- •Введение
- •Человеческой культуры
- •1. 1. Иерархия уровней культуры
- •1. 2. Иерархия естественных наук
- •1. 3. Уровни и формы научного познания
- •1. 4. Универсальный принцип естествознания — принцип дополнительности Бора
- •2. Основные этапы развития естествознания
- •2.1 Античная натурфилософия
- •2.2 Средние века и эпоха возрождения
- •2.3. Новое время
- •3. Особенности механики Ньютона
- •3.1 Ньютон и естествознание в его время
- •3.2 Механика Ньютона
- •3.3 Силы в природе
- •3.4 Законы сохранения
- •3.5 Механическая картина мира
- •4. Классическая физика
- •4.1 Учение о теплоте и электричестве
- •5. Неклассическая физика.
- •5.1 Атомизм, периодический закон.
- •5.2 Биологическая эволюция
- •6. Термодинамика
- •6.1 Микроскопические и макроскопические переменные
- •6.2 Калорические параметры состояния и функции процесса
- •6.3 Уравнение состояния
- •6.4 Основы молекулярно – кинетической теории
- •6.5 Теплоемкость
- •6.6 Второе начало термодинамики
- •6.7 Третье начало термодинамики
- •7. Физика полей
- •7.1. Определение понятия поля
- •7.2 Законы Фарадея — Максвелла для электромагнетизма
- •7.3 Электромагнитное поле
- •7.4 Гравитационное поле
- •7.5 Электромагнитная картина мира
- •8 Теория относительности Эйнштейна
- •8.1 Постулаты Эйнштейна в сто
- •8.2 Принцип относительности Галилея
- •8.3 Преобразования Лоренца
- •8.4 Постулаты ото
- •8.5 Основные итоги основ теории относительности
- •9. Колебания и волны
- •9.1 Корпускулярная и континуальная концепции описания природы
- •9.2 Колебания
- •9.3 Волновые процессы
- •9.4 Корпускулярно волновой дуализм излучения частиц
- •9.5 Принцип неопределенности Гейзенберга
- •9.6 Виртуальные частицы и состояния
9.4 Корпускулярно волновой дуализм излучения частиц
Излучение любого источника имеет свой спектр с характерным для него распределением энергии. Электромагнитное излучение, формируемое за счет внутренней энергии тела, называется тепловым. Физическую интерпретацию этого распределения в 1901 г. дал Макс Планк, выдвинув гипотезу, согласно которой свет излучается и поглощается определенными порциями – квантами. Эта гипотеза получила опытное подтверждение при последующем изучении фотоэффекта и комптон – эффекта, подтвердив сложную противоречивую природу света, соединяющего в себе континуальные и дискретные начала. Теоретические аспекты единства этой диады обоснованы А. Эйнштейном. В соответствии с СТО (специальная теория относительности) в природе могут существовать объекты с нулевой массой покоя и отличной от нуля кинетической массойДля таких частиц связь энергии с импульсом может быть записана в виде
где скорость света в вакууме,импульс.
Эти результаты, полученные в СТО, могут быть с успехом переписаны на кванты электромагнитного поля, рассматривая их как реальные частицы – фотоны с кинетической массой и импульсом. Энергия фотона равна
где h – постоянная Планка, частота.
Частоту следует рассматривать как меру энергии. Связь между корпускулярными и волновыми свойствами излучения, отражается формулой
рассматривающей волну как континуальный объект.
Пусть на щель падает параллельный пучок световых лучей (рисунок 9.5). Вследствие дифракции лучи заходят в область геометрической тени, образуя дифракционную картину с чередованием максимумов и минимумов на экране Э.
Рис.
9.5.
Дифракция
в параллельном пучке
В рамках вещественных представлений свет – это поток квантов, что позволяет дать наблюдаемой картине статистическую оценку. Существует некоторое распределение вероятностей, при котором попадания фотона в центр картины (максимум нулевого порядка) является более вероятным, чем в область максимума первого порядка и т. д. Мы не можем детерминировать, указав его вероятность на экране. Отсюда вывод: волна как образ движения света представляет собой волну вероятностей.
Рис.
9.6. Луи
де Бройль
по внешнему виду совпадающей с формулой для импульса кванта излучения
При переходе от макромира к микромиру меняются не только масштабы объектов, но изменяется и мера, изменяется качество материи и ее движения. Движение частиц становится волновым. Состояние свободной частицы микромира, движущейся вдоль координатной оси x, должно быть определено волновой функцией, являющейся отражением корпускулярных и волновых свойств микрочастиц
где А – амплитуда волновой функции; волновой вектор;определяет тригонометрические функции синуса и косинуса.