Главная » Бесплатные рефераты » Бесплатные рефераты по концепции современного естествознания »

Микромир: концепции современной физики

Тема: Микромир: концепции современной физики

Раздел: Бесплатные рефераты по концепции современного естествознания

Введение

Микромир – это мир элементарных частиц, атомов, молекул и некоторых надмолекулярных структур типа клетки и т.п. Это мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов. (Пространственная размерность, которых исчисляется от 10^-16 до 10^-6 см, а время жизни – от бесконечности до 10^-24 с до бесконечности).

Часто по жизни мы связываем это понятие, прежде всего, с размерным фактором: микро- – это нечто очень маленькое. При более точно описании вспоминаем, что приставка микро - эквивалентна умножению некоторого числа на 10^-6, например, что микрометр (микрон) это одна миллионная доля метра и т.д.

Изучение объектов микромира в нашей жизни, как раньше, так и в настоящее время, играют не маловажную роль. С давних пор самый маленький объект на Земле до XIX в. считался атом, пока не началось более детальное исследование, которое доказало, что в состав атома входят намного меньшие по размерам частицы-электроны. Поэтому считаю изучение данной темы актуальной и в наше время, так как приборы совершенствуются и возможно когда-нибудь ученые докажут что есть объекты намного меньшие размеров электрона.

Главной целью этой работы я считаю изучение природы микромира, расширения понятия Микромир и применение явлений в квантовой физике.

Поставленная цель достигается путем решения следующих задач:

- изложить сущность квантово-механической концепции описания микромира;

- объяснить взгляды М. Планка, Луи де Бройля, Э. Шредингера, В. Гейзенберга, Н. Бора и др. на природу микромира;

- рассмотреть особенности волновой генетики.

Вопрос № 1: «Изложите сущность квантово-механической концепции описания микромира»

Квантово-механическое описание микромира основывается на соотношении неопределенностей, установленном немецким физиком В. Гейзенбергом, и принцип дополнительности Н. Бора.

Суть соотношения неопределенностей В. Гейзенберга заключается в следующем. Ставится задача определить состояние движущейся частицы. Если бы можно было воспользоваться законами классической механики, то ситуация была бы простой. Но законы классической механики для микрочастиц применяться не могут: невозможно не только практически, но и вообще с одинаковой точностью установить место и величину движения микрочастицы. Только одно из этих двух свойств можно определить точно. В своей книге «Физика атомного ядра» В. Гейзенберг раскрывает содержание соотношения неопределенностей. Он пишет: «Никогда нельзя одновременно точно знать оба параметра – координату и скорость». Никогда нельзя одновременно знать, где находится частица, как быстро и в каком направлении она движется. Если ставится эксперимент, который точно показывает, где частица находится в данный момент, то движение нарушается в такой степени, что частицу после этого невозможно найти. И наоборот, при точном измерении скорости нельзя определить место расположения частицы.и

Соотношение неопределенностей есть выражение невозможности наблюдать микромир, не нарушая его. Любая попытка дать четкую картину микрофизических процессов должна опираться либо на корпускулярное, либо на волновое толкование. При корпускулярном описании измерение проводится для того, чтобы получить точное значение энергии и величины движения микрочастицы, например, при рассеивании электронов. При экспериментах, неправленых на точное определение места, напротив, используется волновое объяснение, в частности, при наблюдении отклонения лучей.

Фундаментальным принципом квантовой механики, наряду с соотношением неопределенностей, является принцип дополнительности, которому Н. Бор дал следующую формулировку: «Понятие частицы и волны дополняют друг друга и в то же время противоречат друг другу, они являются дополняющими картинами происходящего».

Противоречия корпускулярно-волновых свойств микрообъектов

является результатом неконтролируемого взаимодействия микрообъектов и макроприборов. Имеется два класса приборов: в одних квантовые объекты ведут себя как волны, в других – подобно частицам.

Поэтому корпускулярная и волновая картины должны дополнять одна другую, т.е. быть комплементарными. Только при учете обоих аспектов можно получить общую картину микромира.

Вопрос № 2: «Объясните взгляды М. Планка, Луи Де Бройля, Э.Шредингера, В. Гейзенберга, Н. Бора и др. на природу микромира»

Изучая микрочастицы, ученые столкнулись с парадоксальной, с точки зрения классической науки, ситуацией: одни и те же объекты обнаруживали как волновые; так и корпускулярные свойства.

Первый шаг в этом направлении был сделан немецким физиком М. Планком.

В 1900 году появилась работа немецкого физика М. Планка, в которой он пришел к ошеломляющему выводу о том, что в процессах излучения энергия может быть отдана или поглощена не непрерывно и не в любых количествах, а лишь в известных неделимых порциях - квантах. Такое представление противоречило классическим воззрениям, но прекрасно объясняло результаты экспериментов (в 1918 году эта работа была удостоена Нобелевской премии по физике). Спустя пять лет Альберт Эйнштейн показал, что не только излучение, но и поглощение энергии должно происходить дискретно, порциями, и сумел объяснить особенности фотоэффекта (Нобелевская премия 1921 года). Световой квант - фотон, по Эйнштейну, имея волновые свойства, одновременно во многом напоминает частицу (корпускулу). В отличие от волны, например, он либо поглощается целиком, либо не поглощается вовсе. Так возник принцип корпускулярно-волнового дуализма электромагнитного излучения.

Важная особенность микромира заключается в том, что электрон ведет себя подобно частице, когда движется во внешнем электрическом или магнитном поле, и подобно волне, когда дифрагирует, проходя через кристалл. Поведение потока частиц – электронов, атомов, молекул - при встрече с препятствиями или отверстиями атомных размеров подчиняется волновым законам: наблюдаются явления дифракции, интерференции, отражения, преломления. В 1924 г. французский физик Луи де Бройль предположив, что все без исключения частицы - электроны, протоны и целые атомы обладают волновыми свойствами, то есть электрон – это волна определенной длины. А в 1929 году де Бройль получил за нее Нобелевскую премию.

Идеи де Бройля углубил и развил австрийский физик Эрвин Шредингер. В 1926 году он вывел систему уравнений - волновых функций, описывающих поведение квантовых объектов во времени в зависимости от их энергии (Нобелевская премия 1933 года). Из уравнений следует, что любое воздействие на частицу меняет ее состояние. А поскольку процесс измерения параметров частицы неизбежно связан с воздействием, возникает вопрос: что же регистрирует измерительный прибор, вносящий непредсказуемые возмущения в состояние измеряемого объекта? Таким образом, исследование элементарных частиц позволило установить, по крайней мере, три чрезвычайно удивительных факта, касающихся общей физической картины мира. Во-первых, оказалось, что процессами, происходящими в природе, управляет чистый случай. Во-вторых, далеко не всегда существует принципиальная возможность указать точное положение материального объекта в пространстве. И, в-третьих, поведение таких физических объектов, как "измерительный прибор", или "наблюдатель", не описывается фундаментальными законами, справедливыми для прочих физических систем. Впервые к таким выводам пришли сами основоположники квантовой теории - Нильс Бор, Вернер Гейзенберг, Вольфганг Паули. Вполне возможно, однако, что подобные заключения были сделаны слишком поспешно. В 1952 году американский физик-теоретик Дэвид Д. Бом создал глубоко проработанную квантовую теорию, отличную от общепринятой, которая так же хорошо объясняет все известные ныне особенности поведения субатомных частиц. Она представляет собой единый набор физических законов, позволяющий избежать какой-либо случайности в описании поведения физических объектов, а также неопределенности их положения в пространстве. Несмотря на это, бомовская теория до самого последнего времени почти полностью игнорировалась.

Квантово-механическое описание микромира основывается на соотношении неопределенностей, установленном В.Гейзенбергом и принципе дополнительности Н.Бора.

Суть соотношения неопределенностей В.Гейзенберга заключается в следующем. Невозможно не только практически, но и вообще с одинаковой точностью место и величину движения микрочастиц. Только одно из этих свойств можно определить точно. Никогда нельзя одновременно знать, где находится частица, как быстро и в каком направлении она движется.

Принцип неопределённости Гейзенберга - в квантовой физике так называют закон, который устанавливает ограничение на точность (почти) одновременного измерения переменных состояния, например, положения и импульса частицы. Кроме того, он точно определяет меру неопределённости, давая нижний (ненулевой) предел для произведения дисперсий измерений.

В терминах квантовой механики, процедура применения оператора привела частицу в смешанное состояние с определённой координатой. Любое измерение импульса частицы обязательно приведёт к дисперсии значений при повторных измерениях. Кроме того, если после измерения импульса мы измерим координату, то тоже получим дисперсию значений. В более общем смысле, соотношение неопределённости возникает между любыми переменными состояния, определяемыми некоммутирующими операторами. Это - один из краеугольных камней квантовой механики.

Принцип дополнительности - один из важнейших принципов квантовой механики, сформулированный в 1927г. Н. Бором. Согласно этому принципу, для полного описания квантово-механических явлений необходимо применять два взаимоисключающих и дополнительных набора классических понятий, совокупность которых даёт информацию об этих явлениях как о целостных.

Противоречия корпускулярно-волновых свойств микрооъектов являются результатом неконтролируемого взаимодействия микрообъектов и макроприборов. Имеются два класса приборов: в одних квантовые объекты ведут себя как волны, в других – подобно частицами. М.Борн образно заметил, что волны и частицы – «проекция» физической реальности на экспериментальную ситуацию.

В микромире корпускулярная и волновая картина сами по себе не являются достаточными, как в мире больших тел. Обе картины законны, и противоречия между ними снять нельзя. Поэтому корпускулярная и волновая картины должны дополнять одна другую, т.е. быть комплементарными. Только при учете обоих аспектов можно получить общую картину микромира.

Вопрос № 3: «Особенности волновой генетики»

Петр Горяев доктор биологических наук, академик Российской академии медико-технических наук, директор Института Квантовой Генетики является основателем волновой генетики в России. Главная идея П. Горяева: наши ДНК являются антеннами, через которые из космоса к ним поступает информация. Мы постоянно подпитываемся информацией из космоса. Генетическая информация может существовать в виде электромагнитного поля и может быть передана из одного организма в другой.

Генетический аппарат человека содержит только около 35000 белковых генов, что составляет всего 2% ДНК человека. Функции основной части генетического аппарата, то есть 98% ДНК, до сих пор не поняты. Фактически такое положение в биологии и в её главной части, генетике, означает кризис. В то же время существует направление в эмбриологии и генетике, начатое Российскими учеными около 80 лет назад. В основе этого направления лежит фундаментальная идея, что генетическая информация существует одновременно в двух видах – вещественном (белковые гены) и волновом. Волновой уровень кодирования генетической информации включает в себя такие составляющие как голографическая память хромосомного континуума, текстоподобность ДНК и другие формы волновых функций хромосом. Одним из основных проявлений функций генома на волновом уровне является его квантовая нелокальность. Нелокальность означает, что информационная голограмма генома (проект организма) не ограничена какими-либо пространственными рамками, а распространена на всю Вселенную. Это не исключает канонической модели генетического белкового кода, она является лишь частью интегральных вещественно-волновых знаковых механизмов хромосомного континуума биосистем. Начиная с 30-х годов внимание исследователей привлекает, роль электромагнитных излучений не только как источника энергии, но и в качестве канала информации, используемой живыми системами для авторегуляции процессов жизнедеятельности.

Получены реальные доказательства теоретических моделей. Генетическая информация действительно может существовать в форме электромагнитных – фотонных или радиоволновых полей, несущих полезный сигнал на квантовом параметре поляризации электромагнитных векторов. Такая поляризационно-радиоволновая информация имеет очень высокую избирательность и может на больших расстояниях управлять физиолого-генетическими процессами определенных организмов.

Однако волновая генетика развивается очень медленно в силу многих причин. Новое рождается в муках – таков закон жизни. Новая научная парадигма, в том числе и прообраз волновой генетики, начала формулироваться в первой половине 20 века. Русский ученый А.Любищев писал: «Гены не являются ни живыми существами, ни кусками хромосомы, ни молекулами автокалитических ферментов, ни радикалами, ни физической структурой, ни силой, вызываемой материальным носителем, мы должны признать ген как нематериальную субстанцию». Через полвека П.Горяев в своей книге «Волновой генетический код» продолжил: «Ситуация сейчас напоминает положение в классической физике начала ХХ в., когда с открытием элементарных частиц материи вещество вроде бы исчезло, осталось нечто, которое назвали неопределенным термином «энергия». Но если физика с достоинством приняла как реальность парадоксы «здесь и там одновременно», «волна и частица совмещены», «электрон резонирует со всей Вселенной», «вакуум – ничто, но он порождает всё», то биологии только предстоит пройти сходный путь, и он будет гораздо тяжелее

Заключение

Принципиально новыми моментами в исследовании микромира стали:

Каждая элементарная частица обладает как корпускулярными, так и волновыми свойствами.
Вещество может переходить в излучение (аннигиляция частицы и античастицы дает фотон, т.е. квант света).
Можно предсказать место и импульс элементарной частицы только с определенной вероятностью.
Прибор, исследующий реальность, влияет на нее.
Точное измерение возможно только при излучении потока частиц, но не одной частицы.

Все вышеизложенные революционные открытия в физике перевернули ранее существующие взгляды на мир. Исчезла убежденность в универсальности законов классической механики, ибо разрушились прежние представления о неделимости атома, о постоянстве массы, о неизменности химических элементов и т.д. Теперь уже вряд ли можно найти физика, который считал бы, что все проблемы его науки можно решить с помощью механических понятий и уравнений.

Рождение и развитие квантовой физики, таким образом, окончательно сокрушило прежнюю механистическую картину мира. Но классическая механика Ньютона при этом не исчезла. По сей день, она занимает почетное место среди других естественных наук. С ее помощью, например, рассчитывается движение искусственных спутников Земли, других космических объектов и т.д. Но трактуется она теперь как частный, случай квантовой механики, применимый для медленных движений и больших масс объектов макромира.

Список использованных источников

Б.Я. Пахомов, «Становление современной физической картины», М., 1985.
В.И. Лавриненко, В.П.Ратников, «Концепции современного естествознания», М., 2004.
Г. Идлис, «Революция в астрономии, физике и космологии», М., 1985.
П.П. Горяев, «Волновой генетический код», М., 1997.
С. Дорфман, «Всемирная история физики с начала 19 века до середины 20 века», М., 1979.

1. Атом – фундаментальная строительная единица материи, состоящая из ядра и движущихся по орбитам электронов.

2. Бозоны – элементарные частицы, имеющие целочисленный спин и переносящие физические взаимодействия.

3. Вакуум – низшее энергетическое состояние поля, при котором число квантов равно нулю

4. Галактика – основной структурный элемент Вселенной, состоящий из объединенных звездный систем, связанных между собой силой гравитации.

5. Детерминизм – учение об однозначной связи между причиной и следствием.

6. Интерференция – взаимное наложение волн.

7. Квазар – мощные источники электромагнитного излучения, представляющие собой очень активные ядра далеких галактик.

8. Кварк – элементарные частицы с дробным зарядом, из которых, по современным физическим представлениям, состоят все вильновзаимодействующие (внутриядерные частицы).

9. Коллайдер – ускоритель на встречных пучках элементарных частиц.

10. Литосфера – земная оболочка, включающая в себя земную кару и часть верхней мантии до астеносферы.

11. Макромир – маар в масштабах, с которыми люди сталкиваются в повседневной жизни.

12. Мегамир – мир в масштабах звездных систем и галактик.

13. Микромир – мир в масштабах атомов и элементарных частиц.

14. Наука – сфера человеческой деятельности, в которой вырабатываются и теоретически систематизируются знания о действительности, допускающие доказательство или эмпирическую проверку.

15. Онтогенез – развитие индивида.

16. Полимеры – молекулы, состоящие из длинных цепей атомов – мономеров. Это цепи свернутые в клубки.

17. Реликтовое излучение – равномерно распределенное во вселенной электромагнитное излучение, сохранившееся до наших дней со времени образования Вселенной.

18. Сингулярность – область и состояние с формально бесконечной плотностью.

19. Тяготение – взаимодействие между всеми телами, выражающиеся в виде их взаимного притяжения.

20. Триплет – кодовое число, соответствующее одной определенной аминокислоте.

21. Фенотип – совокупность признаков организма, сформировавшихся в процессе его индивидуального развития.

22. Фотон – элементарная частица, квант электромагнитного излучения, распространяющаяся в пространстве с предельно возможной скоростью 300 000 км/с.

23. Хромосома – часть ядра клетки, состоящая из белка и нуклеиновых кислот, в которой заключена наследственная информация об организме.

24.Черная дыра – космический объект, возникший в результате сжатия тела гравитационными силами. Основное свойство черной дыры заключается в том, что никакие сигналы (свет, частицы), испускаемые из внутренней части черной дыры не могут выйти наружу, так как не могут преодолеть силы притяжения.

25. Эффектор – дифференцированная структура (клетка, ткань, орган или система органов), осуществляющая специфическую реакцию в ответ на стимулы, поступающие из нервной системы.

26. Квантовая механика (волновая механика) – это теория, устанавливающая способ описания и законы движения на микроуровне.

Внимание!

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы

Бесплатная оценка

Размер: 16.61K

Скачано: 254

Скачать бесплатно

11.04.13 в 19:58 Автор:

Понравилось? Нажмите на кнопочку ниже. Вам не сложно, а нам приятно).

Чтобы скачать бесплатно Контрольные работы на максимальной скорости, зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

Важно! Все представленные Контрольные работы для бесплатного скачивания предназначены для составления плана или основы собственных научных трудов.

Друзья! У вас есть уникальная возможность помочь таким же студентам как и вы! Если наш сайт помог вам найти нужную работу, то вы, безусловно, понимаете как добавленная вами работа может облегчить труд другим.

Добавить работу

Если Контрольная работа, по Вашему мнению, плохого качества, или эту работу Вы уже встречали, сообщите об этом нам.

Добавление отзыва к работе

Добавить отзыв могут только зарегистрированные пользователи.