7. Мікро світ. Прояв хвильових і корпускулярних властивостей мікрочастинок. Дуалізм в мікросвіті
Невідомий нам мікросвіт складається з найдрібніших частинок матерії - електронів, протонів, нейтронів, атомів і т.д. Властивості об'єктів цього світу зовсім не схожі на властивості звичного макросвіту. Властивості мікрочастинок неможливо описати з позицій класичної фізики, тому виникла принципово нова фізика - квантова механіка.
Вивчення властивостей світла показав, що він володіє складною природою, що поєднує в собі хвильові і корпускулярні властивості. Такі явища як дифракція і інтерференція пояснюються хвильовими властивостями, а фотоефект - корпускулярним. В результаті виник так званий корпускулярно-хвильовий дуалізм, поширений на дрібні частки речовини - електрони, протони, нейтрони і т.д. Рухається по орбіті електрон можна розглядати з одного боку як корпускулу (з певною масою, енергією, зарядом) і з іншого боку - як якусь хвилю, довжина якої укладається на довжині орбіти ціле число раз. При вивченні явища фотоефекту було встановлено, що з поверхні електронами вибиваються порції світла, світло випромінюється і поглинається квантами світла, названими фотонами. Енергія фотона з одного боку визначається формулою Е = hy (y - частота, h - постійна Планка). З іншого боку енергія може бути виражена через масу m і швидкість світла c - Е = mс 2. Тобто фотон також як і електрон має і хвильові властивості і корпускулярні, але не має заряду. Маса спокою фотона дорівнює нулю, тобто він не існує в стані спокою.
Можна припустити, що кожному тілу з масою m, що рухається зі швидкістю u відповідає довжина хвилі l = h / mu. Але для тіл зі значною масою довжина хвилі мізерно мала і її неможливо зафіксувати.
Таким чином поділ матерії на дві форми - речовина і поле досить умовно. Частинки речовини виявляють ознаки хвилі і корпускули, і електромагнітне випромінювання виявляє ті ж властивості. Це явище отримало назву дуалізму хвилі і корпускули. Експериментально дуалізм підтверджується, наприклад, дифракцією електронів на кристалі нікелю, тобто частка проявляє хвильові св-ва.
8. Особливості опису законів мікросвіту. Хвильова функція. Принцип суперпозиції, невизначеності і додатковості
Особливістю мікросвіту, що складається з найдрібніших частинок (електронів, протонів, нейтронів, атомів, і т.д.) є те, що їм притаманні як хвильові так і корпускулярні властивості, ті прояв дуалізму. Внаслідок цього неможливе застосування понять і принципів класичної фізики. Спроби описати і пояснити об'єкти мікросвіту призвели до появи квантової механіки, тому що класична фізика не в силах була пояснити дуалізм хвилі й частки. Крім того особливістю мікросвіту є те, що при експериментах неминуче макропрібора і інструменти дослідників впливають на мікрооб'єкти. Подібна дія не враховується в класичній фізиці.
Принципова відмінність опису законів мікросвіту полягає в імовірнісний характер цих описів. Це означає, що не можна точно передбачити місце знаходження, наприклад, електрона. Можна оцінити лише його шанси потрапляння в певну точку. Тому застосовуються методи і поняття теорії ймовірності. У квантовій механіці будь-який стан описується за допомогою «хвильової функції» (Y), але на відміну від класичної фізики ця функція визначає параметри майбутнього стани не достовірно, а з певним ступенем імовірності. Наприклад, говорять про імовірнісний розподіл значень, а не про конкретні значеннях. Значення хвильової функції ставати зрозумілим із твердження: ймовірність знаходження електрона в певному місці одно квадрату модуля хвильової функції. В основі квантової механіки лежить принцип невизначеності.
Суть принципу невизначеності полягає в наступному: якщо ми прагнемо визначити одну з сполучених величин, наприклад, координату x, то значення іншої величини, можна визначити з такою ж точністю. Принцип невизначеності виражається формулою Dx Dp = h, де твір збільшення координати і приріст імпульсу одно постійної Планка. Або словами: неможливо з однаковою точністю визначити і положення, і імпульс мікрочастинки. Твір їх неточностей не повинно перевищувати постійну Планка.
В силу удаваної суперечливості корпускулярних і хвильових властивостей датський фізик Нільс Бор висунув принцип додатковості для квантово-механічного опису мікрооб'єктів, згідно з яким корпускулярна картина такого опису повинна бути доповнена хвильовим альтернативним описом. Спираючись на цей принцип можливо зрозуміти і пояснити багато явищ, наприклад дифракцію електрона на нікелевому кристалі.
Принцип суперпозиції полягає в наступному: в кожній точці результат від дії кількох джерел (наприклад, хвиль) в будь-який момент дорівнює сумі результатів дій кожного джерела окремо.
9. Види взаємодій. Речовина і поле. Віртуальні частки
Атомістична концепція спирається на уявлення про дискретну будову матерії, тобто матерія складається з найдрібніших частинок, які на певному етапі пізнання вважаються неподільними. Історично такими частками вважалися атоми, потім елементарні частки, тепер кварки.
Між елементарними частинками існують взаємодії. За інтенсивністю це взаємодія поділяється на сильне, електромагнітну, слабку і гравітаційне.
1. Сильна взаємодія найінтенсивніше і обумовлює зв'язок між протонами і нейтронами в атомних ядрах.
2. Електромагнітна взаємодія менш інтенсивне і визначає зв'язок між електронами і ядрами в атомі, і між атомами в молекулі.
3. Слабка взаємодія найменш інтенсивно, воно викликає повільно протікають процеси з елементарними частинками, наприклад, розпад квазичастиц.
4. Гравітаційна взаємодія відбувається на надзвичайно коротких відстанях і визначається малими масами частинок, що дає малий ефект, який зростає зі збільшенням маси.
У квантовій механіці кожній частинці речовини відповідає хвиля, тобто кожній частинці можна зіставити своє поле. А якщо цих частинок багато, наприклад, електронів з однаковими енергіями і імпульсами, то і хвилі однакові. І це значить, що це середовище є полем. Це поле можна описати математично за допомогою функції координат і часу. Наприклад фотон описується електричним полем Е (x, y, z, t) і магнітним полем H (x, y, z, t). Фотон - це квант електромагнітного поля, а електрон і позитрон - електрон-позитронного поля. Ці поля змінні, але існують і постійні (статичні) електричні й магнітні поля, наприклад магнітне поле Землі. Але все це різні форми прояву електромагнітного поля. Крім того в природі існує гравітаційне поле, створюване матеріальними тілами. Гравітаційне поле пропорційно масі. Гравітаційні хвилі поки не виявлені.
Елементарні частинки (крім фотонів) можуть поділятися за типами взаємодії: на адрони, для яких характерне сильне взаємодія і лептони, для яких характерне слабке і електромагнітне взаємодія. По масі частки діляться на важкі, проміжні і легкі. За часом життя вони діляться на стабільні (електрон, фотон, протон і нейтрино), квазістабільні і нестабільні частинки.
За теорією відносності енергія може переходити в масу, такі переходи називаються віртуальними. Таким віртуальним переходах супроводжує народження віртуальних частинок на короткий час. Ці процеси відбуваються у фізичному вакуумі - стан з найменшою енергією і відсутністю речовини. Якщо прикласти досить енергії, з вакууму можна народжувати частинки, тому що енергія може переходити в поле, а поле - в частинки. Оскільки Е = mс 2. то частка з масою m народжується на час h / mс 2. Для протона це становить близько 10 -34 с. Вплив віртуальних частинок не велике, але чим менше досліджувані частки, тим значніше вплив на них віртуальних частинок.
Інформація про роботу «Концепція природознавства»
так і видозмінене неживе речовина. До біокосні тіл відносяться грунти, мули, природні води. [2, с.119] 2. Взаємодія структур в мікро і макросвіту Багато основоположні концепції сучасного природознавства прямо або побічно пов'язані з описом фундаментальних взаємодій. Взаємодія і рух - найважливіші атрибути матерії, без яких неможливо її існування.
що властивості Всесвіту для кожного заданого моменту часу однакові у всіх її точках (властивість однорідності простору) і у всіх напрямках (властивість изотропии простору). Цей космологічний принцип однорідності і изотропии Всесвіту підтверджується спостереженнями: в надвеликих масштабах в розподілі сверхскоплений галактик і справді не виявлено відхилень від однорідності і.
або концепція біогенезу). У XIX столітті її остаточно спростував Л. Пастер, довівши, що поява життя там, де вона не існувала, пов'язане з бактеріями (пастеризація - позбавлення від бактерій). 3. Концепція сучасного стану передбачає, що Земля і життя на ній існували завжди, причому в незмінному вигляді. 4. Концепція панспермії пов'язує появу життя на Землі з її занесенням з.