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) Поясните принцип неопределенности, понятия детерминизма и индетерминизма. Как изменились представления о случайном и закономерном, о роли прибора в квантовой механике?

Принцип неопределенности.Принцип неопределенности Гейзенберга — это фундаментальное положение квантовой теории, отражающее ограничение информации о микрообъектах самими средствами наблюдения.

В принципе неопределенности утверждается, что имеется 2 пары величин, характеризующих макросистему, которые не могут быть известны одновременно с бесконечной степенью точности. Неопределенность проявилась в отношении измерения координаты микрочастицы и ее импульса. Нельзя одновременно знать координату и скорость.

Принцип неопределенности утверждает, что любая физическая система не может находиться в состояниях, в которых координаты ее центра инерции и импульс принимают вполне определенное значение. Никакой эксперимент не может привести к одновременному точному определению таких динамических переменных. При этом неопределенность связана с объективными свойствами материи. Следовательно, понятия координаты и импульса не могут быть применены в классическом смысле к микроскопическим объектам.

Детерминизм. Одной из наиболее актуальных проблем современного естествознания является вопрос о природе причинности и причинных отношениях в мире. В решении этой проблемы возникли два направления – детерминизм и индетерминизм – занимающие противоположные позиции.

Детерминизм (от лат.determine — определяю) — учение о первоначальной определяемости всех происходящих в мире процессов, включая все процессы человеческой жизни, со стороныБога(теологический детерминизм, илиучение о предопределении), или только явлений природы (космологический детерминизм), или специально человеческой воли (антропологическо-этический детерминизм), для свободы которой, как и для ответственности, не оставалось бы тогда места. Под определяемостью, здесь подразумевается философское утверждение, что каждое произошедшее событие, включая, и человеческие поступки и поведение однозначно определяется множеством причин, непосредственно предшествующих данному событию. В таком свете детерминизм может быть также определен как тезис, утверждающий, что имеется только одно, точно заданное, возможное будущее.

Все определено в этом мире и ничто не в состоянии этого изменить. Однако, всякое действие вызывает следствие подобно всему тому, что происходит в этой жизни. На принципе детерминизма построена вся классическая физика, за исключением термодинамики и молекулярной физики. Детерминизм подразумевает выполнение обратимости времени, т. е. частица придет в исходное состояние, если обратить время. Каждая траектория единственным образом определяется начальными условиями. Всё это находится в замечательном согласии с экспериментальными данными макромира.

Индетерминизм (отлат.in — не илат.determinare — определять) — учение о том, что имеются состояния и события, для которыхпричинане существует или не может быть указана. Индетерминизм – учение, отрицающее объективную причинную обусловленность явлений природы, общества и человеческой психики.

Представления о случайном и закономерном. В современной физике идея детерминизма выражается в признании существования объективных физических закономерностей, которые подразделяются на динамические и статистические. Динамическими называются закономерности, выражающие однозначные связи физических объектов и описывающие их абсолютно точно посредством определённых физических величин. Например, по заданным значениям координат и импульсов всех частиц системы в начальный момент времени второй закон Ньютона позволяет однозначно определить координаты и импульсы в любой последующий момент времени.

В отличие от динамических законов, заключения, основанные на статистических закономерностях, не являются достоверными и однозначными. Представления о таких закономерностях впервые ввёл Максвелл в 1859 г. Он первым понял, что при рассмотрении систем, состоящих из огромного числа частиц, нужно ставить задачу совсем иначе, чем это делалось в механике Ньютона. Для этого Максвелл ввёл в физику понятие вероятности и указал на то, что нужно отказаться, например, от неразрешимой задачи определения точного значения импульса молекулы в данный момент, а попытаться найти вероятность этого значения. Тем самым однозначно определяется среднее значение физической величины. Такие средние значения в статистических теориях играют ту же роль, что и сами физические величины в динамических теориях.

Роль прибора в квантовой механике. Для квантовых явлений очень важно точное описание условий опыта, в которых наблюдается данное явление. В условия, в частности, входят и измерительные приборы. В классической физике предполагается, что роль измерительного прибора может быть в принципе сведена только к регистрации движения и состояние системы при измерении не меняется. В квантовой физике такое предположение несправедливо: измерительный прибор наряду с др. факторами сам участвует в формировании изучаемого на опыте явления, и эту его роль нельзя не учитывать. Роль измерительного прибора в квантовых явлениях была всесторонне проанализирована Н. Бором и В. Гейзенбергом. Она тесно связана с соотношением неопределённостей.