ກົນຈັກຄວອນຕຳ ທິດສະດີປະລະມະນູ
ທິດສະດີປະລະມານູເປັນຂົງເຂດຄົ້ນຄວ້າສູນກາງໃນຟີຊິກ ແລະ ເຄມີມາດົນແລ້ວ. ຕັ້ງແຕ່ສະໄໝບູຮານ, ມະນຸດໄດ້ສະແຫວງຫາຄວາມເຂົ້າໃຈທີ່ເລິກເຊິ່ງກວ່າກ່ຽວກັບໂຄງສ້າງທີ່ນ້ອຍທີ່ສຸດຂອງສານທີ່ປະກອບເປັນຈັກກະວານ. ຕັ້ງແຕ່ແນວຄວາມຄິດຕົ້ນໆຂອງປະລະມານູເປັນອະນຸພາກທີ່ແຍກບໍ່ອອກ ຈົນເຖິງທິດສະດີທີ່ສັບສົນ ແລະ ປະຕິວັດຂອງກົນຈັກຄວອນຕຳ, ທັດສະນະຂອງພວກເຮົາກ່ຽວກັບປະລະມານູໄດ້ຜ່ານການຫັນປ່ຽນຢ່າງເລິກເຊິ່ງ. ບົດຄວາມນີ້ຈະສຳຫຼວດວິວັດທະນາການຂອງທິດສະດີປະລະມານູໄປສູ່ກົນຈັກຄວອນຕຳ ແລະ ອະທິບາຍແນວຄວາມຄິດຫຼັກ ແລະ ຜົນສະທ້ອນຂອງມັນຕໍ່ວິທະຍາສາດ.
ປະຫວັດຫຍໍ້ຂອງທິດສະດີປະລໍາມະນູ
ປະຫວັດສາດຂອງທິດສະດີປະລະມະນູເລີ່ມຕົ້ນດ້ວຍປັດຊະຍາກຣີກບູຮານ, ໂດຍ Leucippus ແລະ Democritus ໄດ້ສະເໜີວ່າສານປະກອບດ້ວຍອະນຸພາກນ້ອຍໆທີ່ແຍກບໍ່ອອກທີ່ເອີ້ນວ່າ atomos. ແນວຄວາມຄິດນີ້ຍັງຄົງຢູ່ຈົນຮອດຍຸກກາງ, ແລະເຖິງວ່າຈະຂາດການສະໜັບສະໜູນຈາກການທົດລອງ, ແຕ່ມັນກໍ່ໄດ້ວາງພື້ນຖານສຳລັບການພັດທະນາຕື່ມອີກ.
ໃນຕົ້ນສະຕະວັດທີ 19, John Dalton ໄດ້ນຳສະເໜີທິດສະດີປະລໍາມະນູທີ່ທັນສະໄໝ, ດ້ວຍແນວຄວາມຄິດທີ່ວ່າປະລໍາມະນູແມ່ນອະນຸພາກທີ່ນ້ອຍທີ່ສຸດຂອງທາດ, ແຕ່ລະອັນມີມວນສານ ແລະ ຄຸນສົມບັດສະເພາະ. ຮູບແບບນີ້ໄດ້ໝາຍເຖິງຍຸກໃໝ່ໃນເຄມີສາດ ແລະ ກະຕຸ້ນການທົດລອງຫຼາຍໆຄັ້ງທີ່ນຳໄປສູ່ຄວາມເຂົ້າໃຈທີ່ເລິກເຊິ່ງກວ່າກ່ຽວກັບໂຄງສ້າງປະລໍາມະນູ.
ຮູບແບບປະລໍາມະນູຂອງ Rutherford ແລະ Bohr
ໃນປີ 1911, Ernest Rutherford, ຜ່ານການທົດລອງການກະແຈກກະຈາຍຂອງອະນຸພາກອັລຟາ, ໄດ້ຄົ້ນພົບວ່າອະຕອມປະກອບດ້ວຍນິວເຄຼຍສ໌ຂະໜາດນ້ອຍ, ໜາແໜ້ນ, ມີປະຈຸບວກລ້ອມຮອບດ້ວຍເອເລັກຕຣອນທີ່ມີໄລຍະຫ່າງກວ້າງຂວາງ. ຮູບແບບນີ້ໄດ້ສະໜອງພື້ນຖານທີ່ສຳຄັນ, ເຖິງແມ່ນວ່າມັນບໍ່ສາມາດອະທິບາຍຄວາມໝັ້ນຄົງຂອງວົງໂຄຈອນຂອງເອເລັກຕຣອນໄດ້.
ຕໍ່ມາ Niels Bohr ໄດ້ປັບປຸງຮູບແບບຂອງ Rutherford ໂດຍການສະເໜີວ່າເອເລັກຕຣອນມີລະດັບພະລັງງານທີ່ແຕກຕ່າງກັນ ແລະ ສາມາດໂຄຈອນຮອບນິວເຄຼຍສ໌ໂດຍບໍ່ສູນເສຍພະລັງງານຜ່ານລັງສີ. ຮູບແບບປະລະມະນູປີ 1913 ຂອງ Bohr ໄດ້ນຳສະເໜີແນວຄວາມຄິດຂອງ 'quantization' ເຂົ້າໃນຟີຊິກສ໌, ເຊິ່ງຊ່ວຍໃຫ້ອະຕອມສາມາດປ່ຽນລະຫວ່າງລະດັບພະລັງງານທີ່ແຕກຕ່າງກັນໂດຍການດູດຊຶມ ຫຼື ປ່ອຍໂຟຕອນ.
ການເກີດຂຶ້ນຂອງກົນຈັກຄວອນຕຳ
ກົນຈັກຄວອນຕຳໄດ້ເກີດຂຶ້ນໃນຕົ້ນສະຕະວັດທີ 20 ເປັນຜົນມາຈາກຄວາມພະຍາຍາມທີ່ຈະແກ້ໄຂບັນຫາໃນຟີຊິກຄລາສສິກທີ່ບໍ່ສາມາດອະທິບາຍໄດ້ໂດຍໃຊ້ຫຼັກການກ່ອນໜ້ານີ້. ຫຼັກການທີ່ສຳຄັນບາງຢ່າງຂອງກົນຈັກຄວອນຕຳປະກອບມີຄູ່ຂອງຄື້ນ-ອະນຸພາກ, ຫຼັກການຄວາມບໍ່ແນ່ນອນຂອງໄຮເຊັນເບີກ, ແລະທິດສະດີຟັງຊັນຄື້ນຂອງຊໂຣດິ້ງເກີ.
ຄວາມເປັນຄູ່ຂອງຄື້ນ-ອະນຸພາກ
ໜຶ່ງໃນການຄົ້ນພົບທີ່ສຳຄັນໃນກົນຈັກຄວອນຕຳແມ່ນຄູ່ຂອງຄື້ນ-ອະນຸພາກທີ່ສະເໜີໂດຍ Louis de Broglie ໃນປີ 1924. ອີງຕາມແນວຄວາມຄິດນີ້, ອະນຸພາກເຊັ່ນ: ເອເລັກຕຣອນບໍ່ພຽງແຕ່ມີຄຸນສົມບັດຂອງອະນຸພາກເທົ່ານັ້ນ ແຕ່ຍັງມີຄຸນສົມບັດຂອງຄື້ນອີກດ້ວຍ. ນີ້ໝາຍຄວາມວ່າພວກມັນສາມາດອະທິບາຍການແຊກແຊງ ແລະ ການຫັກເຫ, ປະກົດການທີ່ມັກຈະກ່ຽວຂ້ອງກັບຄື້ນ.
ຫຼັກການຄວາມບໍ່ແນ່ນອນຂອງ Heisenberg
ໃນປີ 1927, Werner Heisenberg ໄດ້ນຳສະເໜີຫຼັກການຄວາມບໍ່ແນ່ນອນ, ເຊິ່ງລະບຸວ່າມັນເປັນໄປບໍ່ໄດ້ທີ່ຈະຮູ້ໄດ້ຢ່າງແນ່ນອນກ່ຽວກັບຕຳແໜ່ງ ແລະ ແຮງກະຕຸ້ນຂອງອະນຸພາກພ້ອມໆກັນ. ຫຼັກການນີ້ໄດ້ທ້າທາຍທັດສະນະແບບກຳນົດແບບຄລາສສິກ ແລະ ສະໜອງທັດສະນະຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງຈັກກະວານ.
ສົມຜົນ Schrödinger
ໃນປີ 1926, Erwin Schrödinger ໄດ້ພັດທະນາສົມຜົນຄື້ນທີ່ອະທິບາຍເຖິງວິວັດທະນາການຂອງຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງຕຳແໜ່ງ ແລະ ໂມເມນຕຳຂອງອະນຸພາກເປັນໜ້າທີ່ຂອງເວລາ. ສົມຜົນ Schrödinger ໄດ້ກາຍເປັນພື້ນຖານຂອງກົນຈັກຄື້ນ, ໜຶ່ງໃນສູດຫຼັກຂອງກົນຈັກຄວອນຕຳ.
$$
i\hbar \frac{\partial \psi ໄປຫາ \partial t} = \hat{H}\psi
$$
ໃນທີ່ນີ້, $\psi$ ແມ່ນຟັງຊັນຄື້ນອະນຸພາກທີ່ມີຂໍ້ມູນຄວາມເປັນໄປໄດ້ກ່ຽວກັບຕຳແໜ່ງ ແລະ ໂມເມນຕຳ, $\hbar$ ແມ່ນຄ່າຄົງທີ່ Planck ທີ່ຫຼຸດລົງ, ແລະ $\hat{H}$ ແມ່ນຕົວດຳເນີນງານ Hamiltonian ທີ່ເປັນຕົວແທນພະລັງງານທັງໝົດຂອງລະບົບ.
ກົນຈັກຄວອນຕຳ ຮູບແບບອະຕອມ
ຮູບແບບກົນຈັກຄວອນຕຳຂອງອະຕອມກ່ຽວຂ້ອງກັບແນວຄວາມຄິດທີ່ສຳຄັນຫຼາຍຢ່າງ, ເຊັ່ນ: ວົງໂຄຈອນອະຕອມ, ຈຳນວນຄວອນຕຳ, ແລະ ຫຼັກການຍົກເວັ້ນ Pauli. ຟັງຊັນຄື້ນ Schrödinger ຊ່ວຍໃຫ້ພວກເຮົາສາມາດຄິດໄລ່ວົງໂຄຈອນອະຕອມ, ພາກພື້ນໃນອະວະກາດທີ່ຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງການຊອກຫາເອເລັກຕຣອນສູງຫຼາຍ.
ວົງໂຄຈອນອະຕອມ ແລະ ຕົວເລກຄວອນຕຳ
ອໍບິຕັນຂອງອະຕອມແມ່ນພື້ນທີ່ໃນອະວະກາດອ້ອມຮອບນິວເຄລຍສບ່ອນທີ່ມີຄວາມເປັນໄປໄດ້ສູງທີ່ຈະພົບເອເລັກຕຣອນ. ອໍບິຕັນແຕ່ລະອັນຖືກສະແດງໂດຍຊຸດຂອງຕົວເລກຄວອນຕຳທີ່ອະທິບາຍລະດັບພະລັງງານ, ໂມເມນຕຳມຸມ, ແລະທິດທາງທາງພື້ນທີ່ຂອງມັນ. ມີຕົວເລກຄວອນຕຳຫຼັກສີ່ຕົວຄື:
1. ຈຳນວນຄວອນຕຳຫຼັກ (n): ສະແດງເຖິງລະດັບພະລັງງານຫຼັກ ແລະ ຂະໜາດຂອງວົງໂຄຈອນ.
2. ຈຳນວນຄວານຕຳແບບ Azimutal (l): ອະທິບາຍຮູບຮ່າງຂອງວົງໂຄຈອນ (0 ສຳລັບ s, 1 ສຳລັບ p, 2 ສຳລັບ d, ແລະ 3 ສຳລັບ f).
3. ຈຳນວນຄວອນຕຳແມ່ເຫຼັກ (ມ_ລ): ລະບຸທິດທາງຂອງວົງໂຄຈອນໃນອະວະກາດ.
4. ຈຳນວນຄວອນຕຳການໝຸນ (m_s): ອະທິບາຍທິດທາງຂອງການໝຸນຂອງເອເລັກຕຣອນ (\(+\frac{1}{2}\) ຫຼື \(-\frac{1}{2}\)).
ຫຼັກການຍົກເວັ້ນ Pauli
ຫຼັກການການຍົກເວັ້ນ, ທີ່ສະເໜີໂດຍ Wolfgang Pauli ໃນປີ 1925, ລະບຸວ່າບໍ່ມີເອເລັກຕຣອນສອງອັນໃນອະຕອມສາມາດມີຊຸດຈຳນວນຄວອນຕຳດຽວກັນໄດ້. ຫຼັກການນີ້ແມ່ນຮັບຜິດຊອບຕໍ່ໂຄງສ້າງຂອງລະດັບພະລັງງານອະຕອມ ແລະ ປະກົດການທາງເຄມີ ເຊັ່ນ: ການຕັ້ງຄ່າເອເລັກຕຣອນ ແລະ ຕາຕະລາງທາດ.
ການນຳໃຊ້ ແລະ ຜົນສະທ້ອນຂອງກົນຈັກຄວອນຕຳ ທິດສະດີປະລະມະນູ
ທິດສະດີອະຕອມກົນຈັກຄວອນຕຳມີການນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນຟີຊິກ, ເຄມີສາດ, ແລະ ເຕັກໂນໂລຊີ. ໃນເຄມີສາດຄວອນຕຳ, ມັນຖືກນຳໃຊ້ເພື່ອເຂົ້າໃຈຄຸນສົມບັດທາງເຄມີ ແລະ ທາງກາຍະພາບຂອງໂມເລກຸນ ແລະ ວັດສະດຸຕ່າງໆ. ແນວຄວາມຄິດຕ່າງໆເຊັ່ນ: ພັນທະໂຄວາເລນ ແລະ ການພົວພັນລະຫວ່າງໂມເລກຸນສາມາດອະທິບາຍໄດ້ໂດຍໃຊ້ກົນຈັກຄວອນຕຳ.
ນອກຈາກນັ້ນ, ກົນຈັກຄວອນຕຳຍັງເປັນພື້ນຖານຂອງການພັດທະນາເຕັກໂນໂລຢີເຊັ່ນ: ເຄິ່ງຕົວນຳ, ເລເຊີ, ແລະ ການປະມວນຜົນຄວອນຕຳ. ຟີຊິກສະຖານະແຂງ, ເຊິ່ງສຶກສາໂຄງສ້າງ ແລະ ຄຸນສົມບັດຂອງວັດສະດຸ, ກໍ່ໄດ້ຮັບອິດທິພົນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຈາກທິດສະດີນີ້. ຕົວຢ່າງ, ການວິເຄາະຜລຶກລັງສີເອັກສ໌ ແລະ ວິທີການກະແຈກກະຈາຍນິວຕຣອນແມ່ນໃຊ້ເພື່ອຄົ້ນຫາໂຄງສ້າງອະຕອມຂອງວັດສະດຸ.
ສະຫຼຸບ
ທິດສະດີອະຕອມກົນຈັກຄວອນຕຳໄດ້ປ່ຽນແປງຄວາມເຂົ້າໃຈຂອງພວກເຮົາກ່ຽວກັບໂຄງສ້າງຂອງສານໃນລະດັບພື້ນຖານທີ່ສຸດ. ຈາກຮູບແບບຄລາສສິກຂອງ Dalton ຈົນເຖິງຮູບແບບທີ່ສັບສົນທີ່ສ້າງຂຶ້ນຈາກຟັງຊັນຄື້ນຂອງ Schrödinger, ວິວັດທະນາການຂອງທິດສະດີອະຕອມສະທ້ອນໃຫ້ເຫັນເຖິງການສະແຫວງຫາຂອງມະນຸດທີ່ຈະເຂົ້າໃຈຈັກກະວານຢ່າງເລິກເຊິ່ງ ແລະ ຖືກຕ້ອງຫຼາຍຂຶ້ນ. ການເຂົ້າໃຈຫຼັກການຂອງກົນຈັກຄວອນຕຳບໍ່ພຽງແຕ່ໄດ້ໃຫ້ຄວາມເຂົ້າໃຈທີ່ເລິກເຊິ່ງກວ່າໃນໂລກຂອງອະຕອມ ແລະ ໂມເລກຸນເທົ່ານັ້ນ ແຕ່ຍັງໄດ້ປູທາງໃຫ້ແກ່ນະວັດຕະກຳເຕັກໂນໂລຢີຈຳນວນຫຼາຍທີ່ສົ່ງຜົນກະທົບຕໍ່ຊີວິດປະຈຳວັນຂອງພວກເຮົາ. ໃນຂະນະທີ່ການຄົ້ນຄວ້າໃນຂົງເຂດນີ້ສືບຕໍ່ກ້າວໜ້າ, ພວກເຮົາສາມາດຄາດຫວັງການຄົ້ນພົບເພີ່ມເຕີມທີ່ທ້າທາຍ ແລະ ຂະຫຍາຍຂອບເຂດຄວາມຮູ້ຂອງພວກເຮົາກ່ຽວກັບຈັກກະວານ.
