Лекция № 5 Теория относительности и квантовая механика

Вопросы:

1.Теория относительности у А.Эйнштейна

2.Принципы относительности

3.Квантовая механика.

1.Общая теории относительности а.Эйнштейна

Общая теория относительности получила завершенную форму в работах Эйнштейна 1915г.

Принципы:

1.Свойства пространства времени определено действующими в них полями тяготения.

Здесь важен принцип эквивалентности:

- в заданном поле тяготения тела любой массы и физической природы движутся одинаково при одинаковых начальных условиях.

Тяготение- воздействие физической материи на геометрические свойства пространства-времени. В свою очередь эти свойства влияют на движение материи и на другие свойства вещества..

Истинное гравитационное поле- есть проявление искривления четырехмерного пространства времени . Все тела движутся по геодезическим линиям в пространстве времени, которое искривлено. Следовательно, геодезические линии - не прямые.

Отсюда следует, что тяготение зависит не только от распределения масс в пространстве, но и от их движения, давления и натяжения, имеющихся в телах, от электромагнитного и всех других полей.

Специальная теория относительности частный случай общей теории относительности. Эта теория опирается на геометрию четырехмерного пространства - времени, согласно которой события задается четырьмя координатами 3-мя пространственными и 1-ой временной.

Явления описываемые теорией относительности называются релятивистскими от лат.(относительный) , так как они проявляют себя при скоростях движения близких к скорости света (С) в вакууме.

2.Принципы относительности

1.

2.

В классической механике энергия тела (кинетическая равна) произведению массы (см.формулу 1)

Согласно принципу Эйнштейна при скоростях близким к скорости света (релятивистских) эта формула не работает, а работает (формула 2), где m-масса,v-скорость, c-скорость света.

Следовательно, энергия тела стремится к бесконечности при скоростях, стремящихся к скорости света.

Если масса покоя не равна О, то скорость всегда меньше скорости света. Хотя может быть сколько угодно к ней приближена. Со скоростью света движутся частицы с нулевой массой покоя(фатоны,нитроны).

Из всего этого вытекает закон сохранения энергии.

Cсоответственно которому масса всегда пропорциональна энергии.

Однако, теория относительности плохо работает там, где материя имеет волновую природу, там подключается квантовая механика.

3.Квантовая механика.

Квантовую механику привлекают для описания явления микромира, также ее называют волновой механикой. Эта теория, устанавливающая способ, описание и законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, ядер атомов,молекул) и их систем. Например, кристаллов, а также связь величин, характеризующих частицы и системы с физическими величинами, непосредственно измеряемых на опыте.

Элементарные частицы- это мельчайшие, известная частица физической материи. На сегодняшний момент открыто 350электронных частиц. Например электроны, протоны и т.д.

Квантово-механические законы лежат в основе работы атомных реакторов, а также их используют при создании новых материалов(сверхпроводников и т.д.).

В основе этой теории исследование природы света. Согласно Максу Планку, свет испускается не непрерывно, а дискретно (пропорциями энергии- квантами)Прочем величина кванта энергии зависит от частоты света.

Затем Эйнштейн в теории фотоэффекта (1905г.)предположил, что свет квантами не только испускается и поглощается , но и распространяется. То есть свету присуще дискретность.

Свет состоит из отдельных порций- световых квантов (фотоны)

В 1922 г. Артур Комптон, нобелевский лауреат экспериментально доказал, что рассеяние света свободными электронами происходят по законам упругого столкновения двух частиц (фотона, электрона).

Отсюда, появляется идея, что свет состоит как из частиц, так и из фотонов. Так появляется теория Луи Де Бройля о корпускулярно- волновом дуализме (двойственности)света , где каждая частица имеет свою волну.

Следовательно, по модели Э. Резерфорда атом состоит из ядра и движущихся вокруг ядра электронов. Электрон должен, согласно теории Де Бройля ,упасть на ядро , а он не падает.

Почему? На этот вопрос нашел ответ Н. Бор. Согласно, Бору электроны испускают энергию не всегда, а только тогда, когда переходят на новую орбиту и тогда рождается квант света и возникает линейчатый спектр атома.

Вопросы к семинару:

1.Структура физической картины мира.

2. Классическая механика.

3.Термодинамика.

4. Электродинамика

5. Теория относительности.

6.Квантовая механика

7.Энергетика как новое мироведение. Порядок и Хаос.