Билет 40

Концепция корпускулярно-волнового дуализма

К 17 в. Сложились две основные теории света:  1)теория корпускулярная.  Основоположник Ньютон.  Свет рассматривается как поток частиц.  2)волновая концепция.  Основоположник К. Гюигенц.  Итак, в первой четверти XX в., сложилась концепция корпускулярно-волнового дуализма. Свет рассматривается как реальный физический объект, который не сводится ни к волне, ни к частице в классическом смысле, обладая одновременно волновыми свойствами непрерывных электромагнитных волн, приводящих к интерференции и дифракции, и квантовыми свойствами дискретных фотонов, объясняющими фотоэффект и эффект Комптона.  При этом обнаруживается важная закономерность этих проявлений свойств света: чем больше частота излучения, чем больше энергия и импульс фотона, тем ярче выражены квантовые свойства света и тем труднее наблюдать его волновые свойства. Наибольшей частотой и энергией, как уже говорилось, обладает гамма-излучение, для которого чаще используется термин гамма-частицы (). Данный символ () используется и для обозначения фотона как микрочастицы.  Столь же парадоксальной, но верной, оказалась Гипотеза Луи де Бройля, французского физика, предположившего в 1924 г., что корпускулярно-волновой дуализм свойствен всем материальным объектам, а, следовательно, и частицам вещества. Частице с импульсом соответствует волновой процесс, причем характеризующая его длина волны λ.  Корпускулярно-волновой дуализм стал всеобщим. Любой материальный объект характеризуется наличием как корпускулярных (масса, импульс), так и волновых (длина волны, частота) характеристик. Константой связи этих двух аспектов является постоянная Планка.  Правильность гипотезы де Бройля подтверждена в 1927 г. наблюдением дифракции электронов. Это позволило определить границы применимости классической механики. Для макрообъектов длина волны оказывается настолько маленькой, что их волновые свойства невозможно обнаружить, а следовательно, корпускулярно-волновой дуализм для них не проявляется. Микрочастицы проявляют свои волновые свойства, если размеры областей их движения сравнимы с длиной волны, рассчитанной по формуле) (например, электрон в атоме или в твердом теле).  Всякий микрообъект отличается от макротела тем, что сочетает в себе свойства частицы и волны, но при этом «не ведет себя ни как волна, ни как частица». Отличие микрочастицы от волны заключается в том, что она всегда обнаруживается как неделимое целое (волну можно разделить, например, направив на полупрозрачное зеркало). Отличие микрочастицы от макротела состоит в том, что она не обладает одновременно определенными значениями координаты и импульса, к ней неприменимо понятие траектории. Для микрочастицы ограничено применение классических параметров механического состояния – координаты и импульса.

Билет 42

Своеобразным отображением диалектичности явлений и процессов природы является раскрытие динамических и статистических закономерностей в природе.  Микромир – это мир мельчайших частиц (молекул, атомов и т.д.), а макромир – это мир крупных тел, состоящих из множества мельчайших частиц.  В результате изучения движения микро- и макросистем в природе были выявлены многие закономерности протекания этих процессов.  Изучением движения макросистем занимается раздел механики динамика. Классическая динамика базируется на 3-х основных законах ньютоновской механики. Используя эти законы, динамика способна решить задачи по определению силы, под действием которой происходит движение тела, если известен закон движения данного тела, а также определить закон движения тела, если известны силы, действующие на него.  Динамические законы приложимы к исследованию движения всех объектов макромира: твердым, жидким и газообразным телам, упругим и деформируемым, к телам переменной массы.  Движение микрочастиц исследуется в квантовой механике, которая показала, что, в противоположность объектам макромира, к объектам микромира законы динамики неприложимы. Было установлено, что при движении одинаковые частицы в одинаковых условиях могут вести себя по-разному. Для описания движения частиц требуется применение вероятностных представлений.  Так, если мы поставим эксперимент с двумя отверстиями, через которые проходит электрон, то нельзя точно сказать, через какое отверстие он пройдет, но если их много, то можно предположить, что часть пройдет через одно, часть - через другое. Поэтому законы квантовой механики, законы, описывающие движение частиц, – это законы статистического характера.  В микромире господствуют статистические законы, которые можно применять только к большим совокупностям, но не к отдельным индивидуумам. Квантовая механика отказывается от поиска индивидуальных законов элементарных частиц и устанавливает статистические законы.  Свойственные для объектов микромира статистические закономерности, а для объектов макромира динамические закономерности ярко демонстрируют диалектический характер развития природных явлений и процессов. Кроме того, раскрытие статистических и динамических закономерностей демонстрирует диалектическую связь между случайным и необходимым.  В классической динамике фактор случайности не принимается во внимание, ибо не оказывает существенного влияния на ход процессов. Законы классической динамики считались детерминистскими законами, т.е. обеспечивающими точные и достоверные предсказания. В действительности же необходимость возникает как результат взаимодействия многих случайностей, о чем свидетельствуют статистические законы.  Таким образом, можно сказать, что строго детерминистских законов не может существовать, поскольку из-за отвлечения от второстепенных факторов результаты будут лишь в той или иной мере приближаться к истинным, но не полностью им соответствовать. Упрощение и схематизация возможны лишь при изучении простейших форм движения. При переходе к исследованию сложных систем, состоящих из большого числа элементов, индивидуальное поведение которых не поддается описанию, необходимо обращаться к статистическим законам, опирающимся на вероятностные предсказания.  В результате в новой картине мира необходимость и случайность выступают как взаимосвязанные и дополняющие друг друга его аспекты.