Об изучении основных принципов физики

Столкновение идей и смена физических представлений. Модели и теории солнечной системы. Абсолютное пространство и принцип относительности. Механика Аристотеля и Ньютона. Теория электричества, квантовая механика и ее конфликт с классической физикой.

Рубрика Физика и энергетика
Вид учебное пособие
Язык русский
Дата добавления 14.11.2018
Размер файла 275,5 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.

Противоположные взгляды зарождаются в науке, как правило, задолго до того, как возникает возможность решить экспериментальным путем, какой из взглядов правилен или, точнее, какой из них имеет большую общность, является более широким и более стимулирующим развитие науки. Молекулярная гипотеза зародилась в глубокой древности, но только в XIX в. отчетливо выявилась ее плодотворность, и лишь в XX в. реальность молекул была подтверждена решающими экспериментами. Кинетическая теория теплоты зародилась, развивалась и находила ревностных сторонников задолго до того, как опыт подтвердил эквивалентность теплоты и работы. Аналогично концепция близкодействия возникла задолго до того, как ее преимущество перед теорией дальнодействия было продемонстрировано экспериментально. Уже Декарт (1596--1650) отрицал силы, действующие на расстоянии. Однако вплоть до второй половины XIX в. теория гравитационных, электрических и магнитных взаимодействий была теорией дальнодействия, так как не было никаких данных ни о среде, передающей силы, ни о скорости распространения взаимодействия.

Развитие электродинамики вначале не поколебало идеи дальнодействия. Исходным пунктом развития электродинамики было открытие датским физиком X. Эрстедом действия электрического тока на магнитную стрелку. Точная феноменологическая теория явления была построена Биу. Вскоре Ампер пришел к заключению, что действие электрического тока на магнитную стрелку можно свести к взаимодействию электрических токов. Подтвердив эту идею на опыте открытием явления притяжения токов одинакового направления и отталкивания токов противоположного направления, Ампер предложил общую формулу, позволяющую рассчитывать взаимодействие проводников любой формы при произвольном их взаимном расположении. Позже Ампер показал эквивалентность действия электрического тока на магнитную стрелку и контур с током и обнаружил полную аналогию между соленоидом и постоянным магнитом.

Электродинамика продолжала развиваться в качестве теории дальнодействия и после открытия Фарадеем явления электромагнитной индукции. Математическая формулировка закона электромагнитной индукции была установлена немецким ученым Францем Нейманом (1845) на основе представлений о дальнодействии и формулы Ампера для взаимодействия токов. Немецкий физик В. Вебер, связав силу тока с зарядом и скоростью его движения, сформулировал в качестве основного закона электродинамики закон взаимодействия движущихся зарядов.

Иным путем пошли гениальные английские физики Фарадей и Максвелл.

Физика обязана Фарадею не только рядом блестящих экспериментальных открытий, но и теоретической концепцией поля, которая стимулировала его собственные исследования и легла в основу электродинамики Максвелла.

Фарадей был убежденным сторонником идеи близкодействия. Он категорически отвергал идею дальнодействия даже тогда, когда для этого не было достаточных оснований. Так, он считал, что криволинейный характер силовых линий является достаточным аргументом в пользу физического существования этих линий и отказа от теории дальнодействия, предполагающей «несуществование силовой линии». В действительности решающее преимущество концепции поля над теорией дальнодействия проявляется в области быстропеременных полей; реальность электромагнитного поля доказывается существованием электромагнитных волн, распространяющихся с конечной скоростью. Победа концепции близкодействия стала предрешенной с того момента (1864 г.), когда Максвелл ввел понятие тока смещения, создающего магнитное поле, т. е. когда возникла идея существования электромагнитного поля в отсутствие зарядов.

Новые идеи Фарадея и Максвелла не встретили вначале всеобщей поддержки. «Мы все уже свыклись с математическим понятием дальнодействия... -- писал Д. К. Максвелл в 1855 г. -- Ни одна теория не пустила более глубоких корней в человеческий разум, чем теория действия тел на расстоянии» 13. Теория Вебера сводила амперовы силы к взаимодействию зарядов, взаимодействие токов объяснялось на основе уже знакомых представлений. Фарадей выдвинул истинно новые идеи, которые нельзя было свести к знакомому взаимодействию зарядов. Л. Больцман свидетельствует, что «идеи Фарадея были гораздо менее ясны, чем прежние математически точные гипотезы; и многие математики старой школы мало ценили теории Фарадея, хотя и не смогли прийти при помощи таких ясных представлений к таким большим открытиям» 14. Фарадей казался современникам скорее чародеем, чем ученым с ясным логическим мышлением. Однако и после того, как методы Фарадея были приведены Максвеллом к точной математической форме, новая теория казалась сложной по сравнению с подходом, основанным на использовании законов Ампера и Вебера, которые непосредственно вытекали из данных опыта; формулы Максвелла представлялись современникам следствиями из его неубедительных механических моделей.

При установлении своих знаменитых уравнений Максвелл руководствовался идеей, согласно которой электрическое и магнитное взаимодействия обусловлены напряжениями в некоторой материальной среде. Иначе говоря, Максвелл исходил из аналогии между электромагнитными явлениями и механическими явлениями в сплошных средах. В этом отношении особенно характерна статья Максвелла «О физических силовых линиях» 15, относящаяся к 1861 г. В ней Максвелл, по выражению Больцмана, «строит из жидких вихрей и фрикционных роликов, движущихся внутри ячеек с упругими стенками, причудливый механизм, служащий механической моделью электромагнетизма» 16. Вращение ячеек, наполненных жидкостью, соответствует магнитному полю, а смещение роликов -- электрическому. С помощью роликов вращательное движение может передаваться от одной ячейки к другой. Такая модель помогла Максвеллу сформулировать уравнения, описывающие распространение электромагнитных возмущений.

В своей работе «Динамическая теория электромагнитного поля» (1864), а также в знаменитом «Трактате об электричестве и магнетизме» (1873) Максвелл в значительной мере освободил изложение от механических моделей. Так, в первой из названных работ Максвелл пишет по поводу своего объяснения электрической поляризации напряжением в упругой среде: «Я имел уже случаи попытаться описать особый вид движения и особый вид напряжения, приспособленных для объяснения этих явлений. В настоящем докладе я избегаю какой-либо гипотезы такого рода, и, пользуясь такими словами, как электромагнитное количество движения и электрическая упругость в отношении известных явлений индукции токов и поляризации диэлектриков, я хочу только направить мысль читателя на механические явления, которые могут помочь ему понять электрические явления. Все подобные выражения в настоящей статье должны рассматриваться как иллюстративные, а не как объясняющие» 17. Процесс освобождения теории Фарадея--Максвелла от механических моделей был продолжен и завершен Хевисайдом, Пойнтингом, Герцем, Больцманом и другими. Герц, которому теория Максвелла обязана своим триумфом, так как именно он дал ей экспериментальное подтверждение, особенно четко указал, что именно уравнения Максвелла, а не механические модели, составляют сущность и главное содержание теории Максвелла. В процессе работы по очищению теории Максвелла от механических «лесов», использованных для ее построения, стало ясно, что теория дальнодействия представляет собой специальный случай теории Максвелла и ее формулы можно получить из более общей максвелловской теории.

Еще раз подчеркнем, что трудность в понимании идей Фарадея и Максвелла была обусловлена в то время введением представления о гипотетической среде, передающей взаимодействие. Поведение этой среды оказалось неоднозначным и сложным; отсюда было бы естественно, как нам сейчас кажется, сделать вывод об условности, искусственности механической модели и о независимости уравнений Максвелла от существования механической интерпретации. Однако представить себе, что поле существует само по себе и не нуждается ни в каком носителе, в XIX в. было трудно. Неизбежно возникало желание «понять» новую теорию, исходя из привычных представлений механики сплошных сред. Тем большее восхищение вызывают идеи Фарадея о реальности поля, которые не получили развития в его время, но удивительно близки к современным представлениям.

Фарадею принадлежит гипотеза об обусловленности электрических и магнитных сил напряжениями в среде, в которой, как тогда считали, распространяется свет, -- в эфире. Однако Фарадей рассматривал эту гипотезу как одно из возможных объяснений тех действий, которые оказывает лишенная вещества среда, окружающая заряды или магниты. Вопрос о том, обусловлено ли состояние поля эфиром или нет, Фарадей оставляет открытым. Он лишь утверждает «физическое существование» силовых линий, непрерывно заполняющих пространство вокруг зарядов, токов или магнитов.

Фарадей высказывал предположение, что не только магнитное и электрическое поля, но и процесс распространения света может осуществляться без участия эфира. В статье «Мысли о лучевых колебаниях», опубликованной, в 1846 г., Фарадей предвосхищает современные представления о свете как электромагнитных колебаниях («колебаниях в силовых линиях») и предлагает отказаться от понятия эфира как среды, в которой распространяется свет. Поражает не только удивительная проницательность Фарадея, впервые высказавшего идею о свете как о распространяющихся колебаниях силового поля, но и смелость, с которой он подвергает сомнению одну из фундаментальных идей классической физики. Уверенность Фарадея в справедливости идеи близкодействия не помешала, ему усомниться в необходимости эфира для передачи взаимодействия.

Нет нужды доказывать, что понятие физического поля трудно для учащихся. Учащиеся должны воспринять физическое поле как реальность и усвоить, что именно поле воздействует на заряженные частицы вещества, не связывая представление о поле с какой-либо механической моделью. Часто учащиеся усваивают понятие поля формально. На вопрос учителя «Что заставляет электроны двигаться внутри проводника?» ученик бойко отвечает: «Разность потенциалов». Но что такое разность потенциалов? Понимает ли учащийся, что поле -- это физическая реальность, которая воздействует на заряд с некоторой силой? Внимательное изучение идей Фарадея, понятия поля, а также условий существования тока в проводнике не менее важно, чем овладение формальными методами расчета полей и токов.

8. Световые волны, эфир и теория относительности

Гениальная догадка Фарадея о природе световых волн не повлияла на представления о свете, которые были приняты в науке в XIX в. Существование эфира казалось необходимым для теории света.

Свет представлялся упругой волной, подобной поперечным волнам в твердом теле. Теория электричества как особая форма движения эфира, казалось, подтверждала гипотезу эфира.

В XIX в. важнейшим вопросом физики был вопрос о возможности связать с эфиром систему отсчета для механического движения. Делались попытки установить, является ли эфир неподвижной средой, относительно которой движутся тела, или же он увлекается движущимися телами. В первом случае течение процесса должно зависеть от скорости поступательного движения системы отсчета, и поэтому с помощью электрических и оптических явлений можно было бы, обнаружить абсолютное движение. В случае же полного увлечения эфира должен был бы выполняться обобщенный принцип относительности, утверждающий, что никакими физическими опытами нельзя обнаружить равномерное прямолинейное движение системы отсчета. Гипотеза о полном увлечении эфира движущимися телами была предложена Стоксом в 1845 г. Вскоре она была опровергнута опытом Физо (1851), в котором рассматривалось распространение света в трубе, по которой протекала вода. Результат опыта соответствовал частичному увлечению эфира, предсказываемому теорией Френеля. Гипотеза полностью увлекаемого эфира противоречит также явлению аберрации света звезд, т. е. наблюдаемому угловому смещению видимых положений звезд вследствие движения Земли вокруг Солнца. Несмотря на эти противоречия с опытом, Герц построил электродинамику, основанную на предположении о полном увлечении эфира и справедливости в электродинамике и оптике принципа относительности Галилея (1890 г.)

Электродинамика, основанная на допущении о существовании неподвижного эфира, была построена Лоренцом. В этой теории принцип относительности отрицается, однако Лоренц показал, что движение лаборатории не влияет на результаты оптических опытов, в которых свет проходит замкнутый путь, если измерения проводятся лишь с точностью до первой степени отношения v/c (где v -- скорость лаборатории, с -- скорость света).

Если же обеспечивается точность измерения порядка v2/c2, то абсолютное движение в соответствии с теорией неподвижного эфира должно обнаруживаться. Такими опытами были знаменитый опыт Майкельсона, впервые поставленный в 1881 г. и затем многократно повторявшийся, и опыт Траутона -- Нобла, проведенный в 1904 г. В опыте Траутона -- Нобла была сделана попытка обнаружить поворот конденсатора, вызванный возникновением магнитного поля при движении заряженного тела относительно эфира. Как известно, результаты опытов в обоих случаях были отрицательными: никаких эффектов, вызванных абсолютным движением относительно эфира, обнаружено не было. Однако эти результаты не были восприняты как свидетельство в пользу принципа относительности.

Лоренц и Фитцджеральд (1892) предложили гипотезу, согласно которой все тела испытывают при движении в эфире продольное сокращение, зависящее от отношения скорости движения тела в эфире v к скорости света с относительно эфира. Чтобы объяснить результат опыта Майкельсона (рис. 4), следовало допустить, что продольные размеры тел уменьшаются в (1- v2/c2)-1 раз.

Пуанкаре увидел в принципиальной необнаружимости эфира подтверждение всеобщей применимости принципа относительности, возможность его распространения на все явления природы в качестве строгого закона. Фактически это означало устранение эфира из физики. Пуанкаре обращал также внимание на то, что понятия одновременности, равенства двух промежутков времени и другие не являются самоочевидными и требуют определения.

Рис. 4. Схема установки Майкельсона. Пучок света, идущий от источника S, разделяется на полупрозрачном зеркале Р. Оба пучка, отразившись от зеркал M1 и М2, попадают в зрительную трубу F, образуя интерференционную картину. В соответствии с гипотезой неподвижного эфира ожидалось смещение интерференционных полос при повороте прибора на 90°.

Эйнштейн, пришедший к принципу относительности независимо от Пуанкаре, дополнил этот принцип постулатом независимости скорости света от скорости движения источников и положил оба постулата в основу теории относительности, дав новое и глубокое понимание всей проблемы. Таким образом, ценой отказа от привычных представлений о пространстве и времени и признания необходимости обобщения законов классической механики проблема объяснения результата опыта Майкельсона окончательно отпала.

В книге «Физики продолжают шутить» следующим образом излагается история создания теории относительности; «В конце XIX в. американский физик Майкельсон -экспериментально (заметьте, экспериментально!) установил, что луч света нельзя догнать. С какой бы скоростью вы ни бежали вслед за лучом, он всегда уходит от вас со скоростью 300 000 км/с.

Засучив рукава теоретик-классик принялся за работу: поставил мягкое кресло под ночным небом и устремил немигающий взор на блистающие звезды. Но сколько он ни смотрел, путного объяснения опыту Майкельсона дать не мог. А Эйнштейн начал с конца: предположил, что свет обладает таким свойством, и все тут. Теоретики подумали немного - один десять, другие двадцать лет, кто сколько мог, -- и сказали: «Гениально!»

Различие подходов к объяснению опытных данных учеными, стремящимися дать толкование фактам на основе старых представлений, и ученым, кладущим факт, требующий объяснения, в основу новой теории, охарактеризовано здесь не только остроумно, но и достаточно точно.

Возникает следующий вопрос: можно ли установить на опыте различие между теорией неподвижного эфира (теорией Лоренца), дополненной идеей сокращения размеров тел в направлении движения» и теорией Эйнштейна? Быть может, это эквивалентные теории в том смысле, что они одинаково хорошо объясняют экспериментальные данные, быть может, выбор между ними дело вкуса, и физики просто договорились использовать теорию Эйнштейна как более простую и не использующую не обнаруживаемых на опыте понятий (эфира)? Конечно, это не так.

Прежде всего, теория Эйнштейна значительно богаче теории Лоренца и содержит ряд важнейших и хорошо подтвержденных опытом результатов (например, закон пропорциональности энергии и массы), которых нет в теории Лоренца. Но есть и прямые экспериментальные данные, противоречащие теории покоящегося эфира Лоренца и подтверждающие теорию относительности Эйнштейна. В частности, теория Лоренца предсказывает, что в опыте с интерферометром Майкельсона можно надеяться обнаружить движение относительно эфира, если скорость этого движения меняется. Для этого, кроме того, необходимо, чтобы плечи интерферометра имели различные длины. При этом условии изменение скорости относительно эфира приведет к смещению интерференционных полос.

Скорость v интерферометра относительно эфира можно представить в виде векторной суммы скорости Земли относительно Солнца vE, скорости поверхности Земли vR и скорости Солнца vS

Каждые двенадцать часов скорость vR изменяет свое направление на противоположное. При этом изменение квадрата скорости

Аналогично, каждые шесть месяцев квадрат скорости должен изменяться на

В опыте Кеннеди и Торндайка (1932) был использован интерферометр с максимальной разностью хода, допускаемой когерентностью интерферирующих пучков света. Тем не менее никакого смещения интерференционных полос не наблюдалось. Отсутствие движения относительно эфира было установлено с точностью до v=±10 км/с.

Итак, никакой эквивалентности теорий Лоренца и Эйнштейна нет; выбор между ними определяется экспериментом, а не соглашением ученых.

Конечно, можно продолжить совершенствование теории неподвижного эфира, подгоняя ее под экспериментальные данные; ясно, однако, что при этом получится сложная, громоздкая и неубедительная система. Такая теория аналогична системе Птолемея, которая может быть сколь угодно хорошо согласована с опытом путем введения нужного числа эпициклов.

Теория относительности Эйнштейна -- не единственная возможная теория, основанная на принципе относительности и отрицающая существование эфира. Если, сохранив постулат относительности, отказаться от постулата независимости скорости света от скорости источника, можно получить теорию, которая в отличие от теории Эйнштейна, сохраняет законы классической механики, но требует изменения законов электродинамики. Такая теория (теория истечения) была предложена Ритцем в 1908 г. Однако позднее было обнаружено, что скорость света не зависит от скорости источника. Об этом свидетельствуют наблюдения за двойными звездами, представляющими собой источники света, движущиеся вокруг общего центра масс. В 1963 г. независимость скорости света от движения источника была подтверждена в лабораторных условиях экспериментами с гамма-лучами. В этих экспериментах сравнивались промежутки времени, за которые гамма-лучи распространяются от движущегося и неподвижного источника до детектора, причем различия между указанными промежутками времени, которое предсказывалось на основе теории Ритца, обнаружено не было.

Таким образом, справедливой оказалась наиболее радикальная теория -- теория относительности Эйнштейна, не только отрицающая эфир, но требующая модификации законов механики, а также коренных изменений в представлениях о пространстве и времени.

История концепции эфира весьма поучительна. Она была введена в физику для наглядного представления света как распространения колебаний в эфире, а затем -- и для истолкования электромагнитного взаимодействия как взаимодействия через передающую среду. Опытные данные свидетельствовали против концепций как неподвижного, так и увлекаемого движущимися телами эфира; они показали, что эфир вообще необнаружим. Соответственно с этим гипотеза эфира была видоизменена, усложнена и перестала быть такой наглядной, какой была раньше. Сохранить в физике понятие эфира стало возможным лишь при условии признания, что эфир принципиально ненаблюдаем. Но разумно ли вводить в физику понятия, о которых нет и не может быть никаких опытных свидетельств? Конечно, нет. Приверженцы всякого рода домыслов о принципиально ненаблюдаемом подменяют истинный научный анализ схоластическими рассуждениями. Они понимают, что создаваемая ими картина не может быть проверена на опыте, но стараются сохранить ее для того, чтобы приспособить данные опыта к привычному образу мыслей, найти «объяснение» опытным данным в рамках старой схемы. Об этом прямо говорил в 1913 г. Лоренц в докладе «Новые направления в физике». Касаясь модифицированной им теории неподвижного эфира, он сказал: «Как бы то ни было, но эта теория в достаточной степени надежна и вполне удовлетворяет меня, ибо не вынуждает идти на какой-либо радикальный пересмотр наших представлений (курсив мой. -- Р. В.). Опираясь на нее, мы, например, можем продолжить разговор об истинном времени и истинной одновременности» 18.

Попытки сохранить понятие эфира продолжались в течение длительного времени после создания теории относительности. В 1926 г. английский рецензент книги Я. И. Френкеля «Электродинамика» писал в журнале «Nature» по поводу полного отказа советского ученого от гипотезы эфира: «Автор, как это и естественно для атмосферы Ленинграда, пытается нарушить историческую картину развития теории электричества и в качестве первого шага отбрасывает концепцию эфира, которую он считает устаревшей. Это интересная точка зрения; но совсем другой вопрос -- является ли она плодотворной»19. Ироничный рецензент был далеко не единственным оппонентом радикальной идеи отказа от концепции эфира. Попытки истолковать электромагнитные явления на основе модельных представлений, использующих понятие эфира, с которыми боролся Я. И. Френкель, сейчас уже почти забыты, однако для начинающего изучать теорию относительности некоторые ее фундаментальные положения по-прежнему представляются «непонятными». Нужно настойчиво разъяснять, что теория относительности не может быть понята на основе старых представлений; напротив, законы ньютоновской механики получаются из теории относительности в предельном случае малых скоростей. Теория относительности должна восприниматься учащимися не как «теория быстрых движений», а как обобщение ранее открытых закономерностей, как новый этап развития физики. В то же время те принципиально новые элементы, которые внесла эта теория в наше мировоззрение, должны не затушевываться якобы в целях большей доступности изложения, а, напротив, подчеркиваться учителем.

9. Квантовая механика и ее конфликт с классической физикой

Созданию квантовой механики непосредственно предшествовало развитие двух важнейших физических концепций: квантовой теории атома, основанной на постулатах Бора и принципе соответствия, и концепции волн де Бройля. Соответственно этому математический аппарат квантовой механики был развит параллельно в двух формах: матричной механики Гейзенберга и в форме, использующей «волновое» уравнение Шредингера. Эквивалентность обеих форм была показана Шредингером и (независимо) Эккартом.

В старой квантовой теории Бора (1913) предполагалось, что частицы (например, электроны в атоме) двигаются по определенным траекториям в соответствии с законом классической механики. При этом, однако, допускаются но любые, а лишь некоторые траектории, выделяемые правилом квантования, которое формулируется на основе опытных данных. В частности, электроны в атоме вращаются вокруг ядра по круговым или эллиптическим орбитам; их движение подчиняется законам Кеплера. Исходя из формул (Бальмера, Ридберга и др.), описывающих простые закономерности оптических спектров атомов, Бор получил правило квантования, определяющее стационарные орбиты и соответствующие им значения полной энергии электронов в атоме. Испускание света атомом происходит при переходе атома из одного стационарного состояния в другое. На этой основе Бор объяснил эмпирические формулы и спектр водорода.

Появление теории Бора означало решительный разрыв с классической теорией, излучения. Согласно классической теории длина волны испускаемого света определяется частотой вращения электрона вокруг ядра атома; по теории же Бора частота световых колебаний равна изменению энергии атома при его переходе из одного стационарного состояния в другое, деленному на постоянную Планка.

Каково же соотношение между старым и новым подходами к проблеме излучения? Ведь и старая теория имеет достаточно обширную область применимости; она, в частности, применима к излучению электромагнитных волн радиодиапазона.

Бор решил эту проблему, сформулировав принцип соответствия, согласно которому результаты классической теории получаются из более общей теории Бора в предельном случае -- для наиболее удаленных от ядра электронных орбит. Частота излучения атома в теории Бора определяется формулой:

где R -- известная постоянная, а m и п -- целые числа (квантовые числа), определяющие энергию, а также радиус орбиты в начальном и конечном состояниях (п>т). Перепишем эту формулу в следующем виде:

Если n-m=1, т. е. переход электрона происходит между соседними орбитами, и n>>1, то

Каждое из выражений 2R/m3 или 2R/n3 определяется только одним квантовым числом и совпадает с частотой обращения электрона вокруг ядра в начальном или в конечном состоянии. Таким образом, классическая и квантовая частоты излучения совпадают при больших квантовых числах. Это совпадение Бор расценил как следствие общего условия, которому должна удовлетворять любая новая теория, назвав это условие принципом соответствия.

Сформулированный Бором принцип соответствия оказался весьма плодотворным и широко использовался в старой квантовой теория для приближенного вычисления амплитуд и поляризации спектральных линий. Работы Бора являются классическим образцом сочетания смелости научной мысли и понимания ценности ранее достигнутых результатов. Бор не только создал новую теорию, основанную на совершенно иных принципах, чем старая, но и определил область применимости старой теории и ее взаимосвязь с новой.

Несмотря на блестящий успех квантовой теории, оставалась серьезная проблема истолкования ее в рамках природы света. В соответствии с представлениями, введенными А. Эйнштейном в 1905 г., излучение состоит из дискретных порций, которые ведут себя как независимые друг от друга частицы (фотоны). Но если свет есть поток фотонов, то чем объяснить возникновение интерференции и дифракции света? Сам Эйнштейн был уверен в необходимости изменения взгляда на природу света и считал возможным построение новой теории, которая будет основана на понятии кванта и одновременно будет описывать волновые явления. Его программа, однако, не нашла поддержки. Не только физики старшего поколения (и среди них такие авторитеты, как Планк и Лоренц) отрицательно относились к световым квантам, но и Нильс Бор упорно пытался исключить из физики кванты света любой ценой, вплоть до отказа от законов сохранения энергии и импульса.

В 1923 г. Луи де Бройль высказал гипотезу, что для описания перемещения некоторого тела следует связать с этим телом волну, которую сам де Бройль считал фиктивной и нематериальной и предложил называть ее «волной фазы». Эта волна распространяется со скоростью, большей скорости света, и не может переносить энергию, но она задает направление движения тела, играя роль «лоцмана». Если движущееся тело должно пройти через малое отверстие, его траектория искривляется в соответствии с направлением луча волны, испытавшей дифракцию.

Наиболее важным пунктом этой концепции было предположение, что она применима не только к световым квантам, но и к другим частицам.

В работах де Бройля смысл «волны фазы» остается невыясненным, частицы еще предполагаются движущимися по траекториям, но основная идея уже высказана: микрочастицы не подчиняются законам классической механики, их движение определяется более общей динамикой, причем каждому телу сопоставляется волна, длина которой определяется его импульсом (л = h/p).

Смелая гипотеза родилась, и, не дожидаясь ее окончательного подтверждения экспериментом (в 1925 г. Дэвиссон сообщил Максу Борну лишь предварительные результаты изучения отражения электронов от поверхностей металлов), Эрвин Шредингер в начале 1926 г. нашел уравнение, которому должно подчиняться распространение дебройлевской волны, сопоставляемой частице, движущейся в силовом поле. Применив найденное уравнение (в нерелятивистском приближении) к атому водорода, Шредингер теоретически получил уровни энергии атома водорода, которые были в согласии с результатами эксперимента.

Это был блестящий успех. Он заключался не только в том, что квантовые условия Бора получили обоснование, но главным образом, в том, что была создана основа теории, по отношению к которой теория Бора является лишь приближением (его теперь называют квазиклассическим). Представление о движении электронов по квантованным орбитам, радиусы которых подчиняются определенным условиям, оказалось наглядной и полезной моделью, значительно упрощающей решение одних задач и совершенно не применимой к другим.

Успех «волновой механики» Шредингера породил надежды на то, что волны де Бройля могут быть истолкованы как некоторый процесс распространения возмущений (колебаний) в пространстве и во времени, подобный процессу распространения электромагнитных волн. Сам Шредингер предлагал считать реальностью только волну, а не частицу и значения энергии электронов в атоме истолковывать как частоты собственных колебаний. Позиция Шредингера поддерживалась рядом видных физиков старшего поколения, например Вильгельмом Вином. В ответ на возражения, что такая точка зрения не совместима с экспериментальными проявлениями локализованных частиц и даже с законом Планка, основанном на том, что свет испускается квантами, выражалась надежда, что на основе волновых представлений Шредингера можно будет построить общую непротиворечивую теорию. Однако этим надеждам не суждено было сбыться. Дальнейшее развитие теории выявило необходимость отказаться и от представления о частицах, движущихся по траекториям, т. е. от представления, лежавшего в основе теории Бора, и от истолкования волн де Бройля как распространения каких-то возмущений в реальном пространстве-времени. Глубокий и всесторонний анализ, которому подверглась новая теория в работах Гейзенберга, Борна и Бора, придали ей облик, совершенно отличный от любой классической теории, -- теории волн или механики частиц.

Открытый Гейзенбергом принцип неопределенности квантовой механики накладывает ограничения на применимость классических понятий и утверждает необходимость нового (по сравнению с классическим) способа описания состояния частицы. Согласно этому принципу некоторые физические величины, значения которых характеризовали состояние частицы в классической физике, не могут быть определены одновременно и точно. Такие несовместимые величины Бор назвал дополнительными. Дополнительными являются, например, координата частицы и проекция ее импульса на ту же координатную ось. Одновременное определение координаты и проекции импульса возможно лишь с некоторой неопределенностью, причем, чем точнее определяется одна из характеристик, тем больше неопределенность другой. Произведение неопределенностей в координате и проекции импульса, в соответствии с соотношением Гейзенберга не может быть меньше постоянной Планка h:

Дx·Др ? h.

Так как постоянная Планка мала, то для макроскопических объектов применима классическая механика, в которой считается, что координаты и импульс в принципе могут быть найдены сколь угодно точно в любой момент времени. Невозможность одновременного и точного определения координаты и импульса в квантовой механике означает, что представление о траектории частицы не имеет смысла. В связи с этим само понятие частицы при переходе к квантовой механике претерпевает коренные изменения. Частица в квантовой механике -- это совсем не то, что мы привыкли называть частицей, корпускулой, отождествляя последнюю с материальной точкой, имеющей строго определенный импульс и находящейся в строго определенной точке пространства.

Если пучок электронов с определенным импульсом (и совершенно неопределенной координатой) падает на экран со щелью, то при этом измеряется с точностью до ширины щели координата электронов, прошедших через эту щель. Это означает, что проекция импульса на направление, перпендикулярное краям щели, уже не может оставаться определенной. Именно поэтому возникает дифракция: электроны отклоняются от первоначального направления движения и за щелью движутся в различных направлениях. Нет возможности предсказать точно, в каком направлении будет двигаться электрон за щелью и в какое место фотопластинки он попадет. На основе дебройлевских волновых представлений и уравнения Шредингера можно определить лишь вероятности для каждого направления. Уравнение Шредингера не описывает реального колебательного процесса, как, скажем, уравнения Максвелла. Внешне это находит отражение в том, что дебройлевская волна выражается не действительной, а комплексной функцией. Поэтому волна де Бройля не может иметь смысла напряженности какого-то реального поля. Волновую функцию, определяемую уравнением Шредингера, можно иначе назвать амплитудой вероятности. Сама вероятность найти частицу в данном месте прямо пропорциональна квадрату модуля амплитуды вероятности, т. е. произведению комплексной амплитуды на величину, комплексно сопряженную ей.

Но, если волны де Бройля не являются реальными, то что же означает наблюдаемая на опыте интерференция электронных пучков? Как объяснить появление интерференционных максимумов и минимумов при наложении пучков частиц? Не является ли интерференция пучков частиц признаком наложения распространяющихся в пространстве колебаний? Нет. Интерференция является всего лишь следствием закона сложения амплитуд вероятности, который называют принципом суперпозиции. Если в данное место могут попасть электроны, принадлежащие двум различным пучкам, то для определения вероятности того, что в это место попадет электрон из любого пучка, нужно сложить амплитуды вероятности для обоих пучков и получившуюся величину умножить на комплексно сопряженную ей. При сложении могут получиться различные для разных направлений результаты: в одних местах число электронов станет большим, чем в том случае, когда туда попадали электроны только одного пучка; в других местах число электронов станет меньшим того, которое было бы при наличии одного пучка. Может оказаться и так, что при наличии двух пучков ни один электрон не сможет попасть в данное место, хотя электроны любого из двух пучков попадали в это место при отсутствии другого пучка. Это и есть интерференция. Пучки частиц, не будучи реально распространяющимся колебательным процессом, обнаруживают волновые свойства.

Все это не столько сложно, сколько крайне непривычно для человека, воспитанного в духе классической физики или просто мыслящего так, как этому учит повседневный, окружающий нас макроскопический мир. Поэтому нет ничего удивительного в том, что изложенное толкование квантовой механики не только не было принято сразу и безоговорочно, но породило сомнения, споры и конфликты.

Труднее всего было примириться с вероятностным характером предсказаний результатов отдельных актов измерений в квантовой механике. В классической физике предполагалось, что при измерении некоторой физической величины мы получаем то значение величины, которое характеризует состояние физического объекта до измерения. В квантовой механике типичной является ситуация, когда состояние до измерения вообще не характеризуется данным значением физической величины и можно лишь предсказать вероятность того или иного ее значения при измерении. Измерение, таким образом, меняет состояние объекта, переводя его из состояния с неопределенным значением физической величины в состояние с вполне фиксированным значением.

Ряду физиков казалось необходимым сохранить классическое представление о том, что измерение дает то значение величины, которое существовало до измерения. Поскольку квантовая механика не предоставляет возможности определить значения величин, характеризующих состояние объекта до измерения, эту теорию считали неполной. Высказывались предположения, что когда-нибудь появится другая теория, способная дать более полное, исчерпывающее описание состояния, в котором система находилась до внешнего вмешательства, фиксирующего значение физической величины.

Признавая замечательные достижения квантовой механики, Эйнштейн все же ждал от будущего развития физики возможности однозначных предсказаний результатов измерения в каждом опыте. Эйнштейн пытался придумать эксперимент, дающий в принципе возможность зафиксировать значения дополнительных величин одновременно и точно, т. е. дать более детальное описание, чем то, которое может быть достигнуто согласно квантовой механике. Однако удалось показать, что во всех предложенных Эйнштейном ситуациях соотношение неопределенностей выполняется.

Эйнштейн прекрасно понимал безупречность вероятностной интерпретации дебройлевской волны и никогда не пытался предложить иную интерпретацию. Он возлагал надежды только на будущую новую теорию.

Однако еще в 1927 г. де Бройль предложил наряду с фиктивной «волной вероятности» ввести представление о реальной, распространяющейся в пространстве волне, имеющей ту же фазу, что и вероятностная. Эта концепция «двойного решения» была впоследствии (в пятидесятых годах) развита Д. Бомом, а также самим де Бройлем вместе с Ж. Вижье. Авторы этой концепции представляют себе квантовый микрообъект как частицу и волну одновременно и, в соответствии с этим, приписывают квантовому объекту одновременно и координату, и длину волны (т. е. импульс). Длина волны трактуется классически, как кратчайшее расстояние вдоль луча между точками с одинаковыми фазами колебаний (или как расстояние, на которое распространяется волна за период). Подчеркнем в связи с этим, что в квантовой механике «длина волны», определяемая формально отношением постоянной Планка к импульсу, вводится как чисто феноменологическая величина, определяющая, например, положения интерференционных максимумов. Интерференционные, дифракционные, резонансные эффекты с частицами, разумеется, совершенно реальны, но это квантовомеханические, а не классические волновые эффекты, и к распространению колебаний они никакого отношения не имеют. Концепция «двойного решения» не получила какой-либо поддержки у физиков.

Отказ от классического способа описания состояния, чисто вероятностная трактовка волн де Бройля составляет достоинство, а не недостаток трактовки квантовой механики, основанной на принципе дополнительности. История физики показывает, что необходимо избегать неадекватных моделей, попыток иллюстрировать новые данные старыми образами. Трактовка должна быть свободна от излишних, не проявляющих себя на опыте понятий. В этом отношении пример квантовой механики особенно показателен. Использование каких-либо классических аналогий, образов, моделей ни в коей мере не способствует восприятию ее основных идей. Мы имеем здесь дело с истинно новыми фактами, которые нельзя понять, исходя из старых представлений, а потому безнадежны попытки придумать объяснение этих фактов в рамках старой теории. Напротив, необходимо всячески выявлять и подчеркивать конфликт между новыми фактами и старой теорией и своеобразие новой теории, в основу которой легли эти факты. Дифракция электронов и современные представления о строении атома явно противоречат классической физике, и это противоречие следует не затушевывать, а подчеркивать.

Преподаватель должен всегда иметь четкое представление о том, в каких случаях новый материал сводится к уже знакомому, понимание -- к узнаванию, а в каких такое сведение невозможно. Необычные, противоречащие соображениям «здравого смысла» явления можно найти в любом разделе физики, и информация о них должна быть яркой, полной, активизирующей мысль учащихся и возбуждающей у них интерес к науке. Чем более удивительными, быть может, вначале загадочными предстанут перед учащимися такие явления, тем лучше они поймут огромное значение великих открытий Коперника, Галилея, Фарадея, Резерфорда, Эйнштейна и многих других преобразователей естествознания. При этом учитель должен уметь дать правильную трактовку излагаемых фактов; в противном случае учащийся может усомниться в ценности теории, и наука предстанет перед ним как набор сведений, связь между которыми он не в состоянии усмотреть. Трудно переоценить в связи с этим роль знания самим учителем взаимоотношении различных физических теорий, истории развития и смены научных представлений и понимания им исторической ценности и исторической ограниченности тех или иных научных концепции.

10. Уровни научного знания и взаимоотношение физических теорий

Если попытаться в упрощенном и схематическом виде представить путь научного познания, то он будет выглядеть так. Основой научного исследования являются наблюдение и эксперимент. Накопление экспериментальных фактов позволяет установить определенные эмпирические закономерности, относящиеся обычно к сравнительно узкому кругу явлений. В результате дальнейшей обработки и анализа этого научного материала, выдвижения и проверки гипотез устанавливаются более общие законы, связанные с опытом уже не столь непосредственно, как первоначально подмеченные эмпирические закономерности, вводятся новые термины, понятия, величины, связь которых с материалом наблюдений опосредована цепью теоретических рассуждений. Открытие общих законов' позволяет построить теорию, т. е. систему знаний, в основе которой лежит небольшое число наиболее общих и фундаментальных положений.

В предыдущих главах подчеркивалось, что обоснование принципов какой-либо теории не может быть дано в рамках той же теории. Принципы теории обосновываются прежде всего опытом, согласием с экспериментом всех следствий теории, соответствием всех приложений теории практике. Это, однако, не снимает проблемы обоснования, вывода, истолкования принципов данной теории в теории более высокого уровня, основанной на иных принципах, более простых, общих и, как правило, менее непосредственно связанных с экспериментом.

В физике теориями «низшего уровня», или феноменологическими теориями, являются макроскопические теории (термодинамика и электродинамика), а соответствующими им теориями «высшего уровня» являются микроскопические теории (статистическая физика и электронная теория, или микроскопическая электродинамика). Уравнения Максвелла -- основные уравнения макроскопической электродинамики -- описывают закономерности электромагнитных явлений в веществе чисто феноменологически, не раскрывая механизма взаимодействия вещества и поля. Исходя из законов взаимодействия микрозарядов и поля (уравнения Лоренца -- Максвелла) и учитывая электронно-атомную структуру вещества, можно вывести уравнения Максвелла путем усреднения межатомных микрополей. Только на основе электронной теории можно понять механизм термоэлектрических явлений, свойства диэлектриков и магнетиков, природу сверхпроводимости и т. д. Аналогичная связь существует между феноменологической и статистической термодинамикой. Исходя из определенных предположений о движении и взаимодействии молекул и используя статистические методы, статистическая термодинамика раскрывает сущность таких исходных понятий феноменологической термодинамики, как термодинамическое равновесие, температура, количество теплоты и работа, энтропия и необратимость. В статистической термодинамике выводятся уравнения состояния и формулы, по которым могут вычисляться значения термодинамических величин, тогда как в феноменологической термодинамике значения этих величин берутся из опыта.

Существование теорий различных уровней опровергает феноменализм -- философский принцип, отрицающий возможность познания сущности. Философские направления, принимающие феноменализм, утверждают, что наука сводится лишь к описанию явлений (феноменов). Феноменализм характерен, в частности, для субъективно-идеалистической философии, которая, отрывая явление от сущности, считает, что явления существуют лишь в сознании человека, т. е. отрицает объективное существование мира. Феноменализм приводит к недооценке гипотез, выдвигаемых для объяснения и более глубокого истолкования эмпирических закономерностей. В частности, именно феноменализм, свойственный позитивистской философии, обусловил крайне скептическое отношение ряда ученых XIX в. (Оствальд, Мах и др.) к атомно-молекулярной теории. «Предубеждение этих ученых против атомной теории можно несомненно отнести за счет их позитивистской философской установки,-- писал А. Эйнштейн. -- Это интересный пример того, как философские предубеждения мешают правильной интерпретации фактов даже ученым со смелым мышлением и тонкой интуицией» 20. Отношение приверженцев феноменализма к теориям, пытающимся проникнуть в глубь вещей, напоминает недоверчивость девочки из романа В. Каверина, впервые услышавшей от старого доктора о причинах болезней: «Он думал, оказывается, что мы заболеваем не потому, что у нас что-то болит, а потому, что нас точат микробы».

Феноменализм является одним из проявлений эмпирического подхода в научном исследовании, для которого характерна недооценка значения рационального логического познания и теоретических построений; единственным источником знаний при таком подходе объявляется опыт. Распространенность и живучесть эмпиризма объясняется тем, что гипотеза, какой бы она ни казалась вначале далекой от чувственного опыта, в дальнейшем, когда она подтверждается опытом и понятия основанной на ней теории становятся привычными, сама представляется непосредственно связанной с эмпирическим материалом. Именно в этом Эйнштейн видел истоки отвергаемого им эмпиризма.

Знание соотношения между теориями разных уровней важно не только для предотвращения таких ошибок, как, например, попытки «вывода» основного закона феноменологической теории в рамках этой же теории. Сообщение учебного материала в школьном курсе физики ведется не путем логического построения той или иной теории, вывода ее положений из принципов, а путем изложения физики по ее разделам, в каждом из которых описывается определенный круг явлений, причем это описание включает и эксперимент, и теоретические представления на макро- и микроуровнях. Соответствующим отбором материала обеспечивается ознакомление учащихся как с феноменологической, так и с микроскопической теориями. Различные способы изложения разделов «Молекулярная физика» и «Электричество», предлагаемые авторами разных учебников и пособий для учителей, представляют собой результат такого рода методической работы.

Заключение

Трудность изучения принципов физических теорий заключается в том, что эти принципы не могут быть выведены в рамках данной теории и должны быть четко выражены как обобщение опытных данных. Опыт, лежащий в основе теории, часто противоречит тем принципам, которые лежали в основе теории-предшественницы, так что новые принципы никак не могут считаться интуитивно очевидными. Напротив, непредвзятое отношение к опыту может считаться серьезным достижением нашей умственной деятельности, поскольку оно часто требует отказа от привычных приемов мышления.

История развития науки, в частности физики, учит нас ценить предшествующее научное знание даже в том случае, когда оно уже потеряло свое былое значение. Система Птолемея и механика Аристотеля, теория теплорода и теория дальнодействия -- это не заблуждения, а относительные истины. Это этапы на бесконечном пути к абсолютной истине и частицы этой истины. Нынешние теории, несравненно более глубокие и имеющие широкую область применимости, тоже лишь относительные истины. Нигилистическое и пренебрежительное отношение к прошлому науки ничем не может быть оправдано. В то же время нельзя допускать и другую крайность, когда, не понимая диалектического характера развития науки и соотношения между относительной и абсолютной истинами, утверждают равноправность старых и новых теорий в отношении их истинности и делают различие между ними лишь в отношении психологической простоты. Такой взгляд обычно сочетается с абсолютизацией относительности человеческого познания и отрицанием объективной истины вообще -- релятивизмом. Релятивизм лежит в основе теории познания позитивизма и ряда других философских течений, получивших распространение среди западных ученых. Иначе решает рассматриваемую проблему диалектический материализм. Об этом В. И. Ленин писал: «Диалектика, -- как разъяснял еще Гегель, -- включает в себя момент релятивизма, отрицания, скептицизма, но не сводится к релятивизму, т. е. признает относительность всех наших знаний не в смысле отрицания объективной истины, а в смысле исторической условности пределов приближения наших знаний к этой истине» 21.

Знать и понимать взаимоотношений между физическими теориями нужно не только для правильной оценки исторической роли той или иной теории, но и для того, чтобы выработать правильное отношение к современным теориям. В определенные периоды развития пауки мы вынуждены под давлением фактов пересматривать привычные взгляды, но это не означает, что такой пересмотр можно произвести без глубокого изучения старой теории, зная лишь новые факты и выдвигая новые идеи. Часто подчеркивают, что новаторы в науке были, как правило, молодыми и не слишком эрудированными людьми, что слишком хорошее знание старой теории порождает приверженность к ней и делает ученого неспособным к восприятию новых взглядов. Это не совсем так. Ученые-новаторы не могли бы стать таковыми, если бы они не обладали глубоким пониманием основ старой теории. Другое дело, что выдвижение новаторских идей не требует знания всех деталей данной предметной области, знания многих частных вопросов теории и ее приложений. Если эрудиция заключается только в знании огромного количества разрозненных фактов, она вообще бесплодна. Если же она состоит в доскональном и систематическом знании всей дайной области, она может быть весьма полезной. Но для создания подлинно нового требуется, кроме знаний, умение выделить главное, увидеть за многообразием явлений те принципы старой теории, которые следует сохранить, и те, которые следует решительно отбросить, заменив другими. Дело не в том, насколько детально изучил ученый данную область знания, а в том, насколько глубоко он проник в ее принципы и имеет ли он достаточно широкий кругозор, чтобы взглянуть на нее как бы извне, исходя из более общей концепции. Для этого нужны не только интуиция, талант, смелость, готовность к долгим и мучительным поискам, но и знания, выходящие далеко за рамки данной специальной науки и дающие возможность использовать идеи и методы передовой философии и смежных наук. Великие мыслители всегда высоко оценивали роль своих предшественников, понимали преемственный характер научного знания. Всех их отличала широта научных интересов и способность воспринимать передовые идеи своего времени. Они хорошо знали, что пренебрежение философской, идейной стороной дела, узкий эмпирический подход резко ограничивают возможности ученого.

...

Подобные документы

  • 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 17.02.2010

  • Основные закономерности развития физики. Аристотелевская механика. Физические идеи средневековья. Галилей: принципы "земной динамики". Ньютоновская революция. Становление основных отраслей классической физики. Создание общей теории относительности.

    реферат [22,0 K], добавлен 26.10.2007

  • Принцип относительности Галилея. Связь между координатами произвольной точки. Правило сложения скоростей в классической механике. Постулаты классической механики Ньютона. Движение быстрых заряженных частиц. Скорость распространения света в вакууме.

    презентация [193,4 K], добавлен 28.06.2013

  • Геометрия 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

  • Возникновение теории относительности. Классическая, релятивистская, квантовая механика. Относительность одновременности событий, промежутков времени. Закон Ньютона в релятивистской форме. Связь между массой и энергией. Формула Эйнштейна, энергия покоя.

    курсовая работа [194,5 K], добавлен 04.01.2016

  • Анализ принципов относительности Галилея и Эйнштейна. Астрономический и лабораторный метод измерения скорости света. Преобразование Лоренца и его следствия. Релятивистская механика. Взаимосвязь массы и энергии покоя. Использование ядерных реакций.

    презентация [8,7 M], добавлен 13.02.2016

  • Основные принципы и законы в классической механике. Специальная теория относительности в пространстве и времени. Относительность одновременности. Изучение роли категории "пространство" и "время" в построении физической картины мира. Принцип инерции.

    презентация [4,3 M], добавлен 11.06.2019

  • Квантовая теория в ряду других современных физических теорий. Споры и дискуссии о реальности квантово-механических состояний. Необычайность свойств квантовой механики. Основные трактовки и интерпретации квантово-механической теории различными учеными.

    реферат [41,8 K], добавлен 28.03.2011

  • Система Аристотеля и механика Архимеда. Европейская механика в эпоху Позднего Средневековья и Возрождения. Инженерные проблемы, над которыми работал Леонардо Да Винчи. Механика XVII века: Галилей, Декарт, Ньютон. Принцип мысленного эксперимента.

    курсовая работа [55,1 K], добавлен 30.06.2013

  • Предмет физики и ее связь со смежными науками. Общие методы исследования физических явлений. Развитие физики и техники и их взаимное влияния друг на друга. Успехи физики в течение последних десятилетий и характеристика ее современного состояния.

    учебное пособие [686,6 K], добавлен 26.02.2008

  • 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 03.04.2010

  • Сущность принципа относительности Эйнштейна, его роль в описании и изучении инерциальных систем отсчета. Понятие и трактовка теории относительности, постулаты и выводы из нее, практическое использование. Теория относительности для гравитационного поля.

    реферат [14,5 K], добавлен 24.02.2009

  • Законы механики и молекулярной физики, примеры их практического использования. Сущность законов Ньютона. Основные законы сохранения. Молекулярно-кинетическая теория. Основы термодинамики, агрегатные состояния вещества. Фазовые равновесия и превращения.

    курс лекций [1,0 M], добавлен 13.10.2011

  • Предпосылки создания теории относительности А.Эйнштейна. Относительность движения по Галилею. Принцип относительности и законы Ньютона. Преобразования Галилея. Принцип относительности в электродинамике. Теория относительности А.Эйнштейна.

    реферат [16,0 K], добавлен 29.03.2003

  • Сравнение показаний неподвижных атомных часов, и атомных часов, летавших на самолете. Сущность и содержание теории относительности, свойства пространства и времени согласно ей. Гравитационное красное смещение. Квантовая механика, ее интерпретация.

    презентация [393,5 K], добавлен 17.05.2014

  • Теория 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 26.07.2010

  • Бесконечное и неделимое. Обсуждение Галилеем природы пустоты и возможности ее присутствия в телах. Сходство его теории с идеями Н. Кузанского. Теория движения Галилея. Представитель физики импетуса Дж. Бенедетти. Изменение античного понятия материи.

    реферат [35,7 K], добавлен 16.11.2013

  • Основные концепции классической механики Ньютона: принципы относительности и инерции, законы всемирного тяготения и сохранения, законы термодинамики. Прикладное значение классической механики: применение в пожарной экспертизе, баллистике и биомеханике.

    контрольная работа [29,8 K], добавлен 16.08.2009

  • Краткая биография Исаака Ньютона. Явление инерции в классической механике. Дифференциальный закон движения, описывающий зависимость ускорения тела от равнодействующей всех приложенных к телу сил. Третий закон Ньютона: принцип парного взаимодействия тел.

    презентация [544,5 K], добавлен 20.01.2013

  • 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 26.02.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.