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

Вуз: ВЗФЭИ

Год и город: Барнаул 2010

Содержание

Введение 2

1 Сущность квантово-механической концепции описания микромира 3

2 Взгляды М. Планка, Луи де Бройля, Э. Шредингера, В. Гейзенберга, Н. Бора и др. на природу микромира 4

3 Особенности волновой генетики 8

Заключение 11

Список использованной литературы 12

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).

Актуальность темы заключается в том, что изучение объектов микромира в нашей жизни, как раньше, так и в настоящее время, играют не маловажную роль. С давних пор людей интересовали вопросы, на которые они не могли дать адекватные ответы, например, самый маленький объект на Земле до XIX в. считался атом, пока не началось более детальное и «смелое» исследование, которое доказало, что в состав атома входят намного меньшие по размерам частицы-электроны.

Целью этой работы является изучение природы микромира.

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.

1 Сущность квантово-механической концепции описания микромира

В конце XIX начале XX вв. физика вышла на уровень исследования микромира, для описания которого концептуальные построения классической физики оказались непригодными.

В результате научных открытий были опровергнуты представления об атомах как о последних неделимых структурных элементах материи. История исследования строения атома началась в 1895 г. благодаря открытию Дж. Дж. Томсоном электрона — отрицательно заряженной частицы, входящей в состав всех атомов. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, а атом в целом электрически нейтрален, то было сделано предположение о наличии помимо электрона и положительно заряженной частицы. Опыты английского физика Э. Резерфорда с альфа-частицами привели его к выводу о том, что в атомах существуют ядра — положительно заряженные микрочастицы, размер которых (10^{-12 см) очень мал по сравнению с размерами атомов (10-8 см).}

Было обнаружено, что атомы одних элементов могут превращаться в атомы других в результате радиоактивности. Явление радиоактивности, окончательно опровергнувшее представление о неделимости и непревращаемости атома, заключается в самопроизвольном превращении неустойчивых ядер атомов радиоактивных элементов в результате ядерных излучений [2, с 82].

В 1900г. Появилась работа немецкого физика Макса Планка, он пришел к выводу, что в процессах излучения энергия может быть отдана или поглощена не непрерывно и не в любых количествах, а лишь в известных неделимых пропорциях – квантах. Такое представление противоречило классическому мировоззрению.

Можно описать поведение микрообъектов благодаря работам немецкого физика В. Гейзенберга установившего принцип неопределенности (Невозможно знать одновременно точно координаты и импульс частицы, их можно определить только с некоторой степенью вероятности.), и датского физика Н. Бора сформулировавшего принцип дополнительности (Волновые и корпускулярные описания микрообъекта не исключают, а дополняют друг друга и только вместе дают полное описание объекта) [4, с 118].

2 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. Как известно, в конце XIX в. в физике возникла трудность, которая получила название ультрафиолетовой катастрофы".В соответствии с расчетами по формуле классической электродинамики интенсивность теплового излучения абсолютно чёрного тела должна была неограниченно возрастать, что явно противоречило опыту. В процессе работы по исследованию теплового излучения М. Планк 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 [1, с 104].

Первым физиком, который восторженно принял открытие элементарного кванта действия и творчески развил его, был Альберт Эйнштейн. В 1905 г. он перенес гениальную идею квантового поглощения и отдачи энергии при тепловом излучении на излучение вообще и таким образом обосновал новое учение о свете.

Представление о свете как о дожде быстро движущихся квантов было чрезвычайно смелым, почти дерзким, в правильность которого вначале поверили немногие. Прежде всего, с расширением квантовой гипотезы до квантовой теории света был не согласен сам М. Планк, относивший свою квантовую формулу только к рассматриваемым им законам теплового излучения чёрного тела [1, с 104].

Развивая представления М. Планка и А. Эйнштейна, французский физик Луи де Бройль в 1924 г. выдвинул идею о волновых свойствах материи.

Луи де Бройль утверждал, что волновые свойства, наряду с корпускулярными, присущи всем видам материи: электронам, протонам, атомам, молекулам и даже макроскопическим телам.

В 1926 г. австрийский физик Э. Шреденгер нашел математическое уравнение, определяющее поведение волн материи, - уравнение Шредингера.

Мысль Луи де Бройля о всеобщем «дуализме» частицы и волны позволила построить теорию, с помощью которой можно было охватить свойства материи и света в их единстве. Кванты света становились при этом особым моментом всеобщего строения микромира [1, с 106].

Окончательное формирование квантовой механики как последовательной теории произошло благодаря работам немецкого физика В. Гейзенберга, установившего принцип неопределенности, и датского физика Н. Бора, сформулировавшего принцип дополнительности, на основе которых описывается поведение микрообъектов.

Суть соотношения неопределенностей В. Гейзенберга заключается в следующем. Допустим, ставится задача определить состояние движущейся частицы. В своей книге «Физика атомного ядра» В. Гейзенберг раскрывает содержание соотношения неопределенностей. Он пишет, что 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 местоположение частицы [1, с 107].

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

Противоречия корпускулярно-волновых свойств микрообъектов являются результатом неконтролируемого взаимодействия микрообъектов и макрообъектов. Имеется два класса приборов: в одних квантовые объекты ведут себя как волны, в других – как частицы. В экспериментах мы наблюдаем не реальность как таковую, а лишь квантовое явление, включающее результат взаимодействия прибора с микрообъектом. М. Борн образно заметил, что волны и частицы – это «проекции» физической реальности на экспериментальную ситуацию [1, с 108].

В основе представлений о микромире лежит атомистическая концепция о строении материи.

Систематические исследования строения атомов начались в 1897 г. благодаря открытию Дж. Томсоном электрона – отрицательно заряженной частицы, входящей в состав всех атомов. В 1903 г. Дж. Томсон, развивая идеи У. Томсона о строении атома (У. Томсон в 1902 г. предложил первую модель атома, согласно которой положительный заряд в атоме распределен в достаточно большой области, а электроны вкраплены в него, как «изюм в пудинг»), усовершенствовал модель атома. Атом по Дж. Томсону, представлял собой положительно заряженный шар с вкрапленными в него электронами, суммарный отрицательный заряд которых по модулю равен положительному заряду шара. Поскольку масса электрона приблизительно в 2000 раз меньше массы атома водорода, то предполагалось, что почти вся масса атома определяется массой положительного заряда [3, с 25].

В 1911 г. Э. Резерфорд предложил модель атома, которая напоминала Солнечную систему: в центре находится атомное ядро, а вокруг него по своим орбитам движутся электроны. Однако эта модель содержала неразрешимое противоречие, заключавшееся в том, что электроны по круговым орбитам движутся с ускорением, а следовательно, согласно законам электродинамики они обязаны излучать электромагнитную энергию. В этом случае электроны очень быстро потеряли бы свою энергию и упали бы на ядро, но опыт показывает, что этого не происходит.

В 1913 г. физику Н. Бору удалось усовершенствовать планетарную модель атома Резерфорда и тем самым разрешить имеющиеся в ней противоречия. Для этого Бору потребовалось ввести два постулата, совершенно не совместимые с классической физикой:

1) из бесчисленного множества электронных орбит, возможных с точки зрения классической механики, осуществляются в действительности только некоторые дискретные круговые орбиты, удовлетворяющие определенным квантовым условиям. Электрон, находящийся на одной из этих орбит, несмотря на то, что он движется с ускорением, обусловленным изменением направления вектора скорости, не излучает электромагнитных волн (света);

2) излучение испускается или поглощается атомом в виде порции (кванта) энергии при переходе электрона из одного стационарного (устойчивого) состояния в другое, т.е. при переходе с одной стационарной орбиты на другую (рисунок 1) [3, с 26].

Орбиты электрона в атоме водорода

Рисунок 1. Орбиты электрона в атоме водорода, по Бору (hv₁=Е₃-Е₁-энергия фотона, поглощенного электроном при переходе с первой орбиты на третью; hv₂=E₃-E₂ – энергия фотона, излученного электроном при переходе с третьей орбиты на вторую; h – постоянная Планка; v₁ и v₂ – частоты излучения; Е₁, Е₂ и Е₃ – энергия электрона на первой,

Следующий шаг в развитии атомистической концепции был сделан в 1932 г. в связи с открытием английским физиком Дж.Чедвиком электрически нейтральной частицы нейтрона. Было установлено, что все ядра атомов состоят из протонов и нейтронов. Протон – ядро атома водорода, имеющее положительный заряд, равный по модулю заряду электрона. Протон был открыт в 1919 г. Резерфордом. Таким образом, в начале 30-х годов XX в. стало ясно, что роль первичных неделимых частиц, из которых состоит вся материя, перешла от атомов к электронам, протонам и нейтронам. Эти частицы получили название элементарных [3, с 27].

3 Особенности волновой генетики

Открытия, сделанные в квантовой механике, оказали плодотворное воздействие не только на развитие физики, но и на другие области естествознания, прежде всего на биологию, в рамках которой была разработана концепция волновой, или квантовой генетики [1, с 110].

Ученый А. А. Любищев в труде «О природе наследственных факторов», изданном в 1925 г., писал о том, что гены не являются ни частями хромосомы, ни молекулами автокаталитических ферментов, ни радикалами, ни физической структурой. Он считал, что нужно признать ген как потенциальную субстанцию. Лучшему пониманию идей А.А. Любищева способствует аналогия генетической молекулы с нотной записью. Нотная запись сама по себе вещественна и представляет собой значки на бумаге, но реализуются эти значки не в вещественном виде, а в звуках, которые являются акустическими волнами.

Развивая эти идеи, А.Г. Гурвич утверждал, что в генетике «необходимо ввести понятие биологического поля, свойства которого формально заимствованы из физических представлений [1, с 111].

Идеи А.А. Любищева и А.Г. Гурвича являются выдающимся интеллектуальным достижением, опередившим свое время. Суть их идей заключена в триаде:

гены дуалистичны – они вещество и поле одновременно;
полевые элементы хромосом размечают пространство-время организма и тем самым управляют развитием биосистем;
гены обладают эстетически-образной и речевой регуляторными функциями [1, с 112].

Китайский исследователь Цзян Каньчжен провел серию супергенетических экспериментов. Отличие работ Цзян Каньчжена в том, что он проводил эксперименты не на клеточном уровне, а на уровне организма. Он исходи из того, что ДНК как генетический материал существует в двух формах: пассивной (в виде ДНК) и активной (в виде электромагнитного поля). Первая форма сохраняет генетический код и обеспечивает стабильность организма, а вторая в состоянии его изменить путем воздействия на него биоэлектрическими сигналами. Китайский ученый сконструировал аппаратуру, которая была способна считывать, передавать на расстояние и вводить волновые супергенетические сигналы с биосистемы-донора в организм-акцептор [1, с 112].

Возникла необходимость в теоретическом развитии модели волнового генома, в физико-математическом и теоретико-биологическом осмыслении работы хромосомы как совокупности молекул ДНК в полевом и вещественном измерении.

Первые попытки решить эту задачу предприняли российские ученые П.П. Гаряев, А.А. Березин и А.А. Васильев [1, с 113].

В рамках теории, разработанной ими и получившей название волновой генетики, было выдвинуто, обосновано и экспериментально подтверждено несколько основных положений.

- Гены – не только вещественные структуры, но и волновые матрицы, по которым, как по шаблонам, строится организм [1, с 113].

- Гены – это не только то, что составляет так называемый генетический код, но и вся остальная, большая часть ДНК, которая раньше считалась бессмысленной [1, с 114].

- Собственной информации хромосом недостаточно для развития организма. Хромосомы по некоторому измерению обращены в физический вакуум, который дает главную часть информации для развития эмбриона. Генетический аппарат способен сам и с помощью вакуума генерировать командные волновые структуры типа голограмм, обеспечивающих развитие организма [1, с 115].

- Тексты ДНК и голограммы хромосомного континуума могут читаться в многомерном пространственно-временном и семантическом вариантах. Существуют волновые языки генома клеток, сходные с человеческими [1, с 115].

Заключение

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

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.

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.

Список использованной литературы

Концепции современного естествознания: учебник для студентов вузов/ под ред. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2009-319 с.
Концепции современного естествознания: Учебник для вузов/ В.Н. Лавриненко, В.П. Ратников, В.Ф. Голубь и др.; Под ред. проф. В.Н. Лавриненко, проф. В.П. Ратникова. – М.: Культура и спорт, ЮНИТИ-ДАНА, 1997-271 с.
Романов В.П. Концепции современного естествознания: Учеб. Пособие для студентов вузов – 3-е изд., испр. и доп. – М.: Вузовский учебник, 2008-282 с.
Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: учебник для студентов вузов, обучающихся по гуманитарным специальностям/ Г.И. Рузавин. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2008-304 с.

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: 50.28K

Скачано: 312

Скачать бесплатно

24.05.11 в 12:40 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.

Микромир: концепции современной физики

Добавление отзыва к работе

Похожие работы