38. Квантовая механика и строение атома.

Квантовая механика — раздел теоретической физики, описывающий квантовые системы и законы их движения. Квантовая механика способна с точностью описывать электроны, фотоны, а также др. элементарные частицы. Эксперименты подтверждают результаты, полученные с помощью квантовой механики. Атом (неделимый) — наименьшая химически неделимая часть химического элемента, является носителем его свойств. Атом состоит из атомного ядра и окружающего его электронного облака. Ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и электрически нейтральных нейтронов, а окружающее его облако состоит из отрицательно заряженных электронов. Если число протонов в ядре совпадает с числом электронов, то атом в целом оказывается электрически нейтральным. В противном случае он обладает некоторым положением или отрицательным зарядом и называется ионом.

39. Принцип неопределенности. Понятие физического вакуума.

«Принцип неопределенности» - один из базовых принципов квантовой механики. Согласно ему некоторые пары физических величин, например, координаты и скорость или время и энергия, не могут одновременно иметь полностью определенные значения. Так чем точнее известна скорость частицы, тем больше «размазано» ее местоположение, или чем меньше время жизни возбужденного состояния атома, тем больше его ширина (разброс энергий). Считается, что неопределенность выражается в невозможности точного измерения значений пар этих величин.

В полевой физике тоже возникают похожие соотношения, только они приобретают диаметрально противоположный смысл и связаны с неустойчивостью квантовых процессов. Так в классической физике большинство функций y = f(x), которые описывают движение, является непрерывными: – сколько угодно малому изменению аргумента ∆x соответствует сколь угодно малое изменение значения функции ∆y:

Например, за малый промежуток времени ∆t энергия классической системы изменяется на малую величину ∆E.

В квантовых условиях все происходит наоборот. Квантовые системы обычно имеют дискретные характеристики, а значит, сколь угодно малое изменение одного из параметров уже не может привести к сколь угодно малому изменению другого параметра. К этому и приводит полевая физика. Так в отличие от классического случая сколь угодно малое изменение характерного времени системы (периода или собственной частоты) оказывается возможным только при сколько угодно большом изменении энергии системы. В результате переход с одной собственной частоты на другую происходит скачком, при этом также скачком изменяется и величина энергии системы. Причем чем меньше оказывается при таком скачкообразном переходе изменение собственного времени системы ∆t, тем большее изменение величины энергии ∆E ему соответствует и наоборот.

Другими словами, в квантовых условиях между такими парами величин, как характерное время и энергия, или положение и импульс, выполняется обратная связь малых приращений, нежели для дифференцируемых функций. Для этих зависимостей сколь угодно малое изменение аргумента соответствует сколь угодно большому изменению значений функции и наоборот. То есть малые приращения оказываются не пропорциональными друг другу, а обратно пропорциональными:

Эту связь можно выразить и по-другому, записав, что произведение двух приращений должно иметь порядок некой константы h (есть речь идет не о безразмерных, а о реальных физических величинах)

В этом и состоит смысл принципа неопределенности в полевой физике. По сути, он не связан с соотношением погрешности измерений, а выражает то обстоятельство, что в случае дискретных функций связь приращений физических величин иная, нежели у дифференцируемых функций.

«Физический вакуум» - одно из понятий современной физики, в частности квантовой теории поля. Слово вакуум означает пустота, и в классической физике может применяться, например, к очень разряженному газу – некой области, в которой нет или почти нет частиц. Аналогично в квантовой теории поля понятие физический вакуум применяется к низшему энергетическому состоянию полей при отсутствии реальных частиц. Однако характер квантовых законов таков, что даже в этом состоянии могут существовать «нулевые» колебания поля, а также происходить «виртуальные»процессы.

С философской точки зрения возникновение понятия физического вакуума в современной физике имеет интересное значение. По сути, это очередное возвращение, пусть и на новом уровне, к идее наличия некой нематериальной подосновы, отвечающей за наблюдаемые процессы в материальном мире. В прошлые столетия роль такой подосновы или посредника физических взаимодействий отводилась эфиру, от которого впоследствии отказались. Однако современная физика вновь пришла к некому современному «эфиру» под названием «физический вакуум».

Полевая физика не использует ни понятие физический вакуум, ни понятие эфир. В ней возникли представления о полевой среде – своеобразном расширении понятия физического поля. Отчасти полевая среда наследует идеи эфира, как посредника физических взаимодействий, однако устраняет все связанные с ним противоречия. С другой стороны, поведение полевой среды отчасти напоминает физический вакуум. В ней могут существовать два типа возмущений. Первый из них обусловлен движением частиц и приводит в основном к классическому поведению. Второй связан с собственными процессами и возмущениями в полевой среде, что приводит, как правило, к квантовому поведению. В какой-то степени это напоминает нулевые колебания физического вакуума, на которые уже накладываются движения частиц.

Так или иначе, полевая среда – самостоятельное понятие. При этом многие идеи, присутствующие в концепции физического вакуума на полумистическом или излишне математизированном уровне, в концепции полевой среды получают наглядную и очевидную интерпретацию «на пальцах».