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:
Структурирование вселенной
В ясную погоду в безлунную ночь невооруженным глазом можно насчитать на небосводе до трех тысяч звезд. Но это лишь небольшая часть тех звезд и других космических объектов, из которых состоит Вселенная. Вселенная – это весь существующий ма ...
Структура хроматина
Универсальные компоненты хроматина - белки гистоны.
Гистоны - это небольшие по молекулярной массе белки с высоким содержанием положительно заряженных аминокислотных остатков - лизинов и аргининов, локализованных преимущественно в N- и С- ...
Эволюция и структурная организация Вселенной
Вселенная – окружающий нас мир, бесконечный в пространстве, во времени и по многообразию форм заполняющего его вещества и его превращений.
Мир един, гармоничен и одновременно имеет многоуровневую организацию. Вселенная – это мегамир. Нет ...