7. Micro-lumea. Manifestarea proprietăților undelor și particulelor microparticulelor. Dualism în microworld
Microcosmosul invizibil pentru noi constă din cele mai mici particule de materie - electroni, protoni, neutroni, atomi etc. Proprietățile obiectelor din această lume sunt complet diferite de cele ale macrocosmosului familiar. Proprietățile microparticulelor nu pot fi descrise din punctul de vedere al fizicii clasice, deci a apărut o fizică fundamentală nouă - mecanica cuantică.
Studiul proprietăților luminii a arătat că are o natură complexă, combinând proprietățile valurilor și corpusului. Astfel de fenomene precum difracția și interferența sunt explicate prin proprietățile undelor, iar efectul fotoelectric este corpuscular. Rezultatul a fost o dualitate așa-numita undă-particulă circulat în substanță minute particule - electroni, protoni, neutroni, etc. Orbitand electron poate fi privit dintr-o parte ca corpusculului (cu o anumită masă, energie, încărcat) și pe de altă parte - ca o anumită lungime de undă care este plasat pe lungimea orbitei ori intregi. Studiind fenomenul efectului fotoelectric, sa constatat că electronii improscate din porțiunea de suprafață a luminii, lumina este absorbită și emisă de cuante de lumină, numite fotoni. Energia fotonului pe o parte este determinată de formula E = hy (y este frecvența, h este constanta Planck). Pe de altă parte, energia poate fi exprimată în funcție de masa m și de viteza luminii c = E = mc 2. Fotonul, precum și electronul au proprietăți de undă și corpuscul, dar nu au o încărcătură. Masa restului fotonului este zero; el nu există în repaus.
Se poate presupune că pentru fiecare corp cu m masă care se mișcă cu viteza u corespunde o lungime de undă l = h / mu. Dar pentru corpurile cu o masă semnificativă, lungimea de undă este neglijabilă și nu poate fi fixată.
Astfel, împărțirea materiei în două forme - materie și câmp - este mai degrabă arbitrară. Particulele materiei prezintă semne de undă și corpuscul, iar radiația electromagnetică prezintă aceleași proprietăți. Acest fenomen a fost numit dualismul valurilor și corpusculilor. Experimental, dualismul este confirmat, de exemplu, prin difracția electronilor pe un cristal de nichel, adică particula prezintă val sv-va.
8. Caracteristicile descrierii legilor din universul mic. Funcția Wave. Principiul suprapunerii, incertitudinii și complementarității
microcosm caracteristică care constă din particule minut (electroni, protoni, neutroni, atomi, etc.), este că are atât de undă și ale particulelor proprietăți, acelea de manifestare a dualității. Din acest motiv este imposibil să se aplice conceptele și principiile fizicii clasice. Încercările de a descrie și de a explica obiectele din microworld au dus la apariția mecanicii cuantice, deoarece fizica clasică nu putea explica dualitatea valurilor și a particulelor. De asemenea, caracteristică Microworld este că experimentele în mod inevitabil, cercetătorii macroinstrument și instrumente afectează micro-obiecte. Un astfel de efect nu este luat în considerare în fizica clasică.
Diferența principală dintre descrierea legilor microproceselor constă în natura probabilistică a acestor descrieri. Aceasta înseamnă că nu se poate prezice cu precizie locația, de exemplu, a unui electron. Puteți numai să-i evaluați șansele de a ajunge la un anumit punct. Prin urmare, se aplică metodele și conceptele teoriei probabilității. În mecanica cuantică, orice stare este descrisă de "funcția de undă" (Y), dar spre deosebire de fizica clasică, această funcție determină parametrii stadiului viitor nu în mod fiabil, ci cu un anumit grad de probabilitate. De exemplu, ele vorbesc despre o distribuție a probabilităților de valori și nu despre valori specifice. Valoarea funcției de undă devine clară din instrucțiunea: probabilitatea de a găsi un electron într-un anumit loc este egală cu pătratul modulului funcției de undă. Inima mecanicii cuantice este principiul incertitudinii.
Esența principiului incertitudinii este următoarea: dacă încercăm să determinăm una dintre cantitățile conjugate, de exemplu, coordonata x, atunci valoarea celeilalte cantități nu poate fi determinată cu aceeași precizie. Principiul incertitudinii este exprimat prin formula Dx Dp = h, unde produsul creșterii coordonatelor și incrementarea impulsului este constanta lui Planck. Sau în cuvinte: este imposibil să se determine atât poziția cât și impulsul microparticulei cu o precizie egală. Produsul inexactității lor nu trebuie să depășească constanta lui Planck.
Având în vedere proprietățile contradictorii aparente ale fizicianul danez Niels Bohr principiu corpusculare și a valurilor complementaritatea să prezinte pentru mecanică cuantică descriere microscopice prin care o astfel de descriere a imaginii eritrocitar trebuie să fie completate cu descrierea alternativă val. Pe baza acestui principiu posibil să se înțeleagă și să explice multe fenomene precum difracție de electroni pe un cristal de nichel.
Principiul suprapunerii constă în următoarele: la fiecare punct rezultatul acțiunii mai multor surse (de exemplu, valuri) în orice moment este egal cu suma rezultatelor acțiunilor fiecărei surse separat.
9. Tipuri de interacțiuni. Substanță și domeniu. Particule virtuale
Conceptul atomist se bazează pe ideea unei structuri discrete a materiei, adică materia constă din cele mai mici particule, care la un anumit stadiu al cunoașterii sunt considerate indivizibile. Din punct de vedere istoric, astfel de particule au fost considerate atomi, apoi particule elementare, acum quarks.
Există interacțiuni între particulele elementare. Prin intensitate, această interacțiune este împărțită în puternică, electromagnetică, slabă și gravitațională.
1. Interacțiunea puternică este cea mai intensă și provoacă o legătură între protoni și neutroni în nucleele atomice.
2. Interacțiunea electromagnetică este mai puțin intensă și determină legătura dintre electroni și nuclei din atom și între atomii din moleculă.
3. Interacțiunea slabă este cea mai puțin intensă, provoacă procese lente cu particule elementare, de exemplu, dezintegrarea quasiparticulelor.
4. Interacțiunea gravitațională are loc la distanțe foarte scurte și este determinată de masele mici ale particulelor, ceea ce dă un efect mic, care crește odată cu creșterea masei.
În mecanica cuantică, fiecare particulă de materie corespunde unui val, adică Fiecare particulă poate fi atribuită câmpului propriu. Și dacă aceste particule sunt multe, de exemplu, electronii cu aceeași energie și moment, atunci valurile sunt aceleași. Și asta înseamnă că acest mediu este un domeniu. Acest câmp poate fi descris matematic folosind funcția de coordonate și timp. De exemplu, un foton este descris de un câmp electric E (x, y, z, t) și un câmp magnetic H (x, y, z, t). Un foton este un cuantum al unui câmp electromagnetic, iar un electron și un pozitron sunt un câmp cu electroni-pozitivi. Aceste câmpuri sunt variabile, dar există și câmpuri electrice și magnetice permanente (statice), de exemplu, câmpul magnetic al Pământului. Dar toate acestea sunt forme diferite ale manifestării câmpului electromagnetic. În plus, în natură există un câmp gravitațional, creat de corpuri materiale. Câmpul gravitațional este proporțional cu masa. Undele gravitaționale nu sunt încă detectate.
Particulele elementare (cu excepția fotoni) pot fi împărțite în funcție de tipul de interacțiune: hadroni, care sunt caracterizate printr-o interacțiune și leptoni puternice, care sunt caracterizate prin slabe și interacțiunea electromagnetică. În masă, particulele sunt împărțite în grele, intermediare și ușoare. Până în momentul vieții, acestea sunt împărțite în stabil (electroni, de fotoni și proton neutrino), cvasi-stabilă și particule instabile.
Conform teoriei relativității, energia poate intra în masă, astfel de tranziții se numesc virtuale. Astfel de tranziții virtuale sunt însoțite de crearea particulelor virtuale pentru o perioadă scurtă de timp. Aceste procese apar într-un vid fizic - o stare cu cea mai mică energie și absența materiei. Dacă aplicați suficientă energie, particulele pot fi produse din vacuum, deoarece energia poate intra într-un câmp și un câmp într-o particulă. Deoarece E = mc 2. atunci o particulă de masă m este produsă pentru un timp h / mc 2. Pentru un proton aceasta este de aproximativ 10-34 s. Efectul particulelor virtuale nu este mare, dar cu cât sunt mai mici particulele studiate, cu atât este mai mare efectul particulelor virtuale asupra lor.
Informații despre lucrarea "Conceptul de știință naturală"
și o substanță neanimată modificată. Organismele biochimice includ solurile, silicile și apele naturale. [2, p.119] 2. Interacțiunea structurilor în micro și macrocore Multe dintre conceptele de bază ale științei naturale moderne sunt direct sau indirect legate de descrierea interacțiunilor fundamentale. Interacțiunea și mișcarea sunt cele mai importante atribute ale materiei, fără de care existența ei este imposibilă.
că proprietățile universului pentru fiecare predeterminat sincronizare aceeași în toate punctele (spațiu omogenitate proprietate) și în toate direcțiile (spațiu de proprietate izotrop). Acest principiu cosmologică univers omogen și izotrop este confirmat de observații: în-mare super-scara în distribuția superciorchinilor de galaxii și, de fapt, nu este evidențiat abateri de la uniformitate și.
sau conceptul de biogeneză). În secolul al XIX-lea a fost în cele din urmă respins de L. Pasteur, dovedind că apariția vieții în care nu exista nu este asociată cu bacterii (pasteurizare - eliminarea bacteriilor). 3. Conceptul statului modern presupune că Pământul și viața de pe acesta există întotdeauna și într-o formă neschimbată. 4. Conceptul de panspermie conectează aspectul vieții pe Pământ cu introducerea ei.