Nastanak kvantne teorije -...

28
Nastanak kvantne teorije Nastanak kvantne teorije Quantum mechanics 1 - Lecture 1 Igor Lukaˇ cevi´ c UJJS, Dept. of Physics, Osijek 14. prosinca 2011. Igor Lukaˇ cevi´ c Nastanak kvantne teorije

Transcript of Nastanak kvantne teorije -...

Page 1: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Nastanak kvantne teorijeQuantum mechanics 1 - Lecture 1

Igor Lukacevic

UJJS, Dept. of Physics, Osijek

14. prosinca 2011.

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 2: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Contents

1 Problemi s pocetka 20. st.

2 Literature

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 3: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Problemi s pocetka 20. st.

Contents

1 Problemi s pocetka 20. st.

2 Literature

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 4: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Problemi s pocetka 20. st.

“Prava racunica crne magije.”

A. Einstein u pismu prijatelju M. Besseau 1925. godine.

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 5: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Problemi s pocetka 20. st.

Zracenje crnogtijela

Spektralne linijeFotoelektricni

efekt

Model atoma Sto je svjetlost

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 6: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Problemi s pocetka 20. st.

Cesticna (korpuskularna) teorija

Newton

Laplace

Biot

...

Valna (undularna) teorija

Huygens

Hook

Euler

...

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 7: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Problemi s pocetka 20. st.

Cesticna (korpuskularna) teorija

Newton

Laplace

Biot

...

Valna (undularna) teorija

Huygens

Hook

Euler

...

Young (1803) -interferencija, ogib

Fresnel (1821) -svjetlost je transverzalnival

Fraunhofer (1807) -linijski spektri

Kirchoff & Bunsen(1859) - spektripripadaju elementima

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 8: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Problemi s pocetka 20. st.

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 9: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Problemi s pocetka 20. st.

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 10: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Problemi s pocetka 20. st.

Faraday (1831) - zakonielektrolize;

e =Q

N= 1.60218 · 10−19 C

Plucker (1858) - katodne zrake

Crook (1878) - katodna cijev;“tvar koja zraci”

Helmholtz (1881) - molekularnastruktura elecktriciteta(Franklin, Weber)

Stoney (1891) - “elektron”elementarni naboj

Thomson (1897) - elektron(“corpuscule”); “plumpudding” model (1904)

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 11: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Problemi s pocetka 20. st.

Faraday (1831) - zakonielektrolize;

e =Q

N= 1.60218 · 10−19 C

Plucker (1858) - katodne zrake

Crook (1878) - katodna cijev;“tvar koja zraci”

Helmholtz (1881) - molekularnastruktura elecktriciteta(Franklin, Weber)

Stoney (1891) - “elektron”elementarni naboj

Thomson (1897) - elektron(“corpuscule”); “plumpudding” model (1904)

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 12: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Problemi s pocetka 20. st.

Faraday (1831) - zakonielektrolize;

e =Q

N= 1.60218 · 10−19 C

Plucker (1858) - katodne zrake

Crook (1878) - katodna cijev;“tvar koja zraci”

Helmholtz (1881) - molekularnastruktura elecktriciteta(Franklin, Weber)

Stoney (1891) - “elektron”elementarni naboj

Thomson (1897) - elektron(“corpuscule”); “plumpudding” model (1904);e = q(H+), me = m(H)/1000

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 13: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Problemi s pocetka 20. st.

Rontgen (1895) - x zrake

Becquerel (1896) -radioaktivnost

Curie (1898) - radioaktivnost jeatomski proces

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 14: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Problemi s pocetka 20. st.

Wien (1896) - zracenje crnogtijela

Rayleigh (1900); Jeans (1905) -zracenje crnog tijela

Kurlbaum & Rubens (1900) -nova precizna mjerenja spektratoplinskog zracenja

B(T ) =2hν3

c2

1

ehνkBT − 1

Planck (1900, proljece) -zracenje crnog tijela

Planck (1900, prosinac) -hipoteza o elementu energije(kvantu)

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 15: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Problemi s pocetka 20. st.

Hertz (1887) - otkricefotoelektricnog efekta

Stoletov & Lenard (1900) -ovisnost o frekvenciji, ne ointenzitetu

Einstein (1905) - objasnjenjepomocu kvanta svjetlosti; ccvrstih tijela (1907)

Debye (1912) - T 3 zakon za c

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 16: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Problemi s pocetka 20. st.

Hertz (1887) - otkricefotoelektricnog efekta

Stoletov & Lenard (1900) -ovisnost o frekvenciji, ne ointenzitetu

Einstein (1905) - objasnjenjepomocu kvanta svjetlosti; ccvrstih tijela (1907)

Debye (1912) - T 3 zakon za c

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 17: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Problemi s pocetka 20. st.

Rutherford, Geiger, Mardsenpokusi (1909)

Rutherford (1911) - struktura imodel atomarss : rs = ra : rj

Bohr (1913) - model atoma

Franck-Hertzovi pokusi (1914) -eksperimentalna potvrdaBohrovog modela

Sommerfeld (1919) - “kvantnibroj”

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 18: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Problemi s pocetka 20. st.

Planetarni modeli atoma:

Lord Kelvin (1870-1890) - atomskivrtlozi

von Lindermann - kisik prsten,sumpor grudica

Thomson (1897) - “plum pudding”model

Stoney (1891) - sateliti oko atoma

Perrin (1901) -“nuklearno-planetarni” model

Nagaoka (1902) - modelSaturnovog prstena

Rutherford (1911) -“Rutherfordov” model

Zajednicki problem

Stabilnost planetarnog atoma.

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 19: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Problemi s pocetka 20. st.

Atomski spektri [7]

H

He

O

Na

Problemi

nisu naucili postavljatiispravna pitanja

atomska zbivanja supokusavali tumacitiklasicnim pojmovima

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 20: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Problemi s pocetka 20. st.

Atomski spektri [7]

H

He

O

Na

Balmer (1885)

λ = b · k2

k2 − n2,

n = 2 , k = 3, 4, 5, . . . ,

b = 364.56nm

Rydberg (1890)

ν = cR

(1

n2− 1

k2

),

R = 109667.5937 cm−1

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 21: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Problemi s pocetka 20. st.

Bohr (1913)

“Polaziste je za mene bila...stabilnost materije, koja je s gledista tadasnje fizikebila stvarno cudo.”

“Sve mi je odjednom postalo jasno. Nakon mnogih pokusaja primjene kvantneideje u strozem obliku, palo mi je na um, s proljeca godine 1913., da je kljucproblema stabilnosti atoma u zapanjujuce jednostavnim zakonima optickogspektra elemenata.”

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 22: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Problemi s pocetka 20. st.

1. Bohrov postulat

Atomski sustav se nalazi u pojedinim stanjima odredene energije. U timstanjima on ne zraci.

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 23: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Problemi s pocetka 20. st.

2. Bohrov postulat

Pri prijelazu iz jednogstacionarnog stanja u drugo,gubi se (ili dobija) energija uobliku elektromagnetskogzracenja frekvencije

ν =E2 − E1

h,

E2 - energija konacnog stanja,E1 - energija pocetnog stanja.

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 24: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Problemi s pocetka 20. st.

3. Bohrov postulat

Stacionarna stanja elektrona u atomu su kvantizirana i odredena uvjetom

L = n~

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 25: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Problemi s pocetka 20. st.

Sommerfeld (1919) - matematicka formulacija Bohrovih uvjeta kvantizacije

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 26: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Problemi s pocetka 20. st.

Zarista stvaranja kvantne mehanike

Zurich

Pauli,Einstein,Weyl

Schrodinger

de Broglie,Supek

Leipzig

Sommerfeld,Heisenberg,Hund

Supek,Bloch,Mulliken,Peierls,Slater, Teller,Weißkopf,Wentzel

Gotingen

Born, Jordan,Heisenberg,Euler, Debye

København

Bohr

Heisenberg

Zagreb

Supek

Glaser, Jaksic, Alaga, Blanusa

IRB

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 27: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Literature

Contents

1 Problemi s pocetka 20. st.

2 Literature

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije

Page 28: Nastanak kvantne teorije - UNIOSfizika.unios.hr/~ilukacevic/dokumenti/materijali_za_studente/qm1/... · Sommerfeld (1919) - \kvantni broj" Igor Luka cevi c Nastanak kvantne teorije.

Nastanak kvantne teorije

Literature

Literature

1 R. L. Liboff, Introductory Quantum Mechanics, Addison Wesley, SanFrancisco, 2003.

2 L. I. Ponomarev, Kvantna kocka, Skolska knjiga, Zagreb, 1995.

3 W. Heisenberg, Fizika i filozofija, Kruzak, Zagreb, 1997.

4 S. Weinberg, U potrezyi za konacnom teorijom, Izvori, Zagreb, 1997.

5 R. Feynman, Osobitosti fizikalnih zakona, Skolska knjiga, Zagreb 1991.

6 I. Supek, Filozofija, znanost i humanizam, Skolska knjiga, Zagreb, 1995.

7 http://www.nist.gov/pml/data/asd.cfm

8 Quantum Leap (minute 02:00 - 12:00)

Igor Lukacevic Nastanak kvantne teorije