🗊Презентация Концепция микромира

От Аристотеля шла идея непрерывности, от Демокрита – идея прерывности. От Аристотеля шла идея непрерывности, от Демокрита – идея прерывности. Считалось, что энергия непрерывна, а вещество дискретно. Исследование теплового излучения: универсальная функция испускательной и поглощательной способности. Вводится абсолютно черное тело, поглощающее все волны, падающие на него. М. Планк. Энергия распространяется порциями – квантами, т.е. энергия также связана с прерывностью – дискретными порциями. Свет излучается дискретно, но само излучение непрерывно.

E – энергия кванта, E – энергия кванта, h – постоянная Планка, v – частота света

Одна из универсальных числовых констант природы Одна из универсальных числовых констант природы

Фотон – квант электромагнитного поля. Фотон – квант электромагнитного поля. Явление фотоэффекта: свет выбивает электроны из металла, у каждого вещества своя частота, ниже которой фотоэффект не наблюдается. Оказалось, что порционно не только поглощение излучения, но и само излучение как таковое является совокупностью дискретных микрообъектов – квантов света (фотонов, световых частиц).

Оказалось, что свет – это не только волны, но еще и корпускулы (фотоны, световые частицы). Оказалось, что свет – это не только волны, но еще и корпускулы (фотоны, световые частицы). В 1922 г. Л. де Бройль решил, что вещество – это не только частицы, но и волны. ВЫВОД: и свет, и вещество обладают корпускулярно-волновой природой. Материя – это и вещество, и свет. Существует симметрия свойств материи. Э. Шрёдингер: электронам тоже соответствуют волны. Его волновая механика является одним из 2 видов квантовой механики.

В итоге было установлено, что вся физическая материя имеет единство прерывных и непрерывных свойств. Произошло объединение вещества и электромагнитного поля: Вещество – это частицы и волны; Электромагнитное поле – это фотоны и волны.

1897 г. – открытие делимости атома. Был обнаружен электрон. Оказалось, что атом может распадаться и излучать энергию; 1897 г. – открытие делимости атома. Был обнаружен электрон. Оказалось, что атом может распадаться и излучать энергию; 1904 г. – модель Дж. Томсона (булка или кекс с изюмом). Положительный заряд в атоме равномерен, электроны отрицательны («изюм»), они покоятся или движутся вокруг центра; Планетарная модель: центр атома – положительно заряженное ядро, вокруг ядра вращается кольцо электронов. Э. Резерфорд добавил: число электронов таково, что заряд атома равен 0; число электронов равно порядковому номеру элемента в периодической системе Менделеева. Но электроны должны терять энергию, излучая волны, и падать на ядро (неустойчивость).

Постулаты Н. Бора: Постулаты Н. Бора: Электрон может находиться на орбите в устойчивом состоянии и не испускать/поглощать излучение; Квантовый скачок: электрон переходит с орбиты на другую, испуская или поглощая при этом квант энергии; При поглощении кванта энергии электрон переходит на внешнюю орбиту, при испускании – на внутреннюю. Атом при этом находится либо в стационарном состоянии, когда электрон устойчив на орбите, либо в нестационарном состоянии, когда электрон испускает или поглощает излучение.

Модель Н. Бора Модель Н. Бора

Квантово-механическая модель атома (облако электронов) Квантово-механическая модель атома (облако электронов)

В. Гейзенберг: мы наблюдаем не природу, а ее вид, зависящий от наших вопросов. Н. Бор: приборная установка переводит объект из возможного состояния в действительное. В. Гейзенберг: мы наблюдаем не природу, а ее вид, зависящий от наших вопросов. Н. Бор: приборная установка переводит объект из возможного состояния в действительное. Принцип неопределенности В. Гейзенберга: нельзя точно установить положение объекта и его импульс в одно и то же время. Это происходит из-за наличия как волновых, так и корпускулярных свойств объекта, а также из-за воздействия на него других микрообъектов. Принцип дополнительности Н. Бора: микрообъекты – частицы при стационарном состоянии и волны при излучении атома, т.е. корпускулярная и волновая картины должны дополнять друг друга. Нужны 2 экспериментальные установки.

Соотношение пространственной координаты и импульса микрообъекта Соотношение пространственной координаты и импульса микрообъекта

4) Принцип соответствия Н. Бора. Объяснение связи квантовой механики и классической физики: квантовая механика является более общей теорией, классическая физика – частный случай, в котором постоянной Планка можно пренебречь. В квантовой механике пренебречь постоянной Планка невозможно. Вывод: старая теория – частный случай новой теории.

Ориентация на классическую физику (А. Эйнштейн, Э. Шредингер, Л. де Бройль): объект вне ученого, детерминизм, непрерывность траекторий; Ориентация на классическую физику (А. Эйнштейн, Э. Шредингер, Л. де Бройль): объект вне ученого, детерминизм, непрерывность траекторий; Копенгагенская интерпретация (В. Гейзенберг, Н. Бор): ученый влияет на объект, микромир специфичен, статистичность. В итоге победила копенгагенская школа, которая ввела новую форму детерминизма – статистический детерминизм. Дело не в развитии науки, а в том, что в основе природы лежат именно статистические закономерности, выраженные в копенгагенской интерпретации квантовой механики (и это непреодолимо).

Гравитационное: гипотетическая частица-переносчик – гравитон, связано с ОТО и структурой мегамира, так как отвечает за скрепление тел во Вселенной; Гравитационное: гипотетическая частица-переносчик – гравитон, связано с ОТО и структурой мегамира, так как отвечает за скрепление тел во Вселенной; Слабое: частицы – калибровочные бозоны, распад тяжелых частиц и их превращение в более легкие частицы; Электромагнитное: частица – фотон, электродинамика, связь атомов и молекул в макромире; Сильное (ядерное): частицы – глюоны (кванты поля, которое образуют кварки), связь атомных ядер и их компонентов.

1) По массе: Электрон (античастица – позитрон) – самая легкая с массой покоя; Фотон – нет массы покоя; Лептоны – легкие частицы (примерно масса электрона); Мезоны – средние частицы (от 1 до 1000 масс электрона); Барионы – тяжелые частицы (свыше 1000 масс электрона).

По массе По массе

Масса некоторых частиц Масса некоторых частиц

2) По заряду: 2) По заряду: Положительный (позитрон, протон), Отрицательный (электрон); Нулевой (нейтрино); Дробный (кварки). 3) По стабильности: Стабильные (фотон, нейтрино, протон и электрон); Нестабильные (большинство элементарных частиц нестабильно). При взаимодействии частицы и античастицы происходит аннигиляция (взаимоуничтожение), вещество превращается в поле. Все частицы, реагирующие в сильных взаимодействиях, – адроны (пример адронов – нуклоны, пионы). Нуклонами являются протоны и нейтроны, образующие атомные ядра.

Закон сохранения электрического заряда: при превращении частиц сумма электрических зарядов остается неизменной; Закон сохранения электрического заряда: при превращении частиц сумма электрических зарядов остается неизменной; Разность между числом барионов и их античастиц не изменяется при любых процессах.

Электрическое и магнитное поля = электромагнитное взаимодействие (Дж. Максвелл); Электрическое и магнитное поля = электромагнитное взаимодействие (Дж. Максвелл); Электромагнитное и слабое взаимодействие = электрослабое взаимодействие (С. Вайнберг, Ш.Л. Глэшоу, А. Салам); Электрослабое и сильное взаимодействие = «Великое объединение». Все 4 взаимодействия = «Супер-объединение». Здесь заключается противоречие между квантовой теорией и общей теорий относительности. Возможное решение – теория струн. Необходимо совместить Стандартную модель и общую теорию относительности.

ТЕОРИЯ СТРУН: ТЕОРИЯ СТРУН: Основатель Теории струн – Г. Венециано (квантовая теория струн возникла в 1968 г.). Самое удобное количество измерений, необходимое для работы теории – десять (девять – пространственные, одно – временное). Следующий этап развития теории суперструн – М-теория (одиннадцать размерностей). Еще один ее вариант – F-теория (двенадцать размерностей). Мы сами и все вокруг нас состоит из бесконечного множества загадочных свернутых микрообъектов – колеблющихся струн.

Струны Струны