WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |

Последнее утверждение не соответствовало эксперименту. Это противоречие было разрешено Альбертом Эйнштейном (1879—1955) в специальной, или частной теории относительности (СТО). В основе СТО (1905) лежат два постулата. Согласно первому из них механические, оптические и электромагнитные явления во всех инерциально движущихся системах отсчета протекают оди наково (принцип относительности Эйнштейна). Второй постулат утверждает. что скорость света в вакууме не зависит от скорости источника, во всех инерциальных системах одинакова и прибли зительно равна 300 000 км/сек. Чтобы совместить оба постулата Эйнштейн отказался от одного из основных понятий классической механики – абсолютности времени и одинакового хода времени в любых системах отсчета. Опора на принцип относительности и принцип постоянства света позволили упразднить понятие «светоносного эфира», без которого не могли обойтись ни Макс велл, ни Герц, ни другие физики, занимавшиеся электродинами кой движущихся сред (Г. Лоренц, Д. Лармор, А. Пуанкаре).

Из СТО математически выведен ряд следствий. Относитель ность одновременности утверждает, что если два события А и В происходят в одной точке (хА = хВ) в один и тот же момент времени (tА = tВ), то они будут одновременными и в любой другой инерци альной системе координат. Если же два события А и В происходят одновременно (tА = tВ), но в разных точках (хА хВ), то они будут не одновре менными в любых других инерциальных системах. Раз ность времени между ними t А – t В будет тем больше, чем дальше они расположены друг от друга, и чем больше скорость относитель НЕКЛАССИЧЕСКАЯ И ПОСТНЕКЛАССИЧЕСКАЯ НАУКА (конец XIX – XX вв.) ного движения систем отсчета. Если хВ хА, то t В t А ; событие В происходит раньше А, если оно происходит в точке с большей ко ординатой.

Согласно следствию о замедлении времени «движущиеся» часы идут медленнее «неподвижных». То есть, в каждой системе отсчета время течет по своему. И одна шкала времени, как прави ло, не совпадает с другой.

Следствие о сокращении длин отрезков говорит, что при дви жении тел их дли на в направлении движения уменьшается. Наи большую длину тело имеет в той системе отсчета, по отношению к которой оно покоится. Иными словами, если один наблюдатель движется относительно другого, то при измерении длины одного и того же объекта они получают разные значения. И это несмотря на то, что в состоянии покоя оба наблюдателя при измерении длины данного объекта получат в точности один и тот же результат.

Закон сложения скоростей утверждает, что никакая результи рующая скорость не может превзойти скорость света. Иными сло вами, невозможно движение объекта, превышающее скорость све та. Математически закон сложения скоростей можно выразить так: V v v / 1 v v /c2.

Из СТО выводится закон взаимосвязи массы и энергии (E mc2), по которому масса тела пропорциональна его энергии.

Еще одно следствие СТО – зависимость массы от скорости. При движении тела его масса возрастает, причем когда скорость тела приближается к скорости света, его масса неограниченно растет.

Практически все следствия СТО подтверждены эксперименталь ной проверкой.

Все следствия СТО реализуются при движении со скоростями, сравнимыми со скоростью света. Результаты теории относительно сти при малых скоростях совпадают с результатами механики Ньютона. СТО лежит в основе концепции относительности про странства и времени. Эта концепция исходит из того, что в отличие от представлений механики Ньютона, пространство и время не аб солютны. Они органически связаны с ма терией и между собой.

Время выступает как четвертая координата для описания движе ния, хотя временная координата и отличается от пространствен ных координат. По Ньютону: если убрать все движущиеся тела, пространство и время как были, так и останутся. По Эйнштейну:

НЕКЛАССИЧЕСКАЯ И ПОСТНЕКЛАССИЧЕСКАЯ НАУКА (конец XIX – XX вв.) если убрать все движущиеся тела, то исчезнет и время, и пространство.

В общей теории относительности (ОТО, 1912) А. Эйнштейн предложил новую теорию тяготения. Действие силы тяжести ото ждествляется с искривлением четырехмерного пространства вре мени. Взаимное расположение тяготеющих масс определяет гео метрию пространства времени. Вблизи больших тяготеющих масс происходит искривление пространст ва – его отклонение от евкли довой метрики и за медление хода времени. ОТО была подтвер жде на в 1919 г. астро номическими наблюдения ми во время полного солнечного затмения. Оказалось, что луч звезды, как прообраз прямой линии искривляется вблизи Солнца под действием его гра витационных сил. Тем не менее, ОТО не приобрела до сих пор того характера законченной и бесспорной физической концепции, каким обладает СТО.

В 20 в. возникает атомная и ядерная физика. Ряд открытий, способствовавших становлению этих направлений, был сделан при изучении так называемых катодных лучей. Катодные лучи полу чали в запаян ной стеклянной трубке, наполненной разреженным газом; в кон цы трубки были вмонтированы электроды. Если при ложить напряжение, то развивалось светло голубое свечение от катода к аноду. Этот эффект обнаружил Ю. Плюккер еще в 1859 г.

Джозеф Джон Томсон (1856—1940) в 1897 г. при исследовании природы катодных лучей доказывает их корпускулярную приро ду. Усовершенствовав технику откачки газа из катодных трубок и, тем самым, исключив нейтрализацию внешнего электрического поля остатками ионизированного газа, он получил заметные от клонения катодного пучка электрическим полем. Масса катодной частицы оказалась по его оценке в 1000 раз меньше массы водоро да. Частицы получили название «электрон». Томсон пришел к выводу, что электроны – составные части атомов всех веществ.

В 1895 г. Вильгельм Конрад Рентген (1845 1923), работая с ва куумными трубками, случайно открыл новый вид электромагнит ного излучения, обладающего сильной проникающей способно стью, вызывающий флуоресценцию некоторых веществ, не обладающих зарядом и не отклоняющихся в отличие от катодных лучей магнитным полем. Анри Беккерель (1852 1903), проверяя предположение А. Пуанкаре о том, что рентгеновское излучение возникает всегда в люминесцирующих веществах, в 1898 г. пока НЕКЛАССИЧЕСКАЯ И ПОСТНЕКЛАССИЧЕСКАЯ НАУКА (конец XIX – XX вв.) зал, что соли урана сами по себе без внешнего воздействия испуска ют невидимые лучи, засвечивающие фотопластинку и проходя щие через непрозрачные слои. Таким образом, Беккерель опроверг гипотезу Пуанкаре, причем оказалось, что лучи могут испускать не только соединения урана. В 1898 г Мария Склодовская Кюри (1867—1934) показала, что торий и его соединения обладают ана логичным свойством. Это явление было ею названо радиоактивно стью. (Поначалу под радиоактивностью понимали свойство урана и тория испускать лучи высокой проникающей способности. Позд нее стало ясно, что радиоактивность – это самопроизвольное пре вращение неустойчивого изотопа одного элемента в изотоп другого с испусканием электрона, протона, нейтрона, частиц). В том же 1898 г. М. Склодовская Кюри и Пьер Кюри (1859—1906) обнару жили, что в минералах урановая смолка и халколит степень радио активности не соответствует содержанию урана, она значительно больше. Физическими методами были открыты полоний и радий.

В 1902 г. был по лучен 1 дециграмм хлорида радия, необ ходимого для определения молекулярной массы нового элемента. В 1899 г.

Эрнст Резер форд (1871—1937) показал, что радиоактивные лучи имеют сложный состав. Он выделил и излучение. Третий ком понент – лучи – в 1900 г. открыл Вилар. В 1903 г. Э. Резерфорд (1871—1937) и Фредерик Содди (1877—1956) нашли, что радиоак тивные элементы способны самопроизвольно распадаться, при этом происходят атомные превращения. Так, они установили, что при радиоактивном распаде радия и радона образуется гелий. Это свидетельствовало о сложном внутреннем строении атома. Они так же сформулировали закон радиоактивного превращения, согласно которому относительное количество радиоактивного вещества, превращающегося в единицу времени, есть величина постоянная.

В 1911 г. Э.Резерфорд на основании результатов рассеяния и частиц веществом приходит к выводу о том, атом состоит из цен трального электрического заряда, сосредоточенного в точке и ок руженного однородным сферическим распределением противопо ложного электричества равной величины. Заряд при этом оказал ся пропорционален атомному весу. В 1913 г. возникает представле ние о ядре, как устойчивой части атома, несущей в себе почти всю массу атома и обладающей положительным зарядом. Таким обра зом, идея планетарного строения атома, высказывавшаяся в нача ле века многими учеными (Х. Нагаока, Л. Пуанкаре, В. Вин, НЕКЛАССИЧЕСКАЯ И ПОСТНЕКЛАССИЧЕСКАЯ НАУКА (конец XIX – XX вв.) Ж. Б. Перрен), получила экспериментальное обоснование. Нильс Бор (1885—1962) усовершенствовал модель Резерфорда, предпо ложив, что орбиты электронов стационарны, при движении по ним не происходит испускания энергии. При переходе с одной орбиты на другую электрон излучает и поглощает энергию, равную кванту (см. ниже о М. Планке). Эти представления выходили за рамки классической физики. Была разработана первая количественная квантовая модель атома водорода (1913).

В 1919 г. Э.Резерфорду удалось, бомбардируя атомы азота –частицами (ядрами гелия), выбить из ядер азота протоны. В 1932 г. Джеймс Чэдвик (1891—1974) открыл нейтрон, а В. Гейзен берг (и независимо Д. Д. Иваненко) высказал гипотезу о строении атомного ядра из протонов и нейтронов. В дальнейшем были экспе риментально открыты пози трон (1932, К. Д. Андерсон), нейтрино (1956, Ф. Рей нес, К. Коуэн), антипротон (1955, Э. Сегре, О. Чем берлен). В настоящее время известны сотни субатомных (элемен тарных) частиц. Их классификация производится по типу фундаментальных взаимодействий, в которых они участвуют. Ад роны (протон, нейтрон) участвуют в сильном взаимодействии, леп тоны (электрон, нейтрино) – в слабом. Структура адронов адекватно описывается теорией кварков, предложенной в 1963 г.

Марри Гелл Маном (р. 1929) и Г. Цвейгом. Все адроны построены из более мелких частиц, называемых кварками. Кварки могут со единяться либо тройками, либо па рами кварк антикварк. Из трех кварков состоят относительно тяжелые частицы – барионы (про тон, нейтрон), из пар кварков – мезоны. Имеется 6 различных ти пов («ароматов») кварков. Каждый кварк обладает «цветом», то есть может находиться в одном из 3 х состояний красном, зеленом и синем. Между собой кварки объединяются с помощью безмассо вых глюонов (переносчиков сильного взаимодействия, которые принадлежат к 8 типам). Кварки несут дробный электрический за ряд (либо 1/3, либо 2/3 заряда электрона). Вне адронов кварки не существуют. Комбинацией различных ароматов можно объяснить существование большого числа адронов. В адронах суммарный за ряд кварков целочисленный и существует компенсация по цвето вым зарядам. Моисей Александ рович Марков (1908 1994) высказал гипотезу фридмонов – мельчайших частиц размером 10–33 см, которые содержат в себе миры, подобные нашей Галакти ке. Идея состоит в следующем. Сфера соприкасается с плоскостью НЕКЛАССИЧЕСКАЯ И ПОСТНЕКЛАССИЧЕСКАЯ НАУКА (конец XIX – XX вв.) в одной точке. Для двумерных существ только эта точка доступна наблюдению. Сама же сфера может быть неограниченно больших размеров. Движение познания «вглубь» может привести к макси мально большим объектам. Это пример относительности ультра большого и ультрамалого. Таким образом, нельзя рассматривать элементарные частицы как единую перво материю, то есть возрож дать древние натурфилософские идеи.

Практическое воплощение исследования атомной и ядерной физики нашли при решении проблемы получения энергии. Цеп ная реакция деления ядер урана была открыта в 1939 г. О. Ганом и Ф. Штрассманом. В 1942 г. в США под руководством Э. Ферми был построен первый атомный реактор. Первая атомная бомба была испытана в США в 1945 г.; проектом по ее созданию руково дил Р. Оппенгеймер. В Советском Союзе работы над получением атомной энергии начались в годы Великой Отечественной войны под руководством Игоря Васильевича Курчатова (1903—1960).

В 1900 г. Макс Планк (1858—1947) высказал гипотезу, соглас но которой в процессе излучения энергия может быть отдана или поглощена не непрерывно, а лишь отдельными далее «неделимы ми» порциями квантами, энергия которых определяется лишь частотой. Элементарный квант действия – – универсальная по стоян ная (постоянная План ка). В 1905 г. А. Эйнштейн на основа нии этой гипотезы предложил рассматривать свет как поток свето вых частиц, квантов (дискретных порций энергии), фотонов (по следний термин ввел А. Х. Комптон в 1923 г.). С помощью этого подхода Эйнштейну удалось объяснить явление фотоэффекта (вы бивание электронов из тела под действием света), остававшегося загадкой для волновой теории. Таким образом, в начале 20 в. нью тоновские корпускулярные представления о природе света возро дились на основе теории квантов. Эти новые взгляды дополняли представление о свете как волновом процессе. В результате возник корпускулярно волновой дуализм. Согласно ему одни оптические явления (фотоэффект) объяснялись с помощью корпускулярных представлений, другие (интерференция и дифракция) – волновы ми взглядами.

Луи де Бройль (1875—1960) в 1924 г. в своей докторской дис сертации «Исследования теории квантов» выступил с идеей о том, что не только фотоны, но и все без исключения частицы (протоны, электроны, атомы) обладают волновыми свойствами. Каждую дви НЕКЛАССИЧЕСКАЯ И ПОСТНЕКЛАССИЧЕСКАЯ НАУКА (конец XIX – XX вв.) жущуюся частицу можно описать сопряженной с ней волной. Вол ны де Бройля характеризуют вероятность обнаружения частицы в данной точке пространства. Частица оказывается как бы «разма занной» в пространстве, и существует отличная от нуля вероят ность обнаружить ее где угодно. Предположение о корпускуляр но волновом дуализме частиц было экспериментально подтвер ждено в 1927 г. К. Д. Дэвиссоном и Л. Джермером, а также неза висимо от них Д. П. Томсоном, открывшими дифракцию электро на на кристалле никеля. Квантовая механика установила связь ве щества и поля. Корпускулы и волны в квантовой механике теряют свою «классическую» независимость. Вещество и поле выступают не как совокупность частиц или совокупность волн, и не в виде механического объединения корпускулярных и волновых свойств. Движение микрообъектов можно лишь приближенно трактовать как движение частиц, или как распределение волн.

Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.