Микромир: концепции современной физики

«Микромир: концепции современной  физики».

 

План работы:

1. Введение                                                                                                             2
2. Вопрос № 1: «Изложите сущность квантово-механической концепции, описание микромира»                                                                                       3
3. Вопрос № 2: «Объясните взгляды М. Планка, Луи Де Бройля,

Э. Шредингера, В. Гейзенберга, Н. Бора и др. на природу микромира»     5

4. Вопрос № 3: «Особенности волновой генетики»                                          7
5. Заключение                                                                                                         9
6. Список литературы                                                                                          10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Микромир – это мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов. (Пространственная размерность, которых исчисляется от 10^-8 до 10^-16 см, а время жизни – от бесконечности до 10^-24 с.)

Изучение явлений микромира привело к результатам, которые резко расходились с общепринятыми в классической физике и даже теории относительности. Классическая физика видела свою цель в описании объектов, существующих в пространстве, и в формулировке законов, управляющих их изменениями во времени. Но для таких явлений, как радиоактивный распад, дифракция, испускание спектральных линий, можно утверждать лишь, что имеется некоторая вероятность того, что индивидуальный объект таков и он имеет такое-то свойство. В квантовой механике нет места для законов, управляющих изменениями отдельного объекта во времени.

Для классической механики характерно описание частиц путем задания их положения и  скоростей и зависимости этих величин от  времени. В квантовой  механике одинаковые частицы в одинаковых условиях могут вести себя по-разному.

 

Вопрос № 1: «Изложите  сущность квантово-механической концепции, описание микромира».

Квантовая механика (волновая механика) – это теория, устанавливающая способ описания и законы движения на микроуровне.

При переходе к  исследованию микромира обнаружилось, что физическая реальность едина  и нет пропасти между веществом  и полем.

 Изучая микрочастицы, ученые столкнулись с парадоксальной  с точки зрения классической  науки ситуацией: одни и те  же объекты обнаруживали как волновые, так и корпускулярные свойства. [1,98]

В процессе работы по исследованию теплового излучения, которую М. Планк назвал самой тяжелой в своей жизни, он пришел к ошеломляющему выводу о том, что в процессах излучения энергия может быть отдана или поглощена не непрерывно и не в любых количествах, а лишь в известных неделимых порциях — квантах. Энергия квантов определяется через число колебаний соответствующего вида излучения и универсальную естественную константу.[1,99]

Эйнштейновское представление о световых квантах помогло понять и наглядно представить явление фотоэлектрического эффекта, суть которого заключается в выбивании электронов из вещества под действием электромагнитных волн. Эксперименты показали, что наличие или отсутствие фотоэффекта определяется не интенсивностью падающей волны, а ее частотой. Если предположить, что каждый электрон вырывается одним фотоном, то становится ясно следующее: эффект возникает лишь в том случае, если энергия фотона, а следовательно, и его частота, достаточно велика для преодоления сил связи электрона с веществом.

Квантово-механическое описание микромира основывается на соотношении неопределенностей, установленном  немецким физиком 

В. Гейзенбергом, и принцип дополнительности Н. Бора.

Соотношение неопределенностей есть выражение невозможности наблюдать микромир, не нарушая его. Любая попытка дать четкую картину микрофизических процессов должна опираться либо на корпускулярное, либо на волновое толкование. При корпускулярном описании измерение проводится для того, чтобы получить точное значение энергии и величины движения микрочастицы, например, при рассеивании электронов. При экспериментах, направленных на точное определение места, напротив, используется волновое объяснение, в частности, при прохождении электронов через тонкие пластинки или при наблюдении отклонения лучей.[1,103]

Существование элементарного кванта действия служит препятствием для установления одновременно и с одинаковой точностью величин «канонически связанных», т.е. положения и величины движения частицы.

Фундаментальным принципом квантовой механики, наряду с соотношением неопределенностей, является принцип дополнительности, которому Н. Бор дал следующую  формулировку: «Понятие частицы и  волны дополняют друг друга и  в то же время противоречат друг другу, они являются дополняющими картинами происходящего»[1,104].

Противоречия  корпускулярно-волновых свойств микрообъектов 

является результатом  неконтролируемого взаимодействия микрообъектов и макроприборов. Имеется два класса приборов: в  одних квантовые объекты ведут себя как волны, в других – подобно частицам.

Поэтому корпускулярная и волновая картины должны дополнять  одна другую, т.е. быть комплементарными. Только при учете обоих аспектов можно получить общую картину  микромира. [1,105]

 

 

Вопрос № 2: «Объясните взгляды М. Планка, Луи Де Бройля,

Э. Шредингера, В. Гейзенберга, Н. Бора и др. на природу  микромира».

 

Изучая микрочастицы, ученые столкнулись с парадоксальной, с точки зрения классической науки, ситуацией: одни и те же объекты обнаруживали как волновые; так и корпускулярные свойства.

Повторюсь, что  первый шаг в этом направлении был сделан немецким физиком М. Планком. В процессе работы по исследованию теплового излучения, которую М. Планк назвал самой тяжелой в своей жизни, он пришел к ошеломляющему выводу о том, что в процессах изучения энергия может быть отдана или поглощена не непрерывно и не в любых количествах, а лишь в известных неделимых порциях – квантах. [1,99]

«Мы можем предсказать, сколько приблизительно атомов распадутся в следующие полчаса, но мы не можем  сказать … почему именно эти отдельные  атомы обречены на гибель»[7,46]. В микромире господствует статистика, т.е. можно определить лишь средние значения большого числа объектов, как это имеет место в статистике.

В. Гейзенберг делает такой вывод: «В экспериментах с  атомными процессами мы имеем дело с вещами и фактами, которые столь  же реальны, сколь реальны любые  явления повседневной жизни. Но атомы  или элементарные частицы реальны не в такой степени. Они образуют скорее мир тенденций или возможностей, чем мир вещей и фактов»[4].

Поскольку свойства электрона в стационарном состоянии  атома описываются с помощью  кванта, действия Луи Де Бройль предположил, что и электрон так же двойствен, как и свет [6,135].

Особенности электронов – абсолютная неделимость их заряда. Дробные частицы электрического заряда электрона в природе не встречаются.

(Э. Шредингер).

Суть соотношения  неопределенностей В. Гейзенберга  заключается в следующем. Ставится задача определить состояние движущейся частицы. Если бы можно было воспользоваться законами классической механики, то ситуация была бы простой. Но законы классической механики для микрочастиц применяться не могут: невозможно не только практически, но и вообще с одинаковой точностью установить место и величину движения микрочастицы. Только одно из этих двух свойств можно определить точно. В своей книге «Физика атомного ядра» В. Гейзенберг раскрывает содержание соотношения неопределенностей. Он пишет: «Никогда нельзя одновременно точно знать оба параметра – координату и скорость»[1,102]. Никогда нельзя одновременно знать, где находится частица, как быстро и в каком направлении она движется. Если ставится эксперимент, который точно показывает, где частица находится в данный момент, то движение нарушается в такой степени, что частицу после этого невозможно найти. И наоборот, при точном измерении скорости нельзя определить место расположения частицы.

Усилия Н. Бора были направлены на то, чтобы сохранить за обоими наглядными представлениями, корпускулярным и волновым, одинаковое право на существование, причем он пытался доказать, что хотя эти представления, возможно, исключают друг друга, однако они лишь вместе делают возможным полное описание процессов в атоме.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вопрос  № 3: «Подчеркните особенности волновой генетики».

Волновая функция  в квантовой механике, величина, полностью описывающая состояние  микрообъекта (например: электрона, протона, атома, молекулы) и вообще любой квантовой  системы (например: кристалла).

Открытия, сделанные  в квантовой механике, оказали  плодотворное воздействие не только на развитие физики, но и на другие области  естествознания, прежде всего на биологию, в рамках которой была разработана  концепция волновой, или квантовой, генетики.[2,105]

Описание состояния  микрообъекта с помощью волновой функции имеет статистический, т.е. вероятностный характер: квадрат  абсолютного значения (модуль) волновой функции указывает значение вероятностей тех величин, от которых зависит волновая функция.

Петр Горяев пишет:

«Идеи русских  биологов Гурвича, Любищева и Беклемишева  – гигантское интеллектуальное достижение, намного опередившее свое время. Суть их мыслей в триаде:

1. Гены дуалистичны – они вещество и поле одновременно.
2. Полевые эквиваленты хромосом различают пространство  - время организма и тем самым управляют развитием биосистем.

3. Гены обладают эстетически-образной и речевой регуляторными функциями.

Ключевая проблема биологии – преемственность поколений, наследственность, эмбриогенез – не раскрыта, более того, в тупике». [1,107]

Гены — это  не только то, что составляет так  называемый генетический код, но и вся  остальная, большая часть ДНК, которая  раньше 
считалась бессмысленной. Но именно эта большая часть хромосом анализируется в рамках волновой генетики как главная «интеллектуальная» структура всех клеток организма[1,109]

 

• Собственной информации хромосом недостаточно для развития 
организма. Хромосомы по некоторому измерению обращены в физический вакуум, дающий главную часть информации для развития эмбриона. Генетический аппарат способен сам и с помощью вакуума 
генерировать командные волновые структуры типа голограмм, обеспечивающих развитие организма. [1,110]

• Тексты ДНК  и голограммы хромосомного континуума могут читаться в многомерном пространственно-временном и семантическом вариантах. Существуют волновые языки генома клеток, сходные с человеческими [1,111].

 

 

 

 

 

 

 

Заключение.

 

Принципиально новыми моментами в исследовании микромира стали:

1. Каждая элементарная частица обладает как корпускулярными, так и волновыми свойствами.
2. Вещество может переходить в излучение (аннигиляция частицы и античастицы дает фотон, т.е. квант света).
3. Можно предсказать место и импульс элементарной частицы только с определенной вероятностью.
4. Прибор, исследующий реальность, влияет на нее.
5. Точное измерение возможно только при излучении потока частиц, но не одной частицы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  литературы.

 

1. В.И. Лавриненко, В.П. Ратников, «Концепции современного естествознания», М., 2006.
2. Г. Идлис, «Революция в астрономии, физике и космологии», М., 1985.
3. П.П. Горяев, «Волновой генетический код», М., 1997.
4. Гейзенберг В. «Физика и философия». Часть и целое. М., 1989.
5. Гернек Ф. «Пионеры атомного века». – М.: Прогресс, 1974.
6. Луи Де Бройль «Революция в физике», 1965, с.135.
7. http://alexandr4784.narod.ru/ei_00.htm
8. www.rusnauka.narod.ru.
9. www.pereplet.ru/pops/nikitin/new/shred1a.html.