Корпускулярное и континуальное описание природы принцип дополнительности

Введение
Корпускулярное и континуальное описание природы
Принцип дополнительности
Заключение
Список использованной литературы

Корпускулярное и континуальное описание природы принцип дополнительности

Предложенная Резерфордом модель атома была принята с трудом, поскольку не укладывалась в представления классической физики. Над проблемой атомов, что они собой представляют, работали (ломали головы) многие ученые. Нильс Бор предложил рассматривать атом с позиций квантовый физики. Предложения Н. Бора называют сейчас постулатами Бора.
Первый постулат состоит в том, что атомы в стационарном устойчивом состоянии не поглощают и не излучают энергии; электроны вращаются по стационарным орбитам и имеют определенные значения энергии. Второй постулат Бора состоит в том. что поглощение или излучение энергии атомом происходит только при переходе электронов с одной стационарной орбиты на другую. При переходе один электрон поглощает фотон и переходит на орбиту с большей энергией, а при обратном переходе он излучает фотон. Частота фотона при электронных переходах определяется согласно разработанному Бором правилу и рассчитывается по формуле: h ν 1-2 = Е 1 + Е 2 ,
где ν 1-2 – частота излучения или поглощенного фотона;
Е1 + Е2 – значения энергии атома (электрона) в стационарном состояниях;
h – постоянная Планка.
Эти постулаты объясняли дисперсный характер атомных спектров. Кроме того предложенная формула позволяла рассчитать эти спектры и затем оказалось, что по этим спектрам можно идентифицировать вещества и описывать химические свойства веществ. Открытие строения атома позволило показать, что физические и химические свойства элементов зависят не от атомной массы, а от заряда ядра атома. На основании этих зависимостей построена периодическая система элементов Менделеева.
В 1900 году макс Планк экспериментально показал, что энергия, которую излучает или поглощает вещество, всегда кратно энергии кванта. Одновременно Планк показал дискретную природу света, которая проявляется в фотоэффекте. В это же время, Де Бройль обнаружил у электронов явление дифракции. Согласно концепции Де Бройля любое тело какой-то массы является одновременно волной определенной длины. Заметить волновые свойства тел большой массы, например волну человека при его движении невозможно, из-за незначительности волны. Но волновые свойства элементарных частиц можно определить с помощью приборов.
Принцип дополнительности
С точки зрения структуры материи экспериментальное подтверждение и волновых и корпускулярных свойств у электронов и фотонов позволяет говорить о том, что частицам присущи и те и другие свойства и это означает единство корускулярных и волновых свойств. При определенных условиях, как показывают, эксперименты частицы могут проявлять соответствующие свойства в зависимости от внешних условий, их можно рассматривать либо как частицы, либо как волны.
Корпускулярно-волновой подход к материальной природе, сформировавшийся в начале 20 века предполагает, что весь мир состоит из непрерывной материальной субстанции, находящейся в постоянном движении. Этот взгляд на природу напоминает континуальную программу Аристотеля и атомистическую программу Демокрита.
Согласно двойственной корпускулярно-волновой природе частиц, составляющих вещества для описания свойств микрочастиц используют либо волновые, либо корпускулярные представления. Оказалось, что необходимо ввести определенные ограничения в применении к микрочастицам понятий классической механики. Для микрочастиц нельзя говорить о движении микрочастицы по определенной траектории и об одновременных точных значениях ее координаты и импульса. Понятие длина волны в данной точке не имеет физического смысла. Поскольку импульс (энергетическая характеристика) частицы аналитически выражается через длину волны, то микрочастица с определенным импульсом имеет полностью неопределенную координату. В том случае, если известны координаты нахождения микрочастицы, то импульс частиц оказывается неопределенным.
Для описания микрочастиц и микрообъектов в 1927 году Н. Бор сформулировал очень важное положение квантовой механики, называемое принцип дополнительности [4]. Этот принцип формулируется так: при получении экспериментальной информации об одних физических величинах, описывающих этот микрообъект (молекулу, атом или элементарную частицу), непременно теряется информация о некоторых других величинах, дополнительных к первым. Координата частицы и ее скорость, определяющая импульс, являются взаимно дополнительными величинами.
С точки зрения принципа дополнительности, состояния в которых взаимнодополнительные величины имели бы одновременно точно определенное значение, принципиально невозможны. Если одна величина определена точно, то значение другой полностью неопределенно. Этот принцип говорит также о влиянии измерительного прибора на состояние микрообъекта. При измерении точных координат микрочастицы, производимого с помощью необходимого для этого измерения, прибора, другая, т.е. взаимная величина, претерпевает изменение, из-за взаимодействия частицы с прибором.
Это говорит о том, что принцип дополнительности отражает субъективные свойства квантовых систем и то, что эти свойства не связаны с наблюдателем.
Согласно принципу дополнительности, для полного описания квантовомеханических явлений необходимо применять два взаимоисключающих понятия, совокупность которых только может дать информацию о целостном явлении [6,7]. В квантовой механике дополнительными являются пространственно-временная и энергетически-импульсная картины.
Согласно корпускулярно-континуальной природе объект характеризуют как волновые, так и корпускулярные свойства микрообъекта, в то же время они являются несовместимыми в отношении их одновременного проявления, но они при характеристике объекта дополняют друг друга. Эта методологическая суть принципа дополнительности Н. Бора, которая положена в основу современных научных исследований во всех направления естествознания.
Современные ученые трактуют принцип дополнительности следующим образом. Если явления даже выходят за рамки принятого классического физического объяснения, их необходимо описывать с помощью классических понятий [8]. Для описания квантовомеханических явлений следует применять два взаимоисключающих (но дополнительных) классических понятия (корпускулярный и континуальный подходы). Только совокупность этих понятий позволит получить наиболее полную информацию об этих явлениях как о целостных.
Заключение
На примере рассмотрения вопроса описания природы с позиций корпускулярной и континуальной концепций, очевидно, что в физике происходит непрерывное движение вперед от понимания отдельных, частных проблем к общим законам природы.
Механика больших скоростей, релятивистская механика Эйнштейна, вполне согласованно может сосуществовать с классической физикой Ньютона. А классическую физику Ньютона можно рассматривать как следствие механики Эйнштейна при условии, что скорости движения малы по сравнению со скоростью света С. Законы макроскопической механики также являются следствием законов квантовой механики, управляющих микромиром.
Противоречия в объяснении природы микромира привели к рождению квантовой механики, эти противоречивые вопросы, касались физической природы излучения и вещества, их сходства и различия. При рассмотрении природы на микроуровне ее стали понимать на адекватном квантово-механическом уровне и это позволило продвинуться вперед в понимании явлений природы.
В целом можно сказать, что на фундаментальном уровне природа едина и все грани в ней весьма условны и человеческий разум постепенно приближается к познанию мира.