não relativística estava quase completamente formada em 1930. Apenas algumas alterações foram feitas no texto deste livro devido aos 15 anos de desenvolvimento da ciência e, além disso, todas elas não são de fundamental importância, mas referem-se a fatos particulares. E, além disso, aos fatos não daquela mecânica quântica não relativística, que constitui o conteúdo do livro de de Broglie, mas ao campo da teoria quântica de campos ou da teoria das partículas elementares, intimamente relacionada a ela. Estas últimas áreas desenvolveram-se muito nos anos do pós-guerra, embora ainda pareçamos estar longe de uma verdadeira compreensão aqui.
Por exemplo, foi agora estabelecido com precisão que qualquer partícula (atualmente existem cerca de 30 partículas elementares diferentes) tem a sua própria antipartícula, tal como um pósitron corresponde a um eletrão. Em alguns casos raros de partículas verdadeiramente neutras, a partícula coincide com a sua antipartícula, de modo que parte do raciocínio de De Broglie acaba sendo insustentável ou bastante simplificado. Por exemplo (ver p. 56), a “estranha assimetria” de que fala De Broglie em conexão com prótons e elétrons é agora percebida por nós como uma característica profunda da estrutura assimétrica de nosso mundo contra o pano de fundo da simetria completa da física. leis em relação a partículas e antipartículas. Este fato está obviamente associado à natureza distinta da direção positiva do tempo (cf. a discussão deste fato nas pp. 74, 75), uma vez que com uma reversão formal do tempo (substituindo t por - t) todas as partículas se transformam em antipartículas com paridade oposta.
Após o trabalho seminal de Pauli sobre a chamada invariância CPT (1942) e as surpreendentes descobertas dos últimos anos (não conservação da paridade - Lee e Yang, 1956; paridade combinada - Landau, 1956), esta área tornou-se melhor compreendida.
Outra área importante é a mecânica quântica relativística ou teoria quântica de campos, que atualmente está sendo desenvolvida de forma muito intensa. Algumas das declarações de De Broglie referem-se logicamente especificamente a esta área. Por exemplo, suas observações sobre as dificuldades da teoria dos fótons que apresentou ou sobre as dificuldades do problema relativístico de muitos corpos (física estatística relativística).
É claro que estes pontos deveriam ter sido formulados de forma um pouco diferente à luz das descobertas recentes. Embora subsistam grandes dificuldades fundamentais nesta área, muito pode agora ser explicado e alguma descrição quantitativa de alguns factos pode ser fornecida. Não consideramos necessário retirar essas passagens do texto do livro e muito menos alterá-las de alguma forma. Para o tema do livro de De Broglie – mecânica quântica não relativística – eles têm um significado secundário.
Algumas reivindicações podem ser feitas à justificação neste livro do conceito probabilístico da mecânica quântica e à interpretação da chamada dualidade onda-partícula. Às vezes parece que o ponto de vista de De Broglie muda um pouco de capítulo para capítulo. Isto é provavelmente verdade, porque de Broglie, em diferentes períodos da sua carreira científica, teve opiniões diferentes sobre este conceito muito difícil e básico da mecânica quântica. Quem quiser entender isso melhor pode consultar a discussão entre Niels Bohr e Albert Einstein, publicada, por exemplo, no livro de Bohr, Atomic Physics and Human Cognition. Os dois grandes cientistas tinham opiniões diferentes e a sua discussão - exemplo de disputa científica em que os participantes procuram apenas estabelecer a verdade e não confirmar o seu ponto de vista - contribuiu muito para a compreensão desta difícil e importante questão.
Para o leitor que deseja continuar conhecendo as ideias da física quântica e suas novas conquistas, oferecemos no final do livro uma lista de referências onde poderá escolher um livro de sua preferência.
Mas este livro de de Broglie é muito adequado para um primeiro contato com a teoria quântica e até, em nossa opinião, será do interesse de muitos físicos que trabalham nesta área.
Na verdade, a capacidade de De Broglie de apresentar claramente questões complexas e delinear uma conexão racional de ideias constitui propriedades muito valiosas deste livro. Se às vezes a profundidade é sacrificada pela clareza e essa conexão parece um tanto simplificada, então para uma apresentação popular isso não é um defeito, e um leitor mais sofisticado perdoará esses momentos e encontrará uma maneira de corrigir características individuais na imagem geral correta.
MK. Polivanov

Introdução. O significado de quanta
1. Por que você precisa saber sobre quanta?

Muitos, ao olharem para o título deste pequeno livro, sem dúvida se assustarão com a misteriosa palavra “quanta”. Na verdade, mesmo a teoria da relatividade, que tem sido discutida vigorosamente nos últimos anos, tem uma ideia muito vaga entre amplos círculos de leitores. Quanto à teoria quântica, acredito que o leitor tenha uma ideia ainda mais vaga dela. É verdade que isso é desculpável, porque os quanta são algo um tanto misterioso.
Quanto a mim, comecei a estudar os quanta quando tinha cerca de vinte anos e continuei a estudá-los durante um quarto de século. E, no entanto, devo admitir honestamente que embora durante todo este tempo tenha alcançado uma compreensão um pouco mais profunda de alguns aspectos desta questão, ainda não posso dizer com total confiança o que está escondido sob a máscara que esconde a verdadeira face dos quants. No entanto, parece-me que, apesar de toda a importância e significado do progresso ocorrido na física nos últimos séculos, os cientistas não foram capazes de compreender profundamente a verdadeira natureza dos fenómenos até que nada soubessem sobre a existência dos quanta. Pois sem quanta seria impossível imaginar a luz ou a matéria.
Pode-se compreender que influência significativa foi exercida na própria direção do desenvolvimento do conhecimento humano no dia em que os quanta entraram sub-repticiamente na ciência. Naquele mesmo dia, o majestoso e grandioso edifício da física clássica foi abalado até os seus alicerces, embora ninguém ainda estivesse claramente ciente disso. Na história da ciência, não houve muitos tremores comparáveis ​​em força a este.
E só agora somos capazes de compreender e apreciar a enormidade e a importância da revolução que ocorreu. A física clássica, fiel ao ideal de Descartes, descreveu o Universo como uma espécie de enorme mecanismo, cujo comportamento pode ser descrito com bastante precisão especificando as posições de todas as suas partes no espaço e a mudança de posição ao longo do tempo; um mecanismo cujo comportamento, em princípio, poderia ser previsto com absoluta precisão, conhecendo um certo número de parâmetros que determinam seu estado inicial. No entanto, este ponto de vista baseava-se em certas hipóteses que foram levantadas e cuja validade parecia óbvia. Uma delas é a suposição de que a região do espaço e do tempo na qual nos esforçamos quase instintivamente para colocar todas as nossas sensações é uma região completamente rígida e definida e nela todo fenômeno físico pode, em princípio, ser localizado de forma completamente estrita, independentemente de tudo. processos dinâmicos que controlam esse fenômeno. Portanto, todo o desenvolvimento do mundo físico foi reduzido a mudanças na posição espacial dos corpos ao longo do tempo. É por isso que quantidades dinâmicas, como energia e momento, aparecem na física clássica como derivadas formadas a partir do conceito de velocidade. Assim, a cinemática acaba por ser a base da dinâmica.
A situação na física quântica é completamente diferente. A existência de um quantum de ação leva a uma contradição entre o conceito de localização estrita no espaço e no tempo e o conceito de desenvolvimento dinâmico. Cada um deles separadamente pode ser usado para descrever o mundo real. Contudo, não podem ser aplicados simultaneamente com todo o rigor. A localização exata no espaço e no tempo é uma espécie de idealização estática, excluindo qualquer desenvolvimento e qualquer movimento. O conceito de estado de movimento, tomado em sua forma pura, ao contrário, é uma idealização dinâmica que contradiz os conceitos de posição exata e momento do tempo.
No âmbito da teoria quântica, o mundo físico não pode ser descrito sem usar, de uma forma ou de outra, qualquer um destes dois conceitos contraditórios. Assim, procede de uma espécie de compromisso; as conhecidas relações de incerteza de Heisenberg indicam-nos até que ponto este compromisso é possível. Entre outras conclusões da nova teoria, segue-se que a cinemática não é mais uma ciência que tenha um significado físico independente. Na mecânica clássica era possível estudar os movimentos no espaço e assim determinar a velocidade e a aceleração, independentemente de como esses movimentos eram realizados fisicamente. Então, a partir deste estudo abstrato das leis do movimento, introduzindo alguns novos princípios físicos, pode-se passar para a dinâmica. Na mecânica quântica, tal caminho é inaceitável em princípio, uma vez que a localização espaço-temporal subjacente à cinemática só é possível em alguns casos especiais determinados por condições dinâmicas específicas de movimento. Mais tarde veremos por que, ao estudar fenómenos em grande escala, é, no entanto, bastante aceitável usar as leis da cinemática. No entanto, quando passamos a considerar os fenómenos que ocorrem à escala atómica, onde os quanta desempenham um papel importante, podemos dizer que a cinemática, definida como a ciência do movimento independentemente de todas as condições dinâmicas, perde completamente o seu significado.
Outra hipótese, essencialmente subjacente à física clássica, é que com a ajuda de precauções adequadas é possível, em princípio, tornar insignificante a influência das perturbações no curso natural do fenómeno em estudo introduzidas pelo processo de medição. Em outras palavras, assume-se que o experimento pode ser realizado de tal forma que a influência das perturbações por ele causadas no curso do processo em estudo seja tão pequena quanto desejada. Esta hipótese pode ser considerada válida para fenômenos que ocorrem em larga escala. Para os fenômenos do mundo atômico, isso se revela incorreto. Isto se deve à existência de um quantum de ação e ao fato de que, como mostra a análise sutil e profunda de Heisenberg e Bohr, qualquer tentativa de medir qualquer quantidade que caracterize um determinado sistema leva a uma mudança descontrolada em outras quantidades que determinam o propriedades deste sistema. Mais precisamente, qualquer medição de qualquer quantidade, que nos permita estabelecer a posição do sistema no espaço e no tempo, resulta numa mudança descontrolada na quantidade conjugada correspondente que determina o estado dinâmico do sistema. Em particular, torna-se impossível medir com precisão duas quantidades mutuamente conjugadas no mesmo momento.
Agora está claro em que sentido podemos dizer que a existência de um quantum de ação torna a localização espaço-temporal de várias partes do sistema incompatível com qualquer um dos seus estados dinâmicos específicos, uma vez que para localizar o sistema é necessário conhecer com precisão toda uma série de grandezas, cuja medição exclui, por sua vez, a determinação das correspondentes grandezas conjugadas que caracterizam o estado dinâmico do sistema, e vice-versa. A existência dos quanta determina de uma forma muito singular o limite inferior da magnitude das perturbações que um físico introduz ao medir os sistemas que estuda. Assim, uma das hipóteses que baseou a física clássica foi refutada, e o significado desse fato é muito grande.
Assim, acontece que nunca se pode saber os valores exatos de mais da metade das quantidades necessárias para descrever completamente um sistema do ponto de vista clássico. O valor de uma determinada quantidade que caracteriza um sistema é tanto mais incerto quanto mais precisamente for conhecido o valor da quantidade associada. Isto implica uma diferença significativa entre a física antiga e a nova em suas visões sobre o determinismo nos fenômenos naturais.
Do ponto de vista da física clássica, especificar as quantidades que determinam a posição de várias partes do sistema em algum momento, e as quantidades dinâmicas conjugadas correspondentes, é suficiente, pelo menos em princípio, para descrever com precisão o estado de o sistema em todos os momentos subseqüentes. Conhecendo os valores exatos x0, y0,... das grandezas que caracterizam o sistema em algum momento t0, foi possível prever de forma inequívoca quais valores x, y,... dessas grandezas seriam encontrados se fossem determinado em qualquer momento subsequente t. Isto decorre das equações subjacentes às teorias mecânicas e físicas e é uma propriedade matemática direta dessas equações.
Afirmações sobre a possibilidade de prever com precisão os fenômenos futuros com base nos fenômenos presentes, e que o futuro, em certo sentido, está completamente contido no presente e não pode acrescentar nada a ele, constituem o que se chama de determinismo dos fenômenos naturais. Mas tal possibilidade de previsão precisa pressupõe a determinação precisa, em algum momento no tempo, das variáveis ​​que descrevem a posição no espaço e das variáveis ​​dinâmicas associadas a ela. E é precisamente esta determinação simultânea de quantidades mutuamente conjugadas que se revela impossível, do ponto de vista da mecânica quântica. E isso está associado a mudanças significativas que ocorreram na compreensão das capacidades de previsão da física teórica moderna e na interconexão dos fenômenos naturais.
Como os valores das quantidades que caracterizam o estado do sistema no tempo t0 só podem ser determinados com alguma incerteza, inevitável na teoria quântica, então, portanto, um físico não pode mais prever com precisão quais serão os valores dessas quantidades. estar em algum momento subseqüente no tempo. Ele só pode prever a probabilidade de que, ao determinar essas quantidades em um momento subsequente t, obteremos determinados valores. A ligação entre os resultados de medições sucessivas, que explica o lado quantitativo dos fenômenos, não será mais uma relação causal correspondente ao determinismo clássico. Será antes uma ligação probabilística, a única compatível com a incerteza que decorre da própria existência do quantum de acção. Esta é a principal mudança na nossa visão sobre as leis físicas, uma mudança cujas consequências filosóficas, como nos parece, ainda estão longe de serem compreendidas.
Como resultado do desenvolvimento da física teórica moderna, surgiram duas ideias importantes: o princípio da complementaridade de Bohr e o princípio das ideias limitadas. Bohr foi o primeiro a notar que na nova física quântica, tal como dada pela mecânica ondulatória, os conceitos de partícula e onda, localização espaço-tempo e estado dinâmico bem definido são complementares. Com isso ele quis dizer que uma descrição completa dos fenômenos observáveis ​​requer o uso de ambos os conceitos, mas, mesmo assim, em certo sentido, eles são incompatíveis entre si. As imagens que evocam nunca podem ser usadas simultaneamente para descrever a realidade. Por exemplo, um grande número de fenómenos observados na física atómica só pode ser explicado em termos do conceito de partículas. Portanto, o uso deste conceito é necessário para um físico. Da mesma forma, para explicar uma série de outros fenômenos é necessário utilizar o conceito de onda. O uso consistente de qualquer um destes dois conceitos para descrever fenómenos naturais, estritamente falando, exclui o uso do outro. Porém, na realidade, na descrição de alguns processos, ambos os conceitos são utilizados e, apesar de serem contraditórios, um ou outro deve ser utilizado dependendo da situação.
O mesmo acontece com os conceitos de localização espaço-tempo e de estado dinâmico bem definido: são tão complementares quanto os conceitos de partículas e ondas, com os quais, além disso, como veremos em breve, estão intimamente relacionados. Pode-se perguntar por que a aplicação destas ideias contraditórias nunca leva ao absurdo. Como já dissemos, isto deve-se ao facto de ser impossível determinar simultaneamente todos os detalhes que nos permitiriam esclarecer plenamente estas duas ideias. Em linguagem matemática, isto é expresso pela relação de incerteza de Heisenberg, que é, em última análise, uma consequência da existência do quantum de ação. Isto demonstra claramente a enorme importância da descoberta dos quanta no desenvolvimento da física teórica moderna.
Intimamente relacionado ao princípio da complementaridade de Bohr está o princípio da representação limitada. Imagens tão simples como uma partícula, uma onda, um ponto estritamente localizado no espaço, um estado de movimento bem definido, são, em essência, algumas abstrações, idealizações. Na maioria dos casos, essas idealizações correspondem aproximadamente à situação real, embora tenham certos limites de aplicabilidade. A utilização de cada uma dessas idealizações só é possível até que se torne necessária a utilização de uma idealização “adicional”. Assim, podemos dizer que as partículas existem, uma vez que um grande número de fenómenos físicos só pode ser explicado se a sua existência for assumida. Porém, em outros fenômenos a natureza corpuscular é mais ou menos velada e apenas a natureza ondulatória do processo se manifesta claramente.
As idealizações mais ou menos esquemáticas que criamos são capazes de refletir alguns aspectos de vários fenómenos, mas ainda são limitadas e toda a riqueza da realidade não cabe no seu quadro rígido.
Não queremos prolongar este levantamento preliminar de novas perspectivas, que nos permitiu delinear o desenvolvimento da física quântica. Teremos mais uma oportunidade de nos aprofundarmos em cada uma das questões em consideração, complementando-as e aprofundando-as à medida que as apresentamos. O que foi dito aqui já é suficiente para mostrar ao leitor o quão profunda e interessante é a teoria quântica. Não só deu vida ao ramo mais vibrante e fascinante da ciência - a física atómica - mas também expandiu, sem dúvida, a nossa compreensão do mundo e levou ao surgimento de muitas ideias novas que, sem dúvida, deixarão uma marca profunda na história do pensamento humano. É por isso que a física quântica não interessa apenas aos especialistas, mas merece a atenção de todas as pessoas cultas.

2. A mecânica clássica e a física são apenas aproximações

Agora vamos discutir brevemente a questão de qual papel a física moderna atribui à mecânica e à física clássicas. É claro que eles mantêm plenamente o seu significado prático na área dos fenômenos para os quais foram criados e nos quais a sua validade é confirmada pela experiência. A descoberta dos quanta não viola de forma alguma as leis da queda dos corpos ou as leis da óptica geométrica. Sempre que uma lei é confirmada com um certo grau de precisão (e qualquer resultado só pode ser verificado com uma certa precisão), pode-se argumentar que este resultado é basicamente final e nenhuma teoria subsequente pode refutá-lo. Se não fosse assim, então nenhuma ciência poderia desenvolver-se. No entanto, pode acontecer que o surgimento de novos dados experimentais ou de novas teorias faça com que as leis anteriormente encontradas sejam consideradas apenas como uma aproximação. Em outras palavras, à medida que a precisão das medições aumenta, a sua validade é eventualmente violada. Tais casos ocorreram repetidamente na história do desenvolvimento da ciência. Pelas leis da óptica geométrica, por exemplo, sabe-se que a lei da propagação retilínea da luz, embora tenha sido testada com alto grau de precisão e inicialmente considerada totalmente precisa, revelou-se apenas aproximadamente correta. Isso ficou claro após a descoberta do fenômeno da difração e o estabelecimento da natureza ondulatória da luz. É desta forma de aproximações sucessivas, eliminando contradições internas, que a ciência pode desenvolver-se. As teorias criadas no processo de seu desenvolvimento não serão completamente refutadas e destruídas pelo desenvolvimento subsequente da ciência, mas serão incluídas como componentes em teorias novas e mais gerais. Deste ponto de vista, a mecânica e a física clássica podem ser consideradas uma introdução à física quântica.
A mecânica e a física clássica foram criadas para descrever fenômenos que ocorrem na escala dos nossos fenômenos cotidianos. Eles permanecem válidos para descrever processos que ocorrem em escalas astronômicas ainda maiores. Mas assim que passamos para a escala atómica, a existência de quanta limita imediatamente o âmbito de aplicação da mecânica e da física clássica. Com o que isso está relacionado? E com o fato de que a magnitude do quantum de ação, caracterizada pela famosa constante de Planck, é extremamente pequena em comparação com nossas unidades de medida usuais. As perturbações introduzidas nas medições como resultado da existência de quanta revelam-se tão pequenas em condições normais que são praticamente impossíveis de serem notadas nas unidades utilizadas. Estas perturbações são significativamente menores do que os erros de medição que inevitavelmente surgem em experiências realizadas para testar uma ou outra lei clássica.
À luz da teoria quântica, a mecânica e a física clássicas não são mais absolutamente precisas. Porém, em condições normais, a violação das leis clássicas acaba sendo imperceptível devido a erros de medição que estão sempre presentes. Assim, para fenómenos que ocorrem nas nossas escalas habituais, a mecânica clássica e a física revelam-se uma aproximação muito boa.
Assim, aqui encontramos novamente o processo habitual de desenvolvimento científico. Princípios firmemente estabelecidos, leis testadas de forma confiável, embora preservadas no desenvolvimento posterior da ciência, não são mais considerados absolutamente precisos, mas apenas como uma espécie de aproximação, cujos limites de aplicabilidade são determinados por uma teoria nova e mais geral.
Dado que a mecânica e a física clássicas, que não levam em conta a presença de quanta, permanecem válidas para fenómenos da nossa escala, alguns podem dizer que, em essência, os quanta não têm um significado tão universal como lhes é atribuído, uma vez que em uma área extremamente ampla de fenômenos, incluindo, em particular, a área de aplicações práticas, a natureza quântica dos fenômenos pode ser completamente ignorada. No entanto, este ponto de vista parece-nos errado. Em primeiro lugar, num campo tão importante e promissor como a física atómica e nuclear, os quanta desempenham um papel tão significativo que é completamente impossível compreender fenómenos relacionados com este campo sem envolver a teoria quântica. Em segundo lugar, na física macroscópica, onde, devido ao pequeno tamanho dos quanta e aos inevitáveis ​​​​erros experimentais, a natureza quântica dos processos não se manifesta claramente, a presença de um quantum de ação acarreta todas as consequências que apontamos anteriormente. E se eles praticamente não têm influência perceptível, isso em nada diminui sua importância, tanto para a física quanto para a filosofia. Portanto, atualmente, a teoria quântica é um dos fundamentos essenciais das ciências naturais.
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As ideias de De Broglie

Em 1923, três artigos do físico francês Louis de Broglie foram publicados nos relatórios da Academia de Ciências de Paris: “Ondas e Quanta”, “Quanta de Luz, Difração e Interferência”, “Quantum, a Teoria Cinética dos Gases e a Farm Principle”, em que surge uma ideia completamente nova que transfere o dualismo da teoria da luz para as próprias partículas da matéria.

De Broglie considera um certo processo ondulatório associado a um corpo que se move com uma velocidade v = ?с. Esta onda tem frequência determinada pela relação E = h? = m(c) 2, e se move na direção do movimento do corpo com velocidade você = c/? “Vamos considerá-la apenas como uma onda fictícia associada ao deslocamento de um corpo em movimento.” De Broglie mostra ainda que para um elétron movendo-se ao longo de uma trajetória fechada com uma velocidade constante menor que a velocidade da luz, a trajetória será estável se contiver um número inteiro de tais ondas. Esta condição coincide com a condição quântica de Bohr: mvR = nh. /2?. A velocidade da partícula v = ?с é a velocidade de um grupo de ondas com frequências pouco diferentes entre si e que correspondem à frequência m(с)2/h. Esta onda, que de Broglie chamou de “onda de fase”, pilotos. o movimento da partícula que carrega a energia mс2 em si a onda de fase não carrega energia. A hipótese de De Broglie permite “realizar uma síntese do movimento das ondas e dos quanta”. De Broglie afirma a presença na natureza de fenômenos ondulatórios para partículas de matéria. Ele escreve: “Os fenômenos de difração são detectados no fluxo de elétrons que passam por buracos bastante pequenos. Talvez a confirmação experimental das nossas ideias deva ser procurada nesta direção.”

De Broglie salienta que a sua nova mecânica se relaciona com a velha mecânica, clássica e relativista, “assim como a óptica ondulatória se relaciona com a geométrica”. Ele escreve que a síntese que propôs “parece ser a coroa lógica do desenvolvimento conjunto da dinâmica e da óptica desde o século XVII.

Em 25 de novembro de 1924, de Broglie defendeu sua dissertação “Pesquisa sobre a Teoria dos Quânticos”. Alguns autores consideram esta época o início do surgimento das ideias da mecânica ondulatória. De Broglie posteriormente objetou, apontando que havia descoberto a mecânica ondulatória em 1923, “já que em sua dissertação ele apenas desenvolveu as ideias contidas em meus artigos escritos em setembro-outubro de 1923”. Por sua descoberta da natureza ondulatória dos elétrons, de Broglie recebeu o Prêmio Nobel em 1929.

Mas esses artigos não causaram imediatamente uma ampla resposta. A indicação da difração de elétrons contida neles passou pelos experimentadores. A difração de elétrons foi descoberta 5 anos após o aparecimento dos artigos de De Broglie, sem qualquer ligação com eles e, em certa medida, por acidente. Mas as ideias de De Broglie foram percebidas pelos teóricos - Einstein e Schrödinger, que as desenvolveram com sucesso em seus trabalhos.

Em seu artigo “Quantum, a teoria cinética dos gases e o princípio da fazenda”, de Broglie, com base em pesquisas realizadas em 1911-1913. Planck, Nernst, assim como Saccourt e Tetrode, desenvolvem as estatísticas de gases e quanta de luz. Saccourt e Tetrode, começando em 1911-1912. aplicação das ideias da teoria quântica aos gases, propuseram considerar o volume da fase elementar de um gás igual a h3. Planck pegou essa ideia e associou-a ao teorema de Nernst, cuja natureza quântica ele foi o primeiro a estabelecer. Agora de Broglie, usando sua ideia de ondas de matéria, deriva a lei de distribuição de Maxwell para gases e a fórmula de Planck para quanta de luz.

1. Ideias básicas da mecânica ondulatória Em 1923, tornou-se quase claro que a teoria de Bohr e a antiga teoria quântica são apenas um elo intermediário entre as ideias clássicas e algumas visões muito novas que permitem uma visão mais profunda do estudo dos fenômenos quânticos. No antigo