Сучасні проблеми квантової фізики - Банк рефератів, творів, доповідей, курсових і
Вся класична фізика будується, з уявлення про безперервну природу простору, часу, руху, безперервного характеру зміни всіх фізичних величин. Ця континуалістська методологія, яка бере свій початок від розуміння руху Аристотелем, відіграла свою важливу роль у розвитку математичної фізики, зокрема у створенні диференціального та інтегрального обчислень. Відповідно, при виведенні закону Релей та Джинс керувалися уявленням про безперервний характер випромінювання. Геніальна гіпотеза, висловлена Планком, постулює, що речовина не може випромінювати або поглинати енергію інакше, як кінцевими порціями (квантами), пропорційними частоті, що випромінюється (або поглинається). Енергія однієї порції (кванта) Е = h v , де v - частота випромінювання, a h - деяка універсальна константа, що отримала назву постійної Планка.
Виходячи з цієї гіпотези, Планк отримав новий закон розподілу спектральної густини енергії випромінювання абсолютно чорного тіла, що дає повну згоду з експериментом.
Вся важливість відкриття Планка була усвідомлена не одразу. Проте вже було готове явище, яке виявилося можливим пояснити лише з використанням висловленої Планком ідеї. Це явище фотоефекту, закони якого також знаходилися у протиріччі з тим, на що очікувала класична фізика. У 1905 році А. Ейнштейн звернув увагу на те, що явище фотоефекту вказує на дискретну природу світла відповідно до гіпотези Планка. У цьому дискретна природа світла проявляється у актах випромінювання чи поглинання, а й за вільному поширенні випромінювання у просторі з часом. Іншими словами, світло – це потік корпускул, квантів. Ейнштейн назвав кванти світла фотонами. У 1923 роцібуло відкрито ще одне явище, що підтверджує існування фотонів ефект Комптону.
Явище інтерференції та. дифракції - не що інше, як накладання один на одного когерентних хвиль; тобто ці явища відбивають хвильову природу конкретних матеріальних об'єктів. Відкриття Планка не перекреслювало ряд ефектів, у яких світло виявляє свої хвильові властивості. Але при цьому були відкриті явища, що свідчать про корпускулярну природу світла. Таким чином, заговорили про корпускулярно-хвильовий дуалізм світла: в одних ситуаціях світло поводиться як хвиля; а в інших ситуаціях, не сумісних з першими в тому самому експерименті, світло поводиться як потік фотонів. Зупинимося докладніше на понятті фотона.
3. ПРИНЦИП НЕВИЗНАЧЕНОСТІ ГЕЙЗЕНБЕРГА
Наведений вище експеримент ясно вказує на те, що точне знання координат електрона означає повне незнання його імпульсу, і навпаки. Така ситуація абсолютно незрозуміла з погляду класичної фізики. Чимало зусиль було докладено фізиками для усунення суперечності з метою збереження класичного ідеалу опису руху фізичних об'єктів. Найбільш революційно налаштовані вчені вважають, що подібна некласична поведінка об'єктів у мікросвіті потребує критичного перегляду самого поняття «частки», точно локалізованої в часі та просторі. Можна говорити лише про ймовірність того, де в даний момент часу знаходиться частка, і це є неминучим наслідком введення у фізичну теорію постійної Планки, уявлень про квантові стрибки. Фізична інтерпретація «некласичної» поведінки мікрооб'єктів була вперше дана Вернером Гейзенбергом, який вказав на необхідність відмови від уявлень про об'єкти мікросвіту як про об'єкти, що рухаються суворопевним траєкторіям, для яких однозначно з повною визначеністю можуть бути одночасно вказані координати та імпульс частинки в будь-який заданий момент часу. Треба прийняти як закон, що описує рух мікрооб'єктів, той факт, що знання точної координати частинки призводить до повної невизначеності її імпульсу, і навпаки, точне знання імпульсу частинки - до повної невизначеності її координати. Виходячи із створеного ним математичного апарату квантової механіки, Гейзенберг встановив граничну точність, з якою можна одночасно визначити координату та імпульс мікрочастинки, і отримав наступне співвідношення невизначеностей цих значень:
де-невизначеність у значенні координати; - Невизначеність у значенні імпульсу. Твір невизначеності у значенні координати та невизначеності у значенні імпульсу не менше, ніж величина порядку постійної Планка h.
Чим точніше визначено одну величину, скажімо, X тим більше стає невизначеність інший: Якщо ж точно визначено імпульс частки Р то невизначеність координати прагне нескінченності
Отже, співвідношення невизначеності накладає певні обмеження на можливість опису руху частинки деякою траєкторією; поняття траєкторії для мікрооб'єктів втрачає сенс.
4 КОНЦЕПЦІЯ ЦІЛІСНОСТІ У КВАНТОВІЙ ФІЗИЦІ. ПАРАДОКС ЕЙНШТЕЙНА-ПОДІЛЬСЬКОГО-РОЗЕНА
В основі природознавства з його виникнення і до відкриття Планка панувала механістична концепція цілого і частини. Принципи невизначеності та додатковості відображають фундаментальну невизначеність явищ природи. Квантовий об'єкт не може бути розглянутий сам по собі, не має індивідуальних властивостей, а знаходиться в класично визначених зовнішніхумовах. Таким чином, у квантовій механіці формулюється концепція цілісності, відмінна від механістичної концепції цілого і частини, бо об'єкт поза цілим і всередині цілого не той самий; окремий об'єкт розглядається лише стосовно чогось, свої властивості він виявляє лише стосовно конкретної цілісності, чим і визначається статистична природа його поведінки. Говорячи словами М. Бора: «З відкриттям Планком елементарного кванта дії розпочалася нова доба у фізичних науках. Це відкриття виявило властиву атомним процесам рису цілісності, що йде далі старої ідеї про обмежену ділимості матерії». Боровська інтерпретація квантової теорії означає, по суті, відмову від класичних уявлень про частинки як «неналежні», «собітотожні», «індивідуальні».
Мікрооб'єкт постійно відчуває у собі вплив цілісності, елементом якої є. Відомий фізик Поль Ланжевен висловився з цього приводу: «Мені здається, що основною причиною всіх наших сучасних труднощів є введення уявлень про індивідуальні частинки. Сутність принципу невизначеності полягає саме в утвердженні неможливості простежити за рухом окремого електрона, тобто неможливості уявити його як окремий предмет».
Точка зору Н. Бора, В. Гейзенберга та їх прихильників, названа копенгагенською інтерпретацією квантової механіки, звичайно, не могла бути сприйнята беззастережно багатьма фізиками, які залишилися вірними ідеалу строго детермінованого, причинно-наслідкового опису руху фізичних об'єктів. Так, А. Ейнштейн не набув принципово статистичного характеру копенгагенської інтерпретації квантової теорії. В. Гейзенберг згадує про бесіди на Сольвіївському конгресі в Брюсселі,куди за традицією фонду Сольве 1927 року було запрошено групу фахівців із квантової теорії: «Ейнштейн не хотів допустити принципову неможливість пізнання всіх визначальних моментів, необхідні повної детермінації аналізованих процесів. «Господь Бог не грає у кістки», — цей вислів часто можна було почути від нього під час дискусій. Ейнштейн було тому примиритися із співвідношенням невизначеності і намагався придумати експерименти, у яких ці співвідношення не мали місця».
В основі сучасної квантово-польової картини світу лежить нова фізична теорія — квантова механіка, яка описує стан та рух мікрооб'єктів матеріального світу.
Квантовою механікою називають теорію, що встановлює спосіб опису та закони руху мікрочастинок (елементарних частинок, атомів, молекул, атомних ядер) та їх систем, а також зв'язок величин, що характеризують частинки та системи, з фізичними величинами, що безпосередньо вимірюються дослідним шляхом.
Таким чином, у квантовій механіці сформовано уявлення про цілісний, нерозкладний характер світу, про не зведення його до окремих елементів. Цей результат, що має глибоке світоглядне значення, є чи не найдивовижнішою сторінкою в історії фізики і має далекосяжні перспективи розвитку телепортаційних способів передачі інформації. XXI століття, мабуть, стане віком квантової телепортації.
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
Концепції сучасного природознавства: Під ред. професора С.І. Самігіна. Серія «Підручники та навчальні посібники» - 4-те вид., перераб. та дод. - Ростов н/Д: "Фенікс", 2003
Концепції сучасного природознавства: підручник для студентів вузів, які навчаються за гуманітарними спеціальностями та спеціальностями економіки тауправління / А.П. Садохін. - 2-ге вид., перероб. та дод. - М.: ЮНІТІ-ДАНА, 2006
Кунафін М.С. Концепції сучасного природознавства: Навчальний посібник. Вид-е. - Уфа, 2003
Початки сучасного природознавства: концепції та принципи: навчальний посібник/В.М. Савченко, В.П. Смагін. - Ростов н / Д.: Фенікс, 2006
Найдиш В.М. Концепція сучасного природознавства: Підручник. - Вид. 2-ге, перероб. та дод. - М: Альфа-М; ІНФРА-М, 2004