Корпускулярная и континуальная концепции в описании природы

Корпускулярная и континуальная  концепции в описании природы

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

1. АТОМИЗМ  ДРЕВНОСТИ

2. МЕХАНИСТИЧЕСКИЙ  АТОМИЗМ

3. СОКРУШИТЕЛЬНЫЙ  УДАР ПО ПРИНЦИПАМ МЕХАНИЦИЗМА

4. ПРЕДПОСЫЛКИ  ДЛЯ СОЗДАНИЯ БОЛЕЕ ВЫСОКОГО  УРОВНЯ РАЗВИТИЯ АТОМИЗМА

5. КВАНТОВАЯ  ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ АТОМА

6. СУЩЕСТВЕННЫЕ  ОСОБЕННОСТИ АТОМИЗМА XX в.

7. КОНТИНУАЛЬНАЯ  КОНЦЕПЦИЯ

8. КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ  ДУАЛИЗМ

8.1. Корпускулярно-волновой  дуализм света и вещества.

8.2. Соотношения  неопределенностей Гейзенберга

8.3. Основные  понятия и принципы КПКМ

9.КОРПУСКУЛЯРНАЯ  И ВОЛНОВАЯ КОНЦЕПЦИИ СВЕТА

10. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ  ЧАСТИЦЫ

Заключение

Список литературы

 

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).

Концепция прерывности была создана И. Ньютоном Подход Ньютона определил исходное положение атомизма, который основывался на признании дальнодействующих сил.

В истории физики наиболее плодотворной и важной для понимания  явлений природы была концепция  атомизма, согласно которой материя  имеет прерывистое, дискретное строение, т. е. состоит из мельчайших частиц —  атомов. До конца XIX в. в соответствии с концепцией атомизма считалось, что  материя состоит из отдельных  неделимых частиц — атомов. С  точки зрения современного атомизма, электроны — "атомы" электричества, фотоны —"атомы" света и т. д.

Концепция атомизма, впервые  предложенная древнегреческим философом  Левкиппом в V в. до н. э., развитая его учеником Демокритом и затем древнегреческим философом-материалистом Эпикуром (341—270 до н. э.) из апечатленная в замечательной поэме "О природе вещей" римского поэта и философа Лукреция Кара (I в. до н. э.), вплоть до нашего столетия оставалось умозрительной гипотезой, хотя и подтверждаемой косвенно некоторыми экспериментальными доказательствами (например, броуновским движением, законом Авогадро и др.).

Многие ведущие физики и химики даже в конце XIX в. не верили в реальность существования атомов. К тому же многие экспериментальные  результаты химии и рассчитанные в соответствии с кинетической теорией  газов данные утверждали другое понятие  для мельчайших частиц — молекулы.

Реальное существование  молекул было окончательно подтверждено в 1906 г. опытами французского физика Жана Перрена (1870—1942) по изучению закономерностей броуновского Движения. В современном представлении молекула —наименьшая частица вещества, обладающая его основными химическими свойствами и состоящая из атомов, соединенных между собой химическими связями. Число атомов в молекуле составляет от двух (Н2, О2, НF, КСI) до сотен и тысяч (некоторые витамины, гормоны и белки). Атомы инертных газов часто называют одноатомными молекулами. Если молекула состоит из тысяч и более повторяющихся единиц(одинаковых или близких по строению групп атомов), ее называют макромолекулой.

Атом — составная часть  молекулы, в переводе с греческого означает "неделимый". Действительно, вплоть до конца XIX в.неделимость атома не вызывала серьезных возражений. Однако физические опыты конца XIX и начала XX столетий не только подвергли сомнению неделимость атома, но и доказали существование его структуры. В своих опытах в 1897 г. английский физик Джозеф Джон Томсон (1856—1940) открыл электрон, названный позднее атомом электричества. Электрон, как хорошо известно, входит в состав электронной оболочки атомов. В 1898 г. Томсон определил заряд электрона, а в 1903 г.предложил одну из первых моделей атома.

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; нашел свое отражение в трудах видных представителей атомизма древности  Демокрита и Левкиппа. Из вихря атомов, по Демокриту, образуются как отдельные тела, так и бесчисленные миры;

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:

неизменность атомов (т.е. несотворимость и неуничтожимость материи);

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:

отсутствие достоверного экспериментального материала;

не являлась достаточно обоснованной естественнонаучной теорией;

атомы рассматривались как  частицы, лишенные возможности превращения;

единственной формой движения принималось механическое движение;

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.:

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;

созданием теории электромагнитного  поля Дж. Максвеллом (1860-1865 гг.);

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;

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:

показала неправомерность  абсолютизации классических принципов  в физике;

вскрыла ограниченность ньютоновских представлений;

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. Шредингер, французский  физик Л. де Бройль и немецкий физик-теоретик В. Гейзенберг — показали наличие у микрочастиц ряда новых особенностей, которые определяли характер современного атомизма:

корпускулярно-волновой природы  элементарных частиц;

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.

Вся обстановка в науке  в начале XX в. складывалась так, что  представления о дискретности и  непрерывности материи получили свое четкое выражение в двух видах  материи: веществе и поле, различие между которыми явно фиксировалось  на уровне явлений микромира. Однако дальнейшее развитие науки в 20-е  гг. показало, что такое противопоставление является весьма условным.