Корпускулярная и континуальная концепции описания природы. Квантово-волновой дуализм

 

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Центр дистанционного образования

 

 

 

 

 

 

 

       КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

       по КСЕ

         

Тема: 53. Корпускулярная и континуальная концепции описания природы. Квантово-волновой дуализм

 

 

 

                          

                                                     Исполнитель: студент гр.ГМУ – 13 ТД

                                                           Шостик Д.М.

                                                            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                   

                                                           

 

 

Екатеринбург

2013

 

 

Содержание

 

Введение 3

1. Атомизм  древности 5

2. Механистический  атомизм 6

3. Сокрушительный  удар по принципам механицизма 7

4. Предпосылки  для создания более высокого  уровня развития атомизма 8

5. Квантовая  теория строения атома 10

6. Существенные  особенности атомизма XX в. 11

7. Континуальная  концепция 12

8. Корпускулярно-волновой  дуализм 12

9. Элементарные  частицы 13

Заключение 16

Библиографический список 17

 

Введение

 

Одним из наиболее важных и  существенных вопросов, как философии, так и естествознания является проблема материи. Представления о строении материи находят свое выражение в борьбе двух концепций: прерывности (дискретности) – корпускулярная концепция, и непрерывности (континуальности) – континуальная концепция. С ними тесно связаны проблемы взаимодействия материальных объектов, которые проявлялись как концепция дальнодействия (передача действия без физической среды) и концепция близкодействия (передача действия от точки к точке).

С древнейших времен существовали два противоположных представления  о структуре материального мира. Одно из них - континуальная концепция  Анаксагора - Аристотеля - базировалось на идее непрерывности, внутренней однородности и, по-видимому, было связано с непосредственными  чувственными впечатлениями, которые  производят вода, воздух, свет и т.п. Материю, согласно этой концепции, можно  делить до бесконечности, и это является критерием ее непрерывности. Заполняя все пространство целиком, материя  не оставляет пустоты внутри себя.

Другое представление - атомистическая (корпускулярная) концепция Левкиппа - Демокрита - было основано на дискретности пространственно-временного строения материи, «зернистости» реальных объектов и отражало уверенность человека в возможность деления материальных объектов на части лишь до определенного предела - до атомов, которые в своем бесконечном разнообразии (по величине, форме, порядку) сочетаются различными способами и порождают все многообразие объектов и явлений реального мира. При таком подходе необходимым условием движения и сочетания реальных атомов является существование пустого пространства. Таким образом, корпускулярный мир Левкиппа - Демокрита образован двумя фундаментальными началами - атомами и пустотой, а материя при этом обладает атомистической структурой.

Эти представления о структуре  материи просуществовали фактически без существенных изменений до начала XX века, оставаясь двумя антиномиями, определяющими «поле битвы» крупнейших мыслителей. Триумф ньютоновской механики значительно укрепил позиции сторонников корпускулярной структуры материи. И хотя эмпирических доказательств «зернистости» газов, жидкостей, твердых тел, световых пучков в то время не существовало, сама идея считать эти объекты состоящими из взаимодействующих материальных точек была слишком привлекательной, чтобы ею не воспользоваться.

Надо признать, что корпускулярный подход оказался чрезвычайно плодотворным в различных областях естествознания. Прежде всего, это, конечно, относится  к ньютоновской механике материальных точек. Очень эффективной оказалась и основанная на корпускулярных представлениях молекулярно-кинетическая теория вещества, в рамках которой были интерпретированы законы термодинамики. Правда, механистический подход в чистом виде оказался здесь неприменимым, так как проследить за движением 10 материальных точек, находящихся в одном моле вещества, не под силу даже современному компьютеру. Однако если интересоваться только усредненным вкладом хаотически движущихся материальных точек в непосредственно измеряемые макроскопические величины, то получалось прекрасное согласие теоретических и экспериментальных результатов.

Цель контрольной работы - рассмотреть корпускулярную и континуальную концепции описания природы.

Задачи: изучить корпускулярную и континуальную картину мира; выявить значение корпускулярной и  волновой теории микроорганизмов.  

1. Атомизм древности

 

В натурфилософии выделяется материалистическая направленность выдающихся мыслителей древности. Атомизм, основу которого представляла проблема материи упоминается в учении о частицах, созданном Анаксагором в V в. до н. э. Атомизм нашел свое отражение в трудах видных представителей атомизма древности Демокрита и Левкиппа. Последователями этих учений были Эпикур и Лукреций.

Древнегреческий поэт и философ  Лукреций, популяризатор учения Эпикура, создал дидактическую поэму «О природе  вещей», – единственное полностью сохранившееся систематическое изложение материалистической философии древности. Философия Эпикура явилась высшим этапом развития атомистического материализма и завершением материалистических воззрений древнегреческой философии.

   Общая тенденция  атомистики выражалась в стремлении  свести все многообразие свойств  материальных объектов к ограниченному  числу исходных объективных свойств  и закономерностей элементарных  материальных частиц.

Основополагающими признаками атомистики явились:

1. неизменность атомов (т.е. несотворимость и неуничтожимость материи);
2. противопоставление атомов пустому пространству (признание объективности пространства и движения).

 

 

2. Механистический  атомизм

 

Классическая механика XVII—XVIII вв. явилась дальнейшей разработкой  атомистики. И. Ньютон в 1672— 1676 гг. распространил  атомистику на световые явления и  создал корпускулярную теорию света. Свет он считал потоком корпускул (частиц), однако на разных этапах рассматривал и возможность существования  волновых свойств света, в частности, в 1675 г. предпринял попытку создать компромиссную корпускулярно-волновую природу света. По своему мировоззрению И. Ньютон был вторым после Р. Декарта великим представителем механистического материализма в естествознании XVII—XVIII вв. Р. Декарт стремился построить общую картину природы, в которой все явления природы объяснялись как результат движения больших и малых частиц, образованных из единой материи.

Недостатки механистической  атомистики:

1. отсутствие достоверного экспериментального материала;
2. не являлась достаточно обоснованной естественнонаучной теорией;
3. атомы рассматривались как частицы, лишенные возможности превращения;
4. единственной формой движения принималось механическое движение;
5. стремилась все явления природы рассматривать как модификацию механического движения.

 

 

3. Сокрушительный  удар по принципам механицизма

 

Сокрушительный удар по принципам  механицизма был нанесен открытиями XIX—XX вв.:

1. открытием рентгеновских лучей и радиоактивного излучения в 1896 г. А. Беккерелем и исследованием его в 1898 г. П. Кюри и М. Склодовской-Кюри. Радиоактивный распад показал, что радиоактивность не связана с внешними, механическими воздействиями, а определяется внутренними процессами, проявляющимися в виде статистических закономерностей;
2. созданием теории электромагнитного поля Максвеллом (1860-1865 гг.);
3. открытием явления электромагнитной индукции М. Фарадеем (1831 г.). Ньютоновская теория дальнодействия и его схема мира господствовали до начала XX в. М. Фарадей и Дж. Максвелл впервые обнаружили ее непригодность и неприменимость к электромагнитным явлениям;
4. ? экспериментальным доказательством делимости атомов и открытием электрона английским физиком Дж. Дж. Томсоном (1897 г.), за что он был удостоен Нобелевской премии в 1906 г. В 1903 г. им была предложена одна из первых моделей атома, согласно которой атом представлял собой положительно заряженную сферу с вкрапленными в нее электронами (п добно булке с изюмом). В 1911 г. английский физик Э. Резерфорд, проводил пыты по рассеянию альфа-частиц атомами различных элементов, установил наличие в атоме плотного ядра диаметром около 10—12 см, заряженного положительно, и предложил для объяснения этих экспериментов планетарную модель атома. Модель подчинялась классической механике (движение ядра и электронов) и классической электродинамике (взаимодействие частиц). Электроны в этой модели, подобно планетам Солнечной системы, вращались вокруг ядра. Состояние атомов в классической физике определяется заданием координаты и скорости его составных частиц, т. е. можно получить мгновенный снимок его строения. Однако это противоречило экспериментальным данным.

4. Предпосылки  для создания более высокого  уровня развития атомизма

 

Противоречия между существовавшими  представлениями классической физики и экспериментальными данными, полученными  Э. Резерфордом, были решены в 1913 г. датским  ученым Н. Бором, который сделал вывод  о необходимости принятия принципиально  новой теории – квантовой – для построения модели атома. Применимость квантовых представлений и разработка квантовой теории Н. Бором создали возможность систематизировать и объяснить огромный экспериментальный материал. Постулаты Бора правильно отражали закономерности движения частиц и давали возможность подойти к раскрытию внутренних процессов атома. Однако у теории Бора были недостатки:

1. Постулаты Бора являлись гениальной догадкой.
2. Рассматривая орбиты, Бор пользовался методами классической физики, а объяснял излучение с квантовой точки зрения, т. е. использовал как классические, так и квантовые представления.
3. Постулаты были промежуточной фазой между классической и квантовой механикой, которая была сформирована в 20-х гг. XX в.

Значение теории Бора:

1. показала неправомерность абсолютизации классических принципов в физике;
2. вскрыла ограниченность ньютоновских представлений;
3. убедила научный мир в том, что господствующая физическая теория дает приблизительное, относительно верное описание явлений действительности и в процессе развития науки будет неизменно обогащаться, уточняться, полнее отражать действительность, способствуя созданию более последовательных фундаментальных теорий.

Это не означает, что отжившая теория теряет всякую научную ценность. Возникшая новая теория определяет границы применимости старой теории, т. е. указывает рамки ее применимости, использования и получения значительного научного эффекта.

Все это относится к  теории Бора, так как она создала  предпосылки для создания нового, более высокого уровня развития атомизма – квантовой теории атомных процессов.

 

5. Квантовая  теория строения атома

 

 Квантовая теория строения  атома – это определенный раздел квантовой механики, объясняющий разнообразие свойств мельчайших частиц вещества. Основоположники ее – австрийский физик-теоретик Э. Шредин-гер, французский физик Л. де Бройль и немецкий физик-теоретик В. Гейзенберг – показали наличие у микрочастиц ряда новых особенностей, которые определяли характер современного атомизма:

1. корпускулярно-волновой природы элементарных частиц;
2. то, что волновые характеристики – это различные проявления единого материального образования.

Исследования Л. де Бройля показали, что квантово-механическая природа есть у всех видов материи. Классическая механика исключала возможность  дифракции электрона, протона, нейтрона, а экспериментальные данные подтвердили  гипотезу де Бройля и определили новый  подход к пониманию процессов  микромира.

   Совершенно новыми  оказались и свойства объектов  современной атомистики. Принятые  в классической механике понятия,  характеризующие положение частицы  в пространстве и ее движение, теряют теперь всякий смысл.  В классической физике траектория  давала возможность описать путь, она могла быть представлена  в виде линии. В современном  атомизме частицы не имеют  траектории: можно лишь указать  область пространства, в котором  имеется определенная вероятность  обнаружить частицу.

 

 

6. Существенные  особенности атомизма XX в.

 

К существенным особенностям атомизма XX в. можно отнести следующие:

1. Состояние частицы не может быть определено классическими понятиями.
2. Вводится волновая функция, дающая полное кванто-во-механическое описание физического состояния частицы.
3. Обнаруживается всеобщая взаимопревращаемость элементарных частиц, обоснованная огромным экспериментальным материалом, которая выражает взаимную связь и взаимопревращение объектов микромира и свидетельствует о качественном многообразии форм материи и их взаимообусловленности.

Таким образом, открытие квантово-механических свойств привело к переосмыслению соотношения дискретности и непрерывности.

 

 

7. Континуальная  концепция

 

  Сложившиеся к началу XIX в. представления о строении  материи были односторонними  и не давали возможности объяснить  ряд экспериментальных факторов. Разработанная М. Фарадеем и Дж. Максвеллом в XIX в. теория электромагнитного поля показала, что признанная концепция не может быть единственной для объяснения структуры материи. В своих работах М. Фарадей и Дж. Максвелл показали, что поле – это самостоятельная физическая реальность.

   Таким образом,  в науке произошла определенная  переоценка основополагающих принципов,  в результате которой обоснованное  И. Ньютоном дальнодействие заменялось близкодействием, а вместо представлений о дискретности выдвигалась идея непрерывности, получившая свое выражение в электромагнитных полях.