Динамические и статистические закономерности в природе

4 5 6 7 8 9 10

Концепции квантовой механики

Порядок и беспорядок в природе

Лекция №6

ПЛАН ЛЕКЦИИ:

4.Порядок и беспорядок в природе

4.1. Концепции квантовой механики

4.2. Динамические и статистические закономерности в природе

Колебания и волны вокруг нас (свободные колебания – периодические, гармонические, понятие амплитуды и фазы колебаний; затухающие колебания, вынужденные колебания, резонанс, параметры колебаний и волн – частота и длина волны, интерференция, дифракция, дисперсия и рассеяние волн, эффект Доплера, колебания и волны в экономике и социологии). Квантовые модели излучения (внешний фотоэффект, эффект Комптона, модель теплового излучения М. Планка)

Корпускулярно-волновой дуализм как всеобщее свойство материи

Принцип неопределенности Гейзенберга. Соотношение неопределенностей: координата-импульс (скорость)

Принцип дополнительности как утверждение о том, что:

- невозможны невозмущающие измерения (измерение одной величины делает невозможным или неточным измерение другой, дополнительной к ней величины)

- полное понимание природы микрообъекта требует учёта как его корпускулярных, так и волновых свойств, хотя они не могут проявляться в одном и том же эксперименте

- (в широком смысле) для полного понимания любого предмета или процесса необходимы несовместимые, но взаимодополняющие точки зрения на него

Статистический характер квантового описания природы.

Волновое уравнение движения микрочастиц (смысл уравнения Шредингера). Особенности поведения микрочастиц в потенциальной яме (квантование скорости, импульса и энергии, вероятностный характер местоположения). Туннельный эффект (просачивание микрочастиц через тонкие потенциальные барьеры) и развитие нанотехнологий (туннельный микроскоп, силовой зондовый микроскоп)

Поведение электронов в водородоподобных атомах. Квантовые числа, который задают дискретную энергию электрона в атоме (номер орбиты электрона в атоме), скорость его движения по орбите, угол орбиты, собственный момент импульса электрона

Фермионы (частицы индивидуалисты, например, электрон) и бозоны (частицы коллективисты, например, фотон).. Принцип запрета Паули (в одном квантовом состоянии может находиться лишь один фермион) и построение периодической таблицы Д.И. Менделеева.

Детерминизм (жёсткий) как идея полной предопределённости всех будущих событий

Критика концепции детерминизма Эпикуром, его учение о неустранимой случайности в движении атомов

Механи(сти)ческий детерминизм как:

- утверждение о единственно возможной траектории движения материальной точки при заданном начальном состоянии;

- лапласова концепция полной выводимости всего будущего (и прошлого) Вселенной из её современного состояния с помощью законов механики

Детерминистское описание мира: динамическая теория, которая однозначно связывает между собой значения физических величин, характеризующих состояние системы

Примеры динамических теорий:

- механика,

- электродинамика,

- термодинамика,

- теория относительности,

Описание систем с хаосом и беспорядком: статистическая теория, которая однозначно связывает между собой вероятности тех или иных значений физических величин

Основные понятия статистической теории:

- случайность (непредсказуемость)

- вероятность (числовая мера случайности)

- среднее значение величины

- флуктуация (случайное отклонение системы от среднего (наиболее вероятного) состояния)

Примеры статистических теорий:

- молекулярно-кинетическая теория (исторически первая статистическая теория),

- квантовая механика, другие квантовые теории

- эволюционная теория Дарвина,

Соответствие динамических и статистических теорий: их предсказания совпадают, когда можно пренебречь флуктуациями; в остальных случаях статистические теории дают более глубокое, детальное и точное описание реальности.

Список рекомендуемой литературы: / 1-3, 6, 10 /

Контрольные задания и вопросы:

1. Что такое колебания? Рассмотрите в примерах свободные, затухающие и вынужденные колебания. Что такое резонанс? Сформулируйте понятие частоты и периода колебаний. Дайте определение частоты и фазы колебаний.

2. Дайте определение волны. Введите понятие длины волны.

3. Опишите такие волновые явления как: интерференция, дифракция, дисперсия, рассеяние волн.

4. Рассмотрите эффект Доплера.

5. Привидите примеры квантовых моделей излучения.

6. В чем смысл квантово-волнового дуализма окружающего нас мира? Сформулируйте гипотезу Луи де Бройля.

7. Соотношение неопределенностей и его основные следствия.

8. Сформулируйте принцип дополнительности и его проявления.

9. В чем смысл волнового уравнения движения микрочастиц?

10. Рассмотрите особенности поведения микрочастиц в потенциальной яме.

11. Опишите туннельный эффект. Что мы понимаем под нанотехнологиями?

12. Опишите поведение электронов в водородоподобном атоме. Введите квантовые числа.

13. Что такое фермионы и бозоны?