Скачать презентацию Корпускулярно-волновой дуализм n Законы микромира определяют существование гигантских Скачать презентацию Корпускулярно-волновой дуализм n Законы микромира определяют существование гигантских

10 Кванты.ppt

  • Количество слайдов: 23

Корпускулярно-волновой дуализм n Законы микромира определяют существование гигантских звезд, планет, биологических объектов, человека. 1 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 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) 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 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), Корпускулярно-волновой дуализм n В конце 19 века области исследования – вещество и излучение (поле), представлялись совершенно независимыми. 5

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