- •Вопросы к зачету по ксе на 25 мая
- •Развитие идей атомизма в естествознании
- •Эволюция галактики
- •Свойства пространства и времени
- •Классы элементарных частиц
- •Энтропия и ее связь с тепловой энергией
- •Теория большого взрыва
- •Электромагнитная картина мира
- •Законы распространения света
- •Теория относительности Галилея-Эйнштейна
- •Развитие естественных наук в восточной культуре
- •Развитие естествознания в 19 веке
- •Предмет естествознания
- •Модель атома Бора
- •Принципы симметрии физических законов
- •Гипотеза квантов и законы фотоэффекта
- •Корпускулярно-волновой дуализм
- •Механистическая картина мира
- •Законы сохранения
- •Закон всемирного тяготения
- •Радиоактивность
- •Первые научные теории (Евклид, Птолемей, Архимед)
- •Основные начала термодинамики. Невозможность вечных двигателей
- •Особенности тепловой энергии
- •Красное смещение
- •Древнегреческая натурфилософия. Этапы развития
- •Понятие физического поля. Типы полей
- •Методы естествознания
Гипотеза квантов и законы фотоэффекта
В классической физике вплоть до начала XX в. господствовало представление, что величины, с которыми она имеет дело, имеют непрерывный характер. Открытие М. Планком дискретного характера излучения и поглощения энергии коренным образом изменило господствующее представление о непрерывном характере физических процессов. Изучая процесс излучения абсолютно черного тела, Планк, чтобы согласовать свои расчеты с результатами эксперимента, вынужден был вопреки своим представлениям допустить, что энергия излучается отдельными, дискретными порциями. Наименьшую дискретную единицу энергии он назвал квантом, величина которой равна: E=hv, где h обозначает фундаментальную постоянную величину, получившую впоследствии название постоянной Планка, a v — частоту излучения энергии. Квант энергии обладает импульсом, величина которого определяется формулой: р =mw, где т обозначает массу, a w — скорость.
В начале XX в. было открыто явление фотоэлектрического эффекта, заключающееся в испускании электронов веществом под воздействием света. Электромагнитная теория света была не в состоянии объяснить независимость энергии фотоэффекта от интенсивности освещения. Еще в конце XIX в. русский физик А.Г. Столетов установил, что энергия фотоэффекта возрастает с частотой света, но не зависит от его интенсивности. Этот результат явно противоречил предсказаниям электромагнитной теории.
Чтобы объяснить фотоэффект, А. Эйнштейну пришлось отказаться от волновых представлений о свете и обратиться к квантовой его природе, т.е. в видоизмененной форме вновь возродить корпускулярную точку зрения на свет. Впервые о квантах заговорили в 1900 г., когда известный немецкий физик М. Планк доказал, что энергия излучается и поглощается не непрерывно, а отдельными порциями, или квантами. В 1905 г. Эйнштейн показал, что свет распространяется в виде потока световых квантов, которые были названы фотонами. Энергия фотонов зависит от их частоты, т.е. Е = hv, где h — постоянная Планка, v — частота.
Квантовый взгляд на природу света не мог полностью опровергнуть представлений о волновом его характере, о чем свидетельствовали явления интерференции и дифракции.
Корпускулярно-волновой дуализм
Объекты в одних опытах обнаруживают себя как материальные частицы, или корпускулы, в других — как волны.
Новый радикальный шаг в развитии физики был связан именно с распространением корпускулярно-волнового дуализма на мельчайшие частицы вещества — электроны, протоны, нейтроны и другие микрообъекты. В классической физике вещество всегда считалось состоящим из частиц, и потому волновые свойства казались явно чуждыми ему. Тем удивительнее оказалось обнаружение существования у микрочастиц волновых свойств.
Каждой материальной частице независимо от ее природы следует поставить в соответствие волну, длина которой обратно пропорциональна импульсу частицы:
где — длина волны, р — импульс частицы, равный произведению ее массы на скорость: р =mv, h — постоянная Планка.
Таким образом, было установлено, что как фотоны, т.е. кванты света, так и вещественные частицы, такие, как электрон, протон, нейтрон и другие, обладают не только корпускулярными, но и волновыми свойствами. Это принципиально новое явление, названное впоследствии дуализмом волны и частицы, совершенно не укладывалось в рамки классической физики. Действительно, раньше считали, что объекты ее изучения могли обладать либо корпускулярными, либо волновыми свойствами. В отличие от этого микрообъекты, имеющие квантовый характер, обладают одновременно как корпускулярными, так и волновыми свойствами.