Вопросы для самоконтроля

1. Что такое ноосфера?

2. Кто и в каком году ввёл термин «ноосферы» в науку?

3. Кто впервые излагал материалистическое учение о ноосфере?

4. При каких случаях, процесс перехода биосферы в ноосферу усиливается?

5. Когда сформировалось человеческое общество?

6. Каким периодом называют интервала времени от 30 тысяч до 10 тысяч лет назад?

7. Сколько человек, около 10 тысяч лет назад, смогли прокормить себя, путем собирательства и охоты, на площади 5х5 км² ?

8. Что характерно для ноосферы?

9. Как происходил процесс перехода биосферы в ноосферу, до ХХ века?

10. Как происходил процесс перехода биосферы в ноосферу, в настоящее время?

11. Какие предпосылки необходимы для перехода биосферы в ноосферу?

12. За что будет отвечать Коллективный Разум людей планеты?

13. Что сменить Коллективный Разум людей планеты?

14. Как называют, с точки зрения экологии, «соизмерение своих потребностей с возможностями биосферы»?

15. Что является синонимом ноосферы?

……******……

Тема 12. Возникновение квантовой механики

12.1. Трудности в классической физике. Принцип соответствия

С классической точки зрения электрон, вращающийся вокруг ядра должен излучать электромагнитные волны, так как он движется с центростремительным ускорением. По законам классической электродинамики, электромагнитные волны не излучают те заряды, которые движутся по прямой, с постоянной скоростью. Электрон, излучая свет, должен постепенно падать на ядро. Однако этого не происходит, атомы устойчивы. Устойчивость атома, классическая механика объяснить не может. Выход, из создавшегося тупика, был найден в 1913 г. датским физиком Нильсом Бором.

Если бы электроны в атоме двигались по законам классической механики, они испускали бы свет всех частот. Однако опыты показали, что атомы испускают свет не всех частот, а только дискретных, точно определенных. Это означает, что электроны в атоме имеют не любую энергию, а только строго определенную.

Размышляя над этими данными и трудностями классической механики, Нильс Бор предложил более совершенную квантовую модель атома. При помощи этой модели, ему удалось объяснить устойчивость атома водорода и линейчатый спектр излучения. С этой целью, он выдвинул три гипотезы, известные под названием три постулата Бора.

Первый постулат Бора (постулат стационарных орбит) гласит: в атоме существует набор стационарных состояний, находясь в которых атом не излучает электромагнитные волны. Стационарным состояниям, соответствуют стационарные орбиты, по которым с центростремительным ускорением движутся электроны, при этом излучения света не происходит.

Второй постулат Бора (правило квантования орбит) гласит: в стационарном состоянии атома, электрон, движущийся по круговой орбите, имеет квантованные значения момента импульса (L), удовлетворяющие условию: L_n=m r=n , где n=1, 2, 3, ּּּ, - называется главным квантовым числом, m – масса электрона, - его скорость, r – радиус n-ой орбиты, величина ћ=h/2π=1,054·10^─34 Дж·с – называется постоянная Планка. Целое число n равно числу длин волн де Бройля для электрона, укладывающегося на длине круговой орбиты: n=2π r/λ = 2π r m / h

Гениальность Бора в том, что он впервые угадал квантованность момента импульса и открыл дорогу к созданию квантовой механики.

Третий постулат Бора (правило частот) гласит : при переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается один фотон. Излучение фотона происходит, при переходе атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией. При обратном переходе происходит поглощение фотона. Энергия фотона (hν) равна разности энергий в двух состояниях атома: W_n–W_m=hν. При W_n > W_m происходит излучение фотона, при W_n < W_m - его поглощение.

Постулаты Бора позволили определить частоты линий (ν) в дискретном линейном спектре атома водорода. Он вычисляется по формуле Бальмера-Ридберга: ν=R(1/n²–1/m²), где R=m_ee⁴/8 h³ – постоянная Ридберга (R=3,2931ּ10¹⁵ с^-1), m_e – масса электрона, ε₀=8,85ּ10 ^-12Ф/м – электрическая постоянная. Целые числа n и m называются главными квантовыми числами, причем m = n+1, n+2 и т.д. Группа линий водородного спектра: n=1 – серия Лаймана, n=2 – серия Бальмера, n=3 – серия Пашена, n=4 – серия Брэкета, n=5 – серия Пафунда, n=6 – серия Хамфери.

Для водородоподобных ионов найдена формула Бальмера-Ридберга: ν=Z²R(1/n²–1/m²), где Z – порядковый номер элемента. Энергия водородоподобного иона, в состоянии с главным квантовым числом n определяется по формуле: W_n=–Z²Rh/n². Абсолютная величина W_n является энергией связи электрона в атоме. Наименьшее значение W₁ соответствует основному (нормальному) состоянию атома. Все значения энергии, при n>1 соответствуют возбужденным состояниям атома. Время жизни электрона в возбужденном состоянии ограничено, оно составляет не более τ=10^─8 с. Наибольшее значение энергии W_МАКС=0 при n→∞ соответствует ионизации атома или иона, т.е. отрыву электрона от него. Энергия ионизации атома – это энергия связи электрона в атоме или ионе.

Объяснение спектральных линий водорода было большим успехом теории Бора. Квантовые постулаты Бора были лишь первым шагом в создании квантовой теории атома. Теория Бора, по сути, является частным случаем теории квантовой механики. Согласно, принципу соответствия, всякая неклассическая теория, в соответствующем предельном случае переходит в классическую. Теория Бора для многоэлектронных атомов не имела применения, т.к. была несовершенной.