4. Порядок и беспорядок в природе

4.1.. Концепции квантовой механики

Колебания и волны вокруг нас ( свободные колебания – периодические, гармонические, понятие амплитуды и фазы колебаний; затухающие колебания, вынужденные колебания, резонанс, параметры колебаний и волн – частота и длина волны, интерференция, дифракция, дисперсия и рассеяние волн, эффект Доплера, колебания и волны в экономике и социологии). Квантовые модели излучения ( внешний фотоэффект, эффект Комптона, модель теплового излучения М. Планка )

Корпускулярно-волновой дуализм как всеобщее свойство материи

Принцип неопределенности Гейзенберга. Соотношение неопределенностей: координата-импульс (скорость)

Принцип дополнительности как утверждение о том, что:

- невозможны невозмущающие измерения (измерение одной величины делает невозможным или неточным измерение другой, дополнительной к ней величины)

- полное понимание природы микрообъекта требует учёта как его корпускулярных, так и волновых свойств, хотя они не могут проявляться в одном и том же эксперименте

- (в широком смысле) для полного понимания любого предмета или процесса необходимы несовместимые, но взаимодополняющие точки зрения на него

Статистический характер квантового описания природы.

Волновое уравнение движения микрочастиц ( смысл уравнения Шредингера ). Особенности поведения микрочастиц в потенциальной яме ( квантование скорости, импульса и энергии, вероятностный характер местоположения ). Туннельный эффект ( просачивание микрочастиц через тонкие потенциальные барьеры ) и развитие нанотехнологий ( туннельный микроскоп, силовой зондовый микроскоп )

Поведение электронов в водородоподобных атомах. Квантовые числа, который задают дискретную энергию электрона в атоме ( номер орбиты электрона в атоме ), скорость его движения по орбите, угол орбиты, собственный момент импульса электрона

Фермионы ( частицы индивидуалисты, например, электрон) и бозоны ( частицы коллективисты, например, фотон ).. Принцип запрета Паули ( в одном квантовом состоянии может находиться лишь один фермион ) и построение периодической таблицы Д.И. Менделеева.

4.2. Динамические и статистические закономерности в природе

 Детерминизм (жёсткий) как идея полной предопределённости всех будущих событий

Критика концепции детерминизма Эпикуром, его учение о неустранимой случайности в движении атомов

Механи(сти)ческий детерминизм как:

- утверждение о единственно возможной траектории движения материальной точки при заданном начальном состоянии;

- лапласова концепция полной выводимости всего будущего (и прош­лого) Вселенной из её современного состояния с помощью законов механики

Детерминистское описание мира: динамическая теория, которая однозначно связывает между собой значения физических величин, характеризующих состояние системы

Примеры динамических теорий:

- механика,

- электродинамика,

- термодинамика,

- теория относительности,

Описание систем с хаосом и беспорядком: статистическая теория, которая однозначно связывает между собой вероятности тех или иных значений физических величин

Основные понятия статистической теории:

- случайность (непредсказуемость)

- вероятность (числовая мера случайности)

- среднее значение величины

- флуктуация (случайное отклонение системы от среднего (наиболее вероятного) состояния)

Примеры статистических теорий:

- молекулярно-кинетическая теория (исторически первая статистическая теория),

- квантовая механика, другие квантовые теории

- эволюционная теория Дарвина,

Соответствие динамических и статистических теорий: их предсказания совпадают, когда можно пренебречь флуктуациями; в остальных случаях статистические теории дают более глубокое, детальное и точное описание реальности.

Список рекомендуемой литературы: / 1-3, 6, 10 /

Контрольные задания и вопросы:

1. Что такое колебания? Рассмотрите в примерах свободные, затухающие и вынужденные колебания. Что такое резонанс ? Сформулируйте понятие частоты и периода колебаний. Дайте определение частоты и фазы колебаний.

2. Дайте определение волны. Введите понятие длины волны.

3. Опишите такие волновые явления как: интерференция, дифракция, дисперсия, рассеяние волн.

4. Рассмотрите эффект Доплера.

5. Привидите примеры квантовых моделей излучения.

6. В чем смысл квантово-волнового дуализма окружающего нас мира? Сформулируйте гипотезу Луи де Бройля.

7. Соотношение неопределенностей и его основные следствия.

8. Сформулируйте принцип дополнительности и его проявления.

9. В чем смысл волнового уравнения движения микрочастиц?

10. Рассмотрите особенности поведения микрочастиц в потенциальной яме.

11. Опишите туннельный эффект. Что мы понимаем под нанотехнологиями?

12. Опишите поведение электронов в водородоподобном атоме. Введите квантовые числа.

13. Что такое фермионы и бозоны?

14. Принцип запрета Паули и построение периодической таблицы Д.И. Менделеева

15. Что понимается под динамическими и статистическими закономерностями описания природы?

16. Опишите понятие механического детерменизма.

17. Приведите примеры динамических теорий.

18. Сформулируйте основные понятия статистической теории.

19. Приведите примеры статистических теорий.

20. Рассмотрите соответствие динамических и статистических теорий.

Лекция №7

ПЛАН ЛЕКЦИИ:

4.3. Принцип возрастания энтропии

4.2. Закономерности самоорганизации. Принцип универсального эволюционизма ( частично факультативно )