29. Основные структурные уровни познания окружающего физико-биологического мира, отличительные свойства.

Как живая, так и неживая сферы материи включают в себя ряд взаимосвязанных структурных уровней. Принято разделать следующие уровни: микро-, макро- и мегамир. Разделение на 3 уровня позволяет лучше ориентироваться в пространстве. Микромир – область предельно малых, непосредственно не наблюдаемых, материальных микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется в диапазоне от 10^-8 до 10^-16 см, а время жизни от бесконечности до 10^-24 секунды. Сюда относятся фундаментальные и элементные частицы., ядра, атомы, молекулы.

Макромир – мир материальных объектов, соизмеримых по свои масштабам с человеком и его физическими параметрами. На этом уровне пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах, метрах, километрах, а время – сек, мин, часах, днях, годах. В практической действительности макромир представлен макромолекулами, веществами в различных агрегатных состояниях, живыми организмами, человеком, те макротелами.

Мегамир – сфера огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в кот измеряется астрономическими единицами, световыми годами, а время существования космических объектов – миллионами и миллиардами лет. К этому уровню материи относятся наиболее крупные материальные объекты – звезды, галактики и их скопления.

30. Основные особенности квантовой механики микромира.

Квантовая механика – теория, кот устанавливает способ описания и законы движения микрочастиц и их систем, а так же связь величин, характеризующих частицы и системы, с физическими величинами, измеряемыми на опыте. Квантовая механика описывает законы движения микрочастиц (элементарных частиц, атомов, молекул). Применяется для объяснения многих макроскопических явлений.Квантовая механика делится на нерелятивистскую, справедливую в случае малых скоростей, и релятивистскую. Нерелятивисткая квантовая механика - это законченная и логически непротиворечивая фундаментальная физическая теория. Релятивистская квантовая механика не является в такой степени завершенной и свободной от противоречий теорией. Соотношение между классической и квантовой механикой определяется существованием универсальной мировой постоянной - постоянной Планка. Планк предположил, что свет испускается не непрерывно, а определенными дискретными порциями энергии - квантами. Для классической механики характерно описание частиц путем задания их положения и скоростей и зависимости этих величин от времени. В квантовой механике одинаковые частицы в одинаковых условиях могут вести себя по-разному. На базе квантовой механики невозможно описать положение и скорость элементарной частицы или предсказать ее будущий путь. Волны вероятности говорят нам о вероятности встретить электрон в том или ином месте.

31. Энергетическая модель атома и постулаты н.Бора.

Сегодня общепринятой является модель атома, являющаяся развитием планетарной модели. Считается, что ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов и окружено отрицательно заряженными электронами. Однако представления квантовой механики не позволяют считать, что электроны движутся вокруг ядра по сколько-нибудь определённым траекториям (неопределённость координаты электрона в атоме может быть сравнима с размерами самого атома).

Химические свойства атомов определяются конфигурацией электронной оболочки и описываются квантовой механикой. Позиция атома в таблице Менделеева определяется количеством протонов, в то время как количество нейтронов на химические свойства практически не влияет; при этом нейтронов в ядре, как правило, больше, чем протонов (см. статью об атомном ядре). Количество электронов в нейтральном состоянии по определению соответствует количеству протонов. Основная масса атома сосредоточена в ядре, в то время как массовая доля электронов в общей массе атома незначительна (несколько сотых процента массы ядра).

Массу атома принято измерять в атомных единицах массы, равных 1/12 от массы атома изотопа углерода ¹²C.

Постулаты Бора:

1. В спокойном состоянии атом представляет собой стационарную систему, имеющую электронную оболочку.

2. Электронная оболочка разбита на электронные уровни, причем энергия ближайшего к ядру уровня является наименьшей.

3. Переход электрона из одного энергетического уровня в другой сопровождается либо потерей, либо приобретением мельчайшей порции энергии - кванта.

Квантовые постулаты Бора были лишь первым шагом в создании квантовой теории атома. Поэтому пришлось воспользоваться следующим приемом: сначала задача решалась при помощи классической механики (заведомо неприменимой полностью к внутриатомным движениям), а затем из всего непрерывного множества состояний движения, к которым приводит классическая механика, на основе квантовых постулатов отбирались квантовые состояния. Несмотря на все несовершенство этого метода, он привел к большим успехам — позволил объяснить сложные закономерности в атомных и молекулярных спектрах, осмыслить природу химических взаимодействий и др. Такой подход, по сути, является частным случаем общего принципа, играющего важную роль в современной теоретической физике — принципа соответствия, который гласит, что всякая неклассическая теория в соответствующем предельном случае переходит в классическую.

Важным достижением Бора и других исследователей было развитие представления о строении многоэлектронных атомов. Предпринятые шаги в развитии теории строения более сложных (чем водород) атомов и объяснении структуры их спектров принесли некоторые успехи. Однако они не означали, что эту теорию можно считать завершенной. Во-первых, постулаты Бора и многие принципы его теории имели характер непонятных, ни откуда не следуемых утверждений, которые еще должны получить свое обоснование. Во-вторых, в некоторых даже довольно простых случаях применение данной теории встречало непреодолимые трудности; например, попытки теоретически рассчитать даже такой, казалось бы, простой атом, как атом гелия, не привели к успеху. Физики ясно понимали неудовлетворительность боровской теории атома.