13. Коспуркулярно-волновой дуализм

Корпускулярно-волновой дуализм — физический принцип, согласно которому любой объект может проявлять как волновые, так и корпускулярные свойства. Был введён при разработке квантовой механики для объяснения явлений, наблюдаемых в микромире.

В частности, свет — это и корпускулы (фотоны), и электромагнитные волны. Свет демонстрирует свойства волны в явлениях дифракции и интерференции при масштабах, сравнимых с длиной световой волны. Например, одиночные фотоны, проходящие через двойную щель, создают на экране интерференционную картину, определяемую уравнениями Максвелла. Тем не менее, эксперимент показывает, что фотон не есть короткий импульс электромагнитного излучения, например, он не может^[ быть разделён на несколько пучков оптическими делителями лучей. Корпускулярные свойства света проявляются при фотоэффекте и в эффекте Комптона. Фотон ведет себя и как частица, который излучается или поглощается целиком объектами, размеры которых много меньше его длины волны (например, атомными ядрами), или вообще могут считаться точечными (например, электрон).

14. Отличие вещества от поля

Поле, в отличие от веществ, характеризуется непрерывностью. Известны электромагнитное и гравитационное поля, поле ядерных сил, волновые поля различных элементарных частиц.

Современное естествознание нивелирует различие между веществом и полем, считая, что и вещества, и поля состоят из различных частиц, обладающих корпускулярно-волновой (двойственной) природой. Выявление тесной взаимосвязи между полем и веществом привело к углублению представлений о единстве всех форм и структуры материального мира.

15. Микромир и квантово - механистическая концепция его описания

Изучая микрочастицы, ученые столкнулись с парадоксальной, с точки зрения науки, ситуацией: одни и те же объекты обнаруживали как волновые, так и корпускулярные. Первый шаг в этом направлении был сделан немецким физиком М.Планком. Он пришел к выводу, 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 естественную константу. Первых физиком, который восторженно принял открытие элементарного кванта действия и творчески развил его, был А.Эйнштейн. Он предположил, что речь идет о естественной закономерности всеобщего характера. Он применил гипотезу Планка к свету и пришел к выводу, что следует признать корпускулярную структуру света. Квантовая 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 световых квантов.

Открытое в 1923г. американским физиком А.Х.Комптоном явление (эффект Комптона), которое отмечается при воздействии очень жесткими рентгеновскими лучами на атомы со свободными электронами, вновь и уже окончательно подтвердило квантовую теорию света. Представления Эйнштейна о квантах света, послужившие в 1913г. отправным пунктом теории Н.Бора, через 10 лет основа оказали плодотворное воздействие на развитие атомной физики. В 1924г. произошло одно из величайших событий в истории физики: французский физик Луи де Броль выдвинул идею о волновых свойствах материи. Он писал о необходимости использовать волновые и корпускулярные представления не только с учениями Эйнштейна в теории света, но также в теории материи.

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 немецким физиком В.Гейзенбергом. Суть соотношения неопределенностей в следующем. Никогда нельзя одновременно точно знать оба параметра – координату и скорость. Никогда нельзя одновременно знать, где находится частица, как быстро и в каком направлении она движется.

С точки зрения классической механики, соотношение неопределенностей представляется абсурдом. Мы, люди, живем в макромире и в принципе не можем построить наглядную модель, которая была бы адекватна микромиру.