Взаимосвязь квантовой механики и теории относительности и доказательство закона Планка
Изучение локационного метода измерения кинематических параметров. Исследование энергетических функций массонов и фотонов. Значение физики микромира и закона сохранения энергии и представления о наличии у фотона волновых и корпускулярных свойств.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.11.2018 |
| Размер файла | 55,7 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/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Взаимосвязь квантовой механики и теории относительности и доказательство закона Планка
В.М. Юровицкий
МФТИ, РГСУ, Москва
В современной физике теория относительности и квантовая механика являются отдельными разделами физики, стоящими на собственных аксиоматических базисах. Например, закон Планка - энергетическая функция фотона - является в квантовой механике аксиомой, не выводимой из каких-либо более глубинных оснований.
Одной из важнейших задач науки является сведение до минимума количество начальных сущностей, на которых строится теория. Поэтому задача преобразования постулатов в выводимые положения очень важна, так как открывает новые взаимосвязи между явлениями и увеличивает достоверность теории. В работе показывается существование единой аксиоматической базы релятивистской и квантовой механики и дается вывод энергетической функции массовых объектов и фотонов, исходя из наиболее общих предположений о свойствах света.
1. Постулаты
Зафиксируем те положения, на базе которых будет осуществляться это исследование:
1. С каждым элементарным механическим объектом можно связать некоторую скалярную величину, называемую энергией, обладающую свойством аддитивности и сохраняемости.
2. Элементарные механические объекты (ЭМО) разделяются на два класса:
3. ЭМО, имеющие наинизшую грань энергии. Эта наинизшая грань называется энергией покоя. А сами такие объекты будем называть массонами.
4. ЭМО, не имеющие наинизшей грани энергии. Такие ЭМО будем называть кинетонами.
5. Все кинетоны кинематически эквивалентны. Два свободных кинетона, находящиеся в пространственно-кинематическом совмещении в некоторый момент времени, будут находиться в нем всегда.
6. Масон и свободный кинетон в пространственно-кинематическом совмещении не могут находиться никогда. В пространственном совмещении фиксированный массон и свободный кинетон могут находить только один раз, какие бы механические воздействия к масону ни применялись.
Постулируем, что фотон есть кинетон.
Для фотона дополнительно постулируется:
1. Фотон имеет два и только два внутренних независимых параметра: спин и частоту.
2. Энергия свободного фотона зависит только от частоты.
В наиболее общем виде закон сохранения энергии выражается уравнением неразрывности:
Для сингулярного взаимодействия свободных частиц этот закон распадается на два закона - закон сохранения энергии и ее потока - импульса.
2. Локационный метод измерения кинематических параметров
Для того, чтобы из этих постулатов получить определенные числовые зависимости, необходимо создать систему отсчета и описать способы определения кинематических характеристик механических объектов - времени, координаты, скорости и т.д.
Известны два пути решения этих проблем. Первый состоит в создании системы отсчета путем размещения в пространстве наблюдателей, каждый из которых снабжен координатной отметкой и кроме того снабжен часами, которые по определенной методике синхронизированы между собой. Определение координат тел происходит путем фиксации пространственного контакта этих тел с наблюдателями и времени этого контакта. Такова система построения системы отсчета и определения кинематических характеристик, предложенная Эйнштейном и используемая до сих пор в теории относительности.
Однако, существует и другая система построения метрики и кинематики, которая широко используется на практике, хотя в теории пока не описана. Это локационный метод.
Локационный метод состоит в том, что имеется один-единственный наблюдатель, который создает кинематическую картину мира путем локации окружающего пространства. При этом не требуется никаких реперов и часов в пространстве, множества виртуальных наблюдателей (в принципе, в каждой точке пространства) и сложной технологии синхронизации их часов.
Рассмотрим некоторого наблюдателя, использующего некоторый локационный механический объект, устройство испускания и приема этого объекта и часы, с помощью которых он может фиксировать время испускания и время приема, причем предполагается, что он может идентифицировать, что это тот же самый локационный объект, испытавший отражение от наблюдаемого объекта.
Пусть наблюдатель приписал произвольным образом локационному объекту некоторое число с, назвав его скоростью движения этого объекта в пространстве.
Пусть в момент времени t1 по часам наблюдателя был испущен локационный объект, а в момент времени t2 он был принят отраженным от некоторого пространственного объекта.
Что можно сказать о пространственно-временной характеристике наблюдаемого объекта в момент его столкновения с локационным объектом?
Наиболее естественно приписать пространственно-временную характеристику (t,x) этому событию по соотношениям:
На рис.1 показана предполагаемая геометрия измерения.
На самом деле, это отнюдь не тривиально. Мы должны быть уверены, что определяемые таким образом пространственно-временные характеристики любого объекта будут обладать непрерывностью, не будет разрывов в движении механических объектов и не будет их возникновения ниоткуда. Опыт показывает, что таким свойством обладают в жидкой среде только объекты волновой природы. Корпускулярные объекты не пригодны для локации, так как не дают непрерывной пространственно-временной картины мира. В свободном же пространстве таким свойством обладает свет, фотоны. Таким образом, мы можем постулировать, что свет имеет волновую или квазиволновую природу. Только с помощью света можно осуществлять локационный обзор свободного пространства с непрерывностью мировых линий любых механических объектов.
Рассмотрим теперь определение скорости объекта. Для этого необходимо осуществить двойную локацию объекта, см. рис.2.
Скорость v при этом будет:
Здесь с=1. Откуда, получаем для коэффициента преобразования временных интервалов между приемом и испусканием сигналов K2:
Но это преобразование может быть разделено на два преобразования - К1 и К2. К1 есть преобразование интервала между испусканием неподвижного и приемом подвижным, а К2 есть коэффициент преобразования интервала испускания подвижного наблюдателя в интервал приема неподвижного.
Для волн эти коэффициенты (Доплер-коэффициенты), как известно, равны:
Но фотоны являются частицами. А для частиц нет понятия абсолютного движения, Поэтому если наблюдатель с наблюдаемого тела (наблюдатель 2) сам точно также измеряет движение нашего первого наблюдателя, то он получает ту же самую скорость и те же самые выражения для преобразования интервалов. Причем его К1 есть К2 первого наблюдателя, откуда получаем, что для светолокации К1=К2=K и окончательно для Доплер-коэффициента получаем:
Итак, мы получили выражение для светового Доплер-эффекта, исходя из предположения, что свет обладает и волновыми, и корпускулярными свойствами. Но частота обратна периоду, т.е. временному интервалу. Эти выражения дают одновременно уравнения преобразования и для частоты фотона при переходе из одной системы отсчета к другой.
3. Энергетические функции массонов и фотонов
А теперь мы можем определить энергетические функции масонов и фотонов. К сожалению, мы не можем определить энергетические функции любых кинетонов, так как если нейтрино есть кинетон, то нам не известен тот внутренний параметр, с которым связана его энергия.
Рассмотрим реакцию распада массона на два фотона. Такая реакция действительно наблюдается, например, распад пи-мезон:
Для скорости света примем значение скорости равное 1. Тогда импульс фотона p равен его энергии e. Энергию покоя исходной распадающейся частицы обозначим е0. В системе отсчета, в которой распадающаяся частица покоится, законы сохранения энергии и импульса запишутся:
Перейдем теперь в систему отсчета, в которой масон движется со скоростью v. Тогда законы сохранения энергии и импульса запишутся в виде:
Так как энергия фотона зависит только от частоты, то мы можем записать:
Здесь K-1 есть функция преобразования частот, и K-1(v) = К(-v). Отсюда получаем окончательно уравнения сохранения в движущейся системе отсчета:
Умножая первое уравнение на v и вычитая из него второе, получаем:
Из учета (3) получаем окончательно функциональное уравнение для энергетической функции фотона:
Легко видеть, что f(x) есть линейная функция, т.е. получаем окончательно энергетическую функцию фотона:
Здесь h - некоторая постоянная - константа Планка. Из второго уравнения (7) получаем энергетическую функцию масона:
Получены энергетические функции фотона и массона исходя из закона сохранения энергии и представления о наличии у фотона волновых и корпускулярных свойств. Энергетическая функция фотона есть основа всей квантовой механики. Таким образом, показано, что релятивистская и квантовая механика базируются на одном и том же фундаменте. И потому те, кто продолжают вековые попытки ниспровергнуть специальную теорию относительности, должны осознать, что этим самым они ниспровергают и квантовую механику, и, фактически, всю современную физику микромира и мира высоких скоростей и энергий.
И само по себе обнаружение глубокой внутренней связи между явлениями в области микромасштабов и в области релятивистских скоростей представляется чрезвычайно важным и сулящим, возможно, новые понимания и новые знания.
кинематический фотон физика энергия
Литература
1. Юровицкий Владимир Михайлович, к.э.н., член Международной академии информатизации, выпускник МФТИ, ученик лауреатов Нобелевской премии академиков Л.Д.Ландау и П.Л.Капицы, доцент МФТИ, в.н.с. РГСУ
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Изложение физических основ классической механики, элементы теории относительности. Основы молекулярной физики и термодинамики. Электростатика и электромагнетизм, теория колебаний и волн, основы квантовой физики, физики атомного ядра, элементарных частиц.
учебное пособие [7,9 M], добавлен 03.04.2010Сравнительная характеристика абсолютной и международной систем единиц СИ. Сравнение формальной записи второго закона Ньютона и закона Ома для участка электрической цепи. Понятие инвариантности законов электродинамики, термодинамики и квантовой механики.
реферат [75,6 K], добавлен 30.11.2009Законы сохранения в механике. Проверка закона сохранения механической энергии с помощью машины Атвуда. Применение закона сохранения энергии для определения коэффициента трения. Законы сохранения импульса и энергии.
творческая работа [74,1 K], добавлен 25.07.2007Секрет летающей тарелки или противоречия в некоторых умах. Законы сохранения. Главные законы физики (механики): три Закона Ньютона и следствия из них - законы сохранения энергии, импульсов, моментов импульсов.
статья [77,4 K], добавлен 07.05.2002- 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 Предпосылки возникновения квантовой теории. Квантовая механика (волновая механика, матричная механика) как раздел теоретической физики, описывающий квантовые законы движения. Современная интерпретация квантовой теории, взаимосвязь с классической физикой.
реферат [44,0 K], добавлен 17.02.2010Принципы 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 30.10.2007Физическое содержание закона сохранения энергии в механических и тепловых процессах. Необратимость процессов теплопередачи. Формулировка закона сохранения энергии для механических процессов. Передача тепла от тела с низкой температурой к телу с высокой.
презентация [347,1 K], добавлен 27.05.2014Анализ механической работы силы над точкой, телом или системой. Характеристика кинетической и потенциальной энергии. Изучение явлений превращения одного вида энергии в другой. Исследование закона сохранения и превращения энергии в механических процессах.
презентация [136,8 K], добавлен 25.11.2015"Теория струн" или "теория всего" как одно из самых динамично развивающихся направлений современной физики. Сущность и специфика данной теории, ее экспериментальная проверка. Союз общей теории относительности и квантовой механики в "теории струн".
практическая работа [13,4 K], добавлен 28.11.2014Особенности определения энергии и волновых функций 3-го и 4-го стационарных состояний электрона в потенциальной яме. Порядок вычисления вероятности обнаружения электрона в каждом из секторов ямы. Понятие и сущность оператора Гамильтона в квантовой теории.
курсовая работа [262,7 K], добавлен 03.06.2010Развитие 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 14.02.2009Диссипативная модификация квантовой механики. Суперструнные модели; дилатонное скалярное поле и инфляция. Микроскопический струнный подход к описанию диссипативного варианта квантовой механики. Сравнение теории с наблюдениями, построение графиков.
контрольная работа [3,3 M], добавлен 05.08.2015Теория 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 26.07.2010Понятие и предмет электростатики. Изучение свойств электрического заряда, закона сохранения заряда, закона Кулона. Особенности направления вектора напряженности. Принцип суперпозиции полей. Потенциал результирующего поля, расчет по методу суперпозиции.
презентация [773,6 K], добавлен 26.06.2015Определение работы равнодействующей силы. Исследование свойств кинетической энергии. Доказательство теоремы о кинетической энергии. Импульс тела. Изучение понятия силового физического поля. Консервативные силы. Закон сохранения механической энергии.
презентация [1,6 M], добавлен 23.10.2013Этапы расчетов границы энергетических зон окрестностей планеты Земля. Общая характеристика теории гравитации. Знакомство с основными особенностями известного третьего закона Кеплера, анализ сфер применения. Рассмотрение специальной теории относительности.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 17.05.2014Виды механической энергии. Кинетическая и потенциальная энергии, их превращение друг в друга. Сущность закона сохранения механической энергии. Переход механической энергии от одного тела к другому. Примеры действия законов сохранения, превращения энергии.
презентация [712,0 K], добавлен 04.05.2014Геометрия и физика в теории многомерных пространств. Абсолютная система измерения физических величин. Бесконечности в теории многомерных пространств. Квантовая теория относительности. Сущность принципа относительности в теории многомерных пространств.
статья [216,5 K], добавлен 08.04.2011"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 21.11.2011
