Розділ 1. Виникнення і розвиток квантової фізики

ЗМІСТ

ВСТУП. КВАНТОВО-ПОЛЬОВА КАРТИНА СВІТУ
РОЗДІЛ 1. ВИНИКНЕННЯ І РОЗВИТОК КВАНТОВОЇ ФІЗИКИ

1.1. Гіпотеза квантів.

1.2. Теорія атома І. Бора. Принцип відповідності.

1.3. Створення нерелятивістської квантової механіки.

1.4. Проблема інтерпретації квантової механіки. Принцип додатковості.

1.5. Методологічні установки некласичної фізики.

1.6. Концепція цілісності у квантовій фізиці. Парадокс Ейнштейна-Подольського-Розена.

РОЗДІЛ 2. ЕЛЕМЕНТИ КВАНТОВОЇ ФІЗИКИ

2.1. Корпускулярно - хвильовий дуалізм речовини.

2.2. Ядерна модель атома. Теорія Бора і її затруднення.

2.3. Гіпотеза і формула де Бройля. Дослідне обгрунтування корпускулярно-хвильового дуалізму речовини.

2.4. Співвідношення невизначеностей. Межі використання законів класичної фізики.

ВИСНОВОК

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
ВСТУП. КВАНТОВО-ПОЛЬОВА КАРТИНА СВІТУ

Згідно електромагнітної картини світу, навколишній світ людини являє собою суцільне середовище - поле, яке може мати в різних точках різну температуру, концентрувати різний енергетичний потенціал, по-різному рухатися і т.д. Суцільна середовище може займати значні області простору, її властивості змінюються безперервно, у неї немає різких меж. Цими властивостями полі відрізняється від фізичних тіл, що мають певні і чіткі межі. Розподіл світу на тіла і частки поля, на полі і простір є свідченням існування двох крайніх властивостей світу - дискретності та безперервності. Дискретність (переривчастість) світу означає кінцеву подільність всього просторово-часового будови на окремі обмежені предмети, властивості і форми руху, тоді як безперервність (континуальність) висловлює єдність, цілісність і неподільність об'єкта.
У рамках класичної фізики дискретність і безперервність світу спочатку виступають як протилежні одна одній, окремі і незалежні, хоча в цілому і взаємодоповнюючі властивості. У сучасній фізиці це єдність протилежностей, дискретного і безперервного знайшло своє обгрунтування в концепції корпускулярно-хвильового дуалізму.
В основі сучасної квантово-польової картини світу лежить нова фізична теорія - квантова механіка, що описує стан і рух мікрооб'єктів матеріального світу.
Квантовою механікою називають теорію, що встановлює спосіб опису та закони руху мікрочастинок (елементарних частинок, атомів, молекул, атомних ядер) і їх систем, а також зв'язок величин, що характеризують частки і системи, з фізичними величинами, безпосередньо вимірюваними дослідним шляхом.
Закони квантової механіки складають фундамент вивчення будови речовини. Вони дозволяють з'ясувати будову атомів, встановити природу хімічного зв'язку, пояснити періодичну систему елементів, вивчити властивості елементарних частинок.
Оскільки властивості макроскопічних тіл визначаються рухом і взаємодією частинок, з яких вони складаються, то закони квантової механіки лежать в основі розуміння більшості макроскопічних явищ. Наприклад, квантова механіка дозволила визначити будову і зрозуміти багато властивостей твердих тіл, послідовно пояснити явища феромагнетизму, надплинності, надпровідності, зрозуміти природу астрофізичних об'єктів - білих карликів, нейтронних зірок, з'ясувати механізм протікання термоядерних реакцій на Сонце і зірки.
Розробка квантової механіки відноситься до початку XX ст., Коли були виявлені фізичні явища, що свідчать про незастосовність механіки Ньютона і класичної електродинаміки до процесів взаємодії світла з речовиною і процесів, що відбуваються в атомі. Встановлення зв'язку між цими групами явищ і спроби пояснити їх на основі теорії привели до відкриття законів квантової механіки.
Вперше в науці уявлення про квант висловив в 1900 р. М. Планк в процесі дослідження теплового випромінювання тіл. Своїми дослідженнями він продемонстрував, що випромінювання енергії відбувається дискретно, певними порціями - квантами, енергія яких залежить від частоти світлової хвилі. Експерименти Планка призвели до визнання двоїстого характеру світла, який має одночасно і корпускулярним, і хвильовими властивостями, являючи собою, таким чином, діалектичне єдність цих протилежностей. Діалектика, зокрема, виражається в тому, що чим коротше довжина хвилі випромінювання, тим яскравіше проявляються квантові властивості; чим більше довжина хвилі, тим яскравіше проявляються хвильові властивості світла.
У 1924 р. французький фізик Л. де Бройль висунув гіпотезу, що корпускулярно-хвильовий дуалізм має універсальний характер, тобто всі частинки речовини мають хвильовими властивостями. Пізніше ця ідея була підтверджена експериментально, і принцип корпускулярно-хвильового дуалізму був поширений на всі процеси руху і взаємодії у мікросвіті.
Зокрема, Н. Бор застосував ідею квантування енергії до теорії будови атома. Згідно з його уявленням в центрі атома знаходиться позитивно заряджене ядро, в якому зосереджена майже вся маса атома, а навколо ядра обертаються по орбітах негативно заряджені електрони. Обертові електрони повинні втрачати частину своєї енергії, що тягне за собою нестабільне існування атомів. Однак на практиці атоми не тільки існують, але і є дуже стійкими. Пояснюючи це питання, Бор припустив, що електрон, здійснюючи рух по своїй орбіті, не випускає квантів. Випромінювання відбувається лише при переході електрона з однієї орбіти на іншу, тобто з одного рівня енергії на інший, з меншою енергією. У момент переходу і народжується квант випромінювання.
Відповідно до квантово-польової картиною світу будь-мікрооб'єкт, володіючи хвильовими і корпускулярним властивостями, не має певної траєкторії руху і не може мати певних координат і швидкості (імпульсу). Це можна зробити тільки через визначення хвильової функції в даний момент, а потім знайти його хвильову функцію в будь-який інший момент. Квадрат модуля дає ймовірність знаходження частинки в даній точці простору.
Крім того, відносність простору-часу в цій картині світу призводить до невизначеності координат і швидкості в даний момент, до відсутності траєкторії руху мікрооб'єктів. І якщо в класичній фізиці імовірнісним законам підпорядковувалося поводження великої кількості частинок, то в квантовій механіці поведінка кожної мікрочастинки підпорядковується не динамічним, а статистичним законам.
Таким чином, матерія дволикий: вона володіє і корпускулярними, і хвильовими властивостями, які проявляються в залежності від умов. Звідси загальна картина реальності в квантово-польової картині світу стає як би двупланово: з одного боку, в неї входять характеристики досліджуваного об'єкта, а з іншого - умови спостереження, від яких залежить визначеність цих характеристик. Це означає, що картина реальності в сучасній фізиці є не тільки картиною об'єкта, але і картиною процесу його пізнання.
Отже, пішли в минуле уявлення про незмінність матерії і можливості досягти кінцевого межі її подільності. Сьогодні ми розглядаємо матерію з точки зору корпускулярно-хвильового дуалізму. Однією з основних особливостей елементарних частинок є їх універсальна взаімопревращаемость і взаємозалежність. У сучасній фізиці основним матеріальним об'єктом є квантове поле, перехід його з одного стану в інший змінює число частинок.
Кардинально змінюється уявлення про рух, що стає лише окремим випадком фундаментальних фізичних взаємодій. Відомо чотири види фундаментальних фізичних взаємодій: гравітаційна, електромагнітна, сильна і слабка. Всі вони описуються на основі сучасного принципу блізкодействія. Відповідно до нього взаємодія кожного типу передається відповідним полем від точки до точки. При цьому швидкість передачі взаємодії завжди скінченна і не може перевищувати швидкість світла у вакуумі (300 000 км / с).
Остаточно затверджуються подання про відносність простору і часу, їх залежності від матерії. Простір і час перестають бути незалежними один від одного і відповідно до теорії відносності зливаються в єдиному чотиривимірному просторі-часі, який не існує поза матеріальних тіл.
Специфікою квантово-польових уявлень про закономірності і причинності є те, що вони завжди виступають у ймовірнісної формі, у вигляді так званих статистичних законів. Вони відповідають більш глибокому рівню пізнання природних закономірностей. Таким чином, виявилося, що в основі нашого світу лежить випадковість, ймовірність.
Також нова картина світу вперше включила в себе спостерігача, від присутності якого залежали одержувані результати досліджень. Більш того, було сформульоване так званий антропний принцип, який стверджує, що наш світ такий, яким він є, тільки завдяки існуванню людини. Відтепер поява людини вважається закономірним результатом еволюції Всесвіту.

РОЗДІЛ 1. ВИНИКНЕННЯ І РОЗВИТОК КВАНТОВОЇ ФІЗИКИ