К ИСТОКУ

о развитии Божественного Начала в Человеке

* Вход   * Регистрация * FAQ * НОВЫЕ СООБЩЕНИЯ  * Ваши сообщения 

Текущее время: 12 дек 2017, 16:21

Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 24 ]  На страницу 1, 2  След.
Автор Сообщение
Сообщение №1  СообщениеДобавлено: 24 фев 2014, 10:14 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
От теории Бора - к квантам

3.jpg

Автор статей: http://evosfera.ru/

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №2  СообщениеДобавлено: 24 фев 2014, 10:15 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Двуликие частицы

Ученые - народ нетерпеливый. Они пытаются понять сущность волн де-Бройля еще до осуществления этих решающих экспериментов. Как же можно представить себе такое "двусмысленное" поведение частиц, в том числе и электронов? Физики того времени знали, что они подразумевают под словом "электрон". Очень маленькую и очень легкую частицу вещества, несущую на себе столь же малый электрический заряд. До поры до времени не ставился вопрос, какую форму имеет эта частичка и что происходит внутри нее. Ученые не располагали никакими средствами увидеть электрон воочию, а тем паче разобраться в его внутренней структуре.

Но раз электрон частица-так пусть он обладает только ее свойствами! Откуда же взялись у электрона совершенно другие, более того - исключающие первые, волновые свойства? Первая попытка осмыслить сущность "волн материи" принадлежит самому де-Бройлю. Она ясно показывает, что, проникнув в мир сверхмалых вещей, физики по привычке еще продолжают "цепляться" за наглядные представления. Атом в теории Бора - Резерфорда можно было представлять себе как некое подобие планетной системы, в которой планеты-электроны кружатся вокруг солнца-ядра, только, в отличие от планет, могут время от времени менять свои орбиты.

Но вот световой квант - фотон? Он ведь тоже, как показал Эйнштейн, обладает свойствами и волны, и частицы. Как можно было внедрить в сознание такой двуликий образ? Здесь уже нечего и пытаться придумать наглядную модель!

Так вфизске выявилась первая "непредставимая" вещь. Теперь же, с открытием де-Бройля, предстояло распространить эту "невообразимость" и на частицы вещества, - от ничтожного электрона до огромных небесных тел! Было от чего попятиться! И как можно даже вообразить, что электрон, летящий на препятствие, в результате дифракции сам по себе огибает его и оказывается позади препятствия! Нет, волна и частица - это две взаимоисключающие сущности. Либо волна - либо частица! А все же волны де-Бройля существуют. Значит-не "либо-либо", а "и-и"! Надо как-то соединить несоединимое. И не в каком-то отдельном случае дифрагирующего электрона. Раз имеет волновые свойства электрон, то их неизбежно должны имзть и все предметы в нашем мире, как мельчайшие, так и огромные. С чего же начинать этот необычный синтез? Де-Бройль предлагает представление о "волне-пилоте".

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №3  СообщениеДобавлено: 24 фев 2014, 10:20 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Еще одно чудо

Любимое мальчишеское занятие - лазить в соседские сады за яблоками - вызвало ответную меру: появились высокие глухие заборы. И вот юный озорник стоит перед "искусственной преградой" и страстно мечтает попасть в сад. Но высокий и гладкий забор без единой щелочки делает его мечту почти неосуществимой.

Может быть, где-нибудь раздобыть лестницу? Или найти сообщников и по их спинам влезть на забор? Или разбежаться изо всей мочи и взлететь на забор, подобно молодому петуху? Очень уж заманчив запретный плод! Наш озорник очень бы удивился, даже, наверное, забыл бы и думать о яблоках, если сейчас подойти к нему и сказать: "Жаль мне тебя! Вот будь ты полегче! Тогда тебе не пришлось бы и пальцем шевельнуть, как сам собой ты мэг бы очутиться по ту сторону забора".

Сегодняшние мальчишки не верят сказкам. А напрасно! В мире сверхмалых вещей встречаются поистине сказочные события. Одно из них - проникновение частиц сквозь совершенно "глухие" стенки.

Присмотримся к нему повнимательнее. Что, в сущности, означает перелезть или перепрыгнуть через забор? Еще со школьной скамьи вам известно, что чем ниже находится какое-либо тело, тем меньше его потенциальная энергия. Если вы стоите на земле, ваша потенциальная энергия меньше, чем если бы вы уселись на заборе. Известно, и на сколько меньше: эта величина дается произведением веса вашего тела на разность высот центра тяжести тела в этих двух положениях; разность высот приблизительно равна высоте забора минус один метр.

Забор можно преодолеть, если каким-либо образом на время набрать недостающую энергию. Это можно сделать либо за счет работы своих мышц, либо вкупе с работой мышц своих сообщников, которые подставят спины. В любом случае эта работа пойдет на увеличение вашей потенциальной энергии, и вы сможете подняться на верх забора.

4.jpg

Дальнейшее уже нетрудно. Спуск с забора не требует усилий. Скорее наоборот - вам потребуется приложить силу, чтобы спуск под действием силы земного притяжения не оказался слишком стремительным и не закончился порванными штанами. А потенциальная энергия по ту сторону забора снова уменьшится и опять станет такой же, какую вы имели перед прыжком через забор.

открыть спойлер
Забор можно преодолеть, если каким-либо образом на время...

t-сли изобразить на графике зависимость вашей потенциальной энергии при преодолении забора, получится "горка". В физике такую "горку" называют потенциальным барьером. В атомном мире тоже существуют заборы. К примеру, в металле существует множество почти свободных, сравнительно слабо связанных со своими атомами электронов. Но, несмотря на их свободу, никто еще не видел, чтобы электроны вылетали из металла сами по себе. Дело .в неполной свободе электронов; хотя электроны и слабо связаны с атомами, из которых появились, они все же притягиваются к возникающим при этом ионам (подробнее о том будет идти речь в следующей главе). Совокупное действие всех ионов на все электроны в куске металла можно представлять так, как если бы "двор", но которому разгуливают электроны, был отгорожен от внешнего пространства довольно высоким "забором".

Электроны в куске металла напоминают шарики в ямке, о которых мы уже говорили в связи с теорией Бора. Внутри металла электроны движутся как угодно, а выйти за его пределы не могут, все равно что шарики в ямке. Поэтому условия, в которых пребывают в металле электроны. так и были названы потенциальной ямой.

5.jpg

Но все же электроны не заключены в куске металла навек. При некоторых условиях они могут перепрыгивать через забор и оказываться вне металла. Например, это происходит при освещении металла достаточно коротковолновым светом. Энергичный фотон как бы дает "шлепок" электрону, в результате чего тот взлетает на вершину потенциального барьера, перекатывается через него и оказывается уже действительно свободным. Это - обычный, "классический" способ преодоления потенциального барьера, ничем в сущности не отличающийся от способа, которым прыгают люди. Вы, вероятно, уже заметили, что барьер для электронов в металле пока что не совсем похож на забор: у него есть передняя сторона, но нет задней; это скорее не забор, а ступенька. Забор для шарика в ямке можно сделать, подрыв землю за ее краями. В случае же электронов в металле такую "подрывную" операцию можно осуществить, приложив к куску металла сильное электрическое поле.

Теперь оба барьера - для шарика в ямке и для электрона в металле - становятся похожими друг на друга. Но дальше начинаются весьма существенные расхождения.

6.jpg

Если решить уравнение Ньютона для шарика в ямке, то оно покажет, что шарик навсегда останется в ямке, если ему не сообщить необходимой энергии для преодоления барьера. Да мы это знаем и без всяких уравнений. Где это видно, чтобы шарик сам собой выпрыгивал из ямки, чтобы мальчишка, не сделав ни одного движения, сам собой оказывался по ту сторону забора! Нет, классическая механика заявляет безапелляционно: шарик вне ямки ни за что сам не очутится. Вероятность этого "чуда" строго равна нулю - полная невероятность, невозможность! А вот если решить уравнение Шрединге-ра для электрона в металле, помещенном в электрическое поле, то оно даст совершенно неожиданный результат. Вероятность пребывания электрона вне металла уже не будет равной нулю и, строго говоря, нигде в нуль не обращается! Она невелика, может быть даже ничтожно малой, но все же - не нулевой! Электроны словно получили возможность "просачиваться" через потенциальный барьер! И появляются по другую его сторону, как бы издеваясь над безапелляционными предсказаниями классической физики. Похоже на то, что как будто неведомые силы прорыли в барьере "туннель", по которому без всяких усилий смог пройти электрон. Физики так и назвали это поразительное явление - "туннельный эффект".

7.jpg

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №4  СообщениеДобавлено: 24 фев 2014, 10:22 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
И опять волны материи

Эти волновые свойства, как мы уже видели, приводят к тому, что скорость частиц перестает зависеть от их положения. Траекторий в мире сверхмалых вещей не существует. Но от положения частиц зависит их потенциальная энергия, а от скорости - кинетическая.

Так получается, что, строго говоря, нельзя одновременно точно измерить и кинетическую и потенциальную энергии частицы. В каждый момент они не зависят друг от друга. И пределы применимости этих классических понятий энергии в мире атомов снова даются соотношением неопределенностей.

Итак, частица, пребывающая в потенциальной яме, имеет некоторую вероятность сама собой очутиться вне ее. А значит, есть и вероятность того, что частица останется в яме. Если мы располагаем, скажем, тысячью электронов и десять из них просочатся через барьер, то вероятность туннельного эффекта составит 1 процент, а вероятность того, что он не произойдет, - 99 процентов.

Эти вероятности физики соответственно назвали прозрачностью и отражательной способностью потенциального барьера. Прозрачность, отражение... знакомые слова! Ими ведь характеризуют разные вещества по отношению к пропусканию световых волн. На границе раздела двух разных веществ свет всегда частично проходит во вторую среду, а частично отражается. А потенциальный барьер - чем не граница между двумя средами? Только не для электромагнитных (в том числе и световых) волн, а для волн де-Бройля.

Эта аналогия оказывается весьма глубокой. Законы туннельного эффекта замечательно совпадают с законами отражения и прохождения волн света через границы между разными веществами.

открыть спойлер
Мы не случайно выбрали для нашего разговора барьер в виде "забора", то есть имеющий определенную конечную ширину. Если этот барьер имеет только переднюю стенку, как, например, лестничная ступенька, то туннельный эффект совершенно исчезает. Частицы не могут строить туннелей в бесконечно длинных, хотя бы и в очень низеньких, барьерах. Тут запрет классической физики вступает в полную силу.

В самом деле, теперь измерительный прибор мог бы праздновать свою "жалкую" победу: факт нахождения частицы под барьером, если бы она там оказалась, можно было бы установить достоверно, сколь ни велика была бы неопределенность в измерении ее положения. А раз так, то по соотношению неопределенностей можно было бы точно найти скорость, а с нею - и кинетическую энергию частицы. Эта энергия теперь наверняка оказалась бы отрицательной.

Но природа не собирается противоречить самой себе. Отрицательная кинетическая энергия невозможна. А потому пропадает и сам туннельный эффект.

И все же, возможно, кое-кто не убежден приведенными объяснениями. Может ли быть, что все сказанное - одни лишь абстрактные теоретические рассуждения? Судите сами. Из нагретой металлической нити электроны вырываются полчищами - переданной им тепловой энергии достаточно, чтобы они переваливали через барьер на границе куска металла. А вот сколько ни сидеть у холодного куска металла, из него не вылетит ни один электрон.

Но стоит внести этот кусок металла в сильное электрическое поле - и из него опять же обильно начнут вылетать электроны. Это явление, названное холодной эмиссией, прекрасно подтверждает, что туннельный эффект- не выдумка физиков-теоретиков!

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №5  СообщениеДобавлено: 24 фев 2014, 10:23 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Как вероятность была допущена в физику

В классической физике до некоторых пор слово "вероятность" даже не появляется. Движение любой частицы, любого тела считается абсолютно строго и точно предопределенным теми силами, которые на них действуют. Положение тела и его скорость в любой момент времени - и через секунду, и через миллион лет - можно предсказать совершенно достоверно, зная эти силы и положение тела в тот момент, от которого мы начинаем отсчет времени.

Но вот в середине девятнадцатого века физика обращается к изучению внутреннего движения в газах. И сразу же выясняется, что применять к движению молекул газа непосредственно уравнения Ньютона - дело совершенно бессмысленное.

Судите сами. Уже в небольших объемах газа содержится колоссальное количество молекул - миллиарды миллиардов. Чтобы точно решить задачу об их движении, потребовалось бы написать уравнения движения для каждой из молекул. Молекулы не стоят на месте: они носятся по сосуду, сталкиваются с другими молекулами, отскакивают от одних, налетают на другие молекулы, и так миллионы раз в секунду.

Выходит, надо писать столько уравнений Ньютона, сколько молекул газа, и решать все их? Смешно даже говорить об этом! Только на выписывание самих уравнений уйдут миллиарды лет! Еще через миллиарды лет получишь их решение. А кому оно нужно, если описываемое им движение давным-давно сменилось совершенно другим?

В поисках разумного подхода к этой задаче физики сообразили, что их не должно интересовать движение каждой отдельной молекулы газа, меняющееся из-за столкновений с другими молекулами с неуловимой быстротой. Скорее следовало интересоваться состоянием всей массы газа: его температурой, плотностью, давлением и другими характеристиками.

открыть спойлер
Нет нужды определять скорости каждой из молекул. Все характеристики состояния должны относиться ко всей системе молекул в целом. А определяются они в основном средней скоростью молекул газа. Чем выше эта скорость, тем больше температура. Если газ при этом не меняет своего объема, то с ростом температуры газа повышается его давление.

Но чтобы эти зависимости знать точно, нужно было научиться определять среднюю скорость молекул. И тут на помощь физикам пришла теория вероятностей.

Она говорила: "Нечего и думать, что все молекулы в газе в каждый момент времени имеют одинаковую скорость. Напротив, они имеют разные скорости, и притом быстро и беспорядочно меняющиеся при столкновениях. Однако, несмотря на случайность этих изменений скорости, в каждый момент существует некоторая средняя, устойчивая при данных условиях, скорость молекул.

То, что кажется случайностью для одной молекулы, становится закономерностью для большого их числа. Это утверждает вероятностный закон больших чисел. А число молекул в ваших объемах газа действительно столь велико, что этот закон можно применять к ним без малейших сомнений".

Так физики стали рассчитывать поведение больших "коллективов) молекул статистически, по законам теории вероятностей. Но физики не пожелали согласиться с теорией вероятностей в другом. Они говорили: ни о о какой случайности движения молекул не может быть и речи! Каждый удар молекулы о другую, каждое движение молекулы описывается законами Ньютона, и если бы мы пожелали решить миллиарды уравнений, мы бы смогли выразить эти движения с абсолютной точностью, без всяких средних величин! Мы этого не делаем, конечно. Но в принципе - можем! Мы описываем движение газа, пользуясь вероятностными, статистическими законами, но в основе их все-таки лежат точные законы - законы Ньютона! В этом-то и заключалась "самонадеянность" классической физики! Никаких оснований она не имела обобщать законы Ньютона, распространять их на движение отдельных молекул. Так показало последующее развитие физики. Молекулы - не бильярдные шары, они движутся и сталкиваются по совершенно другим законам!

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №6  СообщениеДобавлено: 24 фев 2014, 10:25 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Кто виноват - прибор или электрон?

8.jpg

С подобным положением классическая физика, конечно, никогда не сталкивалась. Она считала,, что местоположение и скорость любой частицы в любой момент времени можно измерить, по крайней мере в принципе, с абсолютной точностью. Ведь это же лежит в основе ее "абсолютно точных" предсказаний движения частиц по их местонахождению и скоростям в некий начальный момент времени.

Теперь же выходит, что ни о какой абсолютной точности измерений не может быть и речи, даже в принципе. В чем же дело? Может быть, в приборе? В самом деле, ни один прибор не в состоянии измерить ни одну величину с абсолютной точностью. Можно сказать, что история развития измерительной техники - это история непрерывно возрастающей точности приборов. Точность измерения во многих областях науки и техники стала сегодня феноменально высокой. И продолжает повышаться далее.

Но вот соотношение неопределенностей как будто кладет предел повышению точности приборов. Оно словно говорит: как бы ни совершенствовались ваши приборы, но через этот рубеж вам не перешагнуть.

В создавшемся положении виноват прибор, утверждал Гейзенберг, а вслед за ним многие физики. Прибор в микромире - это не телескоп во Вселенной. Нужны, конечно, и тот и другой. Наши органы чувств, через которые мы познаем мир, ограничены в своих возможностях. Затем и нужен прибор, чтобы переводить доступные ему явления на "язык" человеческих чувств.

Но если телескоп не оказывает никакого влияния на движение наблюдаемых с его помощью небесных тел, то в микромире все обстоит иначе. Там прибор (скажем, наш идеальный "сверхмикроскоп") активно вмешивается в наблюдаемое с его помощью явление и меняет его "естественный" ход. Причем, к великому сожалению, меняет настолько бесконтрольно. что выделить явление в чистом виде оказывается невозможным. Пределы "чистоте" наблюдения и ставит соотношение неопрёдёленностей.

открыть спойлер
В создавшемся положении виноват электрон, заявили другие физики. И в подтверждение привели не менее убедительную аргументацию. Мир сверхмалых вещей живет по своим собственным законам и в измерениях, собственно говоря, для своего существования не нуждается. Что означает наличие волновых свойств у электрона? Ведь нельзя сказать: частота колебаний маятника в данный момент такая-то! Для определения этой частоты надо проследить за колебаниями маятника в течение некоторого времени. Аналогично этому, нельзя говорить: длина волны в данной точке такая-то. Длина волны по самому своему смыслу есть характеристика дшнного (строго говоря, бесконечно длинного) ряда волн. Какова бы ни была природа этих волн, длина их не может зависеть от положения какой-либо точки в волне.

Вспомним соотношение де-Бройля, но запишем его так, чтобы слева в нем оказалась скорость частицы: Отсюда сразу следует вывод: раз длина волны >. не зависит от положения какой-либо точки в волне (например, точки, в которой по предположению находится частица), то от положения частицы не может зависеть и ее скорость. В неудачах прибора повинны именно волновые свойства электрона.

Кто же прав? Те, кто обвиняют прибор в "неприспособленности" к микромиру, или же те, кто винит микромир в "недоступности" измерениям? Оказывается, правы и те и другие, но лишь наполовину. Истина заключается в том, что в соотношении Гейзенберга проявляется совокупная "вина" и прибора, и электрона. Но вина ложится не только на них.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №7  СообщениеДобавлено: 24 фев 2014, 10:27 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Мы едем на стрельбище

9.jpg

Вернемся к нашей "испорченной мишени". Она создана небольшим числом электронов, упавших на пластинку. На вид электроны ударялись о пластинку где попало, совершенно случайно.

Одно сразу привлекает внимание. Промерим щель в диафрагме, из которой вылетают электроны, и перенесем ее контуры на нашу мишень. Казалось бы, все электроны, как бы случайно они ни попадали на фотопластинку, должны "уложиться" внутри этого контура. А на самом деле? Места попадания электронов подчас далеко выходят за предписанные им границы.

И вот что еще интересно. Если присмотреться внимательнее, то можно заметить, что электроны попадают на пластинку все-таки не совсем случайным образом. Даже когда число "пробоин" на мишени еще не велико, на ней можно увидеть места, где нет ни одной пробоины, а также места, где пробоины группируются более или менее скученно. Если провести через эти места линии, то они будут напоминать колечки. Вот одно колечко, второе, третье.

открыть спойлер
Правда, они проведены еще почти "на ощупь". Им еще предстоит стать настоящими отчетливыми кольцами, когда число электронов, упавших на пластинку, возрастет во много раз.

Задумаем маленькую хитрость. Перенесем точки попадания электронов на обычную стрелковую мишень, продырявив ее в соответствующих местах. И поедем на стрельбище, где тренируются опытные стрелки. Покажем им нашу мишень. Реакция стрелков окажется наверняка необычной.

Первоначальное недоумение их сменяется смехом: "Вы только посмотрите, какой забавный стрелок! Он меткий - вон сколько пуль всадил в десятку. Но почему нет ни одной пули ни в девятке, ни в восьмерке? Ваш стрелок, видно, предпочитает всаживать пули только в десятку, в семерку, в четверку и в единицу. Это что - нарочно?"

Мы не собираемся пока открывать им секрет. А вот и тренер смотрит нашу мишень. Он задумчиво хмурит лоб. Послушаем, что он скажет.

"Какая-то ерунда! Ни один стрелок не сделает такую мишень, как бы он ни старался. Почему, вы спрашиваете? А вот почему.

Если стреляет неопытный стрелок, то пробоины на мишени лягут как попало, но в общем более или менее равномерно по всей мишени. Мишень опытного стрелка выглядит совсем по-другому. Вот смотрите: пробоины гуще всего ложатся ближе к центру мишени, а во внешних ее кольцах их совсем мало. Давайте сосчитаем число пробоин в каждом из колец этой мишени и построим график.

Отложим по одной его оси номер кольца (или, что то же, удаление от центра мишени), а по другой оси - число пробоин между двумя кольцами. Полюбуйтесь, что получилось. Видите - кривая плавно идет вниз при удалении к краям мишени.

А теперь нанесем на график вашу мишень... Ну вот, смотрите. Ваша кривая, вместо того чтобы плавно опуститься от центра мишени к ее краям, колеблется вверх и вниз. Она действительно опускается, но совсем не так, как наша кривая.

У нас, опытных стрелков, все же действуют законы случая. И кривую, которую я вам приводил, так и называют кривой распределения случайных ошибок, или кривой Гаусса. У вас тоже, видимо, действует случай. Но он подчиняется какому-то совсем другому закону. На стрельбище такой закон еще никогда не встречался. Это что-то новое!" Что же, поблагодарим тренера и вернемся к нашей "мишени".

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №8  СообщениеДобавлено: 24 фев 2014, 10:28 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
На пути к волновому закону

Эти волны описывают движение электронов и других частиц микромира. А что, собственно говоря, мы подразумеваем под словом "описывают); Описать любой предмет, любое явление можно и качественно и количественно. В жизни мы в основном делаем первое. Достаточно сказать: "Сегодня будет дождь", - чтобы вы захватили с собой зонтик. При этом вас может и не интересовать, сколько времени будет идти дождь, на какой высоте поплывут тучи и еще десятки других деталей.

Наука же, и в особенности точная наука, такая, как физика, качественным описанием обычно не удовлетворяется. Ей подавай цифры, и притом как можно более точные.

Дифракционную картину от электронов на фотопластинке мы до сих пор в основном описывали качественно, как чередование темных и светлых колец. Можно описать ее и количественно, промерив степень почернения в разных местах пластинки и вычертив график. Такой график и нарисовал тренер на стрельбище.

Теперь, казалось бы, можно дать теорию этому явлению и успокоиться. А где же другие явления? Как быть с их объяснением? Хороша была бы наука, если бы каждому явлению она придумывала самостоятельную теорию! В том-то и сила настоящей науки, что она создает теории, охватывающие единой цепью сотни не похожих друг на друга явлений. Самые мощные теории - одновременно самые широкие, "всеохватывающие".

В физике строительство новых крупных теорий часто начиналось с поиска одной очень важной формулы. Она называется законом движения.

Один из таких законов вам хорошо известен - это второй закон Ньютона. Он связывает ускорение, приобретаемое телом, с величиной и направлением действующей на него силы. Но сил и ускорений мы непосредственно не видим. Для нас движение под действием сил заключается в видимом перемещении тел в пространстве с течением времени.

открыть спойлер
Это закон Ньютона и позволяет найти. Ускорение есть изменение скорости движения во времени. А сама скорость есть изменение положения тела во времени. Так что в конце концов закон Ньютона связызает с силой именно перемещение тела. Решая уравнение Ньютона, и находят вид движения тела. Он выражается некоторой кривой, которую описывает тело с течением времени. Эта кривая называется траекторией.

Есть в физике и другой столь же общий и широкий закон. Ему подчиняется не движение тел, а распространение волн. Математически он записывается в виде так называемого волнового уравнения, или уравнения Далам-бера, по имени открывшего его знаменитого французского ученого восемнадцатого века.

Оба уравнения - Ньютона и Даламбера - ни из каких еще более общих законов не выводятся. Они, если хотите, придуманы. Придуманы - но не выдуманы! Эти законы не просто взяты из головы - они представляют собой теоретическое обобщение многочисленных опытов и наблюдений, сделанных предшественниками Ньютона и Даламбера.

Гениальность ученого состоит не в том, что он нечто выдумывает, извлекает из головы. Нет, гений тот, кто в сложнейшем переплетении событий угадывает действие скрытой силы, некоего закона, кто извлекает этот закон на свет, очищает его от шелухи многочисленных случайных проявлений, несущественных деталей, шлифует и преподносит благодарным людям, записав его либо словами, либо, как в точных науках, - в виде формулы. Теперь новый закон выглядит как драгоценный камень знания, радуя сердца людей изяществом своих линий и блеском граней.

С какого же закона следовало начать постройку фундамента квантовой механики? Понятно, что, претендуя на место законов Ньютона и Далам-бера, которое те занимали в классической физике, новый закон в квантовой механике должен был быть не менее общим, не менее широким. Более того, этот закон, предназначенный для двуликого мира сверхмалых вещей, один должен был заменить оба закона, его предшественника. Он один должен был описывать и движение частиц и распространение волн! Ньютону было, как ни говорите, легче! У него под руками уже было много опытных фактов. А что теперь? Ни одного опыта. Еще идет 1925 год, и от решающего опыта до дифракции электронов физиков отделяют почти три года. Соотношение де-Бройля уже существует, но, говоря о длине волны частиц, оно ничего не может сказать о законе их движения.

Уверенность физиков-теоретиков в том, что они стоят на правильном пути, была, однако, столь велика, что они приступили к созданию новой теории, не дожидаясь опытной проверки гипотезы де-Бройля.

С чего же начинать? Видоизменить уравнение Ньютона так, чтобы оно включило в себя волновые свойства частиц? Нет, история рассудила иначе. Физики, следуя де Бройлю, попытались видоизменить волновое уравнение, чтобы оно отразило корпускулярные свойства волн. Это оказалось проще.

Первого успеха добились Эрвин Шредингер и Вернер Гейзенберг. Пути, которые привели их к решению этой основной задачи, были совершенно несхожими. Да и, пожалуй, один из них почти ничего не знал о работах другого. И только, спустя некоторое время после опубликования их работ, Шредингер смог доказать, что оба эти решения задачи, несмотря на полное внешнее несходство, совершенно одинаковы по своему физическому смыслу.

Гейзенберг придумал так называемую матричную форму квантовой механики. Она очень сложна, и о ней здесь невозможно рассказать. Шредингер же изменил волновое уравнение так, что оно учло корпускулярный "вкус" дебройлевских волн. В его честь новое уравнение было названо уравнением Шредингера. Оно самое популярное среди физиков уравнение квантовой механики. Так основным законом квантовой механики стал волновой закон.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №9  СообщениеДобавлено: 24 фев 2014, 10:30 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Немного об обыкновенных волнах

10.jpg

Бросьте камень в воду- и от него пойдут круги. Эти круги-поверхностные волны на воде. Кстати говоря, поверхностные волны - практически единственный род волн, непосредственно видимых в своем движении.

Может показаться, что с кругами от камня удаляется и вода. Но это не так. Кто из вас в детстве не пытался подогнать к берегу игрушечный кораблик, далеко отплывший в лужицу? Детский ум подсказывал выход - бросать камешки в воду позади кораблика.

Волны от камешков проходили под корабликом, а он лишь покачивался на них вверх и вниз, почти не двигаясь с места. Это означает то, что вода, взбудораженная падением камня, не движется от места его падения, а лишь колеблется в волне вверх и вниз.

В высоких волнах, вызванных падением больших камней, вода все же удаляется от камня, хотя каждый раз и на незначительное расстояние. Набравшись терпения и располагая запасом камней, кораблик в конце концов удастся подогнать к берегу.

открыть спойлер
Это "несущее" свойство высоких поверхностных волн с большим искусством используют любители своеобразного спорта, распространенного в Австралии. Спортсмены выходят в море, когда на нем появляется крупная и регулярная волна. Ступив с катера на широкую нетонущую доску, они дожидаются момента, когда появляется высокий вал. "Оседлав" этот вал, спортсмены несутся на нем к берегу со скоростью чуть ли не курьерского поезда! Но малейшее неточное движение- и спортсмен оказывается не на гребне, а во впадине волны, и его с головой захлестывает вал.

В этом рискованном и захватывающем спорте волна выполняет роль носителя спортсмена, она словно пилотирует его к берегу. Запомните это сочетание слов - "волна-пилот". Мы к нему вернемся в дальнейшем рассказе.

В прошлом веке физики выяснили, что волновым движением является и звук. Звуковые волны могут распространяться и в воздухе, и в воде, и в твердых телах. Что же колеблется в звуковых волнах? Частички среды, по которой распространяется звук,- молекулы воздуха, воды, атомы твердых веществ.

Но уберите воздух, воду, землю,- и звуковые волны исчезнут. В безвоздушном пространстве звука нет. Будущим астронавтам, наверное, предстоит увидеть ни с чем не сравнимое зрелище - грандиозные извержения вулканов на далеких, лишенных атмосферы планетах,- извержения, происходящие в гробовой тишине! Только почва качается под ногами! Рев двигателей космической ракеты, невыносимый для человеческих ушей на Земле, полностью исчезнет на Луне.

В прошлом веке физикам удалось также понять природу электромагнитных волн, создаваемых движением электрических зарядов.

На Землю приходят свет и радиоволны от далеких звезд и туманностей. Они начали свое путешествие тысячи и миллионы лет назад. На своем пути они преодолевают огромные и почти пустые межзвездные пространства. На Луне, в совершенном безмолвии, астронавты увидят струи ослепительного огня, вырывающегося из днища космической ракеты.

Значит, можно видеть там, где ничего не слышно,- в пустоте. В этом- важнейшее отличие электромагнитных волн от механических, в том числе и звуковых. Для распространения электромагнитных волн промежуточной среды не требуется. Напротив, эта среда только замедляет их движение.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №10  СообщениеДобавлено: 24 фев 2014, 10:31 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Опять соотношение неопределенностей

И пока мы нетерпеливо ждем объяснения нового "чуда" квантовой механики, на сцену снова выходит измерительный прибор и просит слова. И опять речь его состоит из сплошных сетований.

В самом деле, ему поручили проследить за тем, как электрон просачивается сквозь потенциальный барьер. Ведь это просачивание в корне противоречит самым фундаментальным положениям классической физики! Понимаете, как важно убедиться в том, что это не более чем вздорная выдумка теоретиков! Мы уже говорили, что у шарика в ямке полная энергия, равная сумме его кинетической и потенциальной энергий, отрицательна. Это происходит потому; что потенциальная энергия шарика (которую мы отсчитывали от верха ямки, то есть от самой высокой точки потенциального барьера) отрицательна и по своей величине превосходит кинетическую энергию шарика.

Понятное дело, и в пределах барьера полная энергия шарика должна остаться отрицательной; она ведь при "просачивании" не меняется по величине. Но зато теперь уменьшается потенциальная энергия, пока в самой высокой точке барьера полная энергия не станет равной нулю.

Отсюда единственный вывод: в пределах барьера стала отрицательной кинетическая энергия шарика. Но что это за величина? Квадрат скорости и, какой бы она знак ни имела, всегда положителен, двойка в знаменателе - тоже. Значит, отрицательна т - масса частицы. Но отрицательную массу ни понять, ни представить себе невозможно, причем не только в классической, но даже и в более "революционно" настроенной квантовой механике. В самом деле, это означало бы, например, что локомотив ведет состав в Ленинград из Москвы, а вагоны при этом удаляются от локомотива из Ленинграда в Москву!

Экая чушь! И чтобы убедиться в том, что это действительно чушь, поставили прибор - проследить за электроном.

открыть спойлер
Прибор обнаружил электрон и начал следить за ним. Вот электрон подошел к границе потенциального барьера. Чтобы "уличить" его в момент, когда он просачивается сквозь барьер, прибору не надо даже точно засечь положение электрона: достаточно убедиться в том, что электрон оказался где-то в пределах барьера.

Однако это еще не все. Прибор должен узнать, кроме того, скорость электрона в этот момент, чтобы выяснить, в самом ли деле его кинетическая энергия становится отрицательной. И вот тут-то прибор вынужден спасовать. На сцену выступает соотношение неопределенностей Гейзенберга. Ведь чтобы засечь электрон в пределах барьера, его нужно осветить фотонами с малой длиной волны: определить положение электрона требуется с точностью, не меньшей ширины самого барьера. Но удар такого фотона по электрону внесет внушительную неопределенность в его скорость.

Какова же она? Да ни много ни мало: такова, что вызванная ею неопределенность в кинетической энергии электрона как раз окажется выше самой высокой точки барьера!

Иными словами, "уличить" частицу в неклассическом прохождении под барьером нет никакой возможности. В самом процессе "уличения" ей сообщается энергия, достаточная для того, чтобы частица перепрыгнула через барьер вполне законным и благопристойным классическим способом. Получается так, словно полицейский помогает преступнику, скрывая вещественные доказательства! Такое положение очень характерно для многих явлений в мире сверхмалых вещей. Квантовая механика может утверждать самые невероятные, с точки зрения классической физики, вещи. Но доказать ложность этих утверждений, пользуясь классическими приборами, принципиально невозможно. Напрасно искать частицу под барьером - ее там не окажется. Само понятие частицы внутри потенциального барьера в квантовой механике так же бессмысленно, как и в классической физике.

Но при всем при том частица просачивается сквозь барьер! Разгадка этого "чуда" в конечном счете лежит в волновых свойствах электронов и прочих частиц микромира.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №11  СообщениеДобавлено: 24 фев 2014, 10:35 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Осторожные предсказания

Это - новые законы. Законы, которым подчиняются сверхмалые частицы - электроны, атомы, молекулы.

Первыми свое "непокорство" проявили электроны. Они не пожелали лезть в уготованные им классической физикой рамки "благопристойного поведения". Вместо того чтобы попадать в предназначенные им места фотопластинки, электроны стали двигаться так...

- ...Как они захотят, как им диктует "свобода воли"! - вскричали некоторые ученые, в самое сердце пораженные непослушанием электронов.

Нетрудно видеть, куда этих ученых завела столь слабая разборчивость в философии. Раз электрон обладает "свободой воли", то ему, как анархисту, любые законы не писаны. А коли так, то к чему наука,ищущая законы, если этих законов и в помине нет? Господь бог наделил своим промыслом электрон (в таком случае - и все вещи в мире) свободой поведения, свободой от всяких законов, за исключением одного - божественного закона своего существования. Но сей закон науке познать не дано, до него можно дойти только верой. Не правда ли, в хорошенькое идеалистическое болото приводит проповедь "свободы воли" электрона? - ...Как им диктуют новые законы, справедливые там, где утрачивают правильность законы классической физики! - заявили ученые, стоящие на материалистических позициях.

Такое положение в свое время гениально предвидел Ленин. За двадцать лет до описываемых событий он предупреждал ученых, что, с какими бы удивительными свойствами электронов ни пришлось им встретиться, эти свойства означают только одно - более глубокое и правильное постижение людьми окружающего мира.

открыть спойлер
Электроны отказываются следовать законам классической физики, но зато подчиняются законам новой, квантовой механики.

Что же это за законы? Прежде всего - это законы вероятностные. О чем говорят светлые кольца на фотопластинке (негативе) в опыте по дифракции электронов? О том, что электроны в эти места пластинки не попадают. Значит, "свободы воли" у электронов все-таки нет: существуют места, куда они не могут попасть.

На фотопластинке наблюдаются и темные кольца, где оказывается больше всего попаданий электронов. Но туда идут не все электроны. Есть на пластинке и переходные "серые" участки между самыми темными и самыми светлыми участками, туда приходит "среднее" число электронов. Это все хорошо видно патом графике распределения попаданий, который нарисовал нам тренер. И теперь мы переходим к самому важному.

Вот из источника вылетел электрон, прошел через диафрагму, отразился от кристалла и понесся к фотопластинке. Куда, в какое место пластинки попадет именно этот электрон?

"Вот сюда", - показывает классическая физика, произведя кропотливые расчеты углов, расстояний и скоростей. И весьма часто попадает пальцем в небо.

"Не знаю точно, - отвечает квантовая механика, - но с наибольшей вероятностью в места темных колец, с меньшей вероятностью на серые участки и наименее вероятно в места светлых колец".

Осторожное предсказание! Даже странно от науки, претендующей на звание точной, слышать такой ответ. Да полно, наука ли это? Действительно, физикам того времени все еще куда больше импонировали "абсолютно точные" предсказания классической физики. Но, если вдуматься, какое хвастовство скрывалось за такими предсказаниями, хвастовство и... невежество! В самом деле, что еще можно сказать о науке, которая только-только начала познавать бесконечно сложный мир, которая не знает еще и ничтожной доли происходящих в нем явлений, - и при всем при том берется делать категорические заявления! Но мы, пожалуй, слишком строго накинулись на классическую физику. Все-таки надо отдать ей должное: в привычном нам мире больших вещей она работает совсем неплохо. Да и как она могла знать о своем невежестве до открытия квантов, волновых свойств частиц и многих других поразительных вещей? Конечно, любая наука стремится к возможно более точному и всестороннему познанию изучаемого ею предмета. Это и есть се основная цель и девиз. Но ведь никогда не наступит такой день, чтобы ученые могли скачан,: "Ну, теперь познано все!"- и наука сложила бы руки на коленях.

Вот что означают осторожные предсказания в науке, все эти "возможно" и "вероятно". Теперь и в физике исчезает "заносчивость" классического ее периода. Эти "вероятно" означают для нее признание того, что на сегодняшний день она знает явление не абсолютно полно и точно.

С какой нескрываемой насмешкой вы посмотрели бы на метеоролога, который изрек бы: "Завтра целый день будет жаркая погода без дождя. температура в 9 часов утра -23,8 градуса, в 12 часов дня -29,6 градуса, в 4 часа дня -27,4 градуса. Ровно в 1 час дня на небе в таких-то районах появятся облака, которые закроют на такое-то время такую-то площадь. В 5 часов вечера облака уйдут в северо-восточном направлении со скоростью 12,3 километра в час".

Ваша насмешка была бы понятна. В образовании погоды участвуют десятки факторов. Учесть все их настолько точно и согласованно, чтобы ручаться головой за абсолютную верность предсказания погоды, современная метеорология не может. Она, к сожалению, весьма нередко ошибается даже в куда менее детальных предсказаниях! Что же тогда говорить о квантовой механике, которая имеет дело с неизмеримо более труднодоступным миром сверхмалых вещей!

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №12  СообщениеДобавлено: 24 фев 2014, 10:36 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Первое знакомство с волнами материи

Но вернемся к "волнам материи". Де-Бройль в своей работе утверждает, что эти волны порождаются при движении любого предмета, будь то планета, камень, пылинка или электрон. Волны эти, подобно электромагнитным волнам, способны распространяться в совершенной пустоте. Значит, они не механические волны.

Но они могут создаваться при движении любых, в том числе и электрически не заряженных, тел. Значит, они и не1 электромагнитные волны! Других же волн в то время физика не знала. Выходит, что "волны материи"- действительно какие-то новые, дотоле не известные волны. Совершенный вздор, говорили старые физики, покачивая головами.

Они глубоко убеждены в том, что все волны, какие только могут существовать, уже известны физике. Этот молодой человек Луи де-Бройль говорит о волнах материи, а разве механические и электромагнитные волны - не волны материи? Без материи не то что волн,-ничего не существует! Де-Бройль действительно придумал не очень-то удачное название для своих волн. Но что поделать? Открываемые явления часто получают "ярлычок" гораздо раньше, чем сами же ученые начинают правильно понимать сущность своих открытий.

Так получилось и с де-Бройлем. Сущность "волн материи" оказалась настолько необычной, настолько сложной, что физики уже поломали целый лес копий, споря о ней. Да и сегодня еще ломают! Нам предстоит познакомиться с этой сущностью поближе. Именно мысль де-Бройля легла в основу современной квантовой механики.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №13  СообщениеДобавлено: 24 фев 2014, 10:38 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Почему мы не замечаем волн де-бройля?

11.jpg

Этот вопрос, вероятно, был одним из первых, поставленных недоуменными физиками перед де-Бройлем. Ответ на него хорошо бы начать с вопроса: а как мы вообще замечаем волны? Речь идет, конечно, не только о наших органах чувств. Они в этом отношении не могут блеснуть своим могуществом.

Наше ухо улавливает звуки с частотами примерно от 20 до 16 000 колебаний в секунду. Эти частоты соответствуют длинам звуковых волн в воздухе примерно от 17 метров до 2 сантиметров. Глаз наш реагирует на световые волны с длинами примерно от 0,4 до 0,8 микрона. Таковы те "окна", которые предоставила нам природа для познания волн (если не считать, конечно, поверхностных волн, например волн на море).

С помощью специальных приборов физики преобразуют непосредственно не улавливаемые нами волны в те, длины которых лежат в области упомянутых двух "окон". Это весьма значительно расширяет доступную нашему познанию область волновых явлений. С помощью радиоприемников можно улавливать и изучать радиоволны длиной в несколько метров и сантиметров, приходящие на Землю из глубин Вселенной. Сцинтилляционные счетчики1 дают возможность обнаруживать гамма-лучи, испускаемые атомными ядрами,- электромагнитные волны с длинами в миллиардные доли миллиметра.

Как видно, диапазон улавливаемых длин волн действительно весьма большой. Почему же не удалось бы уловить волньт де-Бройля? А чем их улавливать? Механические, например, звуковые волны длиною в несколько метров мы можем уловить ухом. Но эти же волны не уловит никакой радиоприемник, даже настроенный на нужную длину волны. Он ловит только радиоволны. И, наоборот, радиоволны, даже длиной в эти несколько метров, не уловит ни ухо, ни любой другой механический прибор.

открыть спойлер
Каждый род приемника отзывается только на "свой" род волн: ухо - на звуковые волны, глаз - на электромагнитные. Чем же в таком случае улавливать волны де-Бройля? Ведь они - ни те и ни другие! Это, если угодно, первый ответ на поставленный выше вопрос. Более полный ответ вы найдете в дальнейшем рассказе.

Второй ответ последует, если мы попытаемся выяснить длину "волн материи". Де-Бройль получил соотношение, связывающее длину новых волн с массой и скоростью движущихся тел. В этом соотношении буквой I ("лямбда") обозначена длина дебройлевской волны, т и v-соответственно масса и скорость тела, h-... а это наша старая знакомая - постоянная Планка.

1 В сцинтилляционных счетчиках для регистрации ядерных частиц и гамма-квантов используются специальные кристаллы. Попадание в них частиц или квантов излучения вызывает вспышку света, которая регистрируется с помощью чувствительных приборов.

Появление ее здесь весьма многозначительно. Оно говорит о том, что волны де-Бройля имеют действительно особый, квантовый характер. На этом важном вопросе мы остановимся позже, а пока выясним, какие длины волн соответствуют, согласно де-Бройлю, движению окружающих нас предметов. Сделаем несложный подсчет для планеты, камня и электрона.

Но еще до обращения к цифрам видно, что длины этих волн должны быть необычайно малы. Ведь в числитель соотношения де-Бройля входит постоянная Планка, величина которой, как мы помним, исключительно мала: 6,6-10"" эргов на секунду.

Возьмем в качестве планеты Землю. Масса ее составляет 6- 10эт граммов, скорость движения по орбите вокруг Солнца - примерно 3-Ю6 сантиметров в секунду. Внося эти цифры в соотношение де-Бройля, находим длину земной волны: Величина сверхничтожно малая. Никакими существующими или теми, которые появятся в ближайшем будущем, приборами зарегистрировать волну такой длины, конечно, нечего и надеяться! Чтобы почувствовать малость этой величины, не помогут никакие сравнения.

Посмотрим, каково положение с длиной волны камня. Пусть камень весом 100 граммов брошен со скоростью 100 сантиметров в секунду. Положение ничуть не лучше, чем с земной дебройлевской волной! Уловить такую волну - по-прежнему дело совершенно безнадежное. Эта длина волны - все еще в миллиард миллиардов раз меньше размеров столь ничтожного, не видимого ни в какие микроскопы предмета, как атомное ядро. А теперь обратимся к электрону. Масса его составляет приблизительно 10~2 грамма. Если электрон начинает двигаться в электрическом поле с разностью потенциалов в 1 вольт, то после прохождения ее он набирает скорость около 6-Ю7 сантиметров в секунду. Подстановка этих цифр в соотношении де-Бройля дает: Теперь положение совсем другое! 10 сантиметра соответствует примерно длинам волн рентгеновых лучей, а их ученые уже умеют обнаруживать. Это означает, что электронная волна де-Бройля может быть в принципе как-то уловлена.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №14  СообщениеДобавлено: 24 фев 2014, 10:40 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Попытка с полунегодными средствами

Что мы требуем от прибора? Прежде всего, чтобы он давал нам те сведения, которые мы хотим узнать. Прибор начисто лишен какой-либо самостоятельности, он покорный исполнитель воли человека.

Прибор, с помощью которого мы хотим заглянуть в микромир, в некотором роде "двулик". Он имеет как бы два конца - "вход" и <выход". На входе его разыгрываются явления, подчиняющиеся квантовым законам, а на выходе он выдает сведения, записанные классическим "языком", ибо другого "языка" наши органы чувств не воспринимают.

Мы потребовали от прибора, чтобы он сообщал нам в каждый момент о местонахождении и скорости электрона. Прибор честно признается, что делать это он не в силах. Он может давать либо сведения о скоростях без указания положений в момент измерения скорости, либо о положениях, но ничего не говоря о скоростях в этот момент.

И, если вдуматься, то во всем этом в первую очередь виноваты сами физики. Они требовали, чтобы прибор передавал сообщения о зависимости скорости электрона от его местоположения, а эти две величины неожиданно оказываются не связанными друг с другом! В этом-то и состоит одна из "причуд" микромира, одно из проявлений волновой природы частиц. Выходит, что старые классические понятия и величины, которыми сотни лет спокойно пользовались физики, оказываются негодными при вторжении в мир сверхмалых вещей!

Правильнее говоря "полунегодными". Эти понятия продолжают служить и в микромире, но теперь становится очевидной их неполноценность, ограниченность. Пределы, до которых ими можно пользоваться, и устанавливаются соотношением неопределенностей.

открыть спойлер
Электрон можно было высчитать точечной частицей и уверенно говорить о том, что он имеет точное положение в пространстве, если бы с ним не была неразрывно сопряжена волна. Она как бы размазывает положение электрона: он ведь может находиться в любом месте своей собственной волны.

И в результате для покоящегося электрона длина его волны разрастается до бесконечности, а вместе с этим и должны потерпеть крах все попытки найти его в каком-либо определенном месте. И, с другой стороны, чем быстрее движется электрон, тем точнее он "локализован" в своей волне, но даже и при предельно высоких скоростях движения его "размазанность" все еще во много раз превышает его собственные "размеры".

Неполноценными в мире сверхмалых вещей оказываются нетолько классические понятия положения и скорости электрона. Эту судьбу с ними разделяют и такие величины, как время, энергия частиц, и многие другие.

Почему же, вправе спросить вы, физики в таком случае не отбросили старые, классические понятия и величины, неудовлетворительно работающие в микромире, и не заменили их новыми, более соответствующими необычным свойствам этого мира?

Вы, наверное, даже и не догадываетесь, сколь исключительно сложен этот вопрос! Ведь он касается самой природы человеческого познания. Об этом мы будем подробнее говорить в конце нашей книги. Покажеска-жем, что смена понятий и представлений в физике, как и в любой другой области науки, - процесс необычайно длительный, сложный и тяжелый. Многие тысячи лет прошли, пока люди изменили свои первые наивные представления о Вселенной, о сущности жизни, о неживой природе, о строении атомов. А сколь наивными покажутся наши представления далеким потомкам, которые будут жить через сотни лет после нас! В наше время человеческое знание развивается с поразительной быстротой. Но все же процесс постижения сущности новых миров, новых явлений не только остается, но и, пожалуй, становится еще более трудным и противоречивым. Глубоко и правильно охарактеризовал его Эйнштейн: "Драма идей"! Так получилось и при путешествии с классическим "багажом" в мире сверхмалых вещей.

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Сообщение №15  СообщениеДобавлено: 24 фев 2014, 10:41 
Аватара пользователя
Не в сети

Зарегистрирован: 09 ноя 2012, 14:24
Сообщения: 1091
Имя: Михаил
Пол: мужской
Город: родной
Рассказывает измерительный прибор

Вернемся к волнам де-Бройля. Согласно тому толкованию, которое им придал Борн и которое в конце концов воплотилось в уравнении Шредингера, эти волны, в частности, проявляются в волнообразном распределении мест попадания электронов на фотопластинке. Но чтобы эта картина возникла совершенно отчетливо, нужно, как мы видели, много электронов.

А какой смысл имеет дебройлевская волна для одного электрона? Это мы также уже знаем: она отклоняет электрон от классического "пути следования". Без этого отклонения дифракционная картина не могла бы помниться вовсе.

Кажется, понятно. Но это объяснение оставляет какое-то чувство неудовлетворенности. После неоднократных высказываний о причудливости мира сверхмалых вещей почему-то хочется, чтобы волновые свойства частиц проявились, что ли, ярче, "незаурядней".

Что ж, микромир охотно может удовлетворить такое желание. Допустим, мы производим в нем измерение. Нас не будет интересовать, какой кон-чретный вид имеет измерительный прибор. На него Еозложена задача: следить за электронами, измерять их скорость и положение в пространстве :i каждый момент времени.

Электрон - частичка очень маленькая. Чтобы уследить за ней, нужен был бы "сверхсильный" микроскоп. На минуту допустим, что такой микроскоп можно было бы создать.

Первый вопрос - как провести измерение? Чтобы увидеть какой-нибудь предмет, его надо осветить. В полной темноте ничего не увидишь.

А чем освещать? Это зависит от размеров предмета. Ведь первое условие для получения четкого изображения предмета состоит в том, чтобы длина волны освещения была меньше размеров предмета. Обычный световой микроскоп работает на световых волнах с длиной примерно от 0,4 до |.8 микрона, а потому дает четкие изображения предметов размерами не меньше примерно двух-трех микрон.

открыть спойлер
А вот предметы размерами, скажем, в полмикрона в таком микроскопе :шдны расплывчато. Когда эти размеры становятся того же порядка величины, что и длина волны освещения, возникает сильная . дифракция света, il вместо четкого изображения предмета получается дифракционная картина - чередование темных и светлых полос, повторяющих его контуры.

Если же попытаться рассмотреть еще более мелкий предмет, то его изображение пропадает вовсе: свет идет мимо предмета так, как если бы его новее не было.

Электрон - не пылинка, не бактерия, размеры его (мы дальше увидим, что о них можно говорить лишь условно) чуть ли не в миллиард раз меньше длины световых волн. Чем же его осветить? К счастью, существуют гамма-лучи с очень короткими длинами волн.

Выберем себе электрон для наблюдения, осветим гамма-лучом... и ничего не увидим! Совсем ничего - был электрон и исчез. Даже не оставил дифракционных колец. И сколько раз мы ни будем пытаться увидеть изображение электрона - из этого ничего не выйдет.

R чем же дело? Да, электрон действительно не пылинка, а гамма-квант - это не световой фотон. Пылинка все-таки имеет заметный вес, а фотон света несет с собой очень небольшую энергию и, значит, небольшой импульс. Откуда же у фотона импульс? А вот откуда. Мы уже знаем, что фотон может вести себя подобно частице - это еще Эйнштейн показал в своей теории фотоэффекта. Судите сами: фотон имеет в пустоте всегда одну и ту же скорость - скорость света, но вот длина волны у него может быть разная. Применим к фотону соотношение де-Бройля и положим в нем скорость v равной скорости света с. Тогда можно найти и массу фотона (это, разумеется, масса движущегося фотона; масса покоя фотона строго равна нулю): А импульс фотона есть произведение его массы на его скорость. Не устали от математики? Нет? Тогда продолжим: из этой формулы видно, что с уменьшением длины волны фотона импульс его быстро растет.

Ударил световой фотон по пылинке, передал ей свой импульс и отразился от нее, пошел дальше через оптическую систему микроскопа - в глаз. А пылинка от этого удара даже не шелохнется. Лежала она неподвижно - и останется лежать, а двигалась - так почти ни на йоту от этого удара не изменит своего движения.

Другое дело - электрон. Масса у него совершенно ничтожная в сравнении с пылинкой, импульс, как мы увидим дальше, даже у чрезвычайно быстрого электрона очень мал. А посылаем мы на него гамма-фотон, у которого импульс чуть ли не в миллиард раз больше, чем у его светового собрата. Ударит такой гамма-фотон по электрону - и поминай как звали! Был электрон где-то здесь, а теперь улетел неизвестно куда. Вот, действительно, жди себе его изображения или дифракционных колечек! Выходит, дело плохо. Скажем, известно, что электрон летит, а с какой скоростью летит, сказать нельзя: осветили его гамма-фотоном, а электрон от этого изменил скорость. Или, скажем, известно, что у электрона скорость равна нулю, лежит он где-то неподвижно. А найти его место невозможно: осветили его - и электрон снялся и улетел неведомо куда. Со старичком-микроскопом куда легче работать! Двигается в его поле зрения пылинка или бактерия, так мы в любой момент времени можем сказать, и где она находится, и какая у нее скорость. А попробуем мы установить местоположение электрона, так скорость его не определим, а попробуем определить скорость, так саму частицу потеряем. Вот какие странные вещи творятся на свете!

_________________
Уважаемые читатели! Для того чтобы отображались все картинки необходима регистрация.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 24 ]  На страницу 1, 2  След.

Текущее время: 12 дек 2017, 16:21

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1

Вы не можете начинать темыВы не можете отвечать на сообщенияВы не можете редактировать свои сообщенияВы не можете удалять свои сообщенияВы не можете добавлять вложения
Перейти:  

 

 

 

cron