Микромир: Концепции современной физики

 

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО

ВСЕРОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ  ИНСТИТУТ 

Кафедра: Философии 

Факультет : финансы и кредит Специальность: финансы и кредит

                                    (направление) 
 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА  

по  дисциплине: концепции  современного естествознания

по  теме: Микромир: Концепции современной физики. 

Студент: Остапенко Ирина Витальевна

     (Ф.И.О.)

                                              Курc 1      № группы 21107

Преподаватель ___Васильев П.В..______

     (Ф.И.О.) 

Москва – 2011г. 

Содержание: 

1. Введение.

2. Сущность квантово – механической концепции описания микромира. Взгляды М.Планка, Луи де Бройля, Э. Шредингера, В. Гейзенберга, Н.Бора на природу микромира.

3. Особенности волновой генетики.

4. Заключение. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение.

      В современной науке в основе  представлений о строении материального  мира лежит системный подход, согласно которому любой объект  материального мира, будь то атом, планета, организм, или галактика,  может быть рассмотрен как  сложное образование,  включающее  составные части, организованные  в целостность. Целостность системы  означает, что все её составные  части, соединяясь вмести, образуют уникальное целое, обладающее новыми интегративными свойствами. Свойства системы – не просто сумма свойств её элементов, а нечто новое присущее только системе в целом. Например молекула воды, сам по себе водород, два атома которого образуют данную систему, горит а кислород (в неё входит один атом) поддерживает горение. Система же, образовавшаяся из этих элементов, вызвала к жизни совсем иное, а именно – интегративное свойство: вода гасит огонь. Наличие свойств, присущих системе в целом, но не её частям, определяется взаимодействием элементов.

    Итак, согласно современным научным взглядам на природу, все природные объекты представляют собой упорядоченные, структурированные, иерархически организованные системы. В естественных науках выделяются два больших класса материальных систем: системы не живой природы и системы живой природы.

    В  неживой природе в качестве структурных уровней организации материи выделяют элементарные частицы, атомы, молекулы, поля, физический вакуум, планеты и планетные системы, звёзды и звёздные системы.

    В живой природе к структурным уровням организации материи относят системы до клеточного уровня – нуклеиновые кислоты и белки, клетки как особый уровень  биологической организации, представленные в форме одноклеточных организмов и элементарных единиц живого вещества, многоклеточные организмы растительного и животного мира над организменные структуры включающие виды, популяции и биоценозы и, наконец биосферу как всю массу живого вещества.

    Применяя системный подход естествознание не просто выделяет типы материальных систем, а раскрывает их связь и соотношение.

В науке  выделяют три уровня строения материи.

    Макромир – мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время – в секундах, минутах, часах, годах.

    Микромир – мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется от 10 в минус 8 степени до 10 в минус 16 степени см., а время жизни – от бесконечности до 10 в минус 24 степени секунд.

    Мегамир – мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в котором измеряется световыми годами, а время существования космических объектов – миллионами и миллиардами лет.

Мы рассмотрим микромир как один из трёх уровней  строения материи.

  Сущность квантово  – механической концепции описания микромира.         

Взгляды М.Планка, Луи де Бройля, Э. Шредингера, В. Гейзенберга,

  Н.Бора на природу микромира.

  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.

  Первый  шаг в этом направлении был  сделан М.Планком. Как известно, в  конце XIX веке в физике возникла трудность, которая получила название «ультрафиолетовой катастрофы». В соответствии с расчётами по формуле классической электродинамики интенсивность теплового излучения абсолютно чёрного тела должна была неограниченно возрастать, что явно противоречило опыту. 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. Сумма энергий этих мельчайших порций энергии – квантов определяется через число колебаний соответствующего вида излучения и универсальную константу, которую М. Планк ввел в науку под символом h: E=hy, ставшим в последствии знаменитым (где hу – квант энергии, у- частота).

  Если  введение кванта ещё не создало настоящей  квантовой теории, как неоднократно подчеркивал М.Планк, то все же 14 декабря 1900 года в день опубликования формулы, был заложен её фундамент. Поэтому в истории физики этот день считается днём рождения квантовой теории. А поскольку понятие элементарного кванта действия служило в дальнейшем основой для понимания всех свойств атомной оболочки и атомного ядра, то 14 декабря 1900 года следует рассматривать как день рождения атомной физики и начало новой эры естествознания. В 1905 году А. Энштейн перенес идею квантованного поглощения и отдачи энергии при тепловом излучении на излучение вообще и таким образом обосновал новое учение о свете.

  А. Энштейн предположил, что речь идет о естественной закономерности всеобщего характера. Квантовая теория света, или фотонная теория Эйнштейна, утверждала, что свет есть постоянно распространяющееся в мировом пространстве волновое явление. И вместе с тем световая энергия, чтобы быть физически действенной, концентрируется лишь в определенных местах, поэтому свет имеет прерывную структуру. Свет может рассматриваться как поток неделимых энергетических зёрен, световых квантов, или фотонов. Их энергия определяется элементарным квантом действия Планка и соответствующим числом колебаний. Свет различной окраски состоит из квантов различной энергии.

  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 её 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. Возникла парадоксальная ситуация: обнаружилось, что свет ведет себя не только как волна, но и как поток корпускул. В опытах по дифракции и интерференции проявляются его волновые свойства, а при фотоэффекте – корпускулярные. При этом фотон оказался корпускулой совершенно особого рода. Основная характеристика его прерывности – присущая ему порция энергии – вычислялась через чисто волновую характеристику – частоту y(E=hy).

  Представления Эйнштейна о квантах света, послужившие  в 1913 году отправным пунктом теории Н.Бора, через 10 лет снова оказали плодотворное влияние на развитие атомной физики. Они привели к идее о волнах материи (это понятие введено Луи де Бройлем для обозначения волновых свойств материальных частиц) и тем самым заложили основу новой стадии развития квантовой теории.

  В 1924 году произошло одно из величайших событий в истории физики: французский физик Луи де Бройль выдвинул идею о волновых свойствах материи. В своей работе «Свет и материя» он писал о необходимости использовать волновые и корпускулярные представления не только в соответствии с учением Эйнштейна в теории света, но также и в теории материи. Луи де Бройль утверждал, что волновые свойства наряду с корпускулярными, присущи всем видам материи: электронам, протонам, атомам, молекулам и даже макроскопическим телам. Согласно Бройлю, любому телу с массой m, движущемуся со скоростью v, соответствует волна: лямбда равна h : mv. Фактически аналогичная формула была известна раньше, но только применительно к квантам света – фотонам.

  В 1926 году австрийский физик Э.Шредингер  нашел математическое уравнение, определяющее поведение волн материи так называемое уравнение Шредингера. Английский физик П.Дирак обобщил его. Смелая мысль Бройля  всеобщем единстве частицы и волны позволила построить теорию, с помощью которой можно охватить свойства материи и света в их единстве. Кванты света становились при этом особым моментом всеобщего строения микромира.

  Признание корпускулярно-волнового дуализма в современной физике стало всеобщим. Любой материальный объект характеризуется  наличием как корпускулярных, так  и волновых свойств.

  Квантово  механическое описание микромира основывается на соотношении неопределенностей, установленном В. Гейзенбергом, и принципе дополнительности Н. Бора.

  Суть  соотношения неопределенностей  Гейзенберга заключается в следующем. Допустим, ставится задача определить состояние движущиеся частицы. Если бы можно было воспользоваться законами классической механики то ситуация была бы простой: следовало лишь определить координаты частицы и её импульс (количество движения). 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 свойств можно определить точно. В своей книге «Физика атомного ядра» Гейзенберг раскрывает содержание соотношения неопределенностей. Он пишет, что нельзя никогда одновременно знать оба параметра – координату и скорость. 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 расположение частицы. Существование элементарного кванта действия служит препятствием для установления одновременно (т.е. в какой-то момент времени) и с одинаковой точностью величин канонически связанных (т.е. связанных устоявшимися законами физики), т.е. положения и величины движения частицы.

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

  Противоречия  корпускулярно-волновых свойств микрообъектов  являются результатом неконтролируемого  взаимодействия микрообъектов и  микроприборов. Имеется два класса приборов: в одних квантовые ведут себя как волны, в других – подобно частицам. В экспериментах мы наблюдаем не реальность как таковую, а лишь квантовое явление, включающее результат взаимодействия прибора с микрообъектом. М.Борн образно заметил, что волны и частицы – это проекции физической реальности на экспериментальную ситуацию.

  С теоретической точки зрения, микрообъекты, для которых существенным является квант действия Планка, не могут  рассматриваться так же, как объекты  макромира, ведь для них планковская константа h из-за ее малой величины не имеет значения. В микромире копускулярная и волновая картина сама по себе не являются достаточными, как в мире больших тел. Обе «картины» законы, и противоречащие между ними снять нельзя. Поэтому корпускулярная и волновая картины должны дополнять одна другую, т.е. быть комплементарными. Только при учёте обоих аспектов можно получить общую картину мира.  
 
 
 
 
 

Особенности волновой генетики.

Современные знания квантовой механики позволяют изучать волновую генетику, мы рассмотрим какие вопросы изучает генетика при помощи волн.

    1). Большая часть информации содержится в молекуле ДНК человека в виде волны.

    2). Молекула ДНК способна получать информацию, включая эмоции, из голосовой речи.

    3). Молекула ДНК способна передавать информацию (например о своей клетке) волновым путем в луч лазера (или другие «носители»), и принимать такую информацию, что может вызвать морфогенетические и физиологические эффекты, например, выздоровление.

    4). После смерти живых  существ, начиная с клетки и даже отдельной ДНК, на протяжении 40 дней сохраняется их «фантом», способный влиять на другие тела и поля (в частности, основополагающий опыт по данной теории провел Горяев П.П., по его утверждениям, опыт состоял в том, что спектр рассеяния ДНК сохранялся и после того как ДНК из прибора удалили).