Cтраница 4
Существуют три последовательных уровня рассмотрения указанного взаимодействия, три постепенно углубляющихся подхода: I) классический, 2) полуклассический, 3) квантовый. На первом уровне оптическое излучение представляют в виде световых лучей или электромагнитных волн в соответствующем диапазоне частот, а вещество описывают с использованием понятий и аппарата механики сплошных сред, термодинамики, классической электродинамики. Иными словами, при данном подходе как свет, так и вещество рассматриваются в рамках классической физики. Полуклассический подход предполагает квантование вещества при сохранении классической трактовки света: классические световые волны взаимодействуют с коллективами атомов и молекул. Принимаются во внимание структура энергетических уровней атомов и молекул, энергетических зон кристаллов, статистика заселения различных квантовых состояний. Наконец, при квантовом подходе осуществляется квантование не только вещества, но и излучения; именно такой подход используется в квантовой электродинамике. Если при рассмотрении взаимодействия света с веществом на классическом и полуклассическом уровнях учитывается только волновая природа света, то на квантовом уровне принимаются во внимание также и его корпускулярные ( квантовые) свойства. Это отвечает переходу от классической оптики, имеющей дело с лучами и световыми волнами, к оптике, которую естественно назвать квантовой оптикой. [46]
Для этого рассмотрим лазерную систему более подробно. Мы знаем, что в резонаторе может быть поле. Далее мы знаем, что атомы и поле взаимодействуют друг с другом. При квантовомеханической формулировке вначале всегда следует написать гамильтониан, который в классической трактовке представляет собой энергию. [47]
Следует сказать, что специалисты в области электроники сверхвысоких частот всегда использовали язык теории колебаний и волн. Более того, электроника, наряду с гидродинамикой, одной из первых стала нелинейной наукой, применяя различные методы вычислительной физики. Огромна роль в понимании работы различных электронных СВЧ-приборов теории излучения. Так с точки зрения теории излучения все приборы сверхвысокочастотной электроники основаны на различных типах индуцированного излучения. Показательно, что началу разработки и исследованию мазеров на циклотронном резонансе положили работы именно по изучению индуцированного излучения ( как в квантовой, так и классической трактовке) потока электронов, движущихся в магнитном поле. [48]
Великого Эйнштейна не нужно представлять читателям. Основные работы посвящены молекулярной физике, термодинамике, статистической физике. Им создана теория термодинамических флуктуации, которая нанесла удар гипотезе тепловой смерти Вселенной, следовавшей из классической трактовки второгб начала термодинамики. [49]
Как впервые показал Бор, работы которого лежат в основе современной теории строения атома, движение электрона вокруг ядра квантуется. Точное описание атома требует применения волновой механики. Однако общим приемом при описании атомных систем является рассмотрение, в первую очередь, движения электрона на основании классической механики, а затем уже вопроса о том, какие изменения вносит в это движение квантовая теория. Этот метод неоднократно применялся в гл. IV и будет применен также при обсуждении атома водорода. Использование классических представлений не только дает основу для дальнейшего обсуждения и установления удобной номенклатуры, но для многих целей является также достаточно хорошим приближением. Поэтому классическая трактовка излагается весьма подробно, после чего рассматривается квантование движения и, наконец, излагаются некоторые соображения, связанные с волновой теорией. [50]