Квантово-волновая двойственность света

Контрольная работа

по курсу “Концепции современного естествознания”

 

Вариант ____

 

Выполнил студент _________________

Курс _________________

Группа _________________

№ зачетной книжки _________________

Дата выполнения работы _________________

Оценка работы _________________

Подпись преподавателя _________________

 

 

Ливны 2009

 

Материя и движение.

"Материя" - одно из фундаментальнейших понятий философии. Однако в различных философских системах его содержание понимается по-разному. Для идеалистической философии, например, характерно то, что она или совсем отвергает существование материи или отрицает ее объективность. Так, выдающийся древнегреческий философ Платон рассматривает материю как проекцию мира идей. Сама по себе материя у Платона ничто. У последователя Платона, Аристотеля, материя тоже существует лишь как возможность, которая превращается в действительность только в результате соединения ее с формой. Формы же в конечном итоге берут свое начало от Бога. Гегеля материя проявляется в результате деятельности абсолютной идеи, абсолютного духа. Именно абсолютный дух, идея порождают материю. В субъективно-идеалистической философии Дж. Беркли открыто заявляется о том, что материи нет, и ее никто никогда не видел, что, если изгнать это понятие из науки, то это никто и не заметит, ибо оно ничего не означает.

В материалистической философии также существуют разные представления о материи. Правда, для всех философов-материалистов характерно признание за материей ее объективного, независимого от сознания (ощущений) существования.

Уже древние философы (китайские, индийские, греческие) в качестве материи рассматривали какое-либо наиболее распространенное чувственно-конкретное вещество, которое они считали первоосновой всего существующего в мире. Такой подход к определению материи может быть назван субстанциальным, ибо его суть составляла поиск основы (субстанции) мира. Представитель той же Милетской школы - философ Аваксимен утверждал, что все вещи происходят из воздуха, за счет его разряжения, или сгущения (воздушные испарения, подымаясь вверх и разряжаясь, превращаются в огненные небесные светила и, наоборот, твердые вещества – земля, камни и т. д. – есть не что иное, как сгустившийся и застывший воздух). Гераклит первоосновой всего сущего считал огонь.

Конечно, трудно было представить, что в основе разнообразия вещей и процессов находится что-то одно. Поэтому впоследствии философы стали рассматривать в качестве первоосновы мира (материи) несколько веществ сразу. Так, например, Эмпедокл (У в. до н. э.) говорил о 4-х элементах, как о корнях всех вещей: огне, воздухе (эфире), воде и земле. Другой древнегреческий философ Анаксагор учил, что мир состоит из бесконечного числа "семян" - делимых до бесконечности частиц.

Атомистический материализм связан с именами древнегреческих философов Левкиппа и Демокрита (IV в. до н. э.). Материя отождествлялась ими с бесструктурными атомами (атом в переводе с греческого означает "неделимый"). По Демокриту, бытие складывается из движущихся в пространстве атомов и пустоты. Атомы геометричны (например, душа состоит из круглых атомов), не подвергаются никакому воздействию извне, неспособны ни к какому изменению, они вечны и неуничтожимы. Они обладают определенным размером, массой, могут сталкиваться, ударяясь друг о друга. Глазу атомы совершенно не видимы, - замечал Демокрит, но, однако, они могут быть вполне видимыми в умственном смысле. Жизнь, с точки зрения Демокрита, - это соединение атомов, смерть - их разложение. Душа тоже смертна, ибо ее атомы могут разлагаться, -учил Демокрит.

Взгляд на материю как на бесчисленное множество атомов, без каких-либо заметных изменений, сохранялся в различных школах философского материализма вплоть до начала ХХ века. Отождествление материи с веществом (и с неделимыми атомами в его основе) был характерен и для французских материалистов XVIII века, и для Л. Фейербаха. Интересно, что и Ф. Энгельс, основываясь на позициях атомистического материализма, вместе с тем в ответе на вопрос: существует ли материя как таковая, писал, что реально существует материя лишь в виде конкретных форм, объектов и не существует материи как бесструктурной первоматерии, не изменяемой формы всех форм.

Наиболее глубокие революционные изменения происходили в конце XIX и начале XX века в естествознании, особенно в физике. Они были столь фундаментальны, что породили не только кризис физики, но очень серьезно затронули и ее философские основания.

Все это привело к коренному пересмотру прежних устоявшихся представлений о строении материи. Рухнуло основное положение атомистического материализма о неделимости, неизменности и о неуничтожимости атома, что послужило поводом для опровержения материализма в свете новейших выводов естествознания. Тезис о том, что в связи с новыми открытиями физики материя исчезла, был правомерно оспорен В. И. Лениным, защищавшим философский материализм.

В.И.Ленин показал, что в действительности здесь имело место не крушение материализма как такового, но крах лишь его конкретной, первоначальной формы. Материализм же диалектический рассматривает материю как материю движущуюся и поэтому "настаивает на приблизительном, относительном характере всякого научного положения о строении материи и свойствах ее".

Рассматривая материю, как философскую категорию, обозначающую объективную реальность, В.И.Ленин тем самым продолжает материалистическую линию в философии. В его определении нет подведения категории "материя" под более широкое понятие, ибо такого понятия просто не существует. Материя противопоставляется сознанию, при этом подчеркивается объективность, как независимость ее существования от сознания. Именно это свойство: существовать до, вне и независимо от сознания определяет смысл и значение философско-материалистического представления о материи. Философская трактовка материи обладает признаком всеобщности и обозначает всю объективную реальность. При таком понимании материи нет и не может быть ссылок на физические свойства материи, знание о которых относительно.

Материя, как объективная реальность характеризуется бесконечным количеством свойств. Но важнейшими ее свойствами, ее атрибутами, являются пространство, время и движение.

Пространство характеризуется протяженностью и структурностью материальных объектов (образований) в их соотношении с другими образованиями.

Время характеризуется длительностью и последовательностью существования материальных образований в их соотношении с другими материальными образованиями.

Объективная непрерывность пространства и времени и их прерывность обусловливают движение материи, которое является основным способом ее существования. Движение материи - абсолютно, ее покой - относителен. При этом следует иметь в виду, что в философии движение понимается как всякое изменение вещей и процессов. Движение в самом широком его понимании представляет собой единство моментов перемещения вещей и процессов и их изменения. Едущая машина перемещается в пространстве, "старая" книга на полке "стареет", изредка "перемещаясь".

Движение обладает целым рядом важнейших свойств. Во-первых, движению свойственна объективность, т. е. независимость его существования от сознания человека. Иными словами, материя сама по себе имеет причину своих изменений. Отсюда следует положение и о бесконечности взаимопревращений материи.

Во-вторых, движению свойственна всеобщность. Это означает, что любые явления в мире подвержены движению как способу существования материи (нет объектов лишенных движения). Это означает также и то, что само содержание материальных объектов во всех своих моментах в отношениях определяется движением, выражает его конкретные формы (и проявления).

В-третьих, движению свойственны несотворимость и неуничтожимость. Последовательный философский материализм отвергает какое-либо рассуждение о начале или конце движения.

В-четвертых, движению свойственна абсолютность. Признавая всеобщий характер движения, философский материализм не отвергает существования в мире устойчивости, покоя. Однако последовательный философский материализм подчеркивает относительный характер таких состояний материальных объектов. Это означает, что абсолютная природа движения реализуется всегда только в определенных, локально и исторически ограниченных, зависимых от конкретных условий, переходящих и, в этом смысле, относительных его видах. Именно поэтому можно сказать, что всякий покой (или устойчивость) – это момент движения, поскольку он преходящ, временен, относителен. Покой – это как бы.движение в равновесии, поскольку покой включен в совокупное движение, и он снимается этим абсолютным движением. Следовательно, о покое как некотором равновесии, моменте движения можно говорить лишь по отношению к определенной точке отсчета.

Многообразные конкретные проявления движения могут быть соотнесены с определенными материальными носителями. Это дает возможность построения разных классификаций форм движения материи. Форма движения материи связана с определенным материальным носителем, имеет определенную область распространения и свои определенное законы.

Ф. Энгельс отмечал наличие 5-ти основных форм движения материи.

1. Механическое движение, связанное с перемещением тел в пространстве.

2. Физическое (по существу тепловое) движение, как движение молекул.

3. Химическое движение – движение атомов внутри молекул.

4. Органическое или биологическое движение, связанное с развитием белковой формы жизни.

5. Социальное движение (все изменения в обществе).

Эта классификация к настоящему времени устарела.

Поэтому современная классификация форм движения материи включает:

пространственное перемещение;

электромагнитное движение, определяемое как взаимодействие заряженных частиц;

гравитационную форму движения;

сильное (ядерное) взаимодействие;

слабое взаимодействие (поглощение и излучение нейтрона);

химическую форму движения (процесс и результат взаимодействия молекул и атомов);
геологическую форму движения материи (связанную с изменением в геосистемах - материках, слоях земной коры и т. д.):

биологическую форму движения (обмен веществ, процессы, происходящие на клеточном уровне, наследственность и т. д.;

социальную форму движения (процессы, происходящие в обществе).

Очевидно, что развитие науки и дальше будет постоянно.вносить свои коррективы и в эту классификацию форм движения материи. Однако, представляется, что в обозримом будущем она будет осуществляться исходя из принципов, сформулированных Ф. Энгельсом.

 

Квантово-волновая двойственность света.

Основная заслуга в строгой формулировке принципов квантовой механики принадлежит Н.Бору.

В первоначальном варианте им использовалась планетарная модель атома Резерфорда, в рамках которой движущемуся по круговой орбите электрону сопоставлялись волна, квадрат модуля которой определял вероятность обнаружения электрона в данной точке (“волна ДеБройля”).

В мысленном эксперименте В. Гейзенберг показал, что в микромире реальность различается в зависимости от того, наблюдаем мы её или нет. В принципе можно наблюдать электрон на его орбите, для этого нужен микроскоп с большой разрешающей силой. Будет пригоден микроскоп, использующий лучи с длиной волны меньшей размеров атома. В процессе наблюдения по меньшей мере один квант света пройдёт через микроскоп и столкнётся с электроном, что изменит его импульс и скорость. Следовательно, событие должно быть ограничено наблюдением. Результат наблюдения не может быть предсказан, предсказывается вероятность. В описание атомных процессов вводится субъективный элемент, так как измерительный прибор создан наблюдателем.

Н.Бор, исходя из принципа неопределённости, разрешил карпускулярно-волновой парадокс. Согласно принципу неопределённости две характеристики частицы в одном эксперименте нельзя наблюдать одновременно, следовательно, существуют дополнительные языки описания одной реальности, каждое может быть верным только отчасти. Электрон в атоме - волна материи (Л. де Бройль), но электрон вылетает из атома и где-то находится, проявляется как частица. Н.Бор советовал применять обе картины как дополнительные, они исключают друг друга (одновременно одно и то же не может быть и волной и частицей), но и дополняют друг друга. А. Эйнштейн не был готов к признанию принципиально статистического характера новой теории и не хотел допустить невозможность познания всех определяющих моментов, необходимых для полной детерминации рассматриваемых процессов. Окончательный ответ был получен в 1982 году в экспериментах А. Аспека: квантовую неопределённость невозможно обойти.

Квантовая теория изменила представления о реальности. Во-первых, атомные явления представляют более сложную реальность, чем та, с которой сталкиваются в классической макроскопической физике. Чувствительность объекта к вмешательству приборов демонстрирует свойства, не наблюдающиеся у объектов макроскопических исследований. Значит, описание объекта нельзя считать, как раньше, "обособленным" от процесса наблюдения. Великим открытием квантовой физики явилось обнаружение индивидуальных квантовых состояний, каждое из которых представляет собой неделимое целое, пока не подвергается воздействию средств наблюдения. Во-вторых, квантовая теория принесла идею тождественности, идентичности, точности, определённости веществ в природе. Атомным явлениям свойственны определённые формы в противоположность произвольно меняющимся формам в классической механике. В рамках классической физики трудно понять, почему бы не существовать электронам с немного меньшим зарядом, или с другой массой. В квантовой теории объекты квантованны, возможны не любые орбиты, а только определённые. Два атома железа идентичны, поскольку их орбиты квантованны. В классической физике имеется неограниченное число вариантов и нет объяснения определённости материи. Но определённость существует только до некоторого порога, существуют пороговые уровни энергии, выше которых атомы разрушаются, существует порог, выше которого и ядро атома разлетается на части. В третьих, то, что выводится из эксперимекгов, есть функция вероятности, которая описывает не определённое событие, а совокупность возможных событий. Переход от возможности к действительности совершается в процессе наблюдения. В четвёртых, квантовая механика изменила представление о "неизменных" частицах, неделимых атомах Ньютона - атомы можно разрушить, открылся мир субатомных и виртуальных частиц.