4. Характеризуйте дискретность и непрерывность материи. В каких явлениях проявляются корпускулярные свойства света?

В философском плане разделение мира на тела и частицы, с одной стороны и сплошную среду, поле и пустое пространство с другой, соответствует выделению двух крайних свойств мира – дискретности и непрерывности.

Дискретность означает "зернистость", конечную делимость пространственно-временного строения и состояния предмета или объекта, его свойств и форм движения(скачки), тогда как непрерывность выражает единство, целостность и неделимость объекта, сам факт его устойчивого состояния. Для непрерывного нет границ делимого.

Дискретные и непрерывные свойства мира в рамках классической физики первоначально выступают как противоположные друг другу, отдельные и независимые друг от друга, хотя в целом и дополняющие общее представление о мире. В современной квантовой теории единство противоположностей дискретного и непрерывного, нашли обоснование в концепции корпускулярно – волнового дуализма. Согласно данной теории любое поле является не непрерывным, а имеет дискретную структуру.

Свет имеет двойственную природу, сочетая в себе как волновые, так и свойства присущие частицам. В одних явлениях, таких как интерференция, дифракция и поляризация, свет ведет себя как волна, в других (фотоэффект, эффект Комптона) – как поток частиц (фотонов). Так например А. Эйнштейн чтобы объяснить фотоэффект, ввел представление о частицах света – фотонов. Согласно Эйнштейну, свет представляет собой поток фотонов. Фотоны – частицы излучения – обладают двойственной природой. С одной стороны, им присущи некоторые особенности волн. Волновые свойства фотонов проявляют себя в явлениях дифракции света и интерференции. Но вместе с тем фотону присущи корпускулярные свойства, выражающиеся в том, что фотон при любых взаимодействиях с другими частицами ведет себя как единое целое. Однако наличие корпускулярных свойств у фотона не означает, что он подобен частице в смысле классической механики – "материальной точке". В отличии от обычных частиц, фотонам нельзя приписать определенных, строго ограниченных размеров. Корпускулярные свойства фотонов состоят лишь в том, что они ведут себя всегда как единое, недробимое целое. С другой стороны, фотону нельзя приписать и всех свойств обычной волны. Отличие потока фотонов от обычной волны можно уяснить, рассмотрев дифракцию "классической" плоской волны на дифракционной решетке. Пусть в результате дифракции на дифракционной решетке волна расщепилась на три волны, которые падают на экран в трех точках. При аналогичном опыте с дифракцией света частоты ν, если волна имеет энергию hν, т.е. состоит из одного фотона, и экран заменить фотопластинкой, чтобы зарегистрировать место попадания фотона на экран, то на ней обнаружится черная точка лишь в одном месте. Это и есть результат корпускулярных свойств фотона.

5. Какова специфика микромира по сравнению с изучением мега- и макромира. Поясните принципы соответствия и дополнительности.

Микромир – невидимый мир микрообъектов – атомов, электронов, нейтронов, протонов и пр. он не может быть описан понятиями и принципами классической физики, которые в некоторой мере соответствуют наглядным представлениям. Классическая физика признает наличие материи в виде как вещества, так и поля. Но она не допускает существование объектов, обладающих свойствами и поля, и вещества. Подчеркивая кажущуюся противоречивость свойств микрообъектов, у которых корпускулярные и волновые свойства дополняют друг друга, Н.Бор выдвинул принцип дополнительности.

Принцип дополнительности сформулированный Н. Бором – положение, сыгравшее важную роль в становлении квантовой механики, согласно которому получение экспериментальных данных об одних физических величинах, описывающих микрообъект (например, электрон, протон, атом), неизбежно связано с изменением таких данных о величинах, дополнительных к первым. Такими взаимно дополнительными величинами являются, например, координата и импульс частицы. Принцип дополнительности содержится в принципе неопределённостей, математическим выражением которого являются соотношения неопределённостей.

При одном описании или наблюдении за микрочастицей существенно волновое представление, а при другом – она ведет себя как частица. Единая картина синтезирует эти описания. После доказательства волновых свойств электрона и "полного успеха" корпускулярно-волнового дуализма вещества необходимо было подвести теорию к объяснению явлений.

С позиции статистических методов к созданию формализма квантовой механики подошел М.Борн. он показал, что интенсивность шредингеровских волн есть мера вероятности положения частицы в определенном месте. Борн с 1922г. начал работать над теорией атома Бора, сумев собрать в Геттингене одаренных молодых физиков-теорериков из разных стран и воодушевить их на разработку новой, квантовой физики. По воспоминаниям Гейзенберга, именно благодаря Борну Геттинген, славившийся своей математической школой, стал также центром атомной физики.

Границы применимости существуют у каждой теории. Так, классическая механика описывает движение макроскопических тел при скоростях, существенно меньших скорости света. Эти границы выяснились только после создания теории относительности. Тогда была создана релятивистская механика, которая расширила классическую механику Ньютона на случай больших скоростей, и ее область применимости стала шире – ограничения скорости больше нет. Ценность механики ньютона не уменьшилась – для малых по сравнению со скоростью света скоростях тел поправки теории относительности малы. При создании квантовой механики было важно построить новую теорию так, чтобы ее соотношения между ее величинами были аналогичны соотношениям классических величин. Т.е. каждой классической величине нужно было поставить в соответствие квантовую величину, а потом найти соотношение между квантовыми величинами, пользуясь классическими законами. Такие соответствия можно было найти только из операций измерения. В 1923г. Н.Бор сформулировал принцип построения новых теорий в других областях:

Принцип соответствия – новая теория не может быть справедливой, если не будет содержать в качестве предельного случая старую теорию, относящуюся к тем же явлениям, если она уже подтверждена опытом в этой области. Этот принцип отражает диалектику соотношения абсолютной и относительной истин. Смена теорий (относительных истин) есть шаг на пути приближения к абсолютной истине.

Гейзенберг шел от наглядных феноменологических моделей. В 1927г. он при поддержке бора и его школы предложил устранить противоречие "волна – частица", которое он понимал как аналогию. Считая, что "совокупность атомных явлений невозможно непосредственно выразить нашим языком", он предложил отказаться от предоставления о материальной точке, точно локализованной во времени и пространстве. Либо точное положение в пространстве при полной неопределенности во времени, либо наоборот – таково требование квантовых скачков.