ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ВЕЩЕСТВА И ПОЛЯ

ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ ВЕЩЕСТВА И ПОЛЯ

КЛАССИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА НЬЮТОНА ► 1687 г. – «Математические основы натуральной философии» И. Ньютон ► Сформулированы основные законы движения ► Дано определение пространства, времени, места, движения

Пространство и время ► Абсолютное, истинное, математическое время – протекает равномерно, называется длительностью, не зависит от чего-то внешнего ► Относительное, кажущееся, обыденное время – есть внешняя мера продолжительности, постигаемая чувствами ► Относительное пространство есть мера, которая определяется нашими чувствами

Пространство и время ► Пространство и время играли существенную роль во всей причинной структуре описания мира ► Выступают в качестве универсальной инерционной системы отсчета для теоретических исследований ► Для эмпирических исследований все относительно

Пространство и время А. Эйнштейна ► Каждое движение тел происходит относительно определенного тела отсчета, поэтому все физические процессы и законы должны формулироваться по отношению к точной системе отсчета, нет никакого абсолютного пространства и времени. ► Пространственно-временная непрерывность (континуум)

Пространство и время А. Эйнштейна ► Пространство и время – динамические величины? Когда движется тело или действует сила, это изменяет кривизну пространства и времени. ► Пространство и время не только влияют на все, что происходит во Вселенной, но и сами изменяются под воздействием всего происходящего.

Пространство и время ► Пространство – форма бытия материи, характеризующая ее протяженность, структурность, сосуществование и взаимодействие во всех материальных системах. ► Время – последовательность смены состояний и длительность бытия любых объектов и процессов, внутренняя связь сменяющихся и сохраняющихся состояний.

Свойства пространства и времени ► Объективность(время) ► Абсолютность: нет бытия вне пространства и времени. ► Относительность (время) ► Протяженность (пространство) ► Связанность и непрерывность ► Трехмерность ► Единство метрических и топологических характеристик

Естественнонаучная картина мира ► Механическая картина мира: до середины 19 века – Демокрит, Эпикур, Аристотель, Лукреций, Э Коперник, Галилей, Декарт, Ньютон, Лаплас. ► Все материальные тела состоят из молекул, находящихся в непрерывном и хаотическом механическом движении. ► Материя – вещество, состоящее из неделимых частиц.

Механическая картина мира ► Взаимодействие тел осуществляется согласно принципа дальнодействия, мгновенно на любые расстояния (закон всемирного тяготения, закон Кулона) или при непосредственном контакте (закон упругости, сила трения); ► Пространство – пустое вместилище тел. ► Все пространство заполняет эфир.

Механическая картина мира ► Мир выглядит как колоссальная машина с множеством деталей. Рычагов, колесиков ► Время – простая длительность процессов. Время абсолютно ► Все движение происходит по законам Ньютона ► ЭТО ПЕРВАЯ НАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА

Электромагнитная картина мира ►В 19 в. Сформировалась новая картина мира – электромагнитная ► М. Фарадей. Дж. Максвелл, Г. Герц – весь мир заполнен электромагнитным эфиром, который может находиться в различных состояниях. ► Материя существует в двух видах: вещество и поле.

Вещество и поле ► Вещество – вид материи, имеющий атомарно-молекулярнуюб или плазменную структуру. ► Частицы вещества имеют массу покоя, не равную нулю. ► Поле – особый вид материи, посредством которого осуществляются электромагнитные взаимодействия.

Вещество и поле ► Материя считается непрерывной. Вещество состоит из электрически заряженных частиц, взаимодействующих между собой посредством полей. ► На основе электромагнетизма объясняются все известные механические, электрические, химические, тепловые, оптические явления.

Квантово-релятивистская картина мира ► Корпускулярно-волновые представления о материи ► Принцип относительности к средствам наблюдения. ► Пространство и время – четырехмерное, пространственно-временной континуум Минковского ► Новая величина – пространственновременной интервал

Квантово-релятивистское представление ► Относительность пространства-времени и причинности приводит к неопределенности координат и скорости в данный момент, т. е. к отсутствию траектории движения микрообъекта. ► Поведение каждой частицы подчиняется статистическим законам. ► Причинность имеет вероятностный характер.

Структурные уровни организации материи ► Микромир – мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная размерность которых

микромир ► Время ► Поля, жизни – элементарные частицы, ядра, атомы и молекулы

макромир ► Макромир – мир макрообъектов, размерность которых соотносится с масштабами человеческого опыта: мм, см, км, время – сек, мин, часы, года. ► Мегамир – мир космических масштабов.

Вещество и поле ► Вещество – вид материи, имеющей атомарно-молекулярную или плазменную структуру. Частицы вещества имеют массу покоя, не равную нулю ► Вселенная – самая крупная вещественная система. ► Три взаимосвязанных формы материи: вещество, поле, физический вакуум.

Вещество и поле ► Вещество состоит из дискретных частиц, проявляющих волновые свойства. ► Для микрочастиц характерна двойственность корпускулярно-волновой природы. ► Физический вакуум до конца не познан ► У вещества есть четыре агреготных состояний: твердое, жидкое, газообразное, плазменное

поле ► Поле – особое состояние среды, в каждой точке которой заданы параметры, которые характеризуют состояние вещества и которые непрерывно иплавно меняются от точке к точке. ► Корпускулярно-волновой дуализм – теория о том, что любое вещество представляется на микроуровне одновременно и как мельчайшие частицы (корпускулы), и как волны.

дуализм ► Корпускулярная теория света (Ньютон), волновая (Гук, Гюйгенс, Юнг, Френель) – свет как механическая волна ► Свет – электромагнитная волна (Максвелл) ► 1924 г. – Луи де Бройль выдванул гипотезу о корпускулярно-волновом дуализме, т. е. о присутствии и волновых, и корпускулярных свойств одновременно.

Элементарные частицы ► Фотон – эл. Частица, не имеющая массы покоя. ► Лептоны – легкие частицы, (электрон и нейтрино); ► Мезоны – средние частицы с массой в пределах от 1 до 1000 масс электрона) ► Барионы – тяжелые частицы, в состав которых входят протоны, нейьтроны, гипероны, резонансы.

Элементарные частицы ► Стабильные частицы: фотон, две разновидности нейтрино, электрон, протон. ► Все остальные частицы нестабильны, существуют и исчезают ► Сплин – собственный момент количества движения микрочастицы ► Квантовые числа выражают состояние

Элементарные частицы ► Два вида эл. Частиц: фермионы (Э. Ферми); Бозоны –кванты полей (Ш. Бозе). ► Фермионы: кварки, лектоны ► Бозоны – фотоны, ВЕКТОРНЫЕ БОЗОНЫ, ГЛЮОНЫ, ГРАВИТИНО И ГРАВИТОНЫ, ЧАСТИЦЫ НЕРАЗЛОЖИМЫ

МИКРОЧАСТИЦЫ ►В наст. Время известны 12 фундаментальных частиц и столько же античастиц ► 6 частиц: кварки ( «верхний» , «нижний» , «очарованный» , «странный» , «истинный» , «прелестный» ) ► 6 лептонов: электрон, мюон, тау-частица и 3 соотв-ющих им нейтрино.

Элементарные частицы ►В наст. Время считается, что обычное вещество состоит из частиц первого поколения (верхнего и нижнего кварков, электрона и электронного нейтрино. ► Кварковая модель позволила разработать проблему строения атома ► Каждый атом состоит из тяжелого ядра, электронной оболочки. Число протонов в ядре равно порядковому номеру элемента в период. Таблице Менделеева.

протон ► Протон имеет положительный заряд, массу в 1836 раз больше массы электрона, размеры порядка

Элементарные частицы ► Электрический заряд электрона равен нулю. ► Протон – облако с размытыми границами, состоящее из рождающихся и исчезающих виртуальных частиц.

Основы квантовой механики ► 1901 г. – рождение теории (Макс Планк) предложил теоретический вывод о соотношении между температурой тела и испускаемым этим телом излучежнием. ► Излучение испускают атомные осцилляторы, энергия осцилляторов существует в виде небольших порций, которые Эйнштейн назвал квантами.

Основы квантовой теории ► Н. Бор в 1905 г. Объяснил частоты волн, испускаемых атомами, возбужденными электромагнитным полем. ► Эрнест Резерфорд показал, что масса атома сосредоточена в ядре, имеющем положительный заряд, а вокруг него вращаются отрицательно заряженные электроны. В целом, атом нейтрален.

Основы квантовой механики ► Луи де Бройль 1924 г. О волновом характере материи ► Эрнст Руской 1933 г. Создал электронный микроскоп ► Гейзенберг, Макс Борн Паскуаль Иордан, Поль Дирак – о сочетании теории Эйнштейна и волновыми уравнениями материи.