Фундаментальные свойства материального мира
Законы сохранения, обусловленные глобальной симметрией. Фундаментальные взаимодействия в макромире. Развитие представлений о физических полях. Теория обменного взаимодействия. Концепция корпускулярно-волнового дуализма. Положения квантовой механики.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.03.2018 |
| Размер файла | 58,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Фундаментальные свойства материального мира
План лекции
1. Симметрия
2. Законы сохранения
3. Фундаментальные взаимодействия
4. Развитие представлений о физических полях
5. Концепция обменного взаимодействия
6. Концепция корпускулярно-волнового дуализма в современной физике
7. Основные положения квантовой механики
8. Структура микромира
1. Симметрия
Понятие материи как неуничтожимой и несотворимой основы всего сущего сложилось еще во времена античности. С другой стороны, наблюдение постоянных изменений в природе приводило к представлению о вечном движении материи как важнейшем ее свойстве. Идея "сохранения" появилась в науке как чисто философская догадка о наличии чего-то стабильного в вечно меняющемся мире. Единство изменения и сохранения находит выражение в понятии "симметрия". Симметрия - инвариантность (неизменность) объекта по отношению к наложенным на него преобразованиям. Преобразования, дающие симметричный объект, называются симметричными. Уровень симметрии определяется количеством (спектром) возможных симметричных преобразований. Чем однородней, равновесней система, т.е. чем соразмерней ее части, тем больше число возможных для нее симметричных преобразований, т.е. тем она более симметрична. Поэтому представление о симметрии связывают с равновесностью и соразмерностью частей системы. Симметрия физических систем проявляется в существовании законов сохранения. Сначала законы сохранения, как и принцип относительности, были установлены опытным путем, обобщением огромного количества экспериментальных фактов. Значительно позднее пришло понимание глубокой взаимосвязи этих законов со свойствами симметрии физических систем, что позволило осмыслить их всеобщность. При этом симметрия понимается как инвариантность законов, входящих в них величин и описываемых ими свойств природных объектов относительно некоторой группы преобразований при переходе от одной системы отсчета к другой. Например, в специальной теории относительности для всех инерциальных систем отсчета, движущихся с разными скоростями, инвариантны скорость света в вакууме, электрический заряд, законы природы.
Наличие симметрии приводит к тому, что для данной системы существует сохраняющаяся величина. Таким образом, если известны свойства симметрии системы, можно определить для нее законы сохранения и наоборот.
Связь между симметрией пространства-времени и фундаментальными законами сохранения установила в начале XX в. Э. Нётер (1882-1935). Пространство и время однородны, а следовательно, симметричны относительно произвольных сдвигов начала отсчета. Изотропность пространства делает его симметричным относительно поворота координатных осей.
Важнейшая симметрия природы была выявлена в релятивистской теории: все явления природы инвариантны относительно сдвигов, поворотов и отражений в едином четырехмерном пространстве-времени. Данные симметрии по своей сути являются "глобальными", охватывающими все пространство-время. Законы сохранения, обусловленные глобальной симметрией, являются фундаментальнейшими законами природы. К ним относятся:
закон сохранения импульса, связанный с однородностью пространства;
закон сохранения момента импульса, связанный с изотропностью пространства;
закон сохранения энергии, связанный с однородностью времени.
Таким образом, каждому преобразованию глобальной симметрии пространства-времени соответствует закон сохранения определенной величины. Данные законы выполняются для замкнутых систем, тела которых взаимодействуют между собой, а внешние воздействия скомпенсированы.
2. Законы сохранения
Закон сохранения импульса. Как указано выше, импульсом называется произведение массы частицы на её скорость (2.5). Закон сохранения импульса: в замкнутой системе тел суммарный импульс (векторная сумма импульсов, входящих в систему тел) есть величина постоянная.
Данный закон выполняется как в макромире, где позволяет рассмотреть взаимодействия тел при ударе и определяет возможность движения тел без опоры - реактивного движения, так и в микромире, при взаимодействиях микрообъектов. Это дает возможность определять характеристики и изучать особенности превращения микрочастиц по фотографиям их столкновений (методом толстослойных фотоэмульсий).
Закон сохранения момента импульса. В классической механике моментом импульса частицы относительно точки называется векторное произведение радиуса-вектора частицы на ее импульс:
. (4.1)
Закон сохранения момента импульса: в замкнутой системе тел суммарный момент импульса относительно неподвижной точки есть величина постоянная.
Момент импульса важнейшая характеристика вращающихся систем, связывающая распределение массы объекта и скорость его вращения. Изменение распределения массы в такой системе вследствие закона сохранения момента импульса приводит к изменению быстроты вращения. Движение фигуристки резко ускоряется, когда она прижимает к груди ранее разведенные в стороны руки.
Вращение - одно из наиболее общих свойств космических объектов различных уровней. Планеты, их спутники, звезды вращаются вокруг своих осей. Спутники обращаются вокруг планет, планеты - вокруг Солнца, Солнечная система - вокруг центра Галактики и т.д. Данные явления объясняются сохранением результирующего момента импульса систем, которым они обладали при возникновении, например, вследствие неравномерности распределения частиц вещества.
Закон сохранения момента импульса позволяет количественно описать движение всех небесных тел в центральном поле тяготения, создаваемом Солнцем. Применяя его, можно получить второй закон Кеплера, описывающий изменение скорости планеты при ее движении по эллиптической орбите вокруг Солнца, а также объяснить резкое увеличение скорости комет при их приближении к Солнцу.
Микрообъекты обладают изначально присущим им собственным моментом импульса, не связанным с движением, - спином. Спин является одной из важнейших характеристик микрочастиц, имеющей чисто квантовую природу, а поэтому принимающую лишь определенный дискретный набор разрешенных значений. По величине спина микрочастицы делятся на частицы с целым спином - бозоны и частицы с полуцелым спином - фермионы. К бозонам относится, например, фотон, а фермионами являются электрон, протон, нейтрон. Закон сохранения момента импульса распространяется и на микромир, спин также является сохраняющейся величиной.
Закон сохранения энергии. Идея единства различных форм движения материи, их взаимного превращения привело к формированию понятия энергии как единой меры различных форм движения материи. Данное понятие связывает воедино все явления природы. При этом в соответствии с различными формами движения рассматривают разные формы энергии: механическую, внутреннюю, электромагнитную, ядерную и др. Энергия характеризует систему относительно возможных в ней превращений одних форм движения в другие.
Закон сохранения энергии: в замкнутой системе энергия может превращаться из одной формы в другую, переходить от одних тел к другим, но ее суммарная величина остается неизменной.
Таким образом, энергия не исчезает и не создается из ничего, она может изменяться лишь при взаимодействии системы с другими объектами. При этом изменение энергии системы тел при переходе из одного состояния в другое не зависит от того, каким способом осуществляется этот переход, следовательно, энергия - однозначная функция состояния системы.
В макромире энергия любой системы меняется непрерывно и может принимать любые значения. В микромире, если движение частицы ограничено в пространстве, ее энергия имеет дискретный спектр, то есть для взаимодействующего микрообъекта возможны лишь определенные значения энергии.
Релятивистская механика связала массу тела (m) с его полной энергией (Е) в отсутствии внешних полей:
Е=mc2,
где с - скорость света в вакууме.
Это привело к объединению законов сохранения энергии и массы, раздельно существовавших в классической механике.
3. Фундаментальные взаимодействия
Взаимодействие - категория, отражающая процессы воздействия объектов друг на друга, их взаимную обусловленность и порождение одного объекта другим. Взаимодействие - объективная и универсальная форма движения и развития, определяет существование и организацию любой материальной системы.
Все явления макромира обусловлены двумя видами взаимодействия: гравитационным и электромагнитным. Эти взаимодействия способны к распространению на очень большие расстояния (R > ?), поэтому существенны и в астрономических масштабах. При этом достаточно слабое для тел макромира гравитационное взаимодействие оказывается определяющим в галактических масштабах, где взаимодействуют чрезвычайно массивные объекты. Структура мегамира формируется, по-видимому, главным образом именно гравитационным взаимодействием. Электромагнитное взаимодействие, реализующееся между частицами, несущими электрический заряд, обуславливает и устойчивость атома, и атомно-молекулярную структуру вещества, т.е. существенно для явлений микромира. Гравитационное взаимодействие между микрообъектами пренебрежимо мало.
Проникновение в мир элементарных частиц в первой половине ХХ в. привело к открытию двух новых типов взаимодействия, проявляющихся только на очень малых расстояниях и получивших названия "сильное" и "слабое".
За формирование и устойчивость атомного ядра из нуклонов (протонов +p и нейтронов 0n) ответственно сильное взаимодействие. Оно не зависит от электрического заряда и гораздо интенсивнее электромагнитного, поэтому положительные протоны удерживаются друг около друга несмотря на электрическое отталкивание, тоже существенное на таком малом расстоянии.
Слабое взаимодействие проявляется не в притяжении или отталкивании между частицами, а в способности к взаимным превращениям элементарных частиц, в частности нуклонов:
(4.2)
Нуклоны превращаются друг в друга с образованием электронов или позитронов (положительных электронов), а также антинейтрино () или нейтрино (). Электроны и нейтрино, участвующие в слабом взаимодействии, относятся к классу лептонов. Частицы, способные и к сильному, и к слабому взаимодействию (например, нуклоны), относятся к группе адронов.
Итак, нашу Вселенную формируют взаимодействия четырех видов: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. От радиуса их распространения зависит масштаб явлений, в которых они играют основную роль. Гравитация ответственна за явления астрономического масштаба и проявляется в макромире, электромагнитное взаимодействие существенно во многих явления макро- и микромира, сильное и слабое - в явлениях ядерного масштаба, в мире элементарных частиц.
4. Развитие представлений о физических полях
Любое взаимодействие проявляется при наличии некоторого расстояния между объектами. Механизм реализации взаимодействия долгое время оставался неясным и описывался рядом противоречивых теорий.
Согласно теории взаимодействия, созданной в первой половине XVII в. Декартом, действие одного тела на другое передается с конечной скоростью путем последовательных столкновений мельчайших невидимых частиц материи, заполняющих все пространство. Данная теория опирается на концепцию близкодействия, то есть передачу воздействия от одного объекта к другому через промежуточную среду с конечной скоростью. Однако до начала XIX в. в физике господствовала концепция дальнодействия, предполагающая мгновенность, то есть бесконечно большую скорость передачи воздействия одного тела на другое, без каких-либо материальных посредников. Таким образом, в физике рассматривались тела, взаимодействующие в абсолютно пустом пространстве на произвольном расстоянии. Исследование оптических явлений в начале XIX века привело к объяснению явлений интерференции и дифракции света на основе волновой теории. Но в отличие от звука свет не является упругой волной, он распространяется и в безвоздушном пространстве. Колебания какой среды в таком случае связаны со световой волной? Выдвинутая еще Декартом в XVII в. гипотеза светоносного эфира как тончайшей всепроникающей жидкости, заполняющей все пространство, наталкивается на непреодолимые противоречия. Прежде всего, световые волны поперечны, следовательно, эфир обладает упругими свойствами твердого тела, несмотря на невесомость и безграничную протяженность. Кроме того, эксперименты по определению скорости света и выяснению увлекаемости эфира движущимися телами, проведенные Физо (1819-1886), Майкельсоном (1852-1931), Морли (1838-1923), давали противоречивые результаты. Гипотеза эфира оказалась несостоятельной и была отвергнута с созданием специальной теорией относительности. Но именно представление о всепроникающем эфире отражало принятие концепции близкодействия - передачи взаимодействия от одной точки к другой через специфическую непрерывную среду. Во второй половине XIX в. изучение электромагнитных явлений привело М. Фарадея и Д.К. Максвелла к выработке понятия поля. К началу XX в. физика изучает материю в двух ее проявлениях: вещество и поле. При этом отвергаются как концепция дальнодействия, так и гипотеза эфира.
Физическое поле - форма материи, связывающая частицы вещества в единые системы и передающая с конечной скоростью действие одних частиц на другие. Взаимодействие тел передается от точки к точке поля с конечной скоростью, равной скорости распространения поля. Очевидно, представления о поле связаны с концепцией близкодействия и непрерывной среды. Каждой точке непрерывного пространства соответствует определенное значение величины, характеризующей поле. Таким образом, параметры поля описываются непрерывными функциями координат и времени. Эти параметры позволяют определить силы, которые действуют на частицы, находящиеся в поле, и их потенциальную энергию.
Вещество и поле являются равноправными видами материи, характеризуются массой, энергией, импульсом. Их специфичность в макромире проявляется в том, что частицам вещества свойственны дискретность, пространственная ограниченность, конечность числа степеней свободы, взаимная непроницаемость молекул и атомов, в то время как полю свойственна бесконечность и непрерывность распространения в пространстве, бесконечное число степеней свободы и возможность сосуществования в одной точке пространства нескольких полей.
В макромире рассматриваются гравитационное и электромагнитное поля, позволяющие описать механизм соответствующих взаимодействий на макроуровне. Современной теорией гравитации является общая теория относительности. Классическая теория электромагнетизма резюмируется в семи уравнениях Максвелла, позволяющих объяснить все известные электрические и магнитные явления макромира. Следует подчеркнуть, что форма математических соотношений, выражающих поведение поля, для каждого поля своя, и единые подходы для описания этих полей пока не найдены. симметрия физическое взаимодействие квантовая
Разработанный для описания непрерывных полей аппарат применим лишь для макромира. В микромире физические поля характеризуются дискретностью. Описание взаимодействий в микромире дается квантовой теорией поля.
5. Концепция обменного взаимодействия
Для описания взаимодействия в макромире концепция непрерывного поля оказалась достаточно плодотворной, однако процессы микромира рассматриваются на основе иной концепции, на первый взгляд возвращающей нас к декартовой теории близкодействия, но на самом деле имеющей с ней очень отдаленное сходство. Предполагается, что частицы - участники взаимодействия вступают в связь путем обмена особыми частицами-переносчиками взаимодействия, причем каждый такой процесс осуществляется своими переносчиками. Частицы-переносчики являются виртуальными, так как их время жизни слишком мало, и вероятность их обнаружения в виртуальном состоянии равна нулю. Однако в определенных условиях виртуальная частица становится реальной, и может быть экспериментально зарегистрирована. Такая модель взаимодействия микрообъектов удовлетворяет практически всем экспериментальным данным и представляется плодотворной для разработки единой теории взаимодействий.
В квантовой электродинамике, основанной на концепции корпускулярно-волнового дуализма, электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами осуществляется путем обмена виртуальными фотонами - квантами электромагнитного поля.
Гравитационное взаимодействие - самое слабое по интенсивности (в 1038 раз слабее сильного). Для его трактовки как обменного предложены переносчики взаимодействия (кванты поля) - гравитоны. Однако эта модель в настоящее время по сравнению сдругими наименее разработана и существование гравитонов не подтверждено экспериментально. В отличие от квантовых теорий электромагнитного, сильного и слабого взаимодействия квантовая теория гравитации только начинает создаваться. Очень проблематична и возможность экспериментальной регистрации гравитонов, так как пока не обнаружены даже гравитационные волны.
Теория обменного сильного взаимодействия за короткий период времени претерпела существенные изменения. В 40-х - 50-х годах нашего века для описания сильного взаимодействия нуклонов в ядре применялась мезонная теория, разработанная японским физиком Юкавой. Согласно этой теории нуклоны обмениваются виртуальными р-мезонами (пионами) 3-х видов: р +- мезонами, р 0-мезонами, р - - мезонами, в результате чего происходит взаимопревращение нуклонов.
Эти частицы в отличие от фотонов имеют массу покоя, причем она довольно значительна: ~270 me (me - масса электрона). Также, как и в случае фотонов, наряду с виртуальными пионами существуют реальные пионы, обнаруженные в составе космических лучей.
Открытие во второй половине ХХ в. большого количества разнообразных частиц, участвующих в сильном взаимодействии (адронов), наталкивало на мысль о том, что существуют более мелкие их составные части, комбинация которых формирует это разнообразие.
В 1964 г. американские ученые Гелл-Манн (г. р. 1929) и Цвейг (г. р. 1937) выдвинули гипотезу, что все адроны можно получить как комбинации более фундаментальных объектов, названных ими кварками. В настоящее время все многообразие адронов описывается на основе шести кварков (и шести антикварков). Кварки имеют дробные электрические заряды ( где - элементарный заряд) и отличаются специфическими квантовыми характеристиками, получившими названия "аромат" и "цвет". Барионы (в частности, нуклоны) составлены тройками кварков, мезоны (в том числе и пионы) - парами. Кварки формируют внутреннюю структуру адронов, но в свободном состоянии не существуют. Они связаны друг с другом сильным взаимодействием посредством обмена глюонами (от англ. "клей"). Взаимодействие кварков чрезвычайно интенсивное, и с увеличением расстояния между ними возрастает, что не позволяет кваркам покидать адроны. Глюонная модель описывает механизм сильного взаимодействия на кварковом уровне и называется квантовой хромодинамикой.
В отличие от адронов, лептоны (электроны, мюоны, нейтрино) в сильном взаимодействии не участвуют и внутренней структуры не имеют. Слабое взаимодействие лептонов и адронов осуществляется с помощью переносчиков, называемых промежуточными бозонами. Эти массивные (тяжелее нуклонов) виртуальные частицы, распространяющиеся со скоростью, меньшей скорости света, были открыты только 20 лет назад.
Ниже приводится сравнительная таблица характеристик фундаментальных взаимодействий, в которой сопоставляется их относительная интенсивность (Li), радиус действия (R), характерное время передачи взаимодействия (Т), указываются участники и переносчики.
Таблица 4.1. Характеристики фундаментальных взаимодействий
|
Взаимодействие |
Li |
Участники |
R (м) |
T(c) |
Переносчики |
|
|
сильное |
1 |
кварки, адроны |
10-15 |
10-23 |
Глюоны |
|
|
электромагнитное |
10-2 |
все объекты с электрическим зарядом, фотон |
10-20 |
Фотоны |
||
|
слабое |
10-10 |
все микрообъекты, кроме фотона и гравитона |
10-18 |
10-13 |
Промежуточ-ные бозоны |
|
|
гравитационное |
10-38 |
все |
? |
Гравитоны |
6. Концепция корпускулярно-волнового дуализма в современной физике
Концепции классической физики развивались исключительно в рамках повседневного опыта и по мере надобности экстраполировались за его пределы. Проникновение естествознания в проблемы явлений на микроуровне привело к пониманию существования границ для подобных экстраполяций. Современная наука выделяет три качественно различающихся структурных уровня: мега-, макро- и микромир.
В классической физике, сложившейся при изучении явлений макромира, четко разграничивались объекты, характеризующиеся строгой локализацией в пространстве (частицы, корпускулы) и неограниченные, непрерывные (поля). Соответственно рассматриваются два способа переноса энергии: корпускулярный и волновой. Частицы переносят энергию корпускулярно (дискретно), они в определенных процессах неделимы, индивидуализированы; волны несут энергию в пространстве и во времени непрерывно, они способны к наложению (суперпозиции), их можно разделить на отдельные компоненты, аналогичные исходной.
В макромире рассматриваются два различных по природе волновых процесса: механический и электромагнитный. Механические волны (в частности, звуковые волны) представляют собой распространяющиеся колебания вещественной среды. Электромагнитные волны - распространение переменного электромагнитного поля. Их существование обосновано электромагнитной теорией Максвелла. Уравнения, выведенные в этой теории, применимы для всего пространства, независимо от того, присутствует ли там вещество, и позволяют проследить изменение поля во времени для любой точки пространства. Такие изменения характеризуют процесс распространения электромагнитной волны, причем скорость ее, определяемая теорией, совпадает с экспериментально найденной скоростью света. Электромагнитные волны впервые были экспериментально обнаружены в конце ХIХ в. Исследования показали, что электромагнитное излучение имеет сплошной спектр, в котором длина волны . Принято выделять следующие диапазоны электромагнитных излучений (в порядке убывания длины волны, а, следовательно, увеличения частоты): радио-, инфракрасное, видимое ( мкм), ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма-излучение. На примере шкалы электромагнитных волн ярко проявляется действие философского закона перехода количества в качество, увеличение количественной характеристики - частоты, приводит к качественному изменению свойств электромагнитного излучения. Однако всего через десять лет после экспериментального подтверждения существования электромагнитных волн оказалось, что излучению присущи не только свойства непрерывной волны, но и дискретность, свойственная частицам материи. Только с этих позиций оказалось возможным объяснить ряд экспериментов (фотоэлектрический эффект и др.) Это привело к формированию в начале XX в. концепции корпускулярно-волнового дуализма.
В классической науке частицы выступают как носители дискретности, волны - как носители непрерывности. До начала XX в. данные свойства представлялись абсолютно противоположными. Возникновение механики микромира - квантовой механики, в корне изменившей представление о природе, началось с гипотезы немецкого физика Макса Планка, выдвинутой в 1900 г. для решения частной задачи - описания закономерностей испускания электромагнитных волн нагретыми телами (теплового излучения). Вся классическая физика строилась исходя из представления о непрерывной природе пространства, времени, движения, непрерывного характера изменения всех физических величин, в том числе энергии тела. Сущность "парадоксальной" гипотезы Планка заключалась в том, что испускание и поглощение электромагнитной энергии веществом происходит не непрерывно, а дискретно - порциями или квантами, как предложил их называть Планк, причем энергия кванта (е), пропорциональна его частоте (н):
, (4.3)
где h - универсальная константа, называемая постоянной Планка. Постоянная Планка, численное значение которой позднее было определено экспериментально, является одной из фундаментальных констант, определяющих законы нашей Вселенной.
По словам Эйнштейна, Планк, изучая частное физическое явление, оказался в состоянии угадать один из самых основных и наиболее загадочных законов природы, показал, что физические величины, до сих пор считавшиеся непрерывными, состоят из отдельных квантов.
Используя квантовую гипотезу, Эйнштейн в 1905 г. сумел создать теорию фотоэффекта. Предположение о том, что свет обладает не только свойствами непрерывной волны, но и дискретной природой потока корпускул, квантов, было окончательно подтверждено закономерностями рассеяния рентгеновского излучения легкими атомами в опытах Комптона.
В 1929 г. американский ученый Г. Льюис предложил называть кванты света фотонами. Зная энергию фотона, можно определить его массу и импульс.
Для определения релятивистской массы фотона воспользуемся формулой специальной теорией относительности, связывающей массу и энергию
Е = mc2.
Фотон обладает энергией
,
следовательно, релятивистская масса фотона (m) пропорциональна его частоте (н):
. (4.4)
Фотон частица, всегда движущаяся со скоростью света в вакууме - с, следовательно, его масса покоя равна нулю. Фотон может существовать только, двигаясь со скоростью света в вакууме. Импульс фотона равен произведению массы на скорость:
, (4.5)
- длина волны излучения.
Итак, в первой четверти XX в., сложилась концепция корпускулярно-волнового дуализма электромагнитного излучения. Свет рассматривается как реальный физический объект, который не сводится ни к волне, ни к частице в классическом смысле, обладая одновременно волновыми свойствами непрерывных электромагнитных волн, приводящих к интерференции и дифракции, и квантовыми свойствами дискретных фотонов, объясняющими фотоэффект и эффект Комптона. При этом обнаруживается важная закономерность этих проявлений свойств света: чем больше частота излучения, чем больше энергия и импульс фотона, тем ярче выражены квантовые свойства света и тем труднее наблюдать волновые явления. Наибольшей частотой и энергией, как уже говорилось, обладает гамма-излучение, для которого чаще используется термин гамма-частицы (). Данный символ () используется и для обозначения фотона как микрочастицы.
Столь же парадоксальной, но верной, оказалась гипотеза Луи де Бройля, французского физика, предположившего в 1923 г., что корпускулярно-волновой дуализм свойствен всем материальным объектам, а следовательно и частицам вещества. Частице с импульсом
соответствует волновой процесс, причем характеризующая его длина волны л:
, (4.6)
где h - постоянная Планка (ср. с 4.5.).
Корпускулярно-волновой дуализм стал всеобщим. Любой материальный объект характеризуется наличием как корпускулярных (масса, импульс), так и волновых (длина волны, частота) характеристик. Константой связи этих двух аспектов является постоянная Планка.
Правильность гипотезы де Бройля подтверждена в 1927 г. наблюдением дифракции электронов. Это позволило определить границы применимости классической механики. Для макрообъектов длина волны оказывается настолько малой величиной, что их волновые свойства невозможно обнаружить, а следовательно, корпускулярно-волновой дуализм для них не проявляется. Микрочастицы проявляют свои волновые свойства, если размеры областей их движения сравнимы с длиной волны, рассчитанной по (4.6.) (например, электрон в атоме или протон в ядре).
Всякий микрообъект отличается от макротела тем, что сочетает в себе свойства частицы и волны, но при этом "не ведет себя ни как волна, ни как частица". Отличие микрочастицы от волны заключается в том, что она всегда обнаруживается как неделимое целое (волну можно разделить, например, направив на полупрозрачное зеркало). Отличие микрочастицы от макротела состоит в том, что она не обладает одновременно определенными значениями координаты и импульса, к ней неприменимо понятие траектории. Для микрочастицы ограничено применение классических параметров механического состояния - координаты и импульса.
7. Основные положения квантовой механики
Двойственность свойств микрообъектов обусловливает невозможность описания их движения и взаимодействия в рамках классической механики. Потребовалась разработка новой механической теории - квантовой механики, основные принципы и законы которой установлены в конце 20-х годов ХХ в.
Принцип неопределенности В. Гейзенберга. Физическая интерпретация "неклассического" поведения микрообъектов была дана немецким ученым В. Гейзенбергом, который в 1927 г., исходя из созданного им математического аппарата квантовой механики, установил связь между предельными точностями определения ("неопределенностями") координаты () и соответствующей проекции импульса () микрочастицы:
. (4.7)
Данное соотношение выражает принцип неопределенности Гейзенберга, который определяет фундаментальный предел возможности одновременного измерения пар определенных переменных. В частности, в случае движения электрона в атоме (?х~10-10м) невозможно достаточно точно определить его ориентацию, что делает неприменимым к данному движению понятия "траектории".
Соотношение неопределенностей связывает также энергию (Е) и время (t):
. (4.8)
Данное соотношение объясняет возможность виртуального состояния микрообъектов.
Следует подчеркнуть, что неопределенности обусловлены не техническими возможности определения точных значений данных параметров микрочастиц, а принципиальным "несуществованием" одновременно точных значений для данных пар параметров.
Эти соотношения свидетельствуют об объективно существующих ограничениях в возможности описания микрообъектов на языке классической механики.
Принцип дополнительности Н. Бора. Волновая функция. Н. Бор показал, что корпускулярная и волновая модели микрообъектов никогда не предстают одновременно: получение информации об одних характеристиках микрообъекта неизбежно связано с потерей информации о других, дополнительных к первым. В зависимости от эксперимента микрообъект проявляет либо свою корпускулярную природу, либо волновую, но не обе сразу. Эти две взаимоисключающие стороны природы микрообъекта следует рассматривать как диалектически дополнительные (единство противоположностей).
Описание микрообъектов не может быть дано на основе классической механики, в которой нет места корпускулярно-волновому дуализму. Однозначной характеристикой микрочастицы в квантовой механике является волновая функция величина, позволяющая определить параметры движения в заданных внешних условиях. Математически волновая функция описывает некоторый процесс, периодический во времени и в пространстве, длина волны которого определяется формулой де Бройля. Однако природа этого процесса не имеет аналогов в макромире, сама волновая функция - ненаблюдаемая величина, не имеющая физического смысла. В квантовой механике с ней связывают так называемые "волны вероятности", так как квадрат амплитуды волной функции является мерой вероятности обнаружения микрочастицы в какой-либо области пространства. Хотя основное уравнение квантовой механики позволяет однозначно определить зависимость волновой функции от координаты и времени в определенных условиях движения микрообъекта, оно фиксирует связь не осуществившихся событий, а потенциальных возможностей этих событий и выражающих их вероятностей. Поэтому однозначная причинно-следственная связь событий, проявляющаяся в классической механике, не свойственна микромиру, здесь эта связь включает и необходимое и случайное. Даже зная начальное состояние и условия движения микрообъекта, невозможно однозначно предсказать его последующее поведение. Описание его состояния с помощью волновой функции отражает изначально присущую микрообъектом вероятностность поведения. Ненаглядность создаваемых квантовой механикой моделей микромира не противоречит объективности даваемых ею знаний, но отражает качественное отличие свойств объектов микро- и макромира.
Особые свойства микрочастиц. Развитие релятивистской квантовой механики, описывающей движение микрообъектов со скоростями, сравнимыми со скоростью света, уже в конце двадцатых годов, привело к новым открытиям. В 1927 г. английский ученый Поль Дирак установил возможность существования у всех микрочастиц двойников - античастиц. Античастицы отличаются от частиц знаком электрического (или другого) заряда. Античастица электрона (е-) - позитрон (е+), имеющая положительный электрический заряд, была открыта в 1932 г. Взаимодействие частицы и античастицы приводит к аннигиляции (исчезновению) обеих и превращению их в кванты электромагнитного излучения:
е - + е + > 2г (4.9)
Возможна и обратная реакция:
2г > е - + е + (4.10)
Однако она становится реальной только в силовом поле ядра атома. В отсутствии такого поля электрон и позитрон появляются как виртуальные частицы.
В микромире могут возникать виртуальные частицы. В соответствии с принципом неопределенности в течение некоторого времени:
(4.11)
возможно существование частиц с полной энергией
ДЕ = mс 2.
Если это время слишком мало (меньше, чем 10-22 с), частицы невозможно экспериментально обнаружить, они виртуальны. Виртуальными являются все переносчики фундаментальных взаимодействий, фигурирующие в модели обменного взаимодействия.
Описание взаимодействия микрообъектов в настоящее время реализуется на основе развивающейся квантовой теории взаимодействий, которая является ядром всей современной физики. Она дает общий подход ко всем известным типам взаимодействий.
Физический вакуум. Одним из важнейших результатов такого подхода является представление о физическом вакууме.
Слово vacuum по латыни означает пустота. По обыденным житейским представлениям вакуум - это пространство, которое абсолютно ничего не содержит: ни молекул, ни атомов, ни элементарных частиц. Однако физики трактуют физический вакуум иначе. Чтобы пояснить что такое физический вакуум, проведем мысленный эксперимент. Допустим, мы имеем сосуд сферической формы с идеально изолирующими и идеально отражающими стенками. Пусть в исходном состоянии в сосуде не обнаруживаются (не регистрируются) ни частицы вещества, ни кванты электромагнитного излучения т.е. фотоны, и нам представляется, что в сосуде пустота, не содержащая в себе абсолютно ничего. Эксперимент начнем с того, что через очень малое прозрачное окошко в стенке сосуда начнем накачивать его электромагнитным излучением. Небольшая часть излучения после многократных отражений выйдет обратно из окошка, большая его часть останется внутри сосуда. Со временем количество фотонов в сосуде будет возрастать. В некоторый момент времени какой-нибудь фотон внутри сосуда столкнется с другим фотоном и появится электрон-позитронная пара (в соответствии с (4.10)). Теперь вакуум перестал быть пустым, теперь он содержит две частицы: электрон и позитрон. Откуда взялись эти частицы? Их не было в электромагнитном излучении. Следовательно, электрон и позитрон всегда находились в вакууме в каком-то нерегистрируемом виртуальном состоянии. Как уже указывалось, частицу можно зафиксировать, если время ее жизни более 10-22с. В "неподогретом" электромагнитным излучением вакууме пытающиеся появиться электрон и позитрон сразу исчезают в течение времени меньшем, чем 10-22 с., то есть умирают, не успев родиться. Обнаружить т.е детектировать их удалось лишь после того, как они получили энергию от фотонов и перешли из мерцающего, виртуального, в реальное состояние. Таким образом, физический вакуум можно представить себе как объект физического мира, в исходном состоянии которого не удается обнаружить приборами каких-либо частиц. Путем воздействия на физический вакуум, например, электромагнитным излучением можно увеличить его энергию (нагреть), и перевести его в возбужденное состояние, при котором из вакуума рождаются реальные частицы: электрон и позитрон. Если, посылая свет в окошко, продолжать увеличивать плотность электромагнитного излучения в сосуде, то фотоны начнут сталкиваться с электронами и позитронами. Вследствие такого воздействия рождаются более массивные положительно и отрицательно заряженные частицы: мюоны или ?-мезоны. Дальнейшее "накачивание" сферического сосуда фотонами вызовет рождение частиц пионов или ?-мезонов, а затем внутри сосуда начнут образовываться пары протон-антипротон и нейтрон-антинейтрон. Таким образом, в результате такого нарастающего энергетического воздействия фотонами на пустоту внутри сосуда можно получить все частицы, необходимые для построения атомных ядер и атомов Возникает вопрос: " А был ли вакуум пуст?" Если мы наблюдаем образование частиц из вакуума при его "разогреве", то они там были, но были в непроявленном, недетектируемом состоянии, следовательно, физический вакуум содержит плотно упакованный набор всех известных нам в природе частиц, находящихся в виртуальном состоянии. По выражению российского физика А.Б. Мигдала (1911-1991), физический вакуум можно представить себе как физический объект, который "кишит еще неродившимися" материальными частицами.
Свойства физического вакуума описывает квантовая теория поля, позволяющая понять механизм всех известных нам типов взаимодействий. Квантовая теория поля рассматривает физический вакуум как прародителя известного нам мира и дает его определение: физический вакуум - это низшее энергетическое состояние квантовых полей, характеризующееся отсутствием каких-либо реальных материальных частиц. В этом состоянии обращаются в нуль импульс, электрический заряд и другие характеристики частиц. В то же время физический вакуум не следует понимать как абсолютную пустоту. В нем постоянно происходят флуктуации (случайные всплески) энергии, приводящие к возникновению виртуальных частиц. Время жизни виртуальных частиц очень мало, не более 10-22с, и они не успевают вступить во взаимодействие с реальными частицами. Поэтому их можно считать чем-то вроде "призраков". Однако "призрачный туман" виртуальных частиц участвует в коллективных взаимодействиях с реальными объектами материального мира, например, с ансамблями реальных частиц. Известен целый ряд физических эффектов, обусловленных этим взаимодействием. Например, сдвиг энергетических уровней в спектре водорода, аномалии в величине магнитного момента электрона и др. Согласно современным космологическим теориям, в основе построения которых лежит концепция Большого Взрыва (подробнее об этом ниже), возникновение Вселенной явилось следствием фазового перехода физического квантового вакуума. В силу соотношений неопределенности В. Гейзенберга (3.8), в вакууме непрерывно происходят флуктуации энергии и спонтанные рождения и аннигиляции виртуальных частиц. Таким образом, физический вакуум не пуст, а насыщен всевозможными флуктуациями всевозможных полей и представляет собой физический объект, при коллективном взаимодействии с которым обнаруживают свои свойства все элементарные частицы (микрообъекты) реального мира.
Взаимодействие микрообъектов с вакуумом по современным воззрениям свидетельствует о целостности мира, о несведении его к отдельным элементам. Если согласно классической науке мир рассматривался как совокупность независимых отдельных частей, взаимодействующих по детерминистским законам, то в квантовой теории ни один объект не может быть полностью индивидуализирован. По словам Борна, Вселенная является неделимым целым, отдельные частицы которого имеют смысл абстракций или приближений, справедливых лишь в классическом пределе. Во второй половине XX в. основное внимание уделяется созданию единой квантово-релятивистской теории структуры материи и фундаментальных взаимодействий.
Взаимосвязь классической и квантовой механики. Согласно существующему в науке принципу соответствия, разные, но верные теории, относящиеся к одному кругу явлений, должны быть взаимосвязаны. В наличии такой связи мы убедились на примере релятивисткой и классической механики: вторая имеет более узкие рамки применимости и является частным случаем первой при выполнении условия (2.14). Аналогичная связь имеет место и в случае квантовой механики. Если произведение энергии объекта и времени соответствующего процесса слишком велико по сравнению с постоянной Планка:
Е t "h, (4.13)
волновые свойства объектов не проявляются, и соотношения квантовой механики переходят в формулы классической механики, которая является ее частным случаем. Наиболее общей теорией, имеющей самые большие границы применимости, является релятивистская квантовая механика. Выше названные три теории - ее частные случаи, которые реализуются при следующих условиях: при выполнении (2.14) - квантовая механика, при выполнении (4.11) - релятивистская, при выполнении обоих условий одновременно - классическая.
8. Структура микромира
Структура атома. Идеи античных атомистов были возрождены в научном естествознании в XVIII в. английским ученым Дальтоном (1766-1844). К XIX в. стало ясно, что мельчайшая частица химического элемента "атом" (с греческого - "неделимый") обладает внутренней структурой, и, будучи в целом электрически нейтральной, включает компоненты с противоположным знаком электрического заряда. Отрицательно заряженная частица, входящая в состав атома электрон, открыта в 1897 г. Дж. Дж. Томсоном (1856-1940). В начале XX в. английский физик Э. Резерфорд экспериментально исследовал внутреннее строение атома, используя радиоактивные б - частицы. Оказалось, что положительный заряд и основная масса атома сосредоточены в очень малом объеме - ядре (~10-15 м), в то время как размеры атома (~10-10 м) определяются электронной оболочкой. Заряды в микромире принято выражать в единицах элементарного заряда (заряда электрона) - . Заряд электрона в такой системе равен (-1), протона - (+1). Исследования показали, что выраженный в таких единицах заряд ядра, а следовательно, и количество электронов в оболочке атома равны порядковому номеру химического элемента в таблице Менделеева. Периодический закон Менделеева отражает периодичность строения электронных оболочек атома и обусловленных ими химических свойств. При этом оказалось, что существуют атомы (ядра) одного элемента, обладающие разной массой. Они получили название изотопы ("топ" - место). Указанное в таблице Менделеева массовое число определено для природной смеси изотопов данного элемента.
Отрицательно заряженные электроны оболочки атома движутся в электромагнитном поле, создаваемом положительно заряженным ядром и другими электронами. Учет волновых свойств электронов позволяет определить их возможные состояния и соответствующие им волновые функции. При этом, как уже отмечалось, для электрона в атоме понятие траектории неприменимо, можно говорить только о вероятности его нахождения на разных расстояниях от ядра. Энергия электрона в атоме квантована, то есть принимает определенный набор разрешенных значений. Состояние с наименьшей энергией называется основным, остальные - возбужденными. Атом может переходить в возбужденное состояние поглощая энергию электромагнитного излучения, если величина кванта соответствует разнице между разрешенными значениями энергии, т.е. если фотон имеет определенное значение частоты. Возвращаясь в основное состояние, атом испускает фотон той же частоты. Для каждого химического элемента существует свой набор (спектр) частот, испускаемых (или поглощаемых) атомами. Это позволяет, исследуя спектральный состав излучения, испускаемого веществом в атомарном состоянии, сделать выводы о его химическом составе. Спектральный анализ широко используется как в технике, так и в научных исследованиях, в частности в астрономии.
Структура атомного ядра. Структура атомных ядер была определена в 30-е годы ХХ в. Частицы, из которых состоит ядро, имеют общее название - нуклоны. Масса нуклона почти в 2000 раз больше массы электрона, и ее приближенное значение принято за атомную единицу массы (а. е. м.). В а. е. м. измеряется масса ядер. Существуют два типа нуклонов - протон и нейтрон. Протон несет положительный электрический заряд, величина которого равна элементарному, и совершенно стабилен. Нейтрон несколько тяжелее протона, электрически нейтрален и в свободном состоянии способен самопроизвольно превращаться в протон с образованием электрона и антинейтрино. Используя общепринятые обозначения частиц: протон - р, нейтрон - n, электрон - е, нейтрино - н, фотон - г, и обозначая заряд частицы нижним индексом, а массовое число - верхним, данное превращение можно записать следующим образом:
. (4.12)
(Знак "~" означает, что в данной реакции возникает антинейтрино). Видно, что в этом превращении выполняются законы сохранения заряда и массового числа.
Зная порядковый номер (Z) и массовое число некоторого изотопа , легко определить число протонов и нейтронов в нем. Очевидно, что общее число нуклонов равно А, а количество заряженных протонов - Z (заряд ядра равен порядковому номеру изотопа), следовательно, количество нейтронов равно (A - Z). Таким образом, становится ясным, что изотопы элемента, имеющие разные массы, различаются количеством нейтронов, а количество протонов для всех изотопов данного химического элемента постоянно.
Между нуклонами в ядре осуществляется электромагнитное, сильное и слабое взаимодействия. Электростатическое отталкивание одноименно заряженных протонов компенсируется не зависящим от заряда сильным (ядерным) взаимодействием между всеми нуклонами - и протонами, и нейтронами.
Чтобы разложить ядро на составляющие его нуклоны, надо затратить энергию, называемую энергией связи ядра. При образовании же ядра из нуклонов выделяется энергия, равная энергии связи. Данный процесс сопровождается уменьшением суммарной массы системы на величину, называемую дефектом массы (m).
, (4.13)
здесь: Z - порядковый номер элемента; А - его массовое число; mp, mn, mядра - масса соответствующих частиц.
По закону взаимосвязи массы и энергии энергия связи ядра (Есв) пропорциональна дефекту массы (m):
. (4.14)
Энергия связи, приходящаяся на один нуклон, закономерно изменяется в зависимости от массового числа, причем максимальное её значение соответствует ядрам со средними значениями атомной массы. Это делает энергетически выгодными два типа процессов - слияние легких ядер (реакции синтеза) и деление тяжелых ядер (реакции распада). В настоящее время считается, что именно реакции первого типа - слияние ядер водорода (Z = 1) с образованием ядер гелия (Z=2), протекающие в недрах звезд, являются источником их энергии, поддерживающим температуру в десятки миллионов кельвинов. Процессы деления тяжелых ядер, в частности урана и плутония, позволяют получать энергию в атомных реакторах. Исторически сложилось так, что, хотя в обоих случаях речь идет о ядерной энергии, энергию, выделяющуюся при расщеплении атомных ядер принято называть атомной энергией, а при слиянии - термоядерной. Данные процессы являются примером превращения одних изотопов в другие. До XX в. такие процессы считались невозможными, а с открытием радиоактивности их исследование стало одним из важнейших направлений в физике микромира.
Радиоактивность - самопроизвольное превращение одних изотопов в другие, сопровождающееся испусканием излучения. Это явление открыто французским ученым А. Беккерелем (1852-1908) в 1896 г. при изучении люминесценции солей урана. Исследование состава радиоактивного излучения, его природы, различных радиоактивных веществ проводились Пьером Кюри (1859-1906) и Марией Кюри-Склодовской (1867-1934), а также Резерфордом. Из встречающихся в природе минералов радиоактивны соединения изотопов урана, тория, радия и др. Характеристикой устойчивости изотопа относительно распада является период полураспада - время, за которое распадается половина первоначального количества ядер. Ни физические, ни химические условия не влияют на радиоактивный распад, поэтому данное явление является источником наших знаний о геологической шкале времени. Определяя процентное содержание исходных и образовавшихся ядер, можно достаточно точно определить возраст, например, горных хребтов.
Исследования радиоактивного излучения показали, что существует три вида продуктов распада, обозначаемых греческими буквами б, в и г.
При б - распаде из атомного ядра вылетает б-частица, состоящая из двух протонов и двух нейтронов, то есть ядро гелия , и возникает новое ядро . Данный вид превращения обусловлен сильным взаимодействием и свойственен тяжелым ядрам (А>80). При в-распаде из ядра вылетает электрон, новое ядро имеет то же массовое число, но порядковый номер на единицу больше исходного . Этот процесс интересен появлением в результате распада ядра частицы, в нем не содержащейся. Теорию в-распада создал итальянский ученый Ферми. Оказалось, что в-распад обусловлен взаимными превращениями протонов и нейтронов, вызванным слабым взаимодействием. Примером такого превращения является рассмотренный ранее распад свободного нейтрона (3.12). Изучение закономерностей в-распада привело к гипотезе о существовании нейтральной частицы с нулевой массой - нейтрино, которая возникает одновременно с электроном. Экспериментально нейтрино было открыто в 1956 г. Для искусственных изотопов в-распад может протекать с возникновением античастицы электрона - позитрона; жесткое коротковолновое электромагнитное излучение, то есть поток фотонов большой энергии (г- лучи) сопутствует двум выше упомянутым видам распада.
...Подобные документы
Фундаментальные законы сохранения физических величин. Свойства симметрии физических систем. Связь законов сохранения с симметрией пространства и времени. Принципы симметрии в физике. Симметрия как основа описания объектов и процессов в микромире.
реферат [327,5 K], добавлен 17.10.2008Открытие явления фотоэффекта не вписывалось в рамки классической физики. Это привело к созданию квантовой механики. Фотоэлектрический эффект и дискретная природа света. Дифракция электронов. Применение явления корпускулярно – волнового дуализма.
реферат [39,6 K], добавлен 24.06.2008Классификация элементарных частиц. Фундаментальные взаимодействия. Модель атома Резерфорда. Теория Бора для атома водорода. Атом водорода в квантовой механике. Квантово-механическое обоснование Периодического закона Д. Менделеева. Понятие радиоактивности.
реферат [110,6 K], добавлен 21.02.2010Фундаментальные физические взаимодействия - субстанциональные основания материальной организации Вселенной. Закон всемирного тяготения. Теория гравитации Ньютона. Анализ тенденций объединения взаимодействий на квантовом уровне. Квантовая теория поля.
презентация [8,1 M], добавлен 25.11.2016Теория атомно-молекулярного строения мира. Объекты микромира: электрон, фундаментальные частицы, фермионы, лептоны, адроны, атомом, ядром атома и молекула. Разработка квантовой механики и явлений микромира. Концепции микромира и квантовая механика.
реферат [35,9 K], добавлен 26.07.2010Фундаментальные взаимодействия в природе, их сравнительная характеристика: гравитационное, электромагнитное. Электростатика как раздел учения об электричестве, в котором изучаются взаимодействия и свойства систем зарядов. Формулировка закона Кулона.
презентация [1,1 M], добавлен 22.08.2015Фундаментальные понятия квантовой механики: гипотеза де Бройля, принцип неопределённостей Гейзенберга. Квантовое состояние, сцепленность, волновая функция. Эксперимент над квантовомеханической системой: движение микрочастиц, принципы проведения измерений.
реферат [99,1 K], добавлен 26.09.2011Развитие квантовой физики: гипотеза квантов, теория атома, природа света, концепция целостности. Создание нерелятивистской квантовой механики, принципы ее интерпретации. Парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена, принцип неопределенности Гейзенберга.
реферат [94,0 K], добавлен 14.02.2009Понятие фундаментального физического взаимодействия. Гравитация, электромагнетизм, слабое взаимодействие, сильное взаимодействие. Ньютоновская теория всемирного тяготения. Учения об электричестве и магнетизме в единой теории электромагнитного поля.
презентация [214,9 K], добавлен 23.02.2014Физический смысл волн де Бройля. Соотношение неопределенности Гейзенберга. Корпускулярно-волновая двойственность свойств частиц. Условие нормировки волновой функции. Уравнение Шредингера как основное уравнение нерелятивистской квантовой механики.
презентация [738,3 K], добавлен 14.03.2016Основные направления фундаментальной Теории многомерного пространства. Современные представления о теории атома. Пространства Вселенной: мертвой материи, видимое с Земли, желтое, серое и синее. Схема орбитально-динамического взаимодействия объектов.
реферат [308,5 K], добавлен 18.10.2009Начало развития квантовой механики. Формирование квантовых представлений. Проблемы интерпретации квантовой теории. Парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена и его интерпретации. Неравенство Белла и открытие А.Аспекта. Физический вакуум и его свойства.
реферат [34,8 K], добавлен 06.01.2009Фундаментальные взаимодействия в природе. Взаимодействие электрических зарядов. Свойства электрического заряда. Закон сохранения электрического заряда. Формулировка закона Кулона. Векторная форма и физический смысл закона Кулона. Принцип суперпозиции.
презентация [1,1 M], добавлен 24.08.2015История зарождения квантовой теории. Открытие эффекта Комптона. Содержание концепций Резерфорда и Бора относительно строения атома. Основные положения волновой теории Бройля и принципа неопределенности Гейзенберга. Корпускулярно-волновой дуализм.
реферат [37,0 K], добавлен 25.10.2010- История возникновения и формирования квантовой механики и квантово-механической теории твердого тела
Экспериментальные основы и роль М. Планка в возникновении квантовой теории твердого тела. Основные закономерности фотоэффекта. Теория волновой механики, вклад в развитие квантово-механической теории и квантовой статистики А. Гейзенберга, Э. Шредингера.
доклад [473,4 K], добавлен 24.09.2019 Законы квантовой механики, сущность и границы её применимости. Эффект Комптона и свойства света в период формирования новой физики. Волновая теория Бройля и ряд его крупнейших технических достижений. Теория теплового излучения и электромагнетизм.
реферат [36,5 K], добавлен 26.02.2012Анализ аксиоматики динамики. Понятие инерциальных систем отсчета. Область применимости механики Ньютона. Понятие взаимодействий и сил. Фундаментальные взаимодействия в природе. Силы трения, сопротивления и тяжести. Особенности движения в поле силы.
презентация [2,9 M], добавлен 08.10.2013Дифракция света как явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. Сущность и закономерности корпускулярно-волнового дуализма. Боровская модель атома. Понятие и свойства идеального газа.
контрольная работа [400,8 K], добавлен 24.05.2014"Планетарная модель" атома Бора в основе квантовой механики, ее основные принципы, идеи и значение. Попытки объяснить корпускулярные и волновые свойства вещества в квантовой (волновой) механике. Анализ волновой функции и ее вероятностного смысла.
реферат [90,7 K], добавлен 21.11.2011Принципы неклассической физики. Современные представления о материи, пространстве и времени. Основные идеи и принципы квантовой физики. Современные представления об элементарных частицах. Структура микромира. Фундаментальные физические взаимодействия.
реферат [52,2 K], добавлен 30.10.2007
