double arrow

Естественнонаучная революция первых десятилетий XX века. Проникновение вглубь материи. Теория относительности и квантовая механика. Крушение механистической картины мира

Еще в конце XIX в. большинство ученых склонялись к точке зрения, что физическая картина мира в основном построена и останется в дальнейшем незыблемой. Предстоит уточнять лишь детали. Но в первые десятилетия XX века физические воззрения изменились коренным образом. Это было следствием «каскада» научных открытий, сделанных в течение чрезвычайно короткого исторического периода, охватывающего последние годы XIX столетия и первые десятилетия XX в. В 1896 г. французский физик Антуан Анри Беккерель (1852–1908) открыл явление самопроизвольного излучения урановой соли. Однако природа нового явления еще не была понята. В его исследование включились французские физики, супруги Пьер Кюри (1859–1906) и Мария Склодовская-Кюри (1867–1934). Прежде всего их заинтересовал вопрос: нет ли других веществ, обладающих свойством, аналогичным свойству урана?
В 1898 году были открыты новые элементы, также обладающие свойством испускать «беккерелевы лучи», – полоний и радий. Это свойство супруги Кюри назвали радиоактивностью.

Годом раньше, в 1897 г., в лаборатории Кавендиша в Кембридже при изучении электрического разряда в газах (катодных лучей) английский физик Джозеф Джон Томсон (1856–1940) открыл первую элементарную частицу – электрон. В последующих опытах обнаружено совершенно необычное явление зависимости массы электрона от его скорости. Дж. Томсон предложил в 1903 году первую (электромагнитную) модель атома. Но модель «атома Томсона» просуществовала сравнительно недолго, ибо обладала рядом недостатков.

В 1911 году знаменитый английский физик Эрнест Резерфорд (1871–1937) предложил свою модель атома, которая получила название планетарной. Появлению этой новой модели атома предшествовали эксперименты, проводимые Э. Резерфордом и его учениками, ставшими впоследствии знаменитыми физиками, Гансом Гейгером (1882–1945) и Эрнстом Марсденом (1889–1970). В результате этих экспериментов было обнаружено, что в атомах существуют ядра – положительно заряженные микрочастицы, размер которых очень мал по сравнению с размерами атомов. Но масса атома почти полностью сосредоточена в его ядре.

Но и планетарная модель Резерфорда обнаружила серьезный недостаток: она оказалась несовместимой с электродинамикой Максвелла. Согласно законам электродинамики, любое тело (частица), имеющее электрический заряд и движущееся с ускорением, обязательно должно излучать электромагнитную энергию. Но в этом случае электроны очень быстро потеряли бы свою кинетическую энергию и упали на ядро. С этой точки зрения оставалась непонятной необычайная устойчивость атомов.

Разрешение возникших противоречий выпало на долю известного датского физика Нильса Бора (1885–1962), предложившего свое представление об атоме. Последнее основывалось на квантовой теории, начало которой было положено на рубеже XX в. немецким физиком Максом Планком (1858–1947). Планк выдвинул гипотезу, гласящую, что испускание и поглощение электромагнитного излучения может происходить только дискретно, конечными порциями – квантами.

Н. Бор, зная о модели Резерфорда и приняв ее в качестве исходной, разработал в 1913 г. квантовую теорию строения атома. В ее основе лежали следующие постулаты: в любом атоме существуют дискретные (стационарные) состояния, находясь в которых атом энергию не излучает; при переходе атома из одного стационарного состояния в другое он излучает или поглощает порцию (квант) энергии. Предложенная Бором модель атома, фактически явилась дополненным и исправленным вариантом планетарной модели Резерфорда. Поэтому в истории атомной физики говорят о квантовой модели атома Резерфорда – Бора.

Наука XX в. принесла немало сенсационных открытий, многие из которых совершенно не укладывались в представление обыденного человеческого опыта. Ярким примером этого может служить теория относительности, созданная в начале нашего столетия мало кому известным тогда мыслителем Альбертом Эйнштейном (1879–1955). Теория А. Эйнштейна основывалась на том, что – в отличие от механики И. Ньютона – пространство и время не абсолютны. Они органически связаны с движущейся материей и между собой.

В 1924 г. произошло крупное событие в истории физики: французский ученый Луи де Бройль (1892–1987) выдвинул идею о волновых свойствах материи. Экспериментально подтвержденная гипотеза
Л. де Бройля превратилась в принципиальную основу, пожалуй, наиболее широкой физической теории – квантовой механики. Согласно этой теории у объектов микромира существуют такие свойства, которые совершенно не имеют аналогий в привычном нам мире макрообъектов. Прежде всего – это корпускулярно-волновая двойственность, или дуализм элементарных частиц (это и корпускулы и волны одновременно, а точнее – диалектическое единство свойств тех и других). Поэтому движение микрочастиц в пространстве и времени нельзя отождествлять с механическим движением макрообъекта.

Рождение и развитие атомной физики окончательно сокрушило прежнюю механистическую картину мира.



Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: