КВАНТОВО-ПОЛЕВАЯ КАРТИНА МИРА ФОРМИРУЕТСЯ НА ОСНОВЕ квантовой

КВАНТОВО-ПОЛЕВАЯ КАРТИНА МИРА

ФОРМИРУЕТСЯ НА ОСНОВЕ: квантовой гипотезы М. Планка (1858 -1947) волновой механики Э. Шредингера (1887 -1961) квантовой механики В. Гейзенберга (1901 -1976) квантовой теории атома Н. Бора (1885 -1962) и т. д.

Квантовая механика – теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц и их систем, а также связь величин, характеризующих частицы и системы, с физическими величинами, непосредственно измеряемыми опытным путем.

ЗАКОНЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ: позволяют выяснить строение атомов, установить природу химической связи, объяснить периодическую систему элементов, изучить свойства элементарных частиц

Впервые представления о кванте высказал М. Планк в 1900 г.

М. Планк: чем короче длина волны излучения, тем ярче проявляются квантовые свойства; чем больше длина волны, тем ярче проявляются волновые свойства света. Л. де Бройль: все частицы вещества обладают волновыми свойствами. Н. Бор применил к теории строения атома.

Любой микрообъект, обладая волновыми и корпускулярными свойствами, не имеет определенной траектории движения и не может иметь определенных координат и скорости (импульса).

СТРОЕНИЕ АТОМА Н. БОРА В центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома, а вокруг ядра вращаются по орбитам отрицательно заряженные электроны.

МОДЕЛИ АТОМА ТОМСОНА И РЕЗЕРФОРДА

ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ: Материя обладает корпускулярными и волновыми свойствами (каждый элемент материи имеет свойства волны и частицы).

ФИЗИЧЕСКАЯ РЕАЛЬНОСТЬ ДВУПЛАНОВА: в нее входят характеристики исследуемого объекта; входят условия наблюдения (метод познания), от которых зависит определенность этих характеристик.

Картина реальности в современной физике является не только картиной объекта, но и картиной процесса его познания

Основным материальным объектом является квантовое поле, переход его из одного состояния в другое меняет число частиц. Движение – частный случай физического взаимодействия.

Взаимодействие – универсальная форма движения и развития. Определяет существование и структурную организацию любой материальной системы. Существовать – значит взаимодействовать.

СПОСОБЫ ОПИСАНИЯ МЕХАНИЗМА ФИЗИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ Принцип дальнодействия Принцип близкодействия

ПРИНЦИП ДАЛЬНОДЕЙСТВИЯ Автор – И. Ньютон. Объяснил механизм действия гравитационных сил. Взаимодействие между телами происходит мгновенно на любом расстоянии, без каких-либо материальных носителей и посредников (агентов взаимодействия).

ПРИНЦИП БЛИЗКОДЕЙСТВИЯ Был предложен М. Фарадеем. Каждое фундаментальное физическое взаимодействие переносится соответствующим полем от точки к точке со скоростью, не превышающей скорость света в вакууме.

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ Гравитационное Электромагнитное Сильное Слабое Взаимодействие любого вида имеет своего физического агента – посредника.

Воздействие передается через среду, разделяющую взаимодействующие частицы – вакуум. Вакуум – реальная физическая система, поле с минимальной энергией.

Материя разделена на поле и вещество. Частицы вещества – частицы- фермионы – участвуют в процессе физического взаимодействия. Переносят взаимодействие частицыбозоны (кванты полей).

МОДЕЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ Заряд-фермион порождают присущие ему частицы-бозоны. Заряд частицы возмущает вакуум, и это возмущение с затуханием передается на определенное расстояние Частицы поля являются виртуальными – существуют очень короткое время и в эксперименте не могут быть обнаружены Оказавшись в радиусе действия однотипных зарядов, две реальные частицы начинают стабильно обмениваться виртуальными бозонами: одна частица испускает бозон и тут же поглощает идентичный бозон, испущенный частицей- партнером, и наоборот Обмен бозонами создает эффект притяжения или отталкивания частиц-хозяев

Механизм взаимодействий – за счет обмена другими частицами – переносчиками взаимодействия Каждой частице, участвующей в одном из фундаментальных взаимодействий, соответствует своя бозонная частица – переносчик взаимодействия.

ГРАВИТАЦИОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ Описывается законом всемирного тяготения: между двумя телами существует сила притяжения, которая прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Источником является любая материальная частица. Является наиболее слабым.

Гравитация определяет строение всей Вселенной: образование всех космических систем, существование планет…. Все тела и частицы, поля, участвуют в гравитационном взаимодействии.

Гравитационный заряд создает вокруг себя гравитационное поле (поле тяготения). Бозонная частица этого поля гравитон. Силы тяготения – результат постоянного обмена между гравитонами. Для гравитации не существует противоположной эквивалентной силы отталкивания (антигравитации).

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ Основа – теория электромагнитного поля Дж. Максвелла Определяет связь в атомах, молекулах, в химических реакциях. К электромагнитному взаимодействию сводятся силы: упругости, трения, поверхностного натяжения. Определяются агрегатные состояния вещества, оптические явления и др.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ Намного превосходит гравитационное. Легко наблюдать даже между телами обычных размеров. Действие ощутимо на больших расстояниях от источника. Существует только между заряженными частицами. Переносчиками этого типа взаимодействия – фотоны.

СЛАБОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ Действует только в микромире. Меняет внутреннюю природу частиц. Ответственно за превращение элементарных частиц друг в друга, термоядерные реакции. Играет важную роль во многих явлениях космического масштаба. Значительно слабее электромагнитного, но больше гравитационного. Радиус действия – 10 -16 см. Переносчики – векторные бозоны.

СЛАБОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ Первая теория была создана в 1934 г. Э. Ферми В 1960 -е гг. С. Вайнберг и А. Салам допустили, что слабое и электромагнитное взаимодействия – это разные проявления одного взаимодействия – электрослабого.

СИЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ Занимает первое место по силе. Было открыто только в XX в. Исходным положением теории – постулат о существовании трех типов цветовых зарядов (красного, синего, зеленого). Основная функция – соединять кварки и антикварки в адроны. Переносчики – глюоны. Радиус действия – до 10 -13 см.

Вид взаимодействия Сильное Электромагнитное Слабое Гравитационное Относительная энергия взаимодействия 1 10 -2 10 -5 10 -39

Взаимодействия по принципу близкодействия: взаимодействия передаются соответствующими полями от точки к точке, скорость передачи взаимодействия конечна и не превышает скорости света. Скорости света в вакууме 300 000 км/с.

Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то, что они выступают в вероятностной форме, в виде статистических законов.

При описании объектов используется два класса понятий: пространственновременные и энергетическиимпульсные. Первые дают кинематическую картину движения, вторые – динамическую (причинную). Пространство-время и причинность относительны и зависимы.

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ КВАНТОВОЙ ТЕОРИИ: принцип неопределенности; принцип дополнительности.

ПРИНЦИП ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ (ДВОЙСТВЕННОСТИ) Был сформулирован в 1927 г. Н. Бором для объяснения феномена корпускулярно-волнового дуализма. Основан на двойственной природе познания.

Наши органы чувств не воспринимают микропроцессов. Описываем микромир с помощью макроскопических понятий.

Квантовый объект – это не волна, и не частица по отдельности. Принцип дополнительности проявляется в характеристике разных объектов исследования в рамках одной науки.

СООТНОШЕНИЯ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЕЙ Частный случай принципа дополнительности. Сформулированы В. Гейзенбергом в 1927 г. Иллюстрирует отличие квантовой теории от классической механики.

В классической механике можно точно знать координаты, импульс и энергию частицы в любой момент времени. В квантовой механике это невозможно. Координаты, импульс, энергия микрочастицы могут быть заданы лишь приблизительно.

СООТНОШЕНИЯ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЕЙ Принципиально нельзя определить одновременно координату и импульс частицы точнее, чем ∆х ∙ ∆р ≥ h (где h - постоянная Планка), т. е. произведение этих неопределенностей не может быть меньше h. Не существует метода, с помощью которого можно было бы однозначно зафиксировать положение субатомной частицы и одновременно определить ее скорость.

Наш мир таков, каков он есть, только благодаря существованию человека. Отныне появление человека считается закономерным результатом эволюции Вселенной

КПКМ отражает единство двух предыдущих картин мира в единстве на основе принципа дополнительности.

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МИРЕ

СОВРЕМЕННАЯ КАРТИНА МИРА ФОРМИРУЕТСЯ НА ОСНОВЕ: глубокого изучения явлений природы; дифференциация и интеграция естественных наук; единстве физического знания и т. п.

В ОСНОВЕ МАТЕРИИ ШЕСТНАДЦАТЬ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ЧАСТИЦ И АНТИЧАСТИЦ: четыре лептона (электрон, позитрон, электронное нейтрино и антинейтрино) два вида кварков в трех разновидностях соответствующие антикварки.

Многообразие и единство мира основывается на взаимодействии и взаимопревращении фундаментальных частиц и античастиц.

Разработки единой теории поля, объединяющей все фундаментальные взаимодействия. Природа рассматривается в движении и развитии.

СПОСОБ ОРГАНИЗАЦИИ НАУЧНОГО ЗНАНИЯ системность глобальный эволюционизм самоорганизация историчность

Движение есть проявление фундаментальных взаимодействий, переносчиками которых являются фотоны, глюоны и промежуточные бозоны.