- •Парадоксы классической космологии и их разрешение. Модели Вселенной.
- •15. Фундаментальная симметрия пространства и времени, ее связь с законами сохранения.
- •Концепции дальнодействия и близкодействия. Понятие материального поля. Классические представления о природе света.
- •Непрерывность и дискретность в описании структуры материи.
- •Историческое развитие концепции пространства и времени в естествознании. Становление специальной теории относительности.
- •Постулаты специальной теории относительности Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Относительность одновременности.
- •Основные следствия из преобразований Лоренца. «Сокращение» длины движущихся объектов. «Замедление» хода движущихся часов.
- •Релятивистская динамика. Связь между массой и энергией.
- •Концепция искривленного 4-мерного пространства-времени в общей теории относительности.
- •Современная наука о пространстве и времени. Описание пространства и времени в ведущих физических теориях.
- •Развитие представлений о природе тепловых явлений. Начала термодинамики. Цикл Карно.
- •Проблема необратимости и ее статистическое решение.
- •Термодинамический и статистический смысл понятия энтропии.
- •Проблема «тепловой смерти» Вселенной: формулировка, развитие и современное решение.
- •Динамические и статистические закономерности в естествознании. Особенности описания состояний в динамических и статистических теориях. Проблема детерминизма.
- •Зарождение и развитие квантовых представлений в естествознании.
- •Квантовая механика как пример статистической теории. Описание состояния и движения микрообъектов. Принцип суперпозиции квантовых состояний.
- •Вопрос 31. Принцип дополнительности и его применение к описанию динамики объектов. Корпускулярно-волновой дуализм.
- •Вопрос 32. Принцип неопределённости Гейзенберга как частное выражение принципа дополнительности
- •Вопрос 33. Основные представления о квантовой теории атомов и зонной теории кристаллов.
- •Вопрос 34. Историческое развитие идей атомизма. Квантовый механизм взаимодействия элементарных частиц. Современные представления о классификации элементарных частиц.
- •Вопрос 35.Фундаментальные взаимодействия в природе. Их характеристики и перспективы объединения.
- •Вопрос 36. Парадоксы классической космологии и их разрешения.
- •Вопрос 37. Современная космология о ранних стадия эволюции Вселенной.
- •Вопрос 38. Элементы спектральной астрономии.
- •Вопрос 39. Эволюция звезд: их рождение, жизнь и смерть.
- •Вопрос 40 Строение Земли и основные характеристики ее оболочек. Термодинамика Земли.
- •Вопрос 41. Образование и основные этапы эволюции Земли.
- •Вопрос 43. Иерархия уровней организации живой материи.
- •Вопрос 46.Особенности эволюционных процессов в природе,их отличие от динамических и статистических закономерностей. Общее описание процесса самоорганизации в неравновесных системах.
- •Вопрос 47. Общие свойства систем, способных к самоорганизации.
- •48. Примеры самоорганизующихся систем в физике.Конвективные ячейки Бенара.Лазеры.
- •49. Открытие диссипативные системы в химии и биологии. Примеры самоорганизации.
- •50. Синергетический подход к анализу экономических явлений и моделированию социальных процессов.Примеры.
- •51. Проблемы прогнозирования в контексте синергетики. Динамический хаос.Фракталы.
-
Зарождение и развитие квантовых представлений в естествознании.
в начале 20в установили, что законы классической физики не применимы к двум группам явлений: процессы взаимодействия света с вещ-ом(дуализм) и процессы происходящие в атоме.
Оказалось, что эти явления связаны и их можно объяснить в рамках одной теории- квантовой мех-ки.
1)Взаимодействие света с вещ-ом. В конце 19в в физике возникла кризисная ситуация «ультрафиолетовая катастрофа»: распределение энергии излучения в спектре абсолютно черного тела, полученное в опытах не удавалось объяснить теоретически на основе классич представлений. Решение проблемы предложил Макс Планк в 1900г. Он предположил, что э/м энергия может излучаться о поглощаться отдельными малыми порциями- квантами. Энергия кванта зависит от его частоты по формуле E=hV. , h=6.626*10-34Дж*с
В 1905г Эйнштейн объяснил на основе гипотезы квантов явление фотоэффекта (вырывания электронов из мет под действием света). Оказалось, что свет можно представить как поток отдельных неделимых частиц – квантов, которые движутся в пустоте со скоростью света.
В 1926г кванты света назвали фотонами. Опыты подтвердили, что фотоны реально существуют (эффект Комптона – раасеивание рентгеновских лучей своб.ее).
В 1923г Луи де Бройль предположил, что частицы вещества наряду с корпускулярными свойствами должны обладать и волновыми. Каждой частице можно приписать длину волны l=h/mv.
В 1927г эту гипотезу подтвердили опыты Девиссона и Джервера, где была зафиксирована дифракция электрона (волновое св-во).
ʎ=6,62*10-34Дж*с/(68кг*10м/с)≈10-36м
Т.е. э/м волны проявляют св-ва волн и частиц и частицы вещества прявл св-ва волн и частиц. Эту особенность назвали корпускулярно- волновым дуализмом. Его невозможно объяснить с позиции классич физики. На уровне макроявлений корпускулярное и волновое описание явл строго ограничивается. А на уровне микроявл границы размываются и микрообъект в зависимости от условий наблюдения может проявлять либо карпуск либо волновые св-ва. Например в атоме эл-ны «существуют» не в виде частиц, а в виде некоторых волн. Их движение описывает волновое Ур-е Шредингера.
2)Процессы происходящие в атоме.
1903г – модель атома Томсона «булочка с изюмом». Положительно заряж сфера с вкрапленными в нее Эл-ми(-)
в 1907г Резерфорд в результате опытов по рассеиванию альфа-частиц атомами золота показал, что модель Томсона неверна и в атомах существуют ядра, в кот сосредоточена почти вся масса атома.
В 1911г Резерфорд предложил планетарную модель атома. Эта модель противоречила законам классич физики и не объясняла наблюдаемые линейчатые спектры атома.
В 1913г Нильс Бор предложил 2 постулата, несовместимые с кл физ:
1)в атомах сущ-т стационарные орбиты, вращаясь по кот эл –н не излучает
2) при мгновенном переходе эл-на с орбиты Е2 на орбиту Е1 испускается (поглощается) квант света с энергией hv=E2-E1 так возникает линейчатый спектр атома.
В 1913-14г существование уровней энергии в атомах подтвердили опыты Герца.
Но модель Бора не могла объяснить:
1. спектры атомов более сложных чем водород
2. как движутся эл-ны при переходе с одной орбиты на др «мгновенный переход»
3. как из атомов образуются мол более сложных в-в.
Эти трудности разрешила новая теория квант мех. Согласно гипотизе Де Броля эл вращающийся вокруг ядра можно представить как волну, а стационарные орбиты Бора, это те орбиты в доль которых укладывается целое число длин волн.
ʎ = h/mv
Идеи Де Броля не были теорией до 1926г, когда Шредингер нашел Ур-е которому должны подчиняться электр. Волны. Это Ур-е позволяет определить волновую функцию или пси-функцию, кот полностью описывает состояние эл в атоме.
В 1926г Макс Борн установил физич смысл пси-функции, доказал, что квадрат ее модуля определяет вероятность нахождения микрообъекта в том или ином месте пр-ва.
В 1927г Гейзенберг получил соотношение неопределенностей: невозможно одновременно точно измерить сопряженные переменные.
∆x ∆p≥Н (h – постоянная Планка)
∆Е∆t≥h
В 1927г Нильс Бор выдвинул принцип дополнительности, предложив физич интерпретацию результатов квантовой мех.
Квантовая механика позволила:
-
Объяснить природу механической связи
-
Периодическая система элементов
-
Строение атома
-
Строение ядра
-
Свойства элементарных частиц
-
Строение и свойства твердых тел
-
Объяснила сверхтекучесть
-
Объяснила сверхпроводимость
-
Черные карлики
-
Механизм протекания термоядерных реакций в звездах
-
Основа работы микроскопа
-
Новые материалы