|
|
ОглавлениеГлава 2. Естественнонаучная картина мира Глава 3. Механика и механистическая картина мира Глава 4. Электромагнитная концепция мира Глава 5. Концепция относительности пространства–времени Глава 6. Термодинамика и концепция необратимости Глава 7. Концепция дискретности и квантовая механика Глава 8. Концепция атомизма и элементарные частицы Глава 9. Концепция детерминизма и стохастические законы Глава 10. Концепция космической эволюции и Вселенная Глава 11. Концептуальные уровни в познании веществ и химических систем Глава 12. Концепция геологических процессов и геосферных оболочек на Земле Глава 13. Концепция уровней биологических структур и организация живых систем Глава 14. Концепция биосферы и экология Глава 15. Концепция биологической и глобальной эволюции Глава 16. Концепция человека в естествознании Глава 17. Синергетика и концепция самоорганизации Глава 18. Концепция системного метода исследования Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуГЛАВА 7. КОНЦЕПЦИЯ ДИСКРЕТНОСТИ И КВАНТОВАЯ МЕХАНИКАПонятия и принципы классической физики, как мы убедились, оказались неприменимыми не только к изучению свойств и особенностей пространства и времени, но еще в большей мере к исследованию физических свойств мельчайших частиц материи, названных микрообъектами. Они образуют невидимый нами микромир. Поэтому свойства объектов этого мира совершенно не похожи на свойства объектов привычного, окружающего нас макромира. Планеты, звезды, галактики, кометы, квазары и другие небесные тела образуют третий мир – мегамир. Переходя к изучению свойств и закономерностей микромира, необходимо сразу же отказаться от привычных представлений, которые навязаны нам предметами и явлениями знакомого нам макромира. Конечно, сделать это нелегко, ибо весь наш опыт и представления возникли и опираются на наблюдения обычных тел, да и сами мы являемся макрообъектами. Поэтому требуются немалые усилия, чтобы преодолеть наш прежний опыт, приступая к изучению микрообъектов. В этих целях для описания поведения микрообъектов широко используются абстракции и математические методы исследования. В первое время физики были поражены необычными свойствами тех мельчайших частиц материи, которые они изучали в микромире. Попытки описать, а тем более объяснить свойства микрочастиц с помощью понятий и принципов классической физики потерпели явную неудачу. Поиски новых понятий и методов объяснения, в конце концов, привели к возникновению новой квантовой механики, в построение и обоснования которой значительный вклад внесли Э. Шредингер (1887–1961), В. Гейзенберг (1901–1976), М. Борн (1882–1970). В самом начале эта механика была названа волновой в противоположность обычной механике. В дальнейшем за механикой микрообъектов утвердилось название квантовой механики. 7.1. ДИСКРЕТНОСТЬ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН И ОТКРЫТИЕ КВАНТА ЭНЕРГИИВ классической физике вплоть до начала XX в. господствовало представление, что величины, которые она изучает, имеют непрерывный характер. Для математического описания таких величин И. Ньютоном были созданы дифференциальное и интегральное исчисления. Открытие М. Планком дискретного характера излучения и поглощения энергии коренным образом изменили господствующее представление о непрерывном характере физических процессов и величин. Изучая процесс излучения абсолютно черного тела, Планк, чтобы согласовать свои расчеты с результатами экспериментов, вынужден был, вопреки своим представлениям, допустить, что энергия излучается отдельными, дискретными порциями. Наименьшую дискретную единицу энергии он назвал квантом, величина которой равна: Е = h v, где h обозначает фундаментальную постоянную величину, получившую впоследствии название постоянной Планка, а v – частоту излучения энергии. Квант энергии обладает импульсом, который определяется формулой: р = m v, где m обозначает массу, а v – скорость. Открытие кванта энергии нашло неожиданное подтверждение в обнаружении фотоэффекта, которое подвергло сомнению, утвердившуюся в оптике теорию о свете как разновидности волновых электромагнитных колебаний. Попытки понять и объяснить механизмы возникновения фотоэффекта с помощью волновых представлений о свете оказались явно непригодными. В этой трудной ситуации А. Эйнштейн предложил рассматривать свет как поток дискретных частиц, обладающих определенной энергией, которые он назвал фотонами. Таким образом, в учении о свете мы ясно прослеживаем смену дискретных представлений сначала непрерывными, а затем – снова дискретными. Но при этом происходит не простая смена и отрицание прежних теорий новыми, а качественное их преобразование, в результате чего новые теории включают в свой состав позитивные моменты прежних теорий. Так, например, волновая теория света, опирающаяся на понятие непрерывности, не отбросила целиком корпускулярную теорию, основанную на идее дискретности, а стала рассматривать ее как частный, предельный случай. В еще большей мере это относится к квантовой теории света, в которой такие дискретные величины, как квант света и импульс рассматриваются во взаимосвязи с величинами непрерывными, волновыми, какими являются частота и длина волны. Эта особенность находит воплощение в самом выражении энергии светового кванта через ее частоту: E = h v. Этот процесс развития научных представлений о свете посредством отрицания прежних дискретных представлений непрерывными, а непрерывных дискретными, в философской литературе часто рассматривается как один из примеров диалектического отрицания, известного как «отрицание отрицания» в развитии научного познания. Для нас важно обратить внимание на то, как в процессе развития науки величины и свойства, казавшиеся раньше непрерывными, со временем становятся дискретными или прерывными. Возникновение квантовой физики служит тому убедительным примером. 7.2. ПОЧЕМУ ВОЗНИКНОВЕНИЕ УЧЕНИЯ О СТРОЕНИИ АТОМА ПРИВЕЛО К РЕВОЛЮЦИИ В ФИЗИКЕ?Гипотеза об атомах, как последних неделимых частицах вещества, была возрождена в естествознании для объяснения множества вновь открытых эмпирических законов в физике и химии. Такие законы, как закон Бойля–Мариотта и Гей Люссака для идеальных газов, теплового расширения тел в физике, закон Дальтона о постоянстве состава вещества в химии и различные другие, лишь устанавливают необходимую связь между наблюдаемыми свойствами тел, но не объясняют, почему такая связь существует. В самом деле, закон Бойля–Мариотта утверждает, что объем газа обратно пропорционален его давлению, но не раскрывает причину такой зависимости. Аналогично этому, при нагревании тела его размеры увеличиваются, но эмпирический закон теплового расширения тел не объясняет, почему происходит такое расширение. Очевидно, что для подобного объяснения необходимо выйти за рамки наблюдаемых зависимостей, которые выражаются в эмпирических законах, и обратиться к теоретическим законам. В отличие от эмпирических законов теоретические законы содержат понятия и величины, относящиеся к ненаблюдаемым объектам. Именно такими объектами являются атомы, а также образованные из них молекулы. С помощью атомов и молекул в молекулярно-кинетической теории вещества убедительно объясняются все вышеперечисленные и другие известные эмпирические законы. Действительно, чтобы ответить на вопрос: почему объем газа увеличивается вдвое, когда его давление уменьшается во столько же раз, мы представляем себе газ, состоящий из огромного числа атомов или молекул, движущихся беспорядочно в разных направлениях и с разной скоростью. Непосредственно наблюдаемое и измеряемое уменьшение давление газа мы истолковываем как увеличение свободного пробега составляющих его атомов или молекул, вследствие чего возрастает объем, занимаемый газом. Аналогично этому расширение тел при нагревании объясняют увеличением средней скорости движущихся молекул. Внимание! Авторские права на книгу "Концепции современного естествознания" (Рузавин Г.И.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||
