Современные научные теории: "Микромир"

Размещено на http://www.allbest.ru/

СРС

На тему: «Современные научные теории: «Микромир»»

Выполнила: Ахметжанова Зарина

Специльность: электроэнергетика 214гр

Введение

Микромир - это мир на уровне элементарных частиц. Элементарных частиц очень много: около четырехсот. Большинство из этих частиц - физическая экзотика. Мы не знаем, зачем их так много. Весь наш привычный мир построен всего из трех элементарных частиц, которые были открыты первыми - это электрон, протон и нейтрон. К элементарным частицам относят также фотон - частицу электромагнитного поля. По современным представлениям вопрос о размерах частиц ставить некорректно. У них нет четкой границы, они как бы размазаны по пространству, и мы можем знать только вероятность нахождения частицы в той или иной области. Тем не менее не вызывает возражений утверждение, что элементарные частицы очень малы. Только про фотон мы не можем так сказать. Мы можем сказать, что фотон обладает незначительной энергией и малым импульсом, но понятия размера для фотона не существует. У фотона нет такого свойства, поэтому нельзя сказать "маленький фотон" или "большой фотон".

Так как все вещество построено из протонов, нейтронов и электронов, а электромагнитное поле - из фотонов, можно утверждать, что основное население микромира состоит из этих четырех частиц. Это не означает, что остальные частицы не имеют никакого значения. Каждая из элементарных частиц важна на своем месте. Например, мезоны обеспечивают взаимодействие между протонами и нейтронами и удерживают их вместе в ядре. Всепроникающие и почти неуловимые нейтрино образуются при некоторых реакциях, унося часть энергии. Без них эти реакции были бы невозможны. квантовый механика бор шредингер

1. Квантовая механика

Один из отцов-основателей квантовой теории, Нильс Бор, однажды сказал: «Если квантовая механика вас не поразила, значит, вы ее не поняли!» Квантовая механика, вероятно, единственная наиболее важная теория в физике. Несмотря на то, что нам трудно понять ее суть, именно ей мы обязаны почти всей современной технологией. Она описывает, как атомы объединяются в молекулы, как работают полупроводники, как функционирует лазер. Без квантовой механики у нас не было бы компьютеров, MP3-плееров, мобильных телефонов и жизненно необходимых лекарств... и еще очень многого. Это непонятная, но невероятно мощная теория субатомного мира, в которой повседневные понятия, касающиеся сил и движения, уже не применяются привычным образом. Вместо этого нам требуется новый вид механики, основанный на «квантовых» правилах. Эта идея была впервые разработана в начале XX века германским физиком Максом План- ком, который предположил, что энергия поступает крошечными фрагментами, называемыми «квант». В 1920-е годы работу над этой теорией продолжили Альберт Эйнштейн, Нильс Бор, Поль Дирак и Вернер Гейзенберг. Однако, несмотря на огромный успех, квантовая механика остается под покровом тайны, поскольку, в отличие от остальных научных теорий, никто точно не знает, как и почему она работает. Она дает некоторые прогнозы касательно микроскопического мира, и они полностью противоречат нашему здравому смыслу. Например, она объясняет, как атом может существовать одновременно более чем в одном месте, пока мы не проверим, где именно он находится. Она также утверждает, что электрон может одновременно вращаться как по часовой стрелке, так и против нее, пока мы это не измерим

2. Кот Шредингера

В середине 1930-х годов австрийский физик Эрвин Шрёдингер предложил мыслительный эксперимент, чтобы показать, насколько безумна квантовая механика. Он предложил взять коробку и поместить в нее кота, немного смертельного яда и источник радиоактивного излучения. Согласно квантовой механике, мы не можем сказать, пока не проверим, распался ли радиоактивный атом в пределах заданного времени, так что мы должны описать его и как распавшийся атом, и как не распавшийся. Только после проверки мы заставим его быть либо тем, либо другим. Внутри коробки Шрёдингера эксперимент устроен так, что любой распавшийся атом выделил бы частицу, запускающую высвобождение яда и убивающую кота. Поскольку кот, по словам Шрёдингера, также состоит из атомов (хотя и триллионов атомов), он тоже предположительно подвластен законам квантовой механики. Так что пока мы не открыли коробку и не заглянули внутрь, мы должны описывать кота одновременно и как мертвого, и как живого. Только когда мы откроем коробку, мы определим все находящееся внутри нее как пребывающее в одном из этих состояний.

Поскольку атомы могут выполнять две вещи одновременно, а кот состоит из атомов, он может быть и мертвым, и живым одновременно. Шрёдингер считал, что в квантовой механике допущена ошибка, ведь мы никогда не наблюдаем кошек, которые одновременно и живы, и мертвы. Квантовая механика ничего не говорит о том, как чувствует себя кот, пока мы этого не проверим. Она только позволяет нам вычислить вероятность того, что, когда мы заглянем внутрь, то найдем несчастное животное мертвым или живым. Возможно, вся Вселенная расколется на две части, когда мы откроем коробку. В одной кот будет жив, а в другой мертв.

3. Квантовая теория поля

«Полем» в физике называют область пространства, в которой проявляется некоторое физическое влияние на тела. Примеры этого -- гравитационные и магнитные поля. Следовательно, теория поля описывает то, как ведут себя эти поля и как тела взаимодействуют с полями, в которых находятся. В конце 1920-х годов один из основателей квантовой механики, Поль Дирак, опубликовал несколько статей, показывающих, что квантовую теорию можно объединить с теорией электромагнитного поля Джеймса Клерка Максвелла, а также с теорией относительности Эйнштейна. Он создал первую «квантованную» теорию поля, которая описывала взаимодействие электронов и фотонов, частиц света. В 1949 году несколько физиков, в том числе великий Ричард Фейнман, создали квантовую электродинамику. Позднее эту теорию использовали для объединения электромагнитной силы с другой из четырех сил природы, слабым взаимодействием. Эта разработка стала известна под названием теории электрослабых взаимодействий. Отдельная квантовая теория поля, известная как квантовая хромодинамика, была создана для описания сильных взаимодействий. Только четвертой и последней силе природы -- силе тяготения -- до сих пор удается противостоять попыткам стать квантованной.

Эта субатомная теория описана так же точно, как расстояние от Лондона до Нью-Йорка, измеренное с точностью до толщины волоска.

Проведя анализ, можно сделать следующие выводы. Все на свете можно подробно объяснить с помощью квантовой теории поля: все состоит из атомов, которые соединяются благодаря взаимодействию их электронов. Эти взаимодействия вызваны действующей между ними электромагнитной силой, которая, в свою очередь, является не чем иным, как обменом фотонов. Таким образом, можно сказать, что квантовая теория поля поддерживает большую часть физики, всю химию, а также всю биологию.

Заключение

Гносеологический анализ соотношения теоретического и эмпирического уровней знания указывает путь преодоления различного рода логических и лингвистических парадоксов и «кругов» в физическом 166познании, примером которых может служить, казалось бы, противоречивое использование классических понятий, представлений, методов и теорий в структуре квантовофизического знания. Этот путь состоит в различении интерпретирующей и объясняющей функций теоретического осмысления материала наблюдений и экспериментов, в выделении различных языковых слоев в теоретическом описании физических явлений, сама необходимость чего (выделения) вызвана неисчерпаемостью объективной реальности. Ввиду этого и квантовофизические реальность и знание оказываются иерархически структурированными (они не представляют собой некое однородное целое, органически включающее в себя в качестве частного случая классическое физическое знание). Одним из их уровней как раз и является объективно-истинная классическая физическая реальность. Эта реальность имеет фундаментальное значение для субъекта, поскольку она порождена его непосредственно макроскопической практически-познавательной деятельностью в окружающем человека мире. Именно в ее рамках достигаются пони мание (интерпретация) и практическое освоение несоразмерных субъекту и его непосредственному окружению фрагментов объективной реальности.

Размещено на Allbest.ru