Корпускулярно-волновой дуализм n Законы микромира определяют существование гигантских

Корпускулярно-волновой дуализм n Законы микромира определяют существование гигантских звезд, планет, биологических объектов, человека. 1

Корпускулярно-волновой дуализм Вещество Координата частицы Скорость частицы Масса ………. . Поле Длина волны излучения Период колебаний Скорость передачи сигнала Макс Планк, 1901 Луи де Бройль, 1929 ……… 2

Корпускулярно-волновой дуализм Отметим свойства атомных систем, которые не способна описать планетарная модель атома. 1) Устойчивость. Атомы сохраняют свои специфические свойства, несмотря на сильные столкновения и возмущения, которым они подвергаются. 2) Тождественность. Все атомы одного рода (с одинаковым числом электронов) обладают тождественными свойствами. Они испускают и поглощают излучение с одними и теми же частотами, имеют равные размеры, свойства. 3) Воспроизводимость. Способность возвращаться в исходное состояние. Если форма атома была искажена, и его электронные орбиты изменили свой вид в результате внешнего воздействия (высокого давления, соседства других атомов и т. п. ), то после устранения причины искажения атом и электронные орбиты вновь приобретут исходную форму. 3

Корпускулярно-волновой дуализм n n Эти противоречия показывают, что планетарная модель также как и ее предшественники - только некое приближение к действительному строению атома. Опыты показывают, что атом как планетарная система не может обладать всеми перечисленными свойствами. И что же делать? 4

Корпускулярно-волновой дуализм n В конце 19 века области исследования – вещество и излучение (поле), представлялись совершенно независимыми. 5

n n n Модель "абсолютно черного тела" - объекта, полностью поглощающего весь падающий на него поток излучение. Такой объект может иметь только черный цвет (коэффициент поглощения излучения равен 100%). Такое тело должно излучать энергию по достаточно простому закону, предсказанному существующей к концу XIX века теорией. Интенсивность Корпускулярно-волновой дуализм Длина волны 6

n n n Абсолютно чёрных тел в природе не существует, поэтому для экспериментов используется модель - замкнутая полость с небольшим отверстием. Свет, попадающий внутрь сквозь это отверстие, после многократных отражений будет полностью поглощён, и отверстие снаружи будет выглядеть совершенно чёрным. При нагревании этой полости у неё появится собственное видимое излучение. Не напоминает ли Вам эта модель духовку газовой плиты? Что будет с Вами, если эта картинка верная? Интенсивность Корпускулярно-волновой дуализм Длина волны 7

Корпускулярно-волновой дуализм Эксперименты, проведенные на модельных объектах, близких к абсолютно черному телу, показали, что все не так. Как ожидалось. 8

Корпускулярно-волновой дуализм Это была катастрофа классических представлений "ультрафиолетовая катастрофа". 9

Корпускулярно-волновой дуализм n n В 1900 году М. Планк (1858 – 1947) выдвинул идею, что абсолютно черное тело излучает энергию не сплошным "потоком", а порциями. Этой мельчайшей порции в 1905 г. Планк и Эйнштейн дали название квант (от лат. «quantum» - сколько, как много). 10

Корпускулярно-волновой дуализм n n Было совершенно непонятно, дискретность излучения есть результат взаимодействия с дискретным веществом, или свойство, присущее самому излучению. По этому поводу А. Эйнштейн (1879 -1955) писал: "Если пиво всегда продают в бутылках, содержащих пинту, то вовсе не следует, что пиво состоит из неделимых частей, равных пинте» . 11

Корпускулярно-волновой дуализм n n Через пять лет после появления понятия кванта Эйнштейн применил идею дискретности излучения к объяснению явления фотоэффекта (появление электрического тока в вакууме вследствие выбивания электронов из металла под действием излучения). Именно за объяснение природы фотоэффекта в 1921 году он был удостоен Нобелевской премии ( «…за успехи в теоретической физике, особенно за открытие законов фотоэффекта» ). 12

Корпускулярно-волновой дуализм Но в одном представления оставались неизменными: электромагнитное излучение по своим свойствам резко отличается от электронов и других "частиц" материи. Некоторое сближение наметилось, когда у излучения были обнаружены свойства, характерные для частиц корпускулярные свойства. Однако волновые свойства считались присущими только электромагнитному полю. n n 13

Корпускулярно-волновой дуализм Луи де Бройль (1892 -1987) (7 герцог Брольи) показал, что не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы обладают как корпускулярными, так и волновыми свойствами. n В 1925 году Эйнштейн писал другу о диссертации де Бройля: "…Прочтите ее! Хотя и кажется, что ее писал сумасшедший, написана она солидно…". n 14

Корпускулярно-волновой дуализм n «…Теория света страдала редкой болезнью раздвоения между волновой теорией, с одной стороны, и теорией фотонов - с другой. Чтобы исправить положение, следовало воспользоваться принципом "чем хуже, тем лучше" и перенести эту болезнь на здоровую доселе теорию вещества…". Луи де Бройль 15

Корпускулярно-волновой дуализм n n На первый взгляд, гипотеза де Бройля (импульс тела m. V связан с длиной волны , характеристикой излучения, соответствующей состоянию этого тела, соотношением m. V = h, здесь h – постоянная Планка, ) опровергается повседневным опытом. В окружающих нас предметах и нас самих нет ничего волнового. 16

Корпускулярно-волновой дуализм n Фотография, иллюстрирующая подобие картин рассеяния электромагнитного излучения (рентгеновские лучи) и электронного пучка тонкой пленкой алюминия 17

Корпускулярно-волновой дуализм Современная трактовка корпускулярноволнового дуализма может быть выражена словами В. А. Фока (1898— 1974): «Можно сказать, что для атомного объекта существует потенциальная возможность проявлять себя, в зависимости от внешних условий, либо как волна, либо как частица, либо промежуточным образом. Именно в этой потенциальной возможности различных проявлений свойств, присущих микрообъекту, и состоит дуализм волна — частица. Всякое иное, более буквальное, понимание этого дуализма в виде какой-нибудь модели неправильно» . n 18

Корпускулярно-волновой дуализм "…Мы можем рассматривать настоящее состояние Вселенной как следствие ее прежних состояний и как причину для будущих. Разумное существо, которое могло бы знать в какой-либо момент времени все действующие в природе силы, а также соответствующие положения всех составных частей природы, смогло бы - при наличии достаточных аналитических способностей, для оценки этих данных охватить движение величайших небесных тел и мельчайших атомов с помощью одной формулы. Ничто не укрылось бы от этого существа; прошедшее и будущее, в равной степени открытые, легли бы перед ним…" Пьер Симон Лаплас (1749 -1827) 19

Корпускулярно-волновой дуализм В квантовой физике, физике микромира, мы никогда не знаем состояние системы с точностью большей, чем это допускается принципом неопределенности. Мы вынуждены перейти на вероятностное описание явлений микромира. По яркому выражению Эйнштейна: "…Природа играет в кости…" Заметим, что в природе часто реализуются ситуации, формальная математическая вероятность которых ничтожно мала (пример тому – строение атома, о чем мы говорили ранее) 20

Корпускулярно-волновой дуализм Переход от механики Ньютона к эйнштейновской должен ощущаться математиком примерно так же, как переход от давнего, трогательного провинциального диалекта к парижскому жаргону последней моды. Напротив, перейти к квантовой механике - все равно что заменить французский китайским" А. Гротендик (1928) «Урожаи и посевы» 21

Что нами уже сделано 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Рассмотрены ключевые вопросы Что такое естествознание, наука, как связаны разные представления о Природе. Откуда мы берем сведения о природе. Ключевая роль наблюдения и эксперимента. Роль гипотезы и теории. Что такое измерение. Что мы измеряем. Как мы измеряем. Материя. Пространство. Время. Психологическое восприятие пространства и времени. Вещество. Атом. Откуда мы все это знаем. Корпускулярно-волновой дуализм. Реальность квантовых представлений и мире. Вероятностное 22 описание природы.

Следующая лекция «Вселенная. Движения, в которых участвует Земля. Созвездия Зодиака» 1. 2. Контрольные вопросы Основные характеристики частицы Основные характеристики волны 23