Фундаментальные открытия в области физики на рубеже 19-20 столетия.

1895 года Джозеф Джон Томпсон открывает электрон, входящий в состав всех атомов. Элементарная частица электрон имеет условный заряд = -1. Масса электрона порядка 10 в минус 30 степени килограмма.

1896 год Антуан Анри Беккере открывает естественную радиоактивность Урана. А годом позже С. Монре-кьюри атом радиоактивного элемента превращается в атом другого элемента в результате радиоактивного излучения.

Вывод: В конце 19 столетия физикам стало ясно, что атом – частица делимая. Атом имеет сложную. структуру.

2) Развитие представлений о квантах. Рубеж эпох 19-20 столетия немецкий физик Макс Планк 14 декабря 1900 году – электрон поглощается и излучается не непрерывно, а отдельными порциями – квантами. Энергия каждого кванта равняется «Аш умноженное на Нью». Нью – это частота излучения. Величина обратно пропорциональная длине волны. Аш – это третья фундаментальная константа (Постоянная Планка).6,1* 10 в минус 34 степени Джоуль* на секунду.

1905 год – А. Эйнштейн выдвигает 2 основных постулата, которые положены в основу квантовой теории света. А именно: 1) Свет – это постоянно распространяющееся в пространстве волновое явление (волновая природа света экспериментально подтверждается явлениями дифракции и интерференциями). 2) Свет – имеет прерывистую структуру (корпускулярную), представляет собой поток фотонов, позиционирующиеся как «зёрна света». Корпускулярная структура света подтверждается явлением фотоэлектрического эффекта. Фотоэффект – это физическое явление в выбивании электрона из вещества под действием электромагнитных волн.

3) Корпускулярно-волновой дуализм. 1924 год – начало 20 столетия, Французский физик Луи Деброй выдвигает смелейшую гипотезу, суть которой: волновые свойства, наряду с корпускулярными, присущи всем видам материи (электрон, протон, атом, молекула и даже макроскопические тела). Его посчитали сумасшедшим, но в 1927 году было получено эмпирическое подтверждение гипотезы Деброя. Лестер Девисон открывает явление дифракции электрона. Электроны – материальные частицы.

Годом позже, 1928 году были обнаружены – дифракции нейтронов, протонов. Сегодня говорим, что все макроскопические тела обладают биополями.

4) Соотношение неопределенностей и границы применимости классической механики. Связан с открытия Вернера Вейзенберга 1827 год. Делает следующее открытие: Для объектов микромира никогда нельзя одновременно определить значение координаты и импульса микрочастицы. Неопределенность координаты больше либо равно постоянной Планка.

Принцип дополнительности Нильса Бора. В истории естествознания вошел из-за открытия в 1924 году, что для полного описания квантово-механических явлений необходимо применять 2 взаимоисключающих классических понятий: 1) Понятия волны. 2) Понятия частицы.

Данный принцип имеет общее методологическое значение. Для того, чтобы иметь описать любой объект материального мира (иметь целостную картину), 2 взаимоисключающих классических понятия. Например, человек: Что такое человек? Человек часть социума и человек представитель животного мира.

5) Эволюции представлений о строении атома. Как только стало понятно, что атом – частица делимая. То первая модель была предложена Д. Томпсоном. Границы атома хаотично разбросаны. Данная модель просуществовала недолго.

1911 год – Э. Резерфорд предлагает планетарную модель строения атома. Положительно заряженный атом в раках данной модели находится в центре атома, а вокруг него как планеты вокруг Солнца движутся отрицательно заряженные электроны. Но данная модель не состоятельна с точки зрения классической электродинамики так как: 1) С точки зрения классической электродинамики, разноименно заряженные притягиваются и если представить себе позицию Резерфорда, то отрицательные электроны должны притягиваться друг к другу и время существования такого атома 10 в минус 8 степени секунды. То есть атом должен быть нестабильным, а физики знают, что атом стабилен. 2) К началу 20 века физики имели спектр атомов, который имеет линейчатую структуру. А если предположить, что модель как у Резерфорда – электрон должен излучать постоянно. Из теории Резерфорда следует, что спектр должен иметь сплошной характер, а реально имеет полосатую структуру. Отсюда следует, что теория Резерфорда неверно отражает действительность и, безусловно, на смену ей приходит другая:

1913 году были сформулированы основные положения квантовой модели строения атома: Базируется на 2 постулатах: 1) В атоме существуют стационарные орбиты, двигаясь по которым, электрон не излучает и не поглощает энергии. 2) При переходе электрона из одного стационарного состояния в другое, атом поглощает, излучает (поглощает) квант энергии. Энергия кванта равняется «Аш умноженная на Нью».

Классификация элементарных частиц:

На сегодняшний день физикам известно более 360 элементарных частиц.

Элементарные частицы классифицируют по:

1) Массе: 1) легкие (лептоны). Масса лептонов приблизительно равна массе электрона. К лептону относится электрон, нейтрино, мюон. 2) Средние элементарные частицы (Мезоны). Масса Мезонов лежит в диапазоне от 1 до 1000 масс покоя электрона. Относят все частицы – переносчики взаимодействия. 3) Тяжелые элементарные частицы (Барионы). Масса барионов значительно больше 1000 масс покоя электрона. Например, адроны.

2) Время жизни. Выделяют: 1) Стабильные. Короткоживущие. К стабильным относятся: фотон, электрон, нейтрино. 2) Нестабильные. Долгоживущие. Относят все другие, время их жизни оценивающее в 10 минус 10 и 10 в минус 24 степени секунды.

3) Заряд элементарной частицы. Делятся на 3 большие группы: 1) Положительно заряженные. 2) Отрицательно заряженные. 3) Нейтральные. Пример, фотон. Любая частица мироздания имеет свою античастицу. Особую группы образуют элементарные частицы, имеющие дробный электрический заряд – кварки. Входят в состав ядра атома. То есть составляющие протона и нейтрона. Ароматы кварков, с точки зрения современной физики выделяют 6 ароматов кварков: 1) Странный. 2) Очарованный. 3) Даун. 4) Ап. Каждый аромат кварка имеет по 3 цвета: 1) Синий. 2) Зеленый. 3) Красный.

4) Спин элементарной частицы. Описывает вращение элементарной частицы вокруг собственной оси. По спину все элементарные частицы делятся на 2 большие группы: 1) С целочисленным спином. 2) Дробным спином. Материя состоит и вещества и поля сил. Частицы, состоящие из фермионов называются дробными. Частицы поля имеют целочисленное. Частицы поля (фотон, глюон). Спин равен единице.

Фундаментальное взаимодействия и силы в природе.

С точки зрения современного естествознания выделяют 4 фундаментального взаимодействия, а именно:

1) Сильное взаимодействие. Силы взаимодействия характеризуются определенной силовой константой. Самый сильный тип взаимодействия – «сильное». Сильное взаимодействие обеспечивает (удерживает) протоны и нейтроны внутри ядра атома. Короткодействующее взаимодействие (радиус действия такого взаимодействия распространяется порядка на 10 в минус 15 степени метра). Переносчик сильного взаимодействия есть глюоны.

2) Слабое взаимодействие. Константа – 10 в минус 5 степени. Слабое взаимодействие отвечает за взаимодействиями не только внутри атома, но и атома в целом. Одним из проявлений слабого взаимодействия является бета-распад. Примером является бозон.

3) Электромагнитное. Константа равняется 1, деленная на 137. Переносчиком такого взаимодействия является фотон. Наиболее ярко начинает проявляться на молекулярном уровне.

4) Гравитационные взаимодействия. Сила = 10 в минус 28 степени. Элементарная частица под названием гравитон. Гравитационное взаимодействие универсальность и не универсальность взаимодействия.

Универсальным называется тип взаимодействия, которые реализуются на всех уровнях организации материи. К ним относится электромагнитное и гравитационное взаимодействие.

Сильное и слабое взаимодействие не являются универсальными.

Самым сильным типом взаимодействия является сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное.

Гравитон и кварк – переносчик взаимодействия является виртуальной элементарной частицей.

Основные понятия и принципы квантово-полевой картины мира.

1) Это детище открытий в области квантовой механики, СТО и ОТО Эйнштейна.

Что изменилось? 1) Изменилось представление о материи. А именно, материя двуедино. Обладает корпускулярными и волновыми свойствами. В рамках механистической картины мира физики считали, что устройство мира можно понять, не вмешиваясь в него. В рамках КПКМ знания об объекте зависят от свойств познающего субъекта, а именно речь идет об объектах микромира. Начинает действовать принцип неопределенности Вернера. 2) Взаимодействие в рамках КПКМ описывается в рамках 4 фундаментальных взаимодействиях. В МКМ описывается в рамках дальнодействия. А в КПКМ описывается в рамках близкодействия. 3) В рамках КПКМ материя, пространство, время тесно связаны между собой. На это указывает общая теория относительности. А на взаимодействие пространства и времени указывает СТО.