сосредоточен в очень маленьком ядре размером RЯ~10-14 м, т.е. в 10000 раз
меньше размеров атома. If в этом ядре будет сосредоточена практически вся
маса атома, то при столкновении с таким ядром 'альфа'(-((частицы будут
менять траекторию за счет кулоновских сил взаимдейст.. Из опыта Резерфорда
следовало, что атом имеет иную структуру, чем по Томсону. В атоме имеется
очень маленькое положительно заряженное ядро, вокруг кот. вращаются
электроны. Масса электронов мала по сравнению с масой ядра. Однако, эта
модель атома противоречила класич. электродинамике. В чем же сост. это
противоречие? Чтобы электроны не упали на ядро, они должны вращяться
вокруг него подобно планетам в Солнечной сист-е. Однако вращаясь, они
испытывают ускорение, и, в соответствии с законами класич. электродинамики,
должны излучать энергию в виде электромагнитных волн. Излучая энергию
электрон сам должен был ее терять и приближаться к ядру. Через очень
короткое время ~ 10-8 с электрон должен был бы упасть на ядро и атом,
соответственно, прекратить свое сущ-ние. (31) Корпускулярно - волновой
дуализм. Физиками были предприняты попытки создания теорий, кот. могли бы
объяснить эксперименты Э. Резерфорда. Наибольший след оставила Т. Н. Бора,
созданная в 1913 г. В ее основе лежат 2 постулата. Первый постулат. Из всех
возможных орбит электрона в атоме осуществляются только те, кот.
подчиняются требованиям дискретности, т.е. не непрерывному распределению
энергии, а дискретному, разрывному. Электрон, находящийся на такой орбите
не излучает, несмотря на то, что он двигается с ускорением и с тчки зрения
класич. электродинамики должен излучать электромагнитные волны. Орбиты,
двигаясь по кот , электрон не излучает , называют стационарными. Условие
для стационарных орбит Н.Бор получил исходя из постулата М.Планка о
квантованности энергий электромагнитного излучения. Согласно этому
постулату, эн-я системы (гармонического осциллятора у М.Планка и электрона
в атоме у Н.Бора) =а: En=nhw/2П=nhv (cм. Формулу 19.3 ). Этот постулат
определяет правило квантования момента кол-ва движения электрона Ln в
соответствии с формулой 19.3. Его знач. должно быть равным: Ln = mvr =
nh/2п, где m, v и r- маса, скорость и радиус орбиты электрона, h -
постоянная Планка, а n натур. число, принимающее значения 1,2,3... Первый
постулат определил важное направл. во всей квантовой физике. Он ввел
понятие квантованности параметров, описывающих движение частицы. Эти
параметры : скорость, импульс или кол-во движения, момент кол-ва движения,
радиус орбиты и, конечно, эн-я не могут принимать непрерывный набор
значений, как это имело место в класич. физике. Они могут принимать только
некоторый набор дискретных значений. 2й постулат утверждал: при переходе
электрона с 1ой стационарной орбиты на друг. излучается или поглощается
квант энергии. Энергия кванта =а разности энергий тех стационарных
состояний между
которыми произошел переход. If энергию одного состояния обозначить через
En, а другого через Em, то излучается квант с частотой Wnm, где Wnm
удовлетворяет условию: 2ПhWnm =En-Em.(w-омега,П - пи). Введенные постулаты
позволили Н.Бору получить дискретный спектр излучения атома и для водорода
вывести формулу 19.1. Слабой стороной Т. Н.Бора была ее внутренняя
противоречивость. Она не была ни последовательно класич., ни
последовательно квантовой Т.. В силу этого, она не позволяла объяснять
спектры > сложных, чем водород атомов. Она явл. только переходным шагом на
пути к созданию последовательной Т., объясняющей поведение микросистем. Т.
Бора была крупным шагом в развитии атомной и всей квантовой физики. В
первую очередь она показала неприменимость представлений класич. физики к
микросистемам, в том числе к атому и необходимость введения квантованности
параметров микросистемы. Ограничения Т. Бора показали неприемлимость
классического подхода к описанию микросистем. Требовалось выдвинуть новую,
глобальную идею, на основе кот. можно было бы получить целостную,
непротиворечивую Т. микромира. Такая идея была выдвинута только через 11
лет после создания Т. Бора. В 1924 году франц. ученый Луи де Бройль
выдвинул гипотезу о двойственности природы микромира. Он предположил, что
микрочастицы обладают одновремено свойствами частиц и волн. Это полож.,
неприемлемое с тчки зрения класич. физики, оказалось универсальным при
описании не только микро, но и макромира. Л.д.Бройль предположил что все
системы, в том числе и микрочастицы, обладают как волновыми, так и
корпускулярными свойствами. Согласно предположению, любому телу, с масой m,
движущемуся со скор-тью v , соотв. волна: lambda=h/mv (19.4) Формулу 19.4
легко получить применительно к квантам света. Энергия кванта, кот можно
приписать массу m, опр-ся с 1ой стороны как Е=mc2 , с другой стороны она
=а E=hv-hc/lambda. Приравнивая правые части этих формул и учитывая, что для
фотона скорость распространения v =а скор. света с, получаем формулу 19.4.
Движение тела в прост-ве и времени происходит также, как распростран волны
с длиной lambda. Вопрос о корпускулярно-волновом дуализме был предметом
дискуссий в течении нескольких десятков лет. Первнач. волны Л.де Бройля
предполагались как наглядно - реальные волновые процесы типа
электромагнитных волн. Позднее волны Л.де Бройля трактовались как некоторые
вероятностные волны, описывающие движение частиц. В настоящее время можно
предложить следующую трактовку корпускулярно-волнового дуализма. При
распространении частицы в прост-ве ее движение описывается волной. При
взаимодействии частицы с другими системами она проявляется как корпускула -
частица. Проще всего это проследить на примере фотонов. Электромагнитные
волны распространяются в прост-ве по законам распространения волн. Когда
электромагнитные волны взаимодействуют с телами (примером может служит
фотоэффект), то сразу же проявляются чисто корпускулярные св-ва.
Электромагнитные волны поглощаются как частицы с опред. энергией.
(32) ОТВЕТ ОТСУТСТВУЕТ! (Волновая ф-я; ур-е Шредингера).
(33) ОТВЕТ ОТСУТСТВУЕТ! (Соотношение неопределенностей Гейзенберга).
Внимание! В след-м разделе некоторые вопросы перекрываются. Для
гарантированно-хорошего ответа на экзамене след. ознакомится с всеми 3
вопрсами (? 34, ? 35, ? 36).
(34) В настоящее время конц-я самоорганизации получает все большее
распростран не только в естествознании, но и в соц-но гуманитарных разделах
наук. Большинство наук изучает процесы эволюции систем и они вынуждены
анализировать механизмы их самоорганизации. Мы под самоорганизацией будем
подразумевать явл-я, процесы , при кот. системы (механические, химические,
биологические и т.д.) переходят на все > сложные уровни, характеризуемые
своими законами, кот. не сводятся только к законам предыдущего у-ня. Такие
примеры мы расматривали в предыдущих разделах. Концепция самоорганизации в
настоящее время становится парадигмой. Обычно под парадигмой в науке
подразумевают фундаментальную Т., кот. применяется для объяснения широкого
круга явлений, относящихся к соответствующей облти ислед.. Примерами таких
теорий могут служить классическая механика Ньютона, эволюционное учение
Дарвина или квантовая физика. Сейчас знач. понятия парадигмы еще больше
расширилось, поскольку оно применяется не только к отдельным наукам, но и к
междисциплинарным направл-ям ислед..
(35) Принцип Обратной Связи. Типичным примером таких междисциплинарных
парадигм явл. возникшая полвека назад кибернетика и появившееся четверть в.
спустя синергетика. Под синергетикой в настоящее время подразумевают
область научных ислед., целью кот. явл. выявление общих законмрностей в
процессах образования , устойчивости и разрушения упорядоченных временных и
пространственных структур в сложных неравновесных сист. различной природы
(физических, химических биологических , экологических, социальных).
(36) Синергетика и Кибернетика. Определим, что лежит в основе кибернетики и
синергетики. Кибернетика в основном занималась анализом динамического
равновесия в самоорганизующихся сист.. Она опиралась на принцип
отрицательной обратной связи , сглсно кот всякое отклонение системы
корректируется управляющем устройством после получения сигнала информации
об этом. Мы с вами сталкивались с таким примером, когда расматривали знаки
в уравнениях Максвелла, связывающих магнитные и электрические поля.
Отрицательный знак в законе Фарадея и означал, что воздействие
корректируется в сторону его уменьшения. Другой пример. Сам отец
кибернетики Н.Винер рассказывал, как возникла эта наука. Она возникла,
когда стали изобретать самонаводящиеся зенитные системы. В этих сист.
встретились с такой ситуацией, когда неправильно поданный корректирующий
сигнал приводил к выходу из строя всей системы наведения. В общем речь шла
о том, что в сист-е, развивающейся по заданным законам, связь должна быть
отрицательной. Пояснение вышесказанному дается рис. 5.1. В синергетике
исследуются механизмы возникновения новых состояний, структур и форм в
процесе самоорганизации, а не сохранения или поддержания старых форм. Она
опирается на принцип положительной обратной связи, когда изменение,
возникшее в сист-е, не подавляется или корректируется, а наоборот,
накапливаются и приводят к разрушению старой и возникновению новой системы.
С тчки зрения приведенного Н.Винером примера процес саморазрушения
зенитного комплекса мог быть описан с синергетических позиций. В то время
этот процес считался сугубо отрицательным и его старались подавить. Для хар-
еристики самоорганизующихся процесов применяют различн. термины, начиная от
синергетических и кончая неравновесными и даже автопоэтическими или
самообновляющимися. Однако, все они выражают 1 и туже идею. В дальнейшем у
нас речь пойдет о самоорганизующихся сист., кот. явл. открытыми системами ,
находящимися вдали от тчки термодинамического равновесия. Идеи эволюции
систем (космогонические, биологические, физические) получили широкое
признание в науке. Однако,вплоть до настоящего времени, они формулировались
интуитивными понятиями. Терминологический и научный подход развивается
только в настоящее время. В раних теориях эволюций основное внимание
обращалось на воздействие окружающей среды на систему. Мы > подробно это
рассмотрим в Т. эволюции Дарвина. В дарвинской Т. Т. происхождения новых
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
