Квантавая фізіка і рэвалюцыя ў сучаснай хіміі

Такім чынам, распрацоўка квантавай механікі распачынаецца з прапанаванай М.Планкам у 1900 г. гіпотэзы квантаў. Затым ідэя квантаў была выкарыстаная для тлумачэння з’явы фотаэфекту і для абгрунтавання “планетарнай” мадэлі атама, што дало магутны штуршок далейшаму развіццю атамнай фізікі. Асноўныя падзеі ў кантэксце стварэння развітай квантавай тэорыі адбыліся ў сярэдзіне 20-х гг. ХХ ст.: быў абагульнены і распаўсюджаны на аб’екты мікрасвету карпускулярна-хвалевы дуалізм электрамагнітнага выпраменьвання, былі распрацаваныя дзве ўдалыя версіі матэматычнай фармулёўкі згаданай тэорыі (матрычная і хвалевая), былі сфармуляваныя фундаментальныя ў кантэксце яе пэўнай эпістэмалагічнай, метадалагічнай і тэарэтычнай інтэрпрэтацыі тэза пра дачыненне няпэўнасці і прынцып дапаўняльнасці. Дадзеная (капенгагенская) інтэрпрэтацыя квантавай механікі і сёння застаецца прадметам філасофскіх і навуковых дыскусій, хоць яе прыхільнікі (а нярэдка і яе непрыяцелі) даводзяць пра яе выключную паспяховасць.

ПЫТАННІ І ЗАДАННІ

1. Ж.-М.Леві-Леблонд лічыць тэрмін “квантавая механіка” ўстарэлым і неадэкватным той сферы фізічных даследаванняў, якую ён абазначае. Навуковец прапаноўвае замяніць яго на субстантываваны прыметнік – quantique у французскай мове [26, c.785], што па-беларуску гучала б як квантыка. Падумайце, на чым магла б грунтавацца такая прапанова. Ці падтрымалі б Вы яе? Чаму?

2. На думку нямецкага філосафа М.Дрышнера, развага, што выяўляе існасць палажэння пра дачыненне няпэўнасці, павінна мець наступны выгляд: “Магчымыя станы аб’екта апісваюцца квантавай механікай. Аднак у квантавай механіцы не існуе стану, пры якім месца і імпульс адначасова мелі б пэўныя значэнні” [46, т.11, c.262]. Чым адрозніваецца дадзеная фармулёўка ад той, што пададзена вышэй у тэксце?

3. Прынцып дапаўняльнасці быў сфармуляваны ў працэсе распрацоўкі квантавай механікі. Адпаведная праблематыка, аднак, цалкам натуральна можа разглядацца ў кантэксце класічнай тэрмадынамікі [34, т.2, c.847-848; 44, c.149-150]. Прааналізуйце ўзаемадачыненні абедзвюх тэорый з пункту гледжання рэалізацыі ў іх згаданага прынцыпу і паспрабуйце выявіць падабенства і адрозненні паміж імі ў гэтым плане.

4. Падумайце, як суадносяцца паміж сабой прынцып дапаўняльнасці і прынцып адпаведнасці.

5. Наколькі слушным і апраўданым з’яўляецца, на Вашу думку, памкненне Н.Бора надаць прынцыпу дапаўняльнасці ўніверсальнае значэнне і пашырыць сферу яго ўжывання на іншыя, нават далёкія ад фізікі галіны пазнання (напрыклад, на этыку, дзе ў якасці дапаўняльных паняццяў, як лічыць навуковец, фігуруюць любоў і справядлівасць)?

Вышэй (2.1) ужо закраналася пытанне пра магчымасць радыкальных пераўтварэнняў у адной галіне навуковых ведаў пад уплывам другой (навуковая рэвалюцыя праз парадыгматычную “прышчэпку”). У якасці найяскравейшага прыкладу падобнага разгортвання падзей можа фігураваць рэвалюцыя ў хіміі, здзейсненая на аснове квантава-механічных уяўленняў. Той момант, што квантавая механіка мае для хімічных даследаванняў грунтоўнае значэнне, выразна выявіўся ўжо ў працэсе яе распрацоўкі. Так, тэорыя Бора-Зомерфельда, увядзенне паняцця спіну, а таксама сфармуляваны В.Паўлі (1900-1958) прынцып выключэння дазволілі растлумачыць перыядычны закон і перыядычную сістэму хімічных элементаў [9, с.314-317].

Спін – гэта квантава-механічны аналаг вярчальнага імпульсу класічнай механікі. Яны адрозніваюцца, аднак, тым, што вярчальны імпульс у класічнай механіцы выклікаецца вярчальным рухам масы. Спін належыць да грунтоўных характарыстык элементарных часціц. Згодна з прынцыпам выключэння ў атаме не можа быць двух і болей электронаў, рух якіх характарызуецца аднолькавымі значэннямі ўсіх квантавых лікаў. Увогуле, квантавыя лікі фіксуюць пэўныя з магчымых значэнняў дадзенай фізічнай велічыні. Каб апісаць іерархічную структурную арганізацыю атама патрэбныя чатыры такія лікі. Яны характарызуюць прасторавае становішча і энергетычны стан той абалонкі, на якой знаходзіцца электрон (больш блізкія да ядра характарызуюцца меншымі значэннямі энергіі, больш аддаленыя – большымі), яе форму, прасторавую арыентацыю і велічыню яго спіна.

У адпаведнасці з прынцыпам выключэння на кожнай абалонцы не можа быць больш, чым 2n² электронаў (дзе n – яе парадкавы нумар у плане аддаленасці ад ядра). Хімічныя ўласцівасці атама істотным чынам звязаныя з колькасцю электронаў на знешняй абалонцы: ступенню яе (не)запоўненасці вызначаецца яго хімічная актыўнасць. У сувязі з гэтым была растлумачаная такая характарыстыка хімічных элементаў, як іх валентнасць, якая дагэтуль не магла атрымаць слушную тэарэтычную інтэрпрэтацыю. Знайшло сваё тлумачэнне і перыядычнае паўтарэнне іх уласцівасцяў у слупках перыядычнай табліцы: яно грунтуецца на тым, што знешнія абалонкі размешчаных у іх элементаў змяшчаюць аднолькавую колькасць электронаў. Дзякуючы выяўленню ўнутранай структуры атама высветлілася таксама, што месца хімічнага элемента ў перыядычнай табліцы (г. зн. сукупнасць яго характарыстык) залежыць ад зараду ядра атама (колькасці пратонаў у ім) ці сукупнага адмоўнага зараду (г. зн. колькасці наяўных у адпаведным атаме электронаў).

Уяўленне пра іерархічную структуру атама дазволіла таксама самым істотным чынам паглыбіць разуменне сутнасці хімічных рэакцый. У хімічных рэакцыях удзельнічаюць электроны, што належаць да знешніх абалонак. Менавіта на высвятленне іх паводзінаў пры ўтварэнні хімічных злучэнняў была скіраваная ўвага хімікаў. Дзякуючы таму інструментарыю, што дала ім квантавая фізіка (найперш хвалевая механіка Э.Шродзінгера), яны былі ў стане зрабіць першыя крокі да тлумачэння характару хімічных сувязяў пры ўтварэнні малекул. Аналагічную выснову можна зрабіць і адносна вывучэння электрахімічных феноменаў: яснае ўяўленне пра структуру атама і тэорыя іанізацыі мелі ў гэтым плане найгрунтоўнейшае значэнне. Галоўным вынікам квантавай рэвалюцыі ў хіміі, аднак, было ўсталяванне ў ёй квантавага мыслення, магутны крок наперад у яе матэматызацыі, так што ў пэўных выпадках квантава-фізічныя разлікі могуць нават зрабіць залішнімі хімічныя эксперыменты.

Дата добавления: 2014-10-31