94.Сольвеевские конференции по физике.На пути к созданиюквантовой механики.Предмет изучения квантовой механики.

Сольвеевские конференции по физике.

Первый конгресс (1911) «Излучение и кванты» , был открыт Лоренцом и Джинсом работами «Применения теоремы о равном распределении энергии по частотам» и «Кинетическая теория теплоемкости в соответствии распределениям Максвелла и Больцмана».

Теория:

-Планк изложил аргументы, которые привели его к открытию кванта действия.

-Новую идею, получившую различное истолкование, представляла собой мысль Нернста о квантовании вращения молекул газа.

Второй Сольвеевский конгресс (1913) «Строение вещества»

Теория:

-Эйнштейн подвел итоги многочисленным приложениям квантовой концепции и, в частности, рассмотрел основные аргументы, использованные в его объяснении аномалий теплоемкости при низких температурах.

-За несколько месяцев до открытия конгресса была опубликована статья Н. Бора о квантовой теории строения атомов. В этой статье были сделаны первые попытки использовать атомную модель Резерфорда для объяснения характерных свойств элементов, зависящих от электронов, окружающих ядро. Этот вопрос представлял непреодолимые трудности, если рассматривать его с помощью обычных идей механики и электродинамики, согласно которым никакая система точечных зарядов не допускает устойчивого статического равновесия, а любое движение электронов вокруг ядра привело бы к рассеянию энергии посредством электромагнитного излучения

Третий Сольвеевский конгресс (1921) «Атомы и электроны»

Теория:

-Лоренц сделал яркий обзор принципов классической электронной теории, которая, в частности, объяснила существенные черты эффекта Зеемана, прямо указав на движение электронов в атоме как на причину появления спектров.

-Резерфорд подробно рассказал о многочисленных явлениях, которые к тому времени получили весьма убедительную интерпретацию на основе его атомной модели

Четвертый Сольвеевский конгресс (1924) «Проводимости металлов»

Теория:

-Луи де Бройль удачно сопоставил движению частицы распространение волн.

-Благодаря работам Борна, Гейзенберга и Иордана, а также Дирака, смелая и остроумная концепция квантовой механики Гейзенберга привела к общей формулировке, в которой классические кинематические и динамические переменные были заменены символическими операторами, подчиняющимися некоммутативной алгебре, включающей планковскую константу.

Пятый Сольвеевский конгресс (1927) «Электроны и фотоны»

На этом конгрессе состоялась знаменитая дискуссия между Эйнштейном, пытавшимся спасти детерминизм, и Нильсом Бором, понявшим раньше многих, что возврат к детерминизму уже невозможен, ибо Планк «открыл универсальный квант действия, обнаруживший черты целостности в атомных процессах, совершено чуждые идеям классической физики и превосходящие доктрину древних о предельной делимости материи». Таким образом в физику было впервые введено утверждение о наличии свободы на субатомном уровне, совершился величайший переворот, определивший лицо физики 20-го века и появились реальные основания для диалога религиозного и научного мировоззрения.

Шестой Сольвеевский конгресс (1930) «Магнитные свойства вещества»

Теория:

-В докладе Зоммерфельда о магнетизме и спектроскопии обсуждались те сведения о моменте импульса и магнитных моментах, которые были получены из исследований электронной структуры атомов.

-Паули установил невозможность измерения магнитного момента(спина) свободного электрона.

Седьмой Сольвеевский конгресс (1948) «Элементарные частицы»

Теория:

-Особо обсуждался вопрос о том, как преодолеть трудности, связанные с появлением расходимостей в квантовой электродинамике, в частности, бросающейся в глаза в вопросе о собственной энергии заряженных частиц.

-начала сильно развиваться квантовая электродинамика: в работах Швингера и Томонаги был открыт лэмбовский сдвиг в спектральных линиях излучения атома.

эксперимент

Квантовая механика - это наиболее успешный комплекс идей, когда либо сформулированный человечеством.Фундаментальные законы КМ объясняют сущность переодической таблицы элементов и дают ключ к пониманию основных химических закономерносте.Рещающими для рождения квантовой механики стали 1925-1927 годы так называемый "золотой век"физики.За этот короткий период В.Гейнзерберг, М.Борн, Йордан, Э.Шредингер и П.Дирак превратили квантовую механику в новую непротиворечивую теорию.

В 1927 году в Брюсселе состоялась знаменитая Международная конференция посвященная вопросам квантовой механики.На ней присутствовало не менее 9 физиков-теоретиков,внесших фундаментальный вкладв создание КМ.

Период работы конференции стал временем напрядженной и плодотворной работы коллективной творческой мысли.За предельно короткий срок прояснилось многое в сфере рождающейся квантовой механики.

Квантовая механика не обладала той наглядностью которая характерна ля классической.Оказалось, что легче объяснить идеи квантовой механики новичкам,чем физикам прочно стоящим на классических позициях.

95. КСЕМ и НСЕМ (см.вопросы 14; 22)

96.Законы сохранения в классической механике (см.6 вопрос).Связь законов сохранения со свойствами пространства и времени( см. вопрос 27).

97.Векторные характеристики электромагнитного поля- вектор электрической напряженности и вектор магнитной индукции.Электростатическое поле.

Для полного описания свойств электромагнитных полей нужно знать положение, величину и направление в пространстве четырех векторов.

Векторные характеристики электромагнитного поля:

вектор Е - вектор напряженности электрического поля.

вектор Е (х, у,z,t) [В/м]

вектор D- вектор электрического смещения

вектор D(x,y,z,t) [кл/м2]

вектор H - вектор напряженности магнитного поля.

вектор H (х,у,z,t) [А/М]

вектор B - вектор магнитной индукции

вектор B (x,y,z,t) [Вб/м2]

векторы Е,В - характеризуют силовые характеристики полей.

векторы D,H - характеризуют источники ЭМП

Напряжённость электрического поля — векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы F действующей на пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда q: вектор E= F / А. Математически зависимость вектора от координат пространства сама задаёт векторное поле. Векторное поле — это отображение, которое каждой точке рассматриваемого пространства ставит в соответствие вектор.

Вектор магнитной индукции (В) – аналог напряженности электрического поля.Магнитная индукция — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля в данной точке пространства. Показывает, с какой силой F магнитное поле действует на заряд q, движущийся со скоростью V. В СИ магнитная индукция измеряется в теслах

Электростатическое поле — поле, созданное неподвижными в пространстве и неизменными во времени электрическими зарядами (при отсутствии электрических токов).

Электрическое поле представляет собой особый вид материи, связанный с электрическими зарядами и передающий действия зарядов друг на друга.

Если в пространстве имеется система заряженных тел, то в каждой точке этого пространства существует силовое электрическое поле. Оно определяется через силу, действующую на пробный заряд, помещённый в этом поле. Пробный заряд должен быть малым, чтобы не повлиять на характеристику электростатического поля.

98. Дуализм "волна - частица".Гипотеза де Бройля.Соотношение де Бройля. (см.вопрос18)

99. Квантование физических величин в микромире.

Галилео Галилей и Исаак Ньютон.Вклад в науку(см.вопросы связанные с ними).

Квантование — процедура построения чего-либо с помощью дискретного набора величин, например, целых чисел, в отличие от построения с помощью непрерывного набора величин, например, вещественных чисел.

физические величины, которые могут принимать лишь определенные дискретные значения, называются квантованными. А само их выражение через квантовые числа называется квантованием. Сама идея квантования сформировалась на основе ряда открытий в конце 19-го - начале 20-го века. Рассмотрим основные из них:

-Открытие электрона. В 1897 г. был открыт электрон. Его заряд оказался наименьшим, элементарным. Заряд любого тела равен целому числу элементарных зарядов. Таким образом, заряд дискретен, а равенство q=±ne представляет собой форму квантования электрического заряда.

- Тепловое излучение. Из теории, основанной на традиционных представлениях об электромагнитных излучениях, следовало, что энергия теплового излучения на всех частотах равнялась бесконечности, что противоречило закону сохранения энергии. Особенно ярко это противоречие проявлялось в области коротких длин волн, поэтому оно получило название «ультрафиолетовой катастрофы». В 1900 г. Макс Планк для выхода из этой ситуации предложил следующую гипотезу: электромагнитное излучение испускается отдельными порциями -квантами, величина которых пропорциональна частоте излучения. Гипотеза Планка фактически стала началом новой физики - квантовой физики.

-В конце 19 века в результате экспериментов были установлены законы фотоэффекта – явления выбивания электронов из вещества под действием света: 1) независимость энергии выбиваемых электронов от интенсивности света, а зависимость ее только от частоты световой волны и 2) наличие для каждого вещества «красной» границы фотоэффекта, т.е. минимальной частоты, при которой фотоэффект еще возможен.

100.Эксперименты по обнаружению волновых свойств электронов.

?

101.Особенности КСЕМ И НСЕМ (см. вопрос 14 и 22)

102.Античастицы и антивещество.Прямая и обратная задачи кинематики.

Частицы, из которых состоят атомы различных веществ-электрон,протон,нейтрон,назвали элементарными.Слово Элементарный подразумевало что эти частицы являются первичными,простейшими,далее неделимыми и неизменяемыми.Но вскоре оказалось,что эти частицы вовсе не являются неизменными.Все они обладают способностью превращаться друг в друга при взаимодействии.Поэтому в современной физике термин"Элементарные частицы" обычно употребляется не в своем точном значении,а для наименования большой группы мельчайших частиц материи,не являющихся атомами или ядрами атомов.

В 1955 г была обнаруженаантичастица - антипротон.Античастица по отношению к протону. Имеет отрицательный электрический заряд, прочие свойства совпадают со свойствами протона.

(Протон элементарная частица.Протоны являются основными составляющими атомных ядер)

Несколько позже появляется другая интичастица - антинейтрон.Он так же как и нейтрон,не имеет электрического заряда,но он бесспорно,относится к античастицам поскольку учавствует в процессе аннигиляции(исчезновения).Аннигиляция заключается в том,что электрон и позитрон при встрече исчезают,превращаясь в фотоны.(Электрон - стабильная, отрицательно заряженная элементарная частица, одна из основных структурных единиц вещества, а позитрон - античастица электрона.Относится к антивеществу, имеет электрический заряд +1)

Возможность получения античастиц привела ученых к идее о создании антивещества.(Атом - наименьшая химически неделимая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств.)

Атомы антивещества должны быть построены таким образом:в центре атома-отрицательно заряженное ядро,состоящее из антипротонов и антинейтронов,а вокруг ядра обращаются позитроны.В целом атом нейтрален.

В настоящее время эксперементально обнаруженны античастицы почти всех известных элементарных частиц.Элементарные частицы которые могу взаимодействовать друг с другом посредством ядерных сил называют адронами(к ним относят например протон и нейтрон).

Прямая и обратная задачи кинематики

Прямая задача кинематики - сводится к определению кинематических характеристик по известному закону движения.Закон движения — математическая формулировка того, как движется тело или как происходит движение более общего вида или набор зависимостей, которые выявляют все данные о движении точки.

Обратная задача кинематики- заключается в нахождении закона движения по известной скорости (ускорению– быстрота изменения скорости).

103.Волновые свойства света.Интерференция и ифракция. (см.46 вопрос)

104.Э.Резерфорд и Н.Бор (см.вопрос 31 (5))

105.Напряженность электростатического поля.Принцип суперпозиции.

Напряжённость электрического поля — векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы F действующей на пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда q: вектор E= F / А. Математически зависимость вектора от координат пространства сама задаёт векторное поле. Векторное поле — это отображение, которое каждой точке рассматриваемого пространства ставит в соответствие вектор.

Принцип суперпозиции - один из самых общих законов во многих разделах физики. В самой простой формулировке принцип суперпозиции гласит:

результат воздействия на частицу нескольких внешних сил есть просто сумма результатов воздействия каждой из сил.

Наиболее известен принцип суперпозиции в электростатике(раздел науки изучающий взаимодействие неподвижных электрических зарядов), в которой он утверждает, что электростатический потенциал, создаваемый в данной точке системой зарядов, есть сумма потенциалов отдельных зарядов.

Принцип суперпозиции может принимать и иные формулировки, которые, подчеркнём, полностью эквивалентны приведённой выше:

Взаимодействие между двумя частицами не изменяется при внесении третьей частицы, также взаимодействующей с первыми двумя.

Энергия взаимодействия всех частиц в многочастичной системе есть просто сумма энергий парных взаимодействий между всеми возможными парами частиц. В системе нет многочастичных взаимодействий.

106.Динамические параметры при поступательном и вращательном движении.

?

107.Квантовые свойства света.Принцип относительности Галилея.Классический закон сложения скоросте (см.вопросы 50,52)

108.Свободные,затухающие,вынужденные колебания (см.вопрос 53)

109.Модернизация теории Бора. (см.вопрос 54)

110.Модели происхождения Вселенной.

Модели происхождения вселенной - любое описание или объяснение начальных процессов возникновения существующей Вселенной, включая образование астрономических объектов (космогонию), возникновение жизни, планеты Земля и человечества. Существует множество точек зрения на вопрос происхождения Вселенной, начиная с научной теории, множества отдельных гипотез, и заканчивая философскими размышлениями, религиозными убеждениями, и элементами фольклора.

Идея возникновения мира

Все концепции возникновения Вселенной условно можно разделить на две:

Концепции возникновения Вселенной без участия осознающего фактора(Творца, «Вселенского разума» и т. д.), то есть с соблюдением принципа заурядности. Такие концепции в основном, научные — не признающие одухотворённость творения и понятие Творца, или, иными словами, «осознающего создателя», и опирающиеся на научные факты;

Концепции сотворения мира — в основном, религиозные — признающие Творца в качестве первопричины.

Это выражается прежде всего в достаточно серьезных противоречиях в терминологии и языковых оппозициях таких как: сотворение — возникновение, творец — природа и т. д. Во всем остальном многие виды мировоззрения зачастую пересекаются и дублируют друг друга.

Согласно одной из альтернативных теорий (так называемой «бесконечно пульсирующей Вселенной»), мир никогда не возникал и никогда не исчезнет (или по другому рождается и умирает бесконечное количество раз), но обладает периодичностью, при этом под сотворением мира понимается точка отсчета после которой мир строится заново (она же обозначает и конец мира).(дополнение см в вопросе 120)

111.Альберт Эйнштейн и специальная теория относительности.(см 31 вопрос)

112.Тепловое излучение.Законы теплового излучения. "Абсолютно черное тело" (см 58 вопрос)

113.Георгий Гамов:большой взрыв.

В 1946 году Гамов активно включился в работу в области космологии, предложив модель «горячей Вселенной» (уточнение теории «Большого Взрыва»). Её основаниями стали представления о расширении Вселенной, данные о современной распространённости элементов (особенно о соотношении водорода и гелия) и оценки возраста Вселенной, который в те годы считался примерно равным возрасту Земли. Исходя из большого значения энтропии ранней Вселенной, в 1948 году Гамов совместно со своими учениками Ральфом Альфером и Робертом Херманом разработал теорию образования химических элементов путём последовательного нейтронного захвата (нуклеосинтез). В рамках этой теории было предсказано существование фонового микроволнового (реликтового) излучения и дана оценка его современной температуры (в диапазоне 1—10 К)

Теория Гамова и его сотрудников не привлекла большого внимания физиков (особенно экспериментаторов) и фактически оставалась долгое время незамеченной. Одной из причин этого было то, что рассуждения о ранней Вселенной в то время считались чисто умозрительными. Более того, концепция «горячей Вселенной» представлялась не самой вероятной: серьёзную конкуренцию ей составляли модель «холодной Вселенной» (Яков Зельдович и сотрудники) и теория стационарной Вселенной Фреда Хойла и соавторов. Поэтому открытие в 1965 году Арно Пензиасом и Робертом Вильсоном реликтового излучения (Нобелевская премия 1978 года) произошло во многом случайно. Тем не менее заслуги Гамова и его учеников получили широкое признание коллег. По словам Стивена Вайнберга,

Большой взрыв - космологическая теория начала расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном состоянии.Космологическая сингулярность — состояние Вселенной в начальный момент гипотетического Большого Взрыва, характеризующееся бесконечной плотностью и температурой вещества

114.преобразование Лоренца,их физический смысл(см 60 вопрос)

115.Основной заон линамики потупательного движения (см вопрос 61)

116.Корпускулярно - волновая природа материальных бъектов.

Корпускулярно-волновой дуализм — принцип, согласно которому любой объект может проявлять как волновые, так и корпускулярные свойства. Был введён при разработке квантовой механики для интерпретации явлений, наблюдаемых в микромире, с точки зрения классических концепций.

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.[1]. Тем не менее, эксперимент показывает, что фотон не есть короткий импульс электромагнитного излучения, например, он не может[источник не указан 601 день] быть разделён на несколько пучков оптическими делителями лучей. Корпускулярные свойства света проявляются при фотоэффекте и в эффекте Комптона. Фотон ведет себя и как частица, которая излучается или поглощается целиком объектами, размеры которых много меньше его длины волны (например, атомными ядрами), или вообще могут считаться точечными (например, электрон).

117.Главное и орбитальное квантовые числа (см.вопрос 63)

118.Законы Ньютона.Понятие инерции,мыссы,силы,ускорения (см вопрос 65)

119.Макс Планк.Рождение фотона (см.вопрос 66)

120. Модели возникновения жизни на земле.

Теории, касающиеся возникновения жизни на Земле, разнообразны и далеко не достоверны. Наиболее распространенными теориями возникновения жизни на Земле являются следующие:

1. Жизнь была создана сверхъестественным существом (Творцом) в определенное время (креационизм).

2. Жизнь существовала всегда (теория стационарного состояния).

3. Жизнь возникала неоднократно из неживого вещества (самопроизвольное зарождение).

4. Жизнь занесена на нашу планету извне (панспермия).

5. Жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам (биохимическая эволюция).

Космологические модели Вселенной

Наиболее общепринятой в космологии является модель однородной изотопной нестационарной горячей и расширяющейся Вселенной, построенная на основе общей теории относительности и релятивистской теории тяготения, созданной Альбертом Эйнштейном в 1916 году. В основе этой модели лежат два предположения: 1.свойства Вселенной одинаковы во всех ее точках (однородность) и направлениях (изотропность); 2. Наилучшим известным описанием гравитационного поля являются уравнения Эйнштейна. Из этого следует так называемая кривизна пространства и связь кривизны с плотностью массы (энергии). Космология, основанная на этих постулатах,- релятивистская.

Важным пунктом данной модели является ее нестационарность. Это определяется двумя постулатами теории относительности: 1.принципом относительности, гласящим, что во всех инерционных системах все законы сохраняются вне зависимости от того, с какими скоростями, равномерно и прямолинейно движутся эти системы друг относительно друга; 2. Экспериментально подтвержденным постоянством скорости света.

Стандартная модель эволюции Вселенной

Из принятия теории относительности (см вопрос 3) вытекало в качестве следствия, что искривленное пространство не может быть стационарным: оно должно или расширяться или сжиматься.