35.Кавендишская лаборатория. Открытие электрона. Электрон - частица или волна?

Кавендишская лаборатория - физический факультет и часть школы физических наук Кембриджского университета. Лаборатория создана в 1874 году, как первая в мире учебно-научная лаборатория, где студенты могли как учиться, так и проводить исследования вместе с сотрудниками университета.

Датой открытия электрона считается 1897 год, когда Томсоном был поставлен эксперимент по изучению катодных лучей.Катодные лучи открыты в 1859 году Юлиусом Плюккером, название дано Э. Гольдштейном, который высказал волновую гипотезу: катодные лучи представляют собой процесс в эфире. Английский физик В. Крукс высказал идею, что катодные лучи это потоки частичек вещества. В 1895 году французский физик Жан Перрен экспериментально доказал, что катодные лучи — это поток отрицательно заряженных частиц, которые движутся прямолинейно, но могут отклоняться магнитным полем!

В 1749 году Бенджамин Франклин высказал гипотезу, что электричество представляет собой своеобразную материальную субстанцию. Центральную роль электрической материи он отводил представлению об атомистическом строении электрического флюида. В работах Франклина впервые появляются термины: заряд, разряд, положительный заряд, отрицательный заряд, конденсатор, батарея, частицы электричества.

Иоганн Риттер в 1801 году высказал мысль о дискретной, зернистой структуре электричества.

Вильгельм Вебер в своих работах с 1846 года вводит понятие атома электричества и гипотезу, что его движением вокруг материального ядра можно объяснить тепловые и световые явления.

Майкл Фарадей ввел термин «ион» для носителей электричества в электролите и предположил, что ион обладает неизменным зарядом. Г. Гельмгольц в 1881 году показал, что концепция Фарадея должна быть согласована с уравнениями Максвелла. Дж. Стоней в 1881 году впервые рассчитал заряд одновалентного иона при электролизе, а в 1891 году, в одной из теоретических работ Стоней предложил термин «электрон» для обозначения электрического заряда одновалентного иона при электролизе.

С 1895 года Джозеф Джон Томсон в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета начинает методическое количественное изучение отклонения катодных лучей в электрических и магнитных полях. Итоги этой работы были опубликованы в 1897 г. в октябрьском номере журнала "Philosophical Magazine". В своем опыте Томсон доказал, что все частицы, образующие катодные лучи, тождественны друг другу и входят в состав вещества. Суть опытов и гипотезу о существовании материи в состоянии ещё более тонкого дробления, чем атомы, Томсон изложил на вечернем заседании Королевского общества 29 апреля 1897 г. Извлечение из этого сообщения было опубликовано в "Electrican" 21 мая 1897 г. За это открытие Томсон в 1906 году получил Нобелевскую премию по физике.

36. Синергетика.Основные понятия.(см.вопрос 11)

37.Взаимодействие между естественными и гуманитарными науками.

Воздействие естественнонаучного знания на сферу гуманитарных наук

Правильная организация междисциплинарного взаимодействия представляет собой управленческую и, отчасти, научную проблему, но ни в коей мере не относится к компетенции дипломатии или конфликтологии. Иными словами, такое взаимодействие не предполагает паритета естественнонаучного и гуманитарного знания.

На сегодняшний день в задачах, ориентированных на некий синтез естественнонаучного и гуманитарного подходов, первый должен пользоваться безусловным и абсолютным приоритетом.

Презумпция приоритета естественнонаучного знания в междисциплинарных исследованиях вытекает из лучшей разработанности естественных наук как в фактологическом, так и в методологическом плане. Сегодня гуманитарные науки являются недостаточно развитыми. Так, например, они практически не способны порождать высокие технологии, хотя предмет их исследований предполагает желательность выхода на технологический уровень.

Гуманитарное знание носит преимущественно описательный характер и использует, скорее, индуктивный, нежели дедуктивный подход. Это накладывает принципиальные ограничения на уровень теоретического осмысления: гуманитарные научные теории, как правило, относятся к классу феноменологических; очень редко приходится сталкиваться с гуманитарной системной феноменологией. В естественных науках соответствующие стадии были пройдены не позднее последней четверти XIX столетия. Таким образом, мы должны говорить о структурном отставании гуманитарных наук от естественных на срок порядка 100 - 150 лет.

Само собой разумеется, что это отставание никоим образом не может быть поставлено в виду ученым-гуманитариям, равно как и в заслугу естественникам. Причинами опережающего развития естественных наук являются: Последняя причина должна считаться основной. В течение XIX - XX веков естественные науки с их "встроенной" технологичностью имели безусловный социальный приоритет. Хотя, в связи с потерей технологического баланса ситуация начинает меняться, механизмы юридической, а, следовательно, и экономической защиты гуманитарных исследований не инсталлированы в обществе до сих пор.

Отставание гуманитарных наук от естественных имеет ту положительную сторону, что значительный массив накопленных естественнонаучных знаний может быть без особого труда использован в гуманитарных исследованиях. Основной трудностью на этом пути является преодоление убеждения гуманитариев относительно некой "особой специфики" их предмета изучения.

Вырисовывается следующая группа "междисциплинарных задач":

-создание юридической и экономической базы гуманитарного знания (необходимо иметь в виду, что по мере преодоления отставания гуманитарных наук стоимость исследований будет возрастать; серьезные гуманитарные технологии потребуют для своей социальной инсталляции средств, превосходящих затраты на создание атомной энергетики или авиационной промышленности);

-четкое описание гуманитарных систем и их специфики;

-определение условий применимости естественнонаучных моделей к гуманитарным системам;

-конвертация накопленного естественнонаучного знания в гуманитарное.

Не будет преувеличением сказать, что вся современная наука есть результат обобщения этого фундаментального принципа (принципа относительности). Принцип относительности Галилея - основной принцип классич. механики, утверждающий инвариантность законов механич. движения относительно замены одних инерциальных систем другими. Существование инерциальных систем отсчета постулируется. П. о. был подготовлен в результате развития классич. механики от античных времен до эпохи Возрождения; Г. Галилею принадлежит его окончательная формулировка. Математически п. о. описываются Галилея преобразованиями, при введении которых предполагают существование абсолютного времени и абсолютного пространства безотносительно к материи и друг к другу, что допускает экспериментальную проверку. Такая проверка приводит к положительным результатам при малых сравнительно со скоростью света скоростях. Однако при скоростях, близких к скорости света, проверка приводит к отрицательным результатам. Этот факт, а также обобщение п. о. на электромагнитные явления послужили основным стимулом для создания специальной теории относительности, в к-рой существование инерциальных систем отсчета также постулируется, но связаны они между собой группой Лоренца преобразований, относительно к-рых инвариантны релятивистские уравнения механики (обобщение уравнений классич. механики) и уравнения электродинамики. Дальнейшее развитие п. о. содержится в общей теории относительности.(Специальная теория относительности (СТО) — теория, описывающая движение, законы механики и пространственно-временные отношения при скоростях движения, близких к скорости света.

38.Классическая статистическая физика : Людвиг Больцман.(см.вопрос 2)

39.Неустойчивость планетарной модели атома с точки зрения классической физики.

Планетарная модель - в центре атома, подобно Солнцу в Солнечной системе — ядро, в котором, несмотря на его относительно малые размеры, сосредоточена вся масса атома. А вокруг него, подобно планетам, двигающимся вокруг Солнца, вращаются электроны. Их массы значительно меньше, чем у альфа-частиц, которые поэтому почти не отклоняются, пронизывая электронные облака. И только когда альфа-частица пролетает близко от положительно заряженного ядра, кулоновская сила отталкивания может резко искривить ее траекторию.

Формула, которую вывел Резерфорд, опираясь на эту модель, прекрасно согласовалась с данными эксперимента. [В 1903 идею планетарной модели атома доложил в Токийском физико-математическом обществе японский теоретик Хантаро Нагаока, назвавшей эту модель «сатурноподобной», но его работа (о которой Резерфорд не знал) не получила дальнейшего развития.]

Но планетарная модель не согласовывалась с законами электродинамики!

Эти законы, установленные, в основном, трудами Фарадея и Максвелла, утверждают, что ускоренно движущийся заряд излучает электромагнитные волны и поэтому теряет энергию. Электрон в атоме Резерфорда движется ускоренно в кулоновском поле ядра и, как показывает теория Максвелла, должен был бы, потеряв примерно за десятимиллионную долю секунды всю энергию, упасть на ядро. Это называется проблемой радиационной неустойчивости резерфордовской модели атома, и Резерфорд ее отчетливо понимал…

Планетарная модель атома Бора-Резерфорда. В 1911 году Эрнест Резерфорд, проделав ряд экспериментов, пришёл к выводу, что атом представляет собой подобие планетной системы, в которой электроны движутся по орбитам вокруг расположенного в центре атома тяжёлого положительно заряженного ядра («модель атома Резерфорда»). Однако такое описание атома вошло в противоречие с классической электродинамикой. Дело в том, что, согласно классической электродинамике, электрон при движении с центростремительным ускорением должен излучать электромагнитные волны, а, следовательно, терять энергию. Расчёты показывали, что время, за которое электрон в таком атоме упадёт на ядро, совершенно ничтожно. Для объяснения стабильности атомов Нильсу Бору пришлось ввести постулаты, которые сводились к тому, что электрон в атоме, находясь в некоторых специальных энергетических состояниях, не излучает энергию («модель атома Бора-Резерфорда»). Постулаты Бора показали, что для описания атома классическая механика неприменима. Дальнейшее изучение излучения атома привело к созданию квантовой механики, которая позволила объяснить подавляющее большинство наблюдаемых фактов.(см.43 вопрос формула на листочке)