КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ

КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ (квантовая, или волновая, механика) — одна из основных теорий физики, описывающая свойства и структуру атомов и молекул, закономерности движения, взаимодействия и превращения микрочастиц.

Начало К. т. было положено гипотезой М. Планка о прерывном (дискретном, отдельными порциями энергии квантами) характере испускания и поглощения электромагнитной энергии (1901). В дальнейшем, в значительной степени трудами А. Эйнштейна, разработавшего К. т. света, Н. Бора, создавшего К. т. атома (1912), JI. де Бройля, выдвинувшего идею о волновых свойствах микрочастиц (1924), была создана основа единой квантово-механической теории (квантовой, или волновой, механики) —основы современного учения о строении вещества.

Современная К. т. исходит из двойственной, корпускулярно-волновой природы явлений микромира. Напр., электромагнитное излучение, в частности свет, обладающее волновыми свойствами, обусловливающими явления интерференции (см.), дифракции, поляризации (см.), представляют собой одновременно поток частиц — фотонов (квантов электромагнитного излучения), обладающих нулевой массой покоя, количеством движения и движущихся со скоростью, равной скорости света в вакууме. Поток электронов, нейтронов, атомов и др. частиц, обладающих массой, зарядом, количеством движения, одновременно характеризуется таким волновым свойством, как дифракция, обнаруживаемым при рассеивании частиц на поверхности кристаллов (см. Рентгеноструктурный анализ).

В отсутствие внешнего воздействия квантовая система (напр., атом) находится в стационарном состоянии с наименьшей энергией. При воздействии на систему (напр., при поглощении атомом кванта света) она переходит на новый стационарный уровень с более высокой энергией. С этого более высокого энергетического уровня система может вернуться в исходное состояние, высветив, напр., квант энергии (см. Люминесценция) или растратив ее в виде тепла. Подобное явление приводит к изменению состояния системы и носит название квантового перехода. Как правило, существует несколько возможностей квантового перехода, определяемых разрешенностью и вероятностью перехода (см. Вероятности теория).

Создание квантово-механической теории, основанной на вероятностной, статистической интерпретации различных случаев движения, взаимодействия, распада, взаимоуничтожения (см. Аннигиляция) микрочастиц, дало толчок к использованию достижений К. т. в химии, биологии и медицине. В частности, способствовало развитию современных представлений в механизмах зрения, фотосинтеза (см.), фотомутагенеза. Развитие К. т. строения вещества способствовало развитию целого ряда методов анализа вещества, в т. ч. и биологического (см. Спектральный анализ, Рентгеноструктурный анализ, Электронный парамагнитный резонанс, Ядерный магнитный резонанс). Появилась возможность количественного расчета распределения электронов и предсказания на этой основе возможных физико-химических свойств молекул и их активности, что создает условия для оценки свойств и направленного синтеза фармпрепаратов, механизма действия канцерогенов и т. д.

Библиография: Блохинцев Р. И. Основы квантовой механики, М., 1976; Борн М. Атомная физика, пер. с англ., М., 1970, библиогр.; Иоффе А. Ф. Основные представлений! современной физики, Л.—М., 1949; Шпольский Э. В. Атомная физика, т. 1, М., 1974.

Ю. М. Штуккенберг.