Микромир: концепции современной физики (квантовая физика). Квантовомеханическая концепция описания микромира

Статьи » Концепции современного естествознания » Микромир: концепции современной физики (квантовая физика). Квантовомеханическая концепция описания микромира

Понятие и принципы классической физики оказались неприемлемыми и к исследованию физических свойств мельчайших частиц материи, которые называют микрообъектами (электроны, протоны, нейтроны и др.). Они образуют невидимый для нас микромир, поэтому свойства видимого нами микромира не похожи на свойства объектов макромира. Это привело к созданию новой науки – квантовой механики, изучающей законы движения и взаимодействия объектов микромира.

Оказалось, что на микроуровне одни и те же объекты обнаруживают как корпускулярные, так и волновые свойства (Макс Планк 1900 год – год рождения квантовой механики). Макс Планк изучал процесс излучения абсолютно черного тела, он пришел к выводу, что излучение энергии происходит не непрерывно – отдельными дискретными порциями - квантами.

Позднее эта гипотеза была обоснована Эйнштейном, который создал квантовую теорию света. В 1905 году он применил квантовые представления при объяснении фотоэффекта (нобелевская премия), понял, что свет имеет прерывистую структуру. Он назвал его фотоном.

Это означало признание корпускулярных свойств света.

Возникала парадоксальная ситуация: в одних опытах (фотоэффект) свет обнаруживал корпускулярные свойства, в других (дифракция, интерференция) – волновые свойства. Это означало, что свет имеет сложную природу, обладая одновременно корпускулярными и волновыми свойствами – корпускулярно-волновой дуализм (двойная природа света).

Дэвисон и Джермер экспериментально доказали, что частицы также обладают корпускулярно-волновую теорию.

В 1924 году французский физик Луи де Бройль выдвинул идею об универсальности корпускулярно-волнового дуализма, предположив, что не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают также волновыми свойствами.

В 1927 году эту гипотезу экспериментально подтвердили Дэвисон и Джермер. После этого признание корпускулярно-волнового дуализма в современной физике стало всеобщим.

Итак, всем микрообъектам присущи и корпускулярные и волновые свойства. Для них существует потенциальная возможность проявить себя в зависимости от внешних условий либо в виде волны, либо в виде частицы. На основе этих представлений в 1927 году физик Бор сформулировал принцип дополнительности, согласно которому волновые и корпускулярные описания процессов в микромире не исключают, а взаимодополняют друг друга. Поэтому полную информацию о свойствах микрообъекта можно получить только при учете и корпускулярной и волновой картин, они взаимно дополняют друг друга.

В 1927 году Гейзенберг выдвинул принцип неопределенности, согласно которому невозможно одновременно точно определить координаты, т.е. местоположение и ее импульс.

В классической физике предлагается, что всякая частица, движущаяся по определенной траектории, поэтому в любой момент времени можно точно фиксировать ее координаты и импульс, микрочастицы же из-за наличия у них волновых свойств, не движутся по определенной траектории, поэтому если мы получим точное значение одной величины, то другая остается полностью неопределенной и наоборот. Таким образом, для микрочастиц не существует состояния, при котором ее координаты и импульс имели бы одновременно точное значение. С точки зрения квантовой механики предсказание поведения микрообъектов имеет вероятностный характер. Законы квантовой физики – статистические, законы классической физики – динамики.


Прочие статьи:

Долговременное приспособление
Обратимся сначала к животным с разным характером движения и к разным мышцам одних и тех же животных, несущим неодинаковую нагрузку, т. е. к видовому, наследственно закрепленному приспособлению к повышенной мышечной деятельности. В мышцах ...

До человека
Человек. Человечество. Вселенная. Как связаны эти понятия? Какое место занимает человек во Вселенной? Чтобы ответить на эти и многие другие вопросы, прежде всего, рассмотрим эволюцию Вселенной с момента ее рождения до наших дней и загляне ...

Как осьминоги по суше путешествуют
С этими тварями случаются самые невероятные происшествия. Вот что рассказал американский зоолог Пауль Батш. Однажды рыбаки поймали осьминога. Они решили сварить его и съесть. Был он небольшим, длиной около полуметра. Его положили в котел ...

Разделы