Спектроскопия В 1809 г Пьер Прево пришел к

Спектроскопия В 1809 г. Пьер Прево пришел к выводу, что каждое тело излучает световые волны независимо от окружающей среды, положив начало развитию спектроскопии. Дальнейшие исследования показали, что есть спектры излучения и спектры поглощения. При этом – связь: в спектрах поглощения отсутствуют или ослабляются те участки спектра, которые испускаются данным телом. В 1860 г. Густав Роберт Кирхгоф сформулировал новый закон: для излучения одной и той же длины волны при одной и той же температуре отношение испускательной и поглощательной способностей для всех тел одинаково. Кирхгоф ввел понятие абсолютно черного тела (АЧТ) как тела, поглощающего все падающие на него лучи. Свойствами АЧТ обладает отверстие в непрозрачном полом теле.

Термодинамика – наука, изучающая законы теплового равновесия и взаимопревращения теплоты и энергии. Термодинамика – наука о наиболее общих свойствах макроскопических физических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и о процессах хода между этими состояниями. Термодинамическая система — это некая физическая система, состоящая из большого количества частиц, способная обмениваться с окружающей средой энергией и веществом. Термодинамические системы подразделяются на однородные по составу (например, газ в сосуде) и неоднородные (вода и пар или смесь газов в сосуде). Выделяют также изолированные системы, то есть системы, которые не обмениваются с окружающей средой ни энергией, ни веществом, и замкнутые системы, которые обмениваются со средой только энергией, но не обмениваются веществом. Если же в системе происходят обменные процессы с окружающей средой, то её называют открытой.

Законы термодинамики Первый закон термодинамики – закон сохранения энергии в замкнутой системе в случае, когда в ней имеют место механические и тепловые процессы. Второй закон термодинамики, сформулированный немецким физиком Р. Клаузиусом (1822 -1888), звучит так: невозможен процесс, при котором теплота переходила бы самопроизвольно от более холодных тел к более нагретым. 1879 – диссертация Планка «О втором законе механической теории тепла» подтверждает идею Клаузиуса.

Энтропия В 1854 г. Клаузиус ввел понятие энтропия для определения меры необратимого рассеивания энергии, меры отклонения реального процесса от идеального. Энтропия (греч. ) – поворот, превращение. Энтропию можно определить как меру измерения энергии. С макроскопической точки зрения энтропия выражает способность энергии к превращениям: чем больше энтропия системы, тем меньше заключенная в ней энергия способна к превращениям. Вклад Планка в понятие энтропия: в 1911 году Планк сформулировал Третье начало термодинамики как условие обращения в нуль энтропии всех тел при стремлении температуры к абсолютному нулю. Это дало возможность определить абсолютное значение энтропии.

Проблема теплового излучения до Планка 1860 г. Густав Кирхгоф сформулировал закон теплового излучения: отношение лучеиспускательной способности нагретого тела к его поглощательной способности не зависит от природы тела. Другой немецкий ученый Людвиг Больцман пришел к выводу: энергия излучения пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры. Вильгельм Вин доказал, что максимум интенсивности в спектре смещен в область коротких волн. Джон Рэлей пришел к выводу, что нагретое тело независимо от температуры должно излучать бесконечно большую энергию в ультрафиолетовой области спектра.

Макс Планк (1858 -1947) «С юности меня вдохновило на занятие наукой осознание того, что законы нашего мышления совпадают с закономерностями, имеющего место в процессе получения впечатлений от внешнего мира <…> Существенно важно при этом то, что внешний мир представляет собой нечто независимое от нас, абсолютное, чему противостоим мы…»

Факты биографии • 1874 – Планк поступил на физико-математический факультет университета в Мюнхене • Продолжил образование в Берлинском университете на кафедре теоретической физики. • 1885 – 1889 – профессор теоретической физики университета г. Киль • с 1889 живет в Берлине • 1892 – получил должность профессора в Институте теоретической физики • 1918 – Планк получил Нобелевскую премию за вклад в развитие квантовой физики

Квантовая теория Планка Квинтэссенция идеи Планка: испускание и поглощение энергии атомами и молекулами происходит не непрерывно, как считалось, а дискретно – определенными «порциями» , или квантами. В 1900 г. Планк вводит понятие кванта. Квант (от лат. quantum — «сколько» ) — неделимая порция какойлибо величины. Постоя нная Пла нка (квант действия) — основная константа квантовой теории, коэффициент, связывающий величину энергии электромагнитного излучения с его частотой. h=6, 626 068 96 (33)*10 -27 эрг. с. (единица работы и энергии)

Закон Планка На этой константе основан закон излучения Планка, устанавливающий распределение энергии в спектре абсолютно черного тела (АЧТ) (т. е. равновесного теплового излучения). Его формула выглядит так: E=hn (n – частота). Спектр излучения АЧТ (т. е. тела, полностью поглощающего все падающее на него элект. -магн. излучение) определяется только его температурой и распределение энергии в нем определяется закону излучения Планка.

Излучение черного тела Зависимость мощности излучения чёрного тела от длины волны

Слова Планка «Квант действия играет фундаментальную роль в атомной физике, и с его появлением в физической науке наступила новая эпоха, ибо в нем заложено нечто, до того времени неслыханное, что призвано радикально преобразовать наше физическое мышление, построенное на понятии непрерывности всех причинных связей…» В 1905 г. Эйнштейн открыл явление фотоэффекта, т. е. явление, связанное с освобождением электронов твердого тела под действием элект. -магн. излучения, что указывает на дискретную природу света в соответствии с теорией кванта. В 1909 г. Эйнштейн пришел к выводу, что свет обладает одновременно и волновыми и корпускулярными свойствами.

Появление квантовой физики «Именно закон излучения Планка дал первое точное определение абсолютных величин атомов… Он убедительно показал, что кроме атомистической структуры материи существует своего рода атомистическая структура энергии, управляемая универсальной постоянной… Это открытие стало основой для всех исследователей в физике ХХ в… Без него было бы невозможно установить настоящую теорию молекул и атомов и энергетических процессов, управляющих их превращениями… Оно разрушило остов классической механики и электродинамики и поставило задачу: найти новую познавательную основу для всей физики» . А. Эйнштейн

Парадокс квантовой механики - наблюдатель • В квантовой механике наряду с объектом исследования и инструментом исследования элементом анализируемой картины становится наблюдатель. • В. Гейзенберг: «Оказалось, что мы больше не способны отделить поведение частицы от процесса наблюдения. В результате нам приходиться мириться с тем, что законы природы, которые квантовая механика формулирует в математическом виде, имеют отношение не к поведению элементарных частиц как таковых, а только к нашему знанию об этих частицах. »

Модель Дж. Уиллера По определению, все наблюдатели являются частью Вселенной. В соответствии с моделью Дж. Уиллера, Вселенная постоянно расщепляется на бесконечное количество копий. Каждая параллельная Вселенная имеет своих наблюдателей, которые видят данный конкретный набор квантовых альтернатив, и все эти Вселенные реальны!

От эпистемологии к онтологии Принцип неопределенности показал, что существование квантов налагает определенные ограничения на то, насколько точно возможно одновременно определять различные свойства квантовых объектов. Эти ограничения представлены в виде четких правил на основе того факта, что существование квантов устанавливает минимальный уровень количества энергии обмена при взаимодействии (она не может быть меньше, чем 1 энергия одного кванта), из чего следует, что существует несократимое количество неконтролируемой энтропии, появляющейся при вмешательстве в систему во время процедуры измерения. В своей исходной форме принцип Гейзенберга был основан на факторе учета способности человеческого познания-измерения (т. е. был эпистемологическим), но затем Гейзенберг стал считать, что квантовые объекты просто не обладают точными характеристиками, а только потенциальной возможностью реализации этих характеристик, что и происходит при выполнении процедур измерения. Т. е. эпистемология послужила поводом для онтологии.