Корпускулярно-волновой дуализм

Представление о корпускулярно-волновом дуализме возникло при рассмотрении электромагнитного поля. Была установлена особенность электромагнитного излучения различных длин волн: электромагнитные излучения больших длин волн проявляют в основном континуальные волновые свойства света, а малых длин волн (гамма лучи) – дискретные (корпускулярные) или квантовые свойства.

Физика начала XX века открывает диалектическое единство двух классических противоположностей – частиц и волн и выражает его «философски» как корпускулярно-волновой дуализм.

Французский физик Луи де Бройль (1892-1987), опираясь на законы симметрии, в 1924 г выдвинул идею распространения принципа корпускулярно-волнового дуализма света на все частицы микромира, имеющие массу покоя. Согласно де Бройлю, любому телу с массой m, движущемуся со скоростью v, соответствует волна с длиной

λ = h mv.

Аналогичная формула была известна раньше, но только применительно к квантам света – фотонам.

Вскоре гипотеза де Бройля экспериментально подтвердилась открытием дифракции электронов на кристаллах (амер. физики К. Дэвисон, Л. Джермер). В дальнейшем были выполнены опыты по обнаружению дифракции нейтронов, атомов и даже молекул.

Тот факт, что один и тот же объект проявляется и как частица и как волна, разрушал традиционные классические представления. Форма частицы подразумевает сущность, заключенную в малом объеме или в конечной области пространства, тогда как волна распространяется по его огромным областям. В квантовой физике эти два описания реальности являются взаимоисключающими, но равно необходимыми для того, чтобы полностью описать рассматриваемые явления.

 

Время

В «Исповеди» Августина (354 – 430), христианского теолога и церковного деятеля, есть слова: «Если меня никто об этом не спрашивает, я знаю, что такое время. Если бы я захотел объяснить спрашивающему, нет, не знаю».

Время – это форма существования материи, выражающая длительность бытия и последовательность смены состояний всех материальных систем и процессов в мире. К основным свойствам времени относятся: длительность, одномерность и необратимость.

Существует много подходов к описанию явлений и событий во времени. Этим занимается, в частности, хронология - наука, имеющая дело с разделением времени на регулярные периоды, расположением событий в порядке из возникновения, установлением соответствия дат к известным событиям и выявлением несоответствий в датах, вызванных различием в системах применяемых в древности и сегодня.

Астрономическая хронология основана на астрономических явлениях и законах. Даты астрономических явлений могут быть определены весьма точно математическими вычислениями. Например, дата исторического явления устанавливается или проверяется с высокой степенью точности, если событие сопровождается астрономическим явлением (типа солнечного затмения). Так, например, шотландская история свидетельствует: когда король Норвегии Хекон IV (Старый) приплыл с норвежским флотом, чтобы наказать короля Шотландии, он высадился на Оркнейских островах. В это время на Солнце появилось тонкое яркое кольцо. Британский физик Д. Бревстер показал, что кольцевое затмение Солнца было видно в той местности 5 августа 1263 г.

Летописец Кирик из Новгородского Антониева монастыря 11 августа 1124 г. записал: «Пред вечерней ноча убывати солнца и погибе все. О велик страх и тьма быть».

В летописи и в «Слове о полку Игореве» сказано:

У донца был Игорь, только видит – Словно тьмой полки его прикрыты, И воззрел на светлое он Солнце – Видит: Солнце – что двурогий месяц, А в рогах был словно уголь горящий; В темном небе звезды просияли,

У людей в глазах позеленело.

Это было, как установили астрономы, 1 мая 1185 г., накануне сражения Игоря с половцами. Геологическая хронология построена на изучении окаменелостей, ископаемых, структуры земных недр. Точность определения датировки очень мала и не позволяет установить связь событий на разных континентах. А без таких сравнений история Земли остается в значительной степени загадкой. Только открытие радиоактивности изменило ситуацию. Появились методы радиометрического датирования. Сделавшие возможным вычисление абсолютного возраста минералов и определения геологических дат с беспрецедентной точностью.

Политическая хронология определяет даты и последовательность событий в истории нации, стран, человечества. Наиболее древние нации связывали историю со сроком службы некоторого деятеля, короля. Эта система дала довольно полную хронологию, но события между смертью короля и приходом его преемника иногда были пропущены, в ряде случаев правление непопулярных руководителей исключалось из письменных источников. Хронология древнего Египта начинается с воцарения первого фараона 1-й династии Менеса (3100 – 3066 гг. до н.э.). Египетский год начинался с восхода звезды Сириус и содержал 365 дней.

Египетские жрецы-астрологи, сопоставляя вид звездного неба с днями наступления разливов реки Нил, установили, что разливы наступают через несколько дней после первого утреннего появления на небе самой яркой звезды неба. Эту звезду прозвали Изидой-Сотис (Сириус) – слезой богини плодородия Изиды. Промежуток времени между двумя последовательными утренними появлениями этой звезды составлял 360 суток, поэтому продолжительность первого солнечного календаря составляла 360 дней (12 месяцев по 30 дней) и только значительно позже его продолжительность была увеличена до 365 суток.

Эра греческих Олимпиад была рассчитана с 1 июля 776 г. до н.э., греческие астрономы ввели два цикла: по 235 лунных месяцев (почти точно 19 лет) и 940 лунных месяцев (около 76 лет). В Римской хронологии эра основания города (ab urde condita или AUC) начинается с 22 апреля 753 г. до н.э.

Христианская хронология, используемая нами, основана в 525 г. монахом Дионисием Малым (Ексигуусом), считавшим, что Иисус Христос родился в 753 г. после основания Рима. В 2000 г. наступил 2754 год от основания Рима (АГС). В то же время мусульмане отметили 137-й год хиджры, 5760-й год – иудеи.

Римский ученый-монах Дионисий в 248 г. эры римского императора Диоклетиана (Первый год эры Диоклетиана соответствует 284 г. н.э.) предложил вести летоисчисление от новой эры, названной им эрой «от рождества Христова». Он объявил, что 248 г. соответствует 532 г. н.э., и рекомендовал следующий год нумеровать 533 годом. Так возникла новая или наша эра, от которой ведется счет лет до настоящего времени.

Число 532 взято из соображений более легкого пути предвычисления даты празднования пасхи, чем Дионисий и занимался. Древнегреческий математик и астроном Метон еще в 432 г. до н.э. установил, что 235 лунных месяцев содержат столько же суток (6940д), сколько их заключено в 19 тропических годах. Поэтому через каждые 19 лет одинаковые лунные фазы приходятся на одни и те же календарные числа месяца. Этот период известен в астрономии под названием круга Луны или метонова цикла. Так как полнолуние наступает в одни и те же календарные даты через 19 лет, а пасха празднуется только в воскресенье, которое бывает раз в 7 дней, а период високоса равен 4, то Дионисий просто нашел общее наименьшее кратное этих чисел 19х7х4 = 532. Следовательно, пасха приходится в воскресенье одной и той же даты через каждые 532 года.

В России новая эра исчисления была введена Указом Петра I с 1 января 1700 г. До этого на Руси счет годов велся «от сотворения мира», а новый календарный год с 1492 г. начинался с 1 сентября (сентябрьский стиль).

В истории западных цивилизаций с основными проблемами хронологии сталкиваются в согласовании дат, исчисленных в различных календарях, типа юлианского, григорианского и мусульманского.

Так что же такое время? Как его можно измерить? Каков возраст Вселенной?

Кратчайший промежуток времени, который мы можем ощутить, порядка 0,1 с. Время реакции человека на внешний сигнал составляет около 0,2 с.

Естественные единицы времени, с которыми мы имеем дело в повседневной жизни: день, год, времена года, лунные сутки – основаны на циклических изменениях, наблюдаемых в природе.

Прямой зафиксированный опыт человечества распространяется примерно на 5000 лет – именно этому времени соответствуют первые памятники письменности шумерской цивилизации.

Интервалы времени, отвечающие геологическим событиям, измеряют с применением «радиоактивных часов». Процесс радиоактивного распада нельзя ускорить или замедлить. Он протекает с постоянной скоростью, характерной для данного элемента. Так, например, при радиоактивном распаде одни из 1,6∙10¹¹ атомов изотопа рубидия превращается за год в атом стронция, то есть до полного исчезновения такого изотопа рубидия необходимо, по крайней мере, 10¹¹ лет. Но на земле он обнаружен. Для урана эта постоянная составляет 10^–10, для калия – 10^–9. И они есть в земной коре.

Следовательно, Земля не могла существовать вечно и «возраст» материала, из которого состоит Земля, не может превышать несколько миллиардов лет.

Самая древняя порода, обнаруженная на Земле (в Антарктиде), имеет возраст 3900 ± 300 млн. лет. Недавние исследования найденных в Эфиопии каменных орудий труда показали, что их возраст около 2,5 млн. лет. Возраст определен по соотношению изотопов аргона в исследованных образцах.

Точно таким же способом оценено время существования Солнечной системы – по измерению содержания радиоактивных элементов в метеоритах. Оказалось, что все метеориты имеют примерно одинаковый возраст – 4-5 млрд. лет.

Одна из последних оценок возраста Вселенной – 16±2 млрд. лет. Метод нуклеокосмохронологии показал, что возраст одной из самых старых звезд CS22892-052 составляет от 13 до 21 млрд. лет.

Но насколько можно верить этой оценке, если она сделана по спектру одной всего звезды по одиночной линии излучения тория?

Таким образом, в самой природе, существуют физические явления и процессы, определяющие направление течения времени. В отличии от пространства, в каждую точку которого можно снова и снова возвращаться (и в этом отношении оно является как бы обратимым), время – необратимо и одномерно. Оно течет из прошлого через настоящее к будущему.

Нельзя возвращаться назад в какую-либо точку времени, но нельзя и перескочить через какой-либо временной промежуток в будущее. Необратимые процессы лежат в основе многих процессов, с особой отчетливостью они появляются на биологическом уровне. В 30-х гг. XX в. английский астрофизик А.С. Эддингтон (1882 – 1944) ввел понятие «стрелы времени».

Приведем примеры процессов, характеризующих направление времени, воплощающих необратимость времени.

Излучение – волны всегда испускаются источником и являются расходящимися, затухающими по прошествии времени (т.е. уходящими в будущее). Но не обнаружены волны, сходящиеся к источнику из прошлого (хотя теоретических можно решить уравнения, рассматривающие эту возможность).

Термодинамика – второе начало устанавливает закон возрастания энтропии в системе, не обменивающейся с внешним миром ни энергией, ни веществом, выражает увеличение молекулярного хаоса до тех пор, пока система не достигнет термодинамического равновесия.

Эволюция – для незамкнутых систем свойственна динамическая самоорганизации материи. Она наблюдается в биологической эволюции, эволюция общества и эволюции Вселенной в целом. Эволюция, другими словами, это возрастание порядка в системе, следовательно она противоречит второму началу термодинамики – закону возрастания энтропии.

Радиоактивный распад – происходит необратимое преобразование одних атомов в другие, обратного процесса не наблюдается. Например, конечным продуктом распада урана является свинец.