Контрольная работа по предмету
Концепция современного естествознания
На тему:
«Микромир: концепции современной физики»
| Выполнила: Морозова Анна Евгеньевна 1 курс |
| Преподаватель: Коростелева Н.А. |
Владимир
2008
Содержание
I. Введение………………………………………………………….….3
II. Микромир: концепции современной физики…………….….4
1. Изложите сущность квантово - механической концепции описания микромира…………………………………………….….4
2. Объясните взгляды М. Планка, Луи де Бройля, Э. Шредингера, В. Гейзенберга, Н. Бора и др. на природу микромира…………………………………………………………….7
3. Подчеркните особенности волновой генетики………………..9
III. Заключение…………………………………………………………12
IV. Список использованных источников…………………………13
I. Введение
В этой контрольной работе моя цель - ответить на вопросы по теме: Микромир: концепции современной физики. Вопроса всего три.
Отвечая на них, своей задачей я вижу раскрытие главных понятий квантовой физики с современной точки зрения, описание становления квантовой механики, как полноправного раздела физики, и, наконец, описание возможностей применения этих знаний в других науках, например в биологии (в данном случае в генетике).
При работе над поставленными задачами я использовала такие методы, как отбор литературы, компоновка отобранного материала и внедрение логической цепочки повествования.
Этапы работы: сначала я нашла нужную литературу в областной библиотеке, затем дополнила теми книгами и учебниками, которые находятся в моем личном пользовании, после этого выбрала конкретный материал из этих источников и приступила к написанию работы. По ходу я смотрела недостающие данные в сети Интернет.
II. Ответы на вопросы
1. Изложите сущность квантово - механической концепции описания микромира.
Первым шагом на пути построения новой, квантовой физики и вместе с ней новой физической картины мира явилась гипотеза М. Планка, сформулированная в 1900 году: атомы излучают свет дискретными порциями, квантами. В 1905 году А. Эйнштейн высказал предположение, что свет не только излучается, но и распространяется, а также поглощается веществом дискретными пропорциями, квантами (фотонами). В 1913 г. Н. Бор и А. Зоммерфельд предложили модель атома водорода, построенную на основе соединения классических представлений с квантовыми постулатами: существуют стационарные орбиты, находясь на которых электрон не излучает. Атом излучает только тогда, когда электрон перескакивает с одной стационарной орбиты на другую, причем частота энергии связана с разностью энергий двух соответствующих орбит и величиной постоянной Планка: Е – Е = νh.;
Наконец в 1924 г. Луи де Бройль формулирует общий принцип, важный для построения новой физической теории, принцип корпускулярно-волнового дуализма: с движением каждой частицы связан волновой процесс, с каждым волновым процессом связаны корпускулярные проявления. Связь корпускулярных и волновых свойств выражается формулой λ=۟h/p. По существу, это было попытка синтезировать две физические картины мира – корпускулярную и полевую. В 1926 г. Э. Шредингер вводит свое знаменитое уравнение, характеризующее изменение во времени квантового состояния, выражаемого так называемой волновой функцией (пси-функцией).
В условиях обострившегося мировоззренческого кризиса А. Эйнштейн, Л де Бройль и Э. Шредингер отказались поддерживать направление, которое вело к квантовой механике. После создания основ квантовой теории обнаружились новые парадоксы, коренившиеся в ее необычных принципах. Если рассматривать явление интерференции, то можно выявить один из типичных парадоксов, возникавших в силу специфической связи корпускулярных и волновых свойств квантовых объектов. Физики вынуждены были сделать вывод, что каждый электрон обладает волновыми свойствами.
Вернемся к пси-функции. Она отражает реальное состояние микрообъекта. Вид этой функции в каждом конкретном случае может быть определен в зависимости от характера взаимодействия, в котором участвует микрообъект. Знание волновой функции в свою очередь дает возможность определить при помощи ряда постулируемых правил значения тех или иных физических величин. Постулат А: Каждой физической величине (координате, импульсу, энергии и т. д.) соответствует определенный оператор, т. е. специфическое преобразование, совершаемое над волновой функцией и позволяющее определить значение физической величины по заданному виду пси-функции. Постулат Б: Результатом всякого измерения, выполняемого над микрочастицей, может быть лишь одно из собственных значений оператора измеряемой физической величины.
Теоретики, занимавшиеся развитием и систематизацией формального аппарата квантовой механики, обратили внимание на то, что в соответствии с принципами теории волновая функция, изображающая квантовомеханическое состояние объекта, изменяется двумя различными способами. Физики не смогли прийти к единому мнению относительно того, каким реальным изменениям в физической ситуации соответствует скачкообразное изменение функции состояния (редукция волновой функции). Были предложены различные истолкования редукции, однако большинство из них по тем или иным основаниям оказались неудовлетворительными. Споры вокруг этой проблемы продолжаются и по сей день…
Усилиями ряда ученых к 1927 г. Новая физическая теория, получившая наименование квантовой, приобрела относительно завершенную форму. Любой материальный объект характеризуется наличием как корпускулярных, так и волновых свойств (корпускулярно-волновой дуализм). Тот факт, что один и тот же объект проявляется и как частица и как волна, разрушал традиционные представления. Форма частицы подразумевает сущность, заключенную в малом объеме или к конечной области пространства, тогда как волна распространяется по его огромным областям. В квантовой физике эти два описания реальности являются взаимоисключающими, но равно необходимыми для того, чтобы полностью описать рассматриваемые явления. Признание корпускулярно-волнового дуализма в современной физике стало всеобщим.
2. Объясните взгляды М. Планка, Луи де Бройля, Э. Шредингера, В. Гейзенберга, Н. Бора и др. на природу микромира.
М. Планк предположил, что излучение тела испускается дискретно, небольшими сгустками энергии (квантами). Планк установил, что все кванты, связанные с определенным светом частотой ν, имеют одинаковую энергию. И все же Планк думал, что в пространстве эта энергия распространяется непрерывно.
А. Эйнштейн предположил, что свет не только испускается квантами, но и распространяется в виде отдельных неделимых квантов, то есть имеет прерывную структуру. Он говорил, что стоит признать корпускулярную структуру света.
Луи де Бройль высказал идею о том, что материя обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами. Также он пришел к выводу, что двойственная природа света должна быть распространена не только на фотоны, но и на частицы вещества – электроны.
Э. Шредингер нашел математическое уравнение, определяющее поведение волн материи – уравнение Шредингера. Это уравнение является основным законом в Квантовой механике, как второй закон Ньютона в классической механике.
Варнером Гейзенбергом было впервые выведено соотношение неопределенностей. Согласно ему мы не можем одновременно измерить координату и импульс тела с абсолютной точностью. Если удастся измерить положение тела с малой погрешностью, то погрешность импульса будет велика, и наоборот. Источник этих погрешностей заключен не в приборах, а в природе вещей.
Сущность принципа дополнительности Н. Бора в физике такова. В любом опыте с микрообъектами наблюдатель получает информацию не о "свойствах объектов самих по себе", но о свойствах объектов в связи с конкретной ситуацией, включающей в себя, в частности, и измерительные приборы. Информацию об объекте, полученную при некоторых определенных условиях, надо рассматривать как дополнительную к информации, полученной при других условиях. Причем сведения, полученные при разных условиях, нельзя простым образом складывать, суммировать, комбинировать в некую единую картину; они отражают разные (дополняющие стороны) единой реальности, отвечающие исследуемому объекту. Свое прямое выражение принцип дополнительности находит, в частности, в идее корпускулярно-волнового дуализма и в соотношениях неопределенностей.
3. Подчеркните особенности волновой генетики.
Обычная генетика, несмотря на все успехи, которые были, зашла в какой-то степени в тупик. Волновая генетика работает только с веществом ДНК. Все манипуляции, которые происходят в генетике, начинаются с того, что молекулы ДНК режутся, переставляются местами и так далее. От этого получаются всякие эффекты, в частности, когда помещают чужие гены в ДНК, например, растения или животного, и смотрят, что получается. Получаются, казалось бы, неплохие вещи. Но на самом деле все это заканчивается очень плохо.
Это вроде бы неожиданный эффект; если основываться на законах классической генетики и модели так называемого триплетного генетического кода, все должно быть в порядке. Оказывается, нет. Почему возникают такие неожиданные эффекты? Потому что модель генетического кода, казалось бы, признанная и апробированная, перестает работать. Сам по себе генетический код, по-видимому, идеален, поскольку мы живы, - иначе нас бы не было; но модель его, сформированная в наших знаниях, неполная. Сейчас наступила ситуация, когда прежние взгляды изжили сами себя, и эта модель, имевшая гигантский успех в начале 60-х годов прошлого века, стала тормозом, более того, стала вредить. Потому что, основываясь только на этой модели работы генетического аппарата, биологи не могли предсказать эффектов, о которых сказано выше. Сейчас сотни растений являются трансгенными - возникают такие вещества-метаболиты, которые невозможно предсказать с точки зрения классических представлений о модели генетического кода.