Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
ppt

Студенческий документ № 075995 из МИЮ

Квантово-полевая картина мира (КПКМ).

* В основе современной КПКМ лежит новая физическая теория - квантовая механика, описывающая состояние и движение микрообъектов.

* В основе квантовой механики лежат фундаментальные идеи о квантовании физических величин и корпускулярно-волновом дуализме (единстве корпускулярного и континуального подхода к описанию мира).

Формирование идеи квантования физических величин.

* Определение: физические величины, которые могут принимать лишь определенные дискретные значения, называются квантованными. А само их выражение через квантовые числа называется квантованием.

* Сама идея квантования сформировалась на основе ряда открытий в конце 19-го - начале 20-го века.

Эти открытия следующие.

* Открытие электрона. В 1897 году был открыт электрон. Его заряд оказался наименьшим, элементарным. Заряд любого тела равен целому числу элементарных зарядов.

Таким образом, заряд дискретен, а равенство -

q = ±n*e представляет собой форму квантования электрического заряда.

* В результате экспериментов были установлены законы фотоэффекта - явления выбивания электронов из вещества под действием света,

из которого выходили следствия:

1) независимость энергии выбиваемых электронов от интенсивности света, а зависимость её только от частоты световой волны;

2) наличие для каждого вещества минимальной частоты, при которой фотоэффект ещё возможен.

* Согласно теории электромагнитного излучения во второй половине 19-го века следовало, что энергия теплового излучения на всех частотах (во всем интервале длин волн) равнялась бесконечности, что противоречило закону сохранения энергии. Нужно было решить эту проблему.

* В 1900-м году Макс Планк (1858-1947) для выхода из этой ситуации предложил следующую гипотезу: электромагнитное излучение испускается отдельными порциями - квантами, величина которых пропорциональна частоте излучения.

* Гипотеза Планка фактически стала началом новой физики - квантовой физики (старая получила название классической).

* Согласно представлениям квантовой физики энергия кванта

e = h?w,

где w - частота, а h - постоянная Планка, равная 6,626?10-34 Дж?с.

* Она является фундаментальной физической константой (квант действия).

* Таким образом, если в классической физике считалось, что энергия может изменяться непрерывно и принимать любые, сколь угодно близкие значения, то согласно квантовым представлениям, она может принимать лишь дискретные значения, равному целому числу квантов энергии:

Е =n?h?w,

где n = 1,2,3... - целые числа;

h - постоянная Планка;

w - мера частоты вращательного или колебательного движения .

* В 1905-м году А. Эйнштейн, приняв гипотезу Планка, расширил её, предположив, что свет не только излучается квантами, но и распространяется и поглощается тоже квантами (названными впоследствии фотонами).

* Таким образом, свет представляет собой поток световых частиц - фотонов. Это возвращает нас к корпускулярным воззрениям Ньютона, но на новом уровне.

* Энергия фотона e = h?w = mc2. Покоящийся фотон не существует

* Эйнштейн также создаёт основное уравнение фотоэффекта:

hw = A + Ek,

энергия фотона расходуется на работу выхода электрона из атома и придание ему кинетической энергии.

Корпускулярно-волновой дуализм света и вещества.

* В истории развития учения о свете сменяли друг друга корпускулярная теория света (И.Ньютон) и волновая (Р. Гук, Ч. Гюйгенс, Т. Юнг, Ж. Френель), представлявшая свет как механическую волну.

* В 70-х годах 19-го века после утверждения теории Максвелла под светом стали понимать электромагнитную волну.

* В начале 20-го века на основе экспериментов было неопровержимо доказано, что свет обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами.

* Было также обнаружено, что в проявлении этих свойств существуют вполне определенные закономерности: чем меньше длина волны, тем сильнее проявляются корпускулярные свойства света.

* В 1924-м году французский физик Луи де Бройль выдвинул смелую гипотезу: корпускулярно-волновой дуализм имеет универсальный характер, т.е. все частицы, имеющие конечный импульс, обладают волновыми свойствами.

* При проявлении у микрообъекта корпускулярных свойств его волновые свойства существуют как потенциальная возможность, способная при определенных условиях перейти в действительность (диалектическое единство корпускулярных и волновых свойств материи).

* По современным представлениям квантовый объект - это не частица, не волна, и даже не то и не другое одновременно.

* Квантовый объект - это нечто третье, не равное простой сумме свойств частицы и волны.

Принцип дополнительности.

* Корпускулярные и волновые свойства микрообъекта являются несовместимыми в отношении их одновременного проявления, однако они в равной мере характеризуют объект, т.е. дополняют друг друга.

* Датский физик Нильс Бор в 1927-м году сформулировал принцип дополнительности.

* Всякое истинное явление природы не может быть определено однозначно с помощью слов нашего языка и требует для своего определения, по крайней мере, двух взаимоисключающих дополнительных понятий. К числу таких явлений относятся, например, квантовые явления, жизнь, психика и др.

Основные понятия и принципы КПКМ.

* Ранее считалось, что устройство мира можно познавать, не вмешиваясь в него, не влияя на протекающие в нём процессы.

* Картина реальности в квантовой механике становится двуплановой: с одной стороны в неё входят характеристики исследуемого объекта, а с другой - условия наблюдения.

* Таким образом, в КПКМ появляется принцип относительности к средствам наблюдения.

Пространство и время.

* Три пространственные координаты и время потеряли абсолютный и независимый характер.

* Согласно Специальной теории относительности существует единое пространство-время как абсолютная характеристика четырехмерного Мира (пространственно-временного континуума).

Причинность.

* Пространство, время и причинность являются относительными и зависимыми друг от друга.

* Причинность в современной КПКМ имеет вероятностный характер (вероятностная причинность).

Взаимодействие.

* Всё многообразие взаимодействий подразделяется в современной физической картине мира на 4 типа: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.

* По современным представлениям все взаимодействия имеют обменную природу, т.е. реализуются в результате обмена фундаментальными частицами - переносчиками взаимодействий.

* Каждое из взаимодействий характеризуется временем протекания, радиусом действия и константой взаимодействия, которое определяет его сравнительную интенсивность.

Сильное взаимодействие.

* Обеспечивает связь нуклонов в ядре.

* Константа взаимодействия равна приблизительно 1, радиус действия порядка 10-15, время протекания t ~10-23с.

* Частицы - переносчики - p-мезоны.

Электромагнитное взаимодействие:

* Константа порядка 10-2, радиус взаимодействия не ограничен, время взаимодействия t ~ 10-20с.

* Оно реализуется между всеми заряженными частицами.

* Частица-переносчик - фотон (g-квант).

Слабое взаимодействие.

* Связано со всеми видами b-распада,. Константа взаимодействия порядка 10-13, время взаимодействия ~ 10-10 с.

* Это взаимодействие, как и сильное, является короткодействующим: радиус взаимодействия r~10-18 м.

* Частицы - переносчики - виртуальные W- и Z-бозоны.

Гравитационное взаимодействие.

* Является универсальным, из всех взаимодействий является самым слабым и проявляется только при наличии достаточно больших масс.

* Его радиус действия не ограничен, время также не ограничено.

* Обменный характер гравитационного взаимодействия до сих пор остается под вопросом, так как гипотетическая фундаментальная частица гравитон пока не обнаружена.

Показать полностью… https://vk.com/doc6563397_444087236
228 Кб, 10 апреля 2017 в 13:02 - Россия, Москва, МИЮ, 2017 г., ppt
Рекомендуемые документы в приложении