«Принцип дополнительности Н. Бора и квантово-волновой дуализм М. Планка в свете современных представлений о природе объектов микромира»



Скачать 34.48 Kb.
страница2/4
Дата21.11.2018
Размер34.48 Kb.
Название файлаРеферат по философии.docx
ТипРеферат
1   2   3   4
Корпускулярно-волновой дуализм
Микромир образуют микрочастицы, которыми являются элементарные частицы (электроны, протоны, нейтроны, фотоны и другие простые частицы), а также сложные частицы, образованные из сравнительно небольшого числа элементарных частиц (молекулы, атомы, ядра атомов и т. п.). Термин "микрочастица" отражает только одну сторону объекта, к которому он применяется. Всякий микрообъект (молекула, атом, электрон, фотон и т. д.) представляет собой образование особого рода, сочетающее в себе свойства и частицы, и волны. Может быть, правильнее было бы называть его "частицей-волной". Микрообъект не способен воздействовать непосредственно на наши органы чувств — ни видеть, ни осязать его нельзя. Ничего подобного микрообъектам в воспринимаемом нами мире не существует. Микротела не похожи ни на что из того, что нам хоть когда-нибудь приходилось видеть.
Раз поведение атомов так непохоже на наш обыденный опыт, то к нему очень трудно привыкнуть.

В первое время физики были поражены необычными свойствами тех мельчайших частиц материи, которые они изучали в микромире. Попытки описать, а тем более объяснить свойства микрочастиц с помощью понятий и принципов классической физики потерпели явную неудачу. Поиски новых понятий и методов объяснения, в конце концов, привели к возникновению новой квантовой механики, в окончательное построение и обоснование которой значительный вклад внесли Э. Шредингер, В. Гейзенберг, М. Борн. В самом начале эта механика была названа волновой в противоположность обычной механике, которая рассматривает свои объекты как состоящие из корпускул, или частиц. В дальнейшем для механики микрообъектов утвердилось название квантовой механики.



Развитие фотонных представлений о свете привело к признанию в начале 20-х годов ХХ в. идеи корпускулярно-волнового дуализма для электромагнитного излучения (дуализм – двуединость, двойственность, дополнительность). Согласно этой идее волне с частотой ν и волновым вектором ~k (k = 2π/λ) можно сопоставить поток фотонов с энергией E = hν и импульсом p = hν/c = E/c. Другими словами, свет имеет двойственную природу – он может проявлять свойства как волны, например, в эффектах интерференции и дифракции, так и частицы (фотоэффект и др.). Наглядный образ такой волны-частицы составить не удается, хотя отдельно волну или отдельно частицу мы легко себе представляем: частица – это нечто неделимое, локализованное, находится в точке; волна – ”размазана” по пространству. В обычном (классическом) понимании волны и частицы друг к другу не сводятся. В 1924 г. Луи де Бройль распространил идею корпускулярно- волнового дуализма на все микрообъекты. Любому микрообъекту он сопоставил, с одной стороны, корпускулярные характеристики (энергию E и импульс p), а с другой – волновые (частоту ν или длину волны λ) и волновое число k. Необычность этой идеи состоит в том, что теперь, например, электрону, который всегда был известен как элементарная частица вещества, приписывают еще и волновые свойства, в частности, длину волны λB = h/p = h/mv, которую называют дебройлевской длиной волны электрона. В отличие от света, для электронов и других микрообъектов (нерелятивистских) с конечной массой покоя зависимость между энергией и импульсом имеет вид E = p 2/2m. Эти волны де Бройль назвал ”волнами материи”, а для их математического описания ввел волновую функцию, которая описывает их поведение в пространстве и времени. Сама эта волна не несет энергии, а только отображает некий периодический процесс в пространстве и времени. Волны материи, связанные с частицами, не похожи на обычные волны, например, те, которые распространяются по воде. Это просто некие абстрактные математические функции. Оценим длину волны электрона с энергией E = 10 эВ. Так как E = mev 2/2, а p = mev, то p = √ 2meE и λB = h/√ 2mE = 6, 62·10−34/(2·9, 1·10−31 ·10·1, 6·10−19) = 3, 88·10−11 м=0,388 нм. Обратим внимание, что полученное значение длины волны сравнимо с размером атома. В 1927 г. была обнаружена дифракция электронов (К. Дэвиссон и Л. Джермер, У. Томпсон): пучок свободных электронов дифрагировал на кристаллической решетке мишени, и на экране наблюдалась характерная картина дифракционных колец, подобных наблюдаемым при дифракции света. Эти опыты доказали существование волн материи и подтвердили формулу де Бройля. Таким образом, вещество и свет могут проявлять как волновые свойства, так и свойства частиц. Длина волны де Бройля обратно пропорциональна массе микрообъекта, поэтому, чем больше микрообъект, тем меньше эта длина волны. Для атомов и молекул дебройлевская длина волны существенно меньше, чем для электрона, и поэтому их волновые свойства проявляются заметно слабее. Однако явления дифракции и интерференции наблюдали также и для атомных, и для молекулярных пучков, что доказывает наличие волновых свойств у атомов и молекул. За последние 10– 20 лет с помощью лазеров научились управлять движением атомных пучков, например, охлаждать их до температуры, близкой к абсолютному нулю, ”заставлять” их дифрагировать и интерферировать. Итак, идея квантово-волнового дуализма отражает потенциальную способность микрообъекта проявлять различные свойства в зависимости от тех или иных внешних условий. В одних условиях он ведет себя как волна, в других – как частица. Но как выглядит микрообъект, никто не знает, потому что, к сожалению, построить его наглядную модель невозможно. Идея квантования вводит дискретность, а для ее описания требуется определенная мера, роль которой и играет постоянная Планка. Она определяет ”границу” между микро- и макроявлениями и представляет шаг квантования. С другой стороны, постоянная Планка органически связана с идеей дуализма, так как она осуществляет ”связь” между корпускулярными (энергия и импульс) и волновыми (частота и волновой вектор) характеристиками: E = ~ω, ~p = ~~k (~ = h/2π). Тот факт, что постоянная Планка играет эти две роли, указывает на единство этих двух основополагающих идей квантовой механики. Постоянная Планка играет фундаментальную роль в физике. Эта размерная константа позволяет количественно оценить, насколько при описании каждой конкретной физической системы существенны квантовые эффекты. Когда по условиям задачи ее можно считать пренебрежимо малой, достаточно классического (не квантового) описания.


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4


База данных защищена авторским правом ©danovie.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница