Реферат: Квантовая физика как новый этап изучения природы - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Квантовая физика как новый этап изучения природы

Банк рефератов / Биология

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 31 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Содержание I . Введение II . Возникновение квантовой теории III . Световые кванты IV . Атомная физика V . Квантовые потулаты Бора VI . Квантовая механика VII . Лазеры VIII . Элементарные частицы IX . Заключение X . Литература I . Вв едение В еличайшая революция в физике совпала с началом XX века. Попытки объяснить наблюдаемые на опытах закономе рности распре деления энергии в спектрах теплово го излучения (электро магнитного из лучения нагретого тела) оказались несостоятельными. Мног ократно про веренные законы электромагнетизма Максвелла неожиданно “ забасто вали”, когда их попытались приме нить к проблеме излучения ве ще ством коротких электромагнитных волн. И это тем более удивительно, что э ти законы превосходно опи сывают излучение радиоволн антен ной и что в с вое время само сущест вование электромагнитных волн бы ло предсказано на основе этих за конов. II . В озникновение квантовой теории Электродинамика Максвелла приводила к бессмысленному вы воду, соглас но которому нагретое тело, непрерывно теряя энергию вследствие излучен ия электромаг нитных волн, должно охладиться до абсолютного нуля. Согла сно класси ческой теории тепловое равновесие между веществом и излучен ием не возможно. Однако повседневный опыт показывает, что ничего подоб н ого в действительности нет. Нагре тое тело не расходует всю свою энергию на излучение электромагнит ных волн. В поисках выхода из этого про тиворечия между теорией и опытом немецкий физик Макс П л а н к пред п оложил, что атомы испускают элек тромагнитную энергию отдельными порци ями — кванта ми. Энергия Е каждой п орции прямо пропорцио нальна частоте v излучения: E = hv . К оэффициент пропорциональности h получил название постоянной План ка. Предположение Планка фактиче с ки означало, что законы класси ческой физики неприменимы к явле ниям мик ромира. Построенная Планком теория теплового излучения превосходно согласова лась с экспериментом. По известному из опыта распределению энергии по ча стотам было определено значение постоянной Планка. Оно оказалось очень малым: =6,63.10- 34 Дж.с. После открытия Планка начала развиваться новая, самая современ ная и гл убокая физическая теория — кв антовая теория. Развитие ее не за вершено и по сей день. Планк указал путь выхода из тр удностей, с которыми столкнулась теория теплового излучения. Но эт от успех был получен ценой отказа от законов классической физики приме нительно к микроскопическим системам и излучению. III . СВЕТОВЫЕ КВАНТЫ Квантовым законам подчиняется поведение всех микрочастиц. Но впе рвые квантовые свойства материи были обнаружены при исследовании излу чения и поглощения света. В развитии представлений о пр и роде света важный шаг был сделан при изучении одного замечательного я вления, открытого Г. Герцем и тща тельно исследованного выдающимся русс ким физиком Александром Гри горьевичем Столетовым. Явле ние это получи ло название фотоэф фекта. Фотоэффектом называют вырыва ние эле ктронов из вещества под дей ствием света. Свет вырывает элек троны с пове рхности пластины. Если она заряжена отрицательно, электро ны отталкиваю тся от нее и электро метр разряжается. При положитель ном же заряде пласт ины вырван ные светом электроны притягиваются к пластине и снова оседаю т на ней. Поэтому заряд электрометра не из меняется. Однако, когда на пути света по ставлено обыкновенное стекло, отри- цательно заряженная пластина уж е не теряет электроны, какова бы ни была интенсивность излучения. Так как известно, что стекло поглощает ультрафиолетовые лучи, то из этого опыта можно заключить, что именно ультрафиолетовый участок спектра вызывает фотоэффект. Этот сам по себе несложный факт нельзя объяс нить на основе в олновой теории све та. Непонятно, почему световые вол ны малой частоты не могут вырывать электроны, если даже амплитуда волны велика и, следовате льно, ве лика сила, действующая на элект роны. При изменении интенсивности света (плотности потока излучения) задерживающее напряжение, как показа ли опыты, не меняется. Это означает, что не меняется кинети ческая энергия электронов. С точки зрения волновой теории света этот факт непонятен. Ве дь чем больше интенсивность света, тем большие силы действуют на электро ны со сто роны электромагнитного поля свето вой волны и тем большая энер гия, казалось бы, должна передаваться электронам. На опытах было обнаружено, что к инетическая энергия вырываемых светом электронов зависит только от ча стоты света. Максимальная кине тическая энергия фотоэлектронов ли нейн о возрастает с частотой света и не зависит от его интенсивности . Если частота света меньше опре деленной для данного вещества ми нимальной частоты Vmin , то фото эффект не происходит. Законы фотоэффекта просты по форме. Но зависимость кинетической энерги и электронов от частоты вы глядит загадочно. Все попытки объяснить явление фотоэффекта на основе законов электроди намики Максвелла, соглас но которым свет — это электромаг нитная волна, непрерывно распреде ленная в п ространстве, оказались безрезультатными. Нельзя было по нять, почему эн ергия фотоэлектро нов определяется только частотой света и почему лишь при малой длине волны свет вырывает элект роны. Объяснение фотоэффекта было дано в 1905 г. Эйнштейном, раз вивши м идеи Планка о прерывистом испускании света. В эксперименталь ных зако нах фотоэффекта Эйнштейн увидел убедительное доказательство того, что свет имеет прерывистую структуру и поглощается отдель ны ми порциями. Энергия Е каждой порции излу чения в полном соответствии с гипотезой Планка пропорциональ на частоте: E = hv , где h — постоянная Пла нка. Из того что свет, как показал Пла нк, излучается порциями, еще не вытекает прерывистая структура са мого с вета. Ведь и минеральную воду продают в бутылках, но от сюда совсем не сле дует, что вода имеет прерывистую структуру и со стоит из неделимых часте й. Лишь явление фотоэффекта показало, что свет имеет пр ерывистую структуру: излученная порция световой эне р гии E = hv сохраняет свою инди видуальность и в дальнейшем. По глотиться может то лько вся порция целиком. Кинетическую энергию фотоэлек трона можно найти, применив зако н сохранения энергии.Это уравнение объясняет основ ные факты, касающиес я фотоэффек та. Интенсивность света, по Эйн штейну, пропорциональна чис лу квантов (порций) энергии в свето вом пучке и поэтому определяет число э лектронов, вырванных из ме талла. Скорость же электронов со гласно определяется только частотой света и работой выхода, зависящей от рода металла и состоя ния его поверх ности. От интенсив ности света она не зависит. Д ля каждого вещества фото эффект наблюдается лишь в том слу чае, если част ота v свет а больше минимального значения В едь чтобы вырвать электрон из металла даже без сообщения ему кинетиче с кой энергии, нужно совершить рабо ту выхода А. Следовательно, энергия кванта должна быть больше этой работы: . Предельную частоту , называ ют красной границей фотоэффекта. Д ля цинка красной границе соот ветствует длина волны м (ультрафиолетовое излу чение). Именно этим о бъясняется опыт по прекращению фотоэффекта с помощью стеклянной пласт инки, задерживающей ультрафиолетовые лучи. Работа выхода у алюминия или железа больше, чем у цинка. Поэто му в опыте и с пользовалась цинковая пластина. У щелочных металлов работа вы хода, на против, меньше, а длина вол ны , со ответствующая красной границе, больше. П ользуясь уравнением Эйнштей на можно найти постоянную Планка h . Для этого нужно э кспе риментально определить частоту све та v , работу выхода А и измерить кинетическую энергию фот оэлектро нов. Такого рода измерения и рас четы дают Дж.с. Точ но так ое же значение было найдено Планком при теоретическом изуче нии соверше нно другого явления — теплово го излучения. Совпадение значений постоянной Планка, полу ченных различ ными методами, под тверждает правильность предполо жения о прерывистом характере из лучения и поглощения света ве ществом. Уравнение Эйнштейна , не смотря на свою простоту, объясняет основные закономерности фотоэф фекта. Эйнштейн был удостоен Но белевск ой премии за работы по тео рии фотоэффекта. В современной физике фотон ра с сматривается как одна их элемен тарных частиц. Таблица элементар ных ч астиц уже многие десятки лет начинается с фотона. Энергия и импульс фотона. При ис пускании и поглощении свет ведет себя подобно потоку частиц с энер гией E = hv , завис ящей от частоты. Порция света оказалась неожидан но очень похожей на то, ч то принято называть частицей. Свойства света, обнаруживаемые при излуче нии и поглощении, называют корпускуляр ными. Сама же световая частица бы ла названа фотоном или квантом электромагнитного излучения. Фотон подобно частицам обла да ет определенной порцией энергии hv. Энергию фотона часто выражают не через частоту v, а через цикли ческую частоту . Согласно теории относительно сти энергия всегда связана с массой соотношением . Так как энер гия фотона равна hv, то, следова тельно, его масса m получае тся рав ной Фотон лишен массы покоя то, т. е. он не существует в состоянии покоя, и при рождении сразу имеет скорость с. Масса, определяемая ф ормулой ,— это масса движу щегося фотона. Направлен импульс ф отона по световому лучу. Ч ем больше частота, тем больше энергия и импульс фотона и тем от четливее в ыражены корпускулярные свойства света. Из-за того что по стоянная Планк а мала, энергия фо тонов видимого излучения крайне незначительна. Фотон ы, соответ ствующие зеленому свету, имеют энергию 4- 10~ 19 Дж. Тем не менее в замечательных опытах С. И. Вавилова было уста новлено, что ч еловеческий глаз, этот тончайший из “приборов”, способен реагировать на различие освещен-ностей, измеряемое единичными квантами. Ученые были вынуждены ввести представление о свете как о потоке частиц. Может показаться, что это возврат к корпускулярной теории Ньютона. Однак о нельзя за бывать, что интерференция и ди фракция света вполне определе нно говорят о наличии у света волновых свойств. Свет обладает своеобраз ным дуализмом (двойственностью) свойс тв. При распространении света проявляются его волновые свойства, а при в заимодействии с веществом (излучении и поглощении) — корпус кулярные. Все это,конечно,стран но и непривычно. Мы не в состоянии пред ставить себе наглядно, как же это м ожет быть. Но тем не менее это факт. Мы лишены возможности пред ставлять с ебе наглядно в полной мере процессы в микромире, так как они совершенно о тличны от тех макро скопических явлений, которые люди наблюдали на прот яжении миллио нов лет и основные законы кото рых были сформулированы к к онцу XIX века. С течением времени двойствен н ость свойств была открыта у элек тронов и других элементарных час тиц. Эл ектрон, в частности, наряду с корпускулярными свойствами обла дает такж е и волновыми. Наблю дается дифракция и интерференция электронов. Эти необычные свойства микро объектов описываются с помощью квантовой механики — современной теории движения микрочастиц. Ме ханика Ньютона оказы вается здесь в большинстве случаев непримени мой. Но изучение квантовой ме ханики выходит за рамки школьного курса физики. Фотон — элементарная частица, л ишенная массы покоя и электри ческого заряда, но обладающая энергией и и мпульсом. Это квант электромагнитного поля, которое осуществляет взаим одействие между заряженными частицами. Поглоще ние и излучение электро магнитной энергии отдельными порциями — проявление корпускулярных свойств электромагнитного пол я. Корпускулярно-волновой дуа ли зм — общее свойство материи, пр о являющееся на микроскопическом уровне. IV . АТОМНАЯ ФИЗИКА Английский физик Эрнест Резерфорд исследовал рассеяние а-частиц десять тысяч раз меньшее по разме-веществом и открыл в 1911 г. атомное ядро - массивное образование. Не сразу ученые пришли к правил ьным представле ниям о строении атома. Первая модель атома была предлож ена ан глийским физиком Дж. Дж. Томсоном, открывшим электрон. По мысли Том сона, положительный за ряд атома занимает весь объем атома и распределе н в этом объеме с по стоянной плотностью. Простейший атом — атом водорода — представ ляет собой положительно заряжен ный шар ра диусом около 10~ 8 см, внутри которого нах одится электрон. У более сложных атомов в положи тельно заряженном шаре находится несколько электронов, так что атом подобен кексу, в котором ро ль изю минок играют электроны. Однако модель атома Томсона оказалась в полном противоречии с опытами п о исследованию распре деления положительного заряда в атоме. Эти опыты, произведенные впервые Э. Резерфордом, сыграли решающую роль в понимании строе ния атома. Из опытов Резерфорда непосредс твенно вытекает планетарная модель атома. В центре расположено положит ельно заряженное атомное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса а то ма. В целом атом нейтрален. Поэто му число внутриатомных электронов, к ак и заряд ядра, равно порядко вому номеру элемента в периодиче ской сист еме. Ясно, что покоиться электроны внутри атома не могут, так как они упали бы на ядро. Они движутся вокруг ядра, подобно тому как планеты обращаются во круг Солнца. Такой характер дви жения электронов определяется дей ст вием кулоновских сил со стороны ядра. В атоме водорода вокруг ядра обращается всего лишь один элек трон. Ядро а тома водорода имеет положительный заряд, равный по модулю заряду электр она, и массу, примерно в 1836,1 раза бо льшую массы электрона. Это ядро было на звано протоном и стало рассматри ваться как элементарная частица. Размер атома — это радиус орбиты его электрона . Простая и наглядная планетар ная модель атома имеет прямое эксперимент альное обоснование. Она кажется совершенно -необходимой для объяснения опытов по рассеива нию ос-частиц. Но на основе этой модели нельзя объясни ть факт су ществования атома, его устойчи вость. Ведь движение электроно в по орбитам происходит с ускорением, причем весьма немалым. Ускоренно д вижущийся заряд по законам элек тродинамики Максвелла должен из лучать электромагнитные волны часто той, равной частоте его обра щения вокруг ядра. Излучение со провождаетс я потерей энергии. Те ряя энергию, электроны должны приближаться к ядру, п одобно тому как спутник приближается к Земле при торможении в верхних сл оях ат мосферы. Как показывают строгие расчеты, основанные на механике Н ьютона и электродинамике Мак свелла, электрон за ничтожно малое время (п орядка 10~ 8 с) должен упасть на ядро. Атом должен пре кратить свое существование. В действительности ничего под об ного не происходит. Атомы устой чивы и в невозбужденном состоянии мог ут существовать неограниченно долго, совершенно не излучая элек тромаг нитные волны. Не согласующийся с опытом вы вод о неизбежной гибели атома вследствие п отери энергии на излу чение — э то результат применения законов классической физики к яв лениям, происх одящим внутри атома. Отсюда следует, что к явлениям атомных масштабов за коны класси ческой физики неприменимы. Резерфорд создал планетарную модель атома: электроны обращают ся вокруг ядра, подобно тому как планет ы обращаются вокруг Солнца. Эта модель проста, обоснована экспериментал ьно, но не позволяет объяснить устойчивость атомов. V . КВАНТОВЫЕ ПОСТУЛАТЫ БОРА. Выход из крайне затруднитель ного положения в теории атома был найден в 1913 г. датским физиком Нильсом Бор ом на пути дальней шего развития квантовых представ лений о процессах в природе. Эйнштейн оценивал проделанную Бором работу “как высшую музы кальность в области мысли”, всегда его поражавшую. Основываясь на разрозненных опы тных фактах. Бор с помощью гениальной интуиции пра вильно предугадал су щество дела. Последователь ной теории ато ма Бор, однако, не дал. Он в виде постулатов сфор мулировал основные полож ения но вой теории. Причем и законы клас сической физики не отвергались и м безоговорочно. Новые постулаты скорее налагали лишь некоторые ограни чения на допускаемые клас сической физикой движения. Успех теории Бора был тем не мен ее поразительным, и всем ученым стало ясно, что Бор нашел правиль ный путь развития теории. Этот путь привел впоследствии к созданию стройной теор ии движения микро частиц — ква нтовой механики. Первый постулат Бора гласит: атомная система может находиться только в особых стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия ; в стационарном состоя нии атом не излучает. Э тот постулат противоречит клас сической механике, согласно которой эне ргия движущихся электронов мо жет быть любой. Противоречит он и электро динамике Максвелла, так как допускает возможность ускоренного движени я электронов без излучения электромагнитных волн. Согласно второму постулату Бора излучение света происходит при пе рехо де атома из стационарного со стояния с большей энергией в ста ционарное состояние с меньшей энер гией Энергия излученного фото на равна разнос ти энергий стацио нарных состояний: При поглощении света атом пер е ходит из стационарного состояния с меньшей энергией в стационарное состояние с большей энергией. Второй постулат также противо речит электродинамике Максвелла, так как согласно этому постулату част ота излучения света свидетель ствует не об особенностях движения элект рона, а лишь об изменении энергии атома. Свои постулаты Бор применил д ля построения теории простейшей атомной системы — атома водорода. Основная задача состоя ла в нахож дении частот электромагнитных волн, излучаемых водородом. Эт и частоты можно найти на основе второго постулата, если располагать прав и лом определения стационарных зна чений энергии атома. Это правило (так называемое правило квантова ния) Бору опять-таки пришлось по стулирова ть. Используя законы механики Ньюто на и правило квантования, отми рающее возможные стационарное состояния , Бор смог вычислить До пустимые радиусы орбит электрона и энергии стаци онарных состояний. Минимальный радиус орбиты опре деляет размеры атома. Второй постулат Бора позволяе т вычислить по известным значениям энергий стационарных состояний час тоты излучений атома водорода. Теория Бора приводит к количест венному согласию с экспериментом для значений этих частот. Все час тоты излучен ий атома водорода со ставляют ряд серий, каждая из которых образуется пр и переходах атома в одно из энергетических со стояний со всех верхних эн ергети ческих состояний (состояний с боль шей энергией) . Поглощение света — процесс, обратный излуче нию. Атом, погл ощая свет, пере ходит из низших энергетических состояний в высшие. При эт ом он поглощает излучение той же самой частоты, которую излучает, перехо дя из высших энергетических состояний в низшие. На рисунке 168, б стрел ками изображены переходы атома из одних состояний в другие с погло щением света. На основе двух постулатов и пра вила квантования Бор определил ра диус а тома водорода и энергии ста ционарных состояний атома. Это позволило вы числить частоты из лучаемых и поглощаемых атомом электромагнитных вол н. VI . КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА Наибольший успех теория Бора имела применительно к атому водо рода, .для которого оказалось воз можным построить количественную теорию спектр а. Однако построить количествен ную теорию для следующего за во дородом а тома гелия на основе боровских представлений не удалось. Относительно а тома гелия и более сложных атомов теория Бора по зволяла делать лишь кач ественные (хотя и очень важные) заключе ния. Теория Бора является половин чатой, внутренне противоречивой. С одной стороны, при построении теории атома водо рода использовались обычные за коны механики Ньютона и давн о известный закон Кулона, а с дру гой — вводились квантовые посту латы, никак не связанные с меха нико й Ньютона и электродинамикой Максвелла. Введение в физику кван товых пр едставлений требовало ра дикальной перестройки как механи ки, так и эле ктродинамики. Эта пере стройка была осуществлена в начале второй четвер ти нашего века, когда были созданы новые физические тео рии: квантовая ме ханика и кван товая электродинамика. Постулаты Бора оказались совер шенно правильными. Но они вы ступали уже не как постулаты, а как следстви я основных принципов этих теорий. Правило же квантова ния Бора, как выясн илось, приме нимо далеко не всегда. Представление об определенных о рбитах, по которым движется элек трон в атоме Бора, оказалось весьма усло вным. На самом деле движение электрона в атоме имеет очень мало общего с д вижением планет по ор битам. Если бы атом водорода в наинизшем энергетич еском состоя нии можно было бы сфотографиро вать с большой выдержкой, то мы увидели бы облако с переменной плотностью. Большую часть времени элек трон проводит на определенном расстоянии от ядра. В настоящее время с помощью кв антовой механики можно ответить на любой вопрос, относящийся к стр оению и свойствам электронных оболочек атомов. Но количественная теори я оказывается весьма сложной, и мы ее касаться не будем. С ка чественным о писанием электронных оболочек атомов вы знакомились в курсе химии. VII . ЛА ЗЕРЫ В 1917 г. Эйнштейн предсказал воз можность так называемого индуци рованного (вынужд енного) излуче ния света атомами. Под индуци рованным и злучением понимается излучение возбужденных атомов по д действием падающего на них света. Замечательной особенностью этого из лучения является то, что возник шая при индуцированно м излучении световая волна не отличается от вол ны, падающей на атом, ни ч астотой, ни фазой, ни поляризацией. На языке квантовой теории вы ну жденное излучение означает пере ход атома из высшего энергетиче ского состояния в низшее, но не само произвольно, как при обычном излу чении, а п од влиянием внешнего воз действия. Еще в 1940 г. советский физик В. А. Фаб рикант указал на возможность использования явления вынужденного излуч ения для уси ления электромагнитных волн. В 1954 г. советские ученые Н. Г. Ба сов и А. М. Прохоров и независимо от них американский физик Ч. Таунс использовали явление индуцирован но го излучения для создания микро волнового генератора радиоволн с длино й волны ==1,27 см. За раз работку но вого принципа генерации и усиления радиоволн Н. Г. Басову и А. М. Прохорову была в 1959 г. присуждена Ленинска я премия. В 1963 г. Н. Г. Басов, А. М. Про хоров и Ч. Таунс были удостоены Нобелевской премии. В 1960 г. в C Ш A был создан первый лазер — квантовый генератор электромагнитных волн в видимом диапазоне с пектра. Лазерные источники света обладают рядом существенных преимуществ по с равнению с другими источниками света: 1. Лазеры способны создавать пуч ки света с очень малым углом расхождения (около 10~ 5 рад). На Луне такой пучок, испущенный с Земли, дает пятно диаме тром 3 км. 2. Свет лазера обладает исклю чи тельной монохроматичностью. В отличие от обычных источников све та, ато мы которых излучают свет не зависимо друг от друга, в лазерах атомы излуч ают свет согласованно. Поэтому фаза волны не испытывает нерегулярных из менений. 3. Лазер ы являются самыми мощными источниками света. В уз ком интервале спектра кратковре менно (в течение промежутка време ни продолжительностью поря дка 10~ 13 с) у некоторых типов лазеров дост игается мощность излучения 10 17 Вт/см 2 , в то время как мощ ность излучения Сол нца равна толь ко 7-10 3 Вт/см 2 , причем суммарн о по всему спектру. На узкий же интер вал =10~ 6 см (ширина спектраль ной линии лазера) приходится у Солнца всего ли шь 0,2 Вт/см 2 . На пряженность электрического поля в электромагнитной во лне, излучаемой лазером, превышает напряженность поля внутри атома. В об ычных условиях большинство ато мов находится в низшем энергетическом с остоянии. Поэтому при низ ких температурах вещества не све тятся. При про хождении электромаг нитной волны сквозь вещество ее энергия поглощает ся. За счет по глощенной энергии волны часть ато мов возбуждается, т. е. пер еходит в высшее энергетическое состояние. Сущест вуют различные методы п олучения среды с возбужденными состояниями атомов. В рубиновом лазере д ля этого используется специальная мощная лампа. Атомы возбуждают ся за счет поглощения света. Но двух уровней энергии для ра боты лазера недостаточно. Каким бы мощным ни был свет лампы, число возбужденных атомов не будет боль ше числа невоз бужденных. Ведь свет одновременно и возбуждает атомы, и вызывает индуцир ованные пере ходы с верхнего уровня на нижний. В газовых лазерах этого типа ра бочим веществом является газ. Атомы рабочего вещества возбуж даются эле ктрическим разрядом. Применяются и полупроводнико вые лазеры непрерывного действия. Они соз даны впервые в нашей стра не. В них энергия для излучения заимствуется от электрического тока. Созданы очень мощные газоди намические лазеры непрерывного действия н а сотни киловатт. В этих лазерах “перенаселенность” верхних энергетиче ских уровней создается при расширении и адиабатном ох лаждении сверхзв уковых газовых по токов, нагретых до нескольких тысяч кельвин. VIII . ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ К огда греческий философ Демок рит назвал простейшие нерасчлени мые дале е частицы атомами (слово атом, напомни м, означает “недели мый”), то ему, вероятно, все пред ставлялось в принципе не очень сложным. Различные предметы, рас тения, животные построены из не де лимых, неизменных частиц. Превра щения, наблюдаемые в мире, — это простая перестановка атомов. Все в м ире течет, все изменяется, кроме самих атомов, которые остаются не изменн ыми. Но в конце XIX века было откры то с ложное строение атомов и был выделен электрон как составная часть атома . Затем, уже в XX веке, были открыты протон и нейтрон — частицы, вхо дящие в состав атом ного ядра. Поначалу на все эти частицы смотрели точь-в -точь, как Демокрит смотрел на атомы: их считали неделимыми и неизменными первоначальными сущностями, ос новными кирпичиками мироздания. Ситуация привле кательной ясно сти длилась недолго. Все оказалось намного сложнее: как выяснилось, неизменных части ц нет совсем. В самом слове элемен тарная заключается двоякий смысл. С одной стороны, элементарный — это само собой разумеющийся, прос тейший. С другой стороны, под эле ментарным понимается нечто фун даментальное, лежащее в основе вещей (им енно в этом смысле сей час и называют субатомные части цы элементарными). Считать известные сейчас эле м ентарные частицы подобными не изменным атомам Демокрита ме шает следую щий простой факт. Ни одна из частиц не бессмертна. Боль шинство частиц, на зываемых сей час элементарными, не могут про жить более двух миллионных до лей секунды, даже в отсутствие какого-либо воздействия извне. Сво бодн ый нейтрон (нейтрон, находя щийся вне атомного ядра) живет в среднем 15 мин. Лишь фотон, электрон, протон и нейтрино сохраняли бы свою неиз менность, есл и бы каждая из них была одна в целом мире (нейтрино лишено электрического заряда и его масса покоя, по-видимому, рав на нулю). Но у электронов и протонов име ются опаснейшие собратья — позит роны и антипротоны, при столкно вени и с которыми происходит взаим ное уничтожение этих частиц и об разовани е новых. Фотон, испущенный настольной лампой, живет не более 10~ 8 с. Это то время, которое ему нужно, чтобы достичь страницы книги и погло титься бумагой. Лишь нейтрино почти бессмертны из-за того, ч то они чрезвычайно слабо взаимодействуют с другими частицами. Однако и н ейтрино гиб нут при столкновении с другими частицами, хотя такие столкн овения случаются крайне редко. Все элементарные частицы пре вра щаются друг в друга, и эти взаимные превращения — главный факт их существования. Превращения элементарных час тиц ученые наблюдали при столкно вениях частиц высоких энергий. Представления о неизменности элементарных частиц оказались не состоя тельными. Но идея об их неразложимости сохранилась. Элементарные частицы уже да ле е неделимы, но они неисчерпаемы по своим свойствам. Вот что заставляет так думать. П усть у нас возникло естествен ное желание исследовать, состоит ли, напри мер, электрон из каких-либо других субэлементарных час тиц. Что нужно сделать для того, чтобы попытаться расчле нить электрон? Можно придумать только один спо соб. Это тот же способ, к ко торому прибегает ребенок, если он хочет узнать, что находится внутри пла ст массовой игрушки, — сильный удар. По современным представ лениям элементарные частицы — это пе рвичные, неразложимые далее частицы, из которых построена вся материя. О днако неделимость эле ментарных частиц не означает, что у них отсутству ет внутренняя струк тура. В 60-е гг. возникли сомнения в том, что все частицы, называемые сейчас эле ме нтарными, полностью оправды вают это название. Основание для сомнений п ростое: этих частиц очень много. Открытие новой элементарной частицы всегда составляло и сей час состав ляет выдающийся триумф науки. Но уже довольно давно к каждому очередному триумфу нача ла примешиваться доля беспокой ства. Триумфы стали следов ать буквально друг за другом. Была открыта группа так назы ваемых “странных” частиц: К-ме- зонов и гипероно в с массами, пре вышающими массу нуклонов. В 70-е гг. к ним прибавилась больш ая группа частиц с еще большими массами, названных “оч арованны ми”. Кроме того, были открыты короткоживущие ч астицы с време нем жизни порядка 10~ 22 — 10~ 23 с. Э ти частицы были названы резо-нансами, и их число перевалило за двести. Вот тогда-то (в 1964 г.) М. Гелл-Маннон ом и Дж. Цвейгом была предложена модель, согласно кото рой все частицы, уч аствующие в сильных (ядерных) взаимодей ствиях — адроны, построены из бо лее фундаме нтальных (или пер вичных) частиц — кварков. Кварки имеют дробный электрический заряд . Протоны и нейтроны состоят из трех кварков. В настоящее время в реально сти кварков никто не сомневается, хотя в своб одном состоянии они не обнаружены и, вероятно, не будут обнаружены никог да. Сущест вование кварков доказывают опыты по рассеянию электронов оче нь высокой энергии на протонах и нейтронах. Число различных квар ков рав но шести. Кварки, насколько сейчас известно, лишены внутрен ней структур ы и в этом смысле могут считаться истинно элемен тарными. Легкие частицы, не участвующие в сильных взаимодействиях, называются лептонами. Их тоже шесть, как и кварков ( электрон, три сор та нейтрино и еще две частицы — мюон и тау-лептон с массами, зна чительно большими массы элект ро на). Существование двойника элек трона — позитрона — было предска зано теоретически англий ским фи зиком П. Дираком в 1931 г. Одн о временно Дирак предсказал, что при встрече позитрона с электроном обе частицы должны исчезнуть, породив фот оны большой энергии. Может протекать и обратный про цесс — рождение электронно- позитронной пары, например, при столк новении фотона до статочно большой энергии (его масса должна быть больше суммы масс покоя рож дающихся частиц) с ядром. Спустя два года позитрон был об наружен с помощью камеры Виль сона, помещенной в магнитное поле. Направл ение искривления трека час тицы указывало знак ее заряда. По радиусу кри визны и энергии частицы было определено отношение ее заряда к массе. Оно оказалось по модулю таким же, как и у электрона. На рисунке 190 вы ви дите первую фотографию, доказав шу ю существование позитрона. Час тица двигалась снизу вверх и, прой дя свин цовую пластинку, потеряла часть своей энергии. Из-за этого кривизна трае ктории увеличилась. Процесс рождения пары элек трон — позитрон у-квантом в свин цовой пластинке виден на фото графии, пр иведенной на рисунке 191. В камере Вильсона, находящейся в магнитном поле, пара оставляет ха рактерный сле д в виде двурогой вилки. Исчезновение (аннигиляция) од них час тиц и появление других при реакциях между элементарными час Энергия покоя — самый гран дио зный и концентрированный ре зервуар энергии во Вселенной. И только при а ннигиляции она пол ностью высвобождается, превра щаясь в другие виды эн ергии. По этому антивещество — самый совер шенный источник энергии, самое калорийное “горючее”. В сост оянии ли будет человечество когда-либо это “горючее” использовать, труд но сейчас сказать. че любой частицы с соответствую щей античастицей происходит их анни гиляция. Обе частицы исчезают, прев ращаясь в кванты излучения или другие частицы. Обнаружены сравнительно не дав но антипротон и -ант инейтрон. Электрический заряд антипротона отрицателен . Сейчас хорошо извест но, что рождение пар частица — античастица и их аннигиляция не составляют монополии электронов и позитронов. Атомы, ядра которых состоят из антинуклонов, а оболочка — из по зитронов, образуют антивещество. В 1969 г. в нашей стране был впер вые получен антигел ий. IX . Заключение Открытие сложного строения ато ма — важнейший этап ста новлен ия современной физики, наложивший отпечаток на все ее дальнейшее развит ие. В процессе создания количественной теории строения атома, позволивш ей объяснить атомные спектры, были открыты новые законы движения микроч астиц— законы кванто вой механики. Элементарные частицы — это первичные, неразложимые далее част ицы, из которых построена вся материя. Элементарные частицы не остаются неизменными. Все элементарные частицы способны превращаться друг в дру га, и эти взаимные превращения — главный факт их существования. ольшинство элементарных частиц не стабильны и самопроиз вольно превращаются с течением времени в другие ч астицы; сключение составляют фотон, электрон, протон и нейтрино. Все част ицы имеют двойников — античас тицы. Например, по отношению к электрону античастицей является позитрон . Частица и античастица имеют одинаковые массы, а их заряды противополож ны по знаку. При столкновении частицы с анти частицей они исчезают (анниг илируют), превращаясь в другие частицы. Аннигиляция позитрона и электрон а сопровождается рождением двух (или трех) гамма-квантов. X . Л итература Г. Я. Мякишев “Физика” М., 1999 Н. Ф. Машкин “Квантовая физика” М., 1986 М. А. Черняк “Кванты” М., 1980
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Женская логика как лицензионное соглашение - ничего не понятно, но вынужден соглашаться.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по биологии "Квантовая физика как новый этап изучения природы", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru