VKontakte Facebook Odnoklassniki

Όταν αλληλεπιδρούν σε έναν επιταχυντή σωματιδίων υψηλής ενέργειας, σχηματίζεται ένας τεράστιος αριθμός διαφόρων σωματιδίων.

Αυτή η διαδικασία ονομάζεται πολλαπλή γέννηση και τα διάφορα χαρακτηριστικά της προβλέπονται χρησιμοποιώντας τη θεωρία των ισχυρών αλληλεπιδράσεων - κβαντική χρωμοδυναμική (QCD). Ωστόσο, τα αποτελέσματα πρόσφατων παρόμοιων πειραμάτων στον LHC (Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων) δεν συμπίπτουν με τις προβλέψεις μοντέλων που βασίζονται στα αποτελέσματα προηγούμενων πειραμάτων σε άλλους επιταχυντές. ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ πιθανούς λόγουςΟ Nick Brook, Καθηγητής του Πανεπιστημίου του Μπρίστολ και ένας από τους κορυφαίους ειδικούς στον τομέα της παραγωγής πολλαπλών σωματιδίων, μίλησε για αυτή την ασυμφωνία και τους ορίζοντες ανοίγματος της νέας πειραματικής φυσικής υψηλής ενέργειας στο Συνέδριο του Ginzburg.

Η τεχνική δύο πειραματικών έργων που λαμβάνουν χώρα στο LHC είναι ιδανική για την αναγνώριση παραγόμενων σωματιδίων. Πρόκειται για το έργο ALICE (A Large Ion Collider Experiment), βελτιστοποιημένο για τη μελέτη βαριών συγκρούσεων ιόντων, και το LHCb, που έχει σχεδιαστεί για να μελετά τα μεσόνια Β - σωματίδια που περιέχουν ένα «όμορφο» κουάρκ. Και οι ίδιες οι πληροφορίες για τη γέννηση των σωματιδίων είναι απαραίτητο θεμέλιο για την περαιτέρω ανάπτυξη του QCD. Ο Nick Brook σχολιάζει: «Οι παρατηρούμενες κατανομές σωματιδίων χαρακτηρίζουν την αδρονική κατάσταση της ύλης και είναι ευαίσθητες στην υποκείμενη κβαντική χρωμοδυναμική των αλληλεπιδράσεων πρωτονίου-πρωτονίου. Το ALICE, το ATLAS και το CMS έχουν ήδη μετρήσει τις κατανομές σωματιδίων στην κεντρική περιοχή αλληλεπίδρασης και η γεωμετρία του LHCb επιτρέπει την παρακολούθηση της δυναμικής των συγκρούσεων και στην απομακρυσμένη περιοχή. Αυτό μας δίνει τις απαραίτητες πληροφορίες για την ανάπτυξη μοντέλων και τη βελτίωση των γεννητριών εκδηλώσεων του Μόντε Κάρλο».

Η κβαντική χρωμοδυναμική προέκυψε στη δεκαετία του '70 του περασμένου αιώνα ως μια μικροσκοπική θεωρία που περιγράφει την ισχυρή αλληλεπίδραση σε κλίμακες υποαδονίων, στην οποία συμμετέχουν κουάρκ, γλουόνια και σωματίδια που αποτελούνται από αυτά - αδρόνια, συμπεριλαμβανομένων πρωτονίων και νετρονίων του ατομικού πυρήνα που συνδέονται με ισχυρή αλληλεπίδραση. Το βασικό αξίωμα της κβαντικής χρωμοδυναμικής αποδίδει σε όλα τα κουάρκ έναν ειδικό κβαντικό αριθμό που ονομάζεται χρωματικό φορτίο ή χρώμα. Μια τέτοια γνωστή λέξη δεν έχει καμία σχέση με τα συνηθισμένα οπτικά χαρακτηριστικά, αλλά υπογραμμίζει συνοπτικά το γεγονός ότι στη φύση τα κουάρκ βρίσκονται μόνο με τη μορφή άχρωμων συνδυασμών - αδρόνια που αποτελούνται από τρία κουάρκ (θυμηθείτε την αναλογία: κόκκινο, πράσινο και μπλε προσθέστε έως λευκό) , ή γκλουόνια από κουάρκ και αντικουάρκ με αντίχρωμο.

Οι προβλέψεις QCD σχετικά με τις παραμέτρους της παραγωγής πολλαπλών σωματιδίων δίνονται είτε σε αναλυτική μορφή είτε με τη μορφή αριθμητικών υπολογισμών υπολογιστή με βάση τα μοντέλα Monte Carlo, οι οποίοι μπορούν να συγκριθούν λεπτομερώς με πειραματικά δεδομένα. Αυτά τα μοντέλα ονομάζονται γεννήτριες συμβάντων με την έννοια ότι η πιθανότητα εμφάνισης ορισμένων φαινομένων σε αυτούς τους υπολογισμούς υπολογιστών θεωρείται ότι είναι ανάλογη με την πιθανότητα του αντίστοιχου γεγονότος στον πραγματικό κόσμο. Όλα αυτά τα μοντέλα λειτούργησαν καλά σε συμφωνία με προηγούμενα πειράματα σε άλλους επιταχυντές και είχαν ακόμη και κάποια προγνωστική ισχύ, αλλά εξακολουθούν να μην ταιριάζουν με τα νέα αποτελέσματα που ελήφθησαν στον LHC.

Ο Andrey Leonidov, καθηγητής του Lebedev Physical Institute και κορυφαίος ερευνητής του τομέα της φυσικής υψηλής ενέργειας, σχολιάζει: «Η μελέτη της πολλαπλής παραγωγής σε υψηλές ενέργειες είναι ένα από τα θεμελιώδη φυσικά προβλήματα και η έκθεση του Brook ήταν αφιερωμένη στη σειρά των πειραματικών πληροφοριών που συσσωρεύτηκε στον επιταχυντή LHC. Μια πολύ ενδιαφέρουσα κατάσταση έχει αναπτυχθεί εκεί: τα υπάρχοντα μοντέλα δεν περιγράφουν πολλές βασικές ιδιότητες των γεγονότων. Στον τυπικό σχεδιασμό τους, η φυσική των μαλακών πίδακες αδρονίου και της σκληρής ακτινοβολίας αδρονίου είναι κατά κάποιο τρόπο ραμμένα μεταξύ τους και οι ίδιοι έχουν βαθμονομηθεί για να περιγράφουν με επιτυχία το FNAL, τον προηγούμενο επιταχυντή. Ως αποτέλεσμα, δεν υπήρχε κυριολεκτικά ούτε ένα γράφημα σε αυτή την αναφορά στο οποίο η θεωρία να συμπίπτει με το νέο πείραμα. Δηλαδή, τα σύγχρονα μοντέλα δεν περιγράφουν καθόλου πολλές ιδιότητες της πολύδυμης γέννησης».

Έτσι, ο καθηγητής Brook μίλησε για αποκλίσεις μεταξύ προβλέψεων και πραγματικών δεδομένων σχετικά με την εμφάνιση σωματιδίων με «παράξενα» κουάρκ στη σύνθεσή τους ή παραβιάσεις στην αναλογία βαρυονίου και αντιβαρυονίου. Όμως όλες αυτές οι ασυνέπειες, όπως τόνισε ο Μπρουκ, μόνο λύνουν τα χέρια των ερευνητών και Άλλη μια φοράδείχνουν τη σύνθετη δομή του QCD. Εξάλλου, τα νέα δεδομένα μπορούν να βοηθήσουν στη βελτίωση των μοντέλων των γεννητριών συμβάντων, της παραγωγής μαλακών σωματιδίων, των συγκρούσεων πολλαπλών σωματιδίων και πολλών άλλων φαινομένων.

Ο Andrey Leonidov συμφωνεί επίσης με την αισιοδοξία του Άγγλου φυσικού: «Όλα τα προηγούμενα μοντέλα σε νέα πειράματα έχουν αποδειχθεί ανεπιτυχή σε διάφορους βαθμούς, και αυτό δημιουργεί ένα ενδιαφέρον πεδίο για μελέτη. Αλλά τελικά, αυτά τα ίδια μοντέλα δεν συναρμολογήθηκαν απλώς: αυτό είναι το καλύτερο που μπορεί να προσφέρει η ανθρωπότητα σε αυτό το θέμα. Όχι ότι κάποιοι επαρχιώτες έγραψαν κάτι εκεί, και αυτό χρησιμοποιείται κατά λάθος στο LHC. Το LHC χρησιμοποιεί ό,τι καλύτερο υπάρχει και αυτό το καλύτερο δεν λειτουργεί καλά μέχρι στιγμής. Και αυτό το θέμα είναι πολύ σημαντικό, γιατί οι διαδικασίες της πολλαπλής γέννησης λαμβάνουν χώρα συνεχώς στον επιταχυντή. Αυτές είναι κυρίαρχες διαδικασίες με μεγάλη διατομή και δυνητικά επηρεάζουν όλες τις άλλες διαδικασίες και καθορίζουν το υπόβαθρό τους. Επιπλέον, είναι θεμελιώδες και ενδιαφέρον. Οπότε δεν υπάρχει τίποτα λυπηρό, περιμένουμε νέα αποτελέσματα!

Όταν τα σωματίδια υψηλής ενέργειας συγκρούονται, παρατηρείται πολλαπλή παραγωγή νέων σωματιδίων

Ε. Σ.,
, MOU γυμνάσιο Νο. 16 με UIOP, Lysva, Perm kr.

Προέλευση κβαντική φυσική

Βρείτε την αρχή όλων, και θα καταλάβετε πολλά!
Κόζμα Προύτκοφ

Εκπαιδευτικό έργο του μαθήματος:εισαγάγετε την έννοια της διακριτικότητας της ύλης, σχηματίστε την έννοια του δυϊσμού κβαντικών κυμάτων της ύλης, αιτιολογήστε την εισαγωγή των τύπων του Planck και του μήκους κύματος de Broglie.

Αναπτυξιακή εργασία του μαθήματος:να αναπτύξουν τη λογική σκέψη, την ικανότητα σύγκρισης και ανάλυσης καταστάσεων, να βλέπουν διεπιστημονικές συνδέσεις.

Εκπαιδευτικό έργο του μαθήματος:να διαμορφώσει διαλεκτικό-υλιστικό στοχασμό.

Η φυσική ως επιστήμη χαρακτηρίζεται από παγκόσμιες ανθρώπινες αξίες και τεράστιο ανθρωπιστικό δυναμικό. Κατά τη διάρκεια της μελέτης του, αποκαλύπτονται οι κύριες επιστημονικές μέθοδοι ( επιστημονικό πείραμα, μοντελοποίηση, σκεπτικό πείραμα, δημιουργία και δομή επιστημονικής θεωρίας). Θα πρέπει να δοθεί η ευκαιρία στους μαθητές να δουν τον κόσμο μέσα από τα μάτια ενός φυσικού για να κατανοήσουν την αιωνιότητα και τη συνεχή αλλαγή του κόσμου - έναν κόσμο στον οποίο υπάρχουν τόσα τεράστια και αμελητέα μικρά, πολύ γρήγορα και εξαιρετικά αργά, απλά και δύσκολο να το γνωρίζεις - να νιώσεις τη διαρκή επιθυμία του ανθρώπου για γνώση, να προσφέρει τη βαθύτερη ικανοποίηση, να εξοικειωθεί με παραδείγματα της βαθιάς εμπειρίας των «επιστημονικών αμφιβολιών» και της τολμηρής κίνησης σε μια άγνωστη διαδρομή προς αναζήτηση κομψότητας, συντομίας και σαφήνειας .

ΕΓΩ. Δάσκαλος.Όταν ξεκινήσαμε να μελετάμε οπτικά, έθεσα την ερώτηση: "Τι είναι το φως;" Πώς θα απαντούσατε σε αυτό τώρα; Προσπαθήστε να διατυπώσετε την ιδέα σας σε μια πρόταση. Ξεκινήστε με τις λέξεις "το φως είναι ..." F.I. Ο Tyutchev έχει τις ακόλουθες γραμμές: «Πάλι με άπληστα μάτια / / πίνω το ζωογόνο Φως». Προσπαθήστε να σχολιάσετε αυτές τις γραμμές από τη σκοπιά της φυσικής. Στην ποίηση -από τον Όμηρο μέχρι σήμερα- οι αισθήσεις που γεννιούνται από το φως πάντα είχαν ιδιαίτερη θέση. Τις περισσότερες φορές, οι ποιητές αντιλαμβάνονταν το φως ως ένα ειδικό φωτεινό, ακτινοβόλο υγρό.

Για να ολοκληρωθεί η σημερινή συζήτηση για το φως, θα ήθελα να διαβάσω τα λόγια του Σ.Ι. Βαβίλοφ: «Ο συνεχής, νικηφόρος πόλεμος για την αλήθεια, που δεν τελειώνει ποτέ σε τελική νίκη, ωστόσο, έχει τη δική του αναμφισβήτητη δικαίωση. Στο δρόμο για την κατανόηση της φύσης του φωτός, ο άνθρωπος έλαβε μικροσκόπια, τηλεσκόπια, αποστασιοποιητές, ραδιόφωνο, ακτίνες Χ. αυτή η έρευνα βοήθησε να κυριαρχήσει η ενέργεια του ατομικού πυρήνα. Αναζητώντας την αλήθεια, ο άνθρωπος επεκτείνει άπειρα την περιοχή της κυριαρχίας του στη φύση. Αλλά αυτό δεν είναι το αληθινό καθήκον της επιστήμης; (Τονίστηκε από εμένα. - ΕΕ.)»

II. Δάσκαλος.Στη διαδικασία της μελέτης της φυσικής, γνωρίσαμε πολλές θεωρίες, για παράδειγμα, MKT, θερμοδυναμική, θεωρία ηλεκτρομαγνητικό πεδίο Maxwell και άλλοι Σήμερα ολοκληρώνουμε τη μελέτη της οπτικής των κυμάτων. Πρέπει να συνοψίσουμε τη μελέτη του θέματος και, ίσως, να βάλουμε ένα τέλος στο ερώτημα: "Τι είναι το φως;" Θα μπορούσατε να δείξετε τον ρόλο της θεωρίας στη διαδικασία κατανόησης της φύσης χρησιμοποιώντας παραδείγματα από την οπτική κυμάτων;

Ας θυμηθούμε ότι η σημασία μιας θεωρίας δεν έγκειται μόνο στο γεγονός ότι καθιστά δυνατή την εξήγηση πολλών φαινομένων, αλλά και στο γεγονός ότι καθιστά δυνατή την πρόβλεψη νέων, άγνωστων ακόμη φαινομένων. φυσικά φαινόμενα, ιδιότητες σωμάτων και κανονικότητες. Έτσι, η κυματική θεωρία εξήγησε τα φαινόμενα της παρεμβολής, της περίθλασης, της πόλωσης, της διάθλασης, της διασποράς του φωτός και έδωσε τη δυνατότητα να γίνει μια «ανακάλυψη στην άκρη ενός στυλό» - μια πρόβλεψη. Το 1815, ένας άγνωστος συνταξιούχος μηχανικός, ο Augustin Fresnel, υπέβαλε μια εργασία στην Ακαδημία Επιστημών του Παρισιού εξηγώντας το φαινόμενο της περίθλασης. Η ανάλυση της εργασίας ανατέθηκε σε γνωστούς επιστήμονες - τον φυσικό D. Arago και τον μαθηματικό S. Poisson. Ο Poisson, διαβάζοντας αυτό το έργο με προθυμία, ανακάλυψε έναν κραυγαλέο παραλογισμό στα συμπεράσματα του Fresnel: εάν ένας μικρός στρογγυλός στόχος τοποθετηθεί σε ένα ρεύμα φωτός, τότε ένα σημείο φωτός θα πρέπει να εμφανιστεί στο κέντρο της σκιάς! Τι πιστεύετε ότι έγινε μετά; Λίγες μέρες αργότερα, ο Arago έκανε ένα πείραμα και διαπίστωσε ότι ο Fresnel είχε δίκιο! Έτσι, ο 19ος αιώνας είναι ο αιώνας του θριάμβου της οπτικής των κυμάτων.

Τι είναι το φως; Το φως είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό εγκάρσιο κύμα.

Ολοκληρώνοντας τη μελέτη ενός μεγάλου τμήματος της φυσικής που σχετίζεται με τη φύση του φωτός και των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, προτείνω να ολοκληρώσω ανεξάρτητα τη δοκιμαστική εργασία "Ηλεκτρομαγνητικά κύματα" (βλ. Παράρτημα 1). Πραγματοποιούμε μετωπικό έλεγχο εκτέλεσης.

III. Δάσκαλος.Και να τι έγραψαν οι λονδρέζικες εφημερίδες τις παραμονές του 1900: «Όταν στους δρόμους του Λονδίνου άναβαν εορταστικά φωτιστικά από φωτεινούς λαμπτήρες αντί για αμυδρά μπολ λαδιού, οι καμπίνες τυλίγονταν το ένα μετά το άλλο στο παλιό κτίριο της οδού Fleet. Σε μια φαρδιά, έντονα φωτισμένη σκάλα, αξιοσέβαστοι κύριοι ντυμένοι με ρόμπες ανέβηκαν στην αίθουσα. Στη συνέχεια τα μέλη της Βασιλικής Εταιρείας του Λονδίνου ήρθαν στην επόμενη συνάντησή τους. Ψηλός, γκριζομάλλης, με θαμνώδη γένια, ο Sir William Thomson (ξέρετε για τα πλεονεκτήματά του στον τομέα της φυσικής; - ΕΕ.), πριν από οκτώ χρόνια που απονεμήθηκε από τα χέρια της Βασίλισσας Βικτώριας με τον τίτλο του συνομήλικου και Λόρδου Κέλβιν (είναι γνωστό σε εσάς αυτό το όνομα; - ΕΕ.), και τώρα ο πρόεδρος της κοινωνίας, ξεκίνησε την πρωτοχρονιάτικη ομιλία του. Ο μεγάλος φυσικός του 19ου αιώνα σημείωσε τις επιτυχίες που σημειώθηκαν σε προηγούμενος αιώνας, απαρίθμησε τα πλεονεκτήματα των παρευρισκομένων ...

Το πλήθος κούνησε καταφατικά το κεφάλι. Για να είμαστε σεμνοί, έκαναν καλή δουλειά. Και ο σερ Γουίλιαμ είχε δίκιο όταν είπε ότι χτίστηκε το μεγαλειώδες κτίριο της φυσικής, ότι είχαν απομείνει μόνο μικρές τελευταίες πινελιές.

Είναι αλήθεια (ο Λόρδος Κέλβιν διέκοψε την ομιλία του για μια στιγμή), στον ασύνεφο ουρανό της φυσικής υπάρχουν δύο μικρά σύννεφα, δύο προβλήματα που δεν έχουν ακόμη εξηγηθεί από τη σκοπιά της κλασικής φυσικής... Αλλά αυτά τα φαινόμενα είναι προσωρινά και παροδικά. Καθισμένοι αναπαυτικά στις αντίκες καρέκλες τους με ψηλή πλάτη, οι κύριοι χαμογέλασαν. Όλοι ήξεραν περί τίνος επρόκειτο:

1) η κλασική φυσική δεν μπορούσε να εξηγήσει τα πειράματα του Michelson, τα οποία δεν καθόρισαν την επίδραση της κίνησης της Γης στην ταχύτητα του φωτός. Σε όλα τα συστήματα αναφοράς (τόσο σε κίνηση όσο και σε ηρεμία σε σχέση με τη Γη), η ταχύτητα του φωτός είναι η ίδια - 300.000 km / s.

2) Η κλασική φυσική δεν μπορούσε να εξηγήσει το γράφημα ακτινοβολίας μαύρου σώματος που ελήφθη πειραματικά.

Ο σερ Γουίλιαμ δεν μπορούσε καν να φανταστεί τι είδους κεραυνός θα χτυπούσε σύντομα από αυτά τα σύννεφα! Κοιτάζοντας μπροστά, θα πω: η λύση του πρώτου προβλήματος θα οδηγήσει σε αναθεώρηση των κλασικών ιδεών για τον χώρο και τον χρόνο, στη δημιουργία της θεωρίας της σχετικότητας· η λύση του δεύτερου προβλήματος - στη δημιουργία μιας νέας θεωρίας - κβαντικό. Αυτή είναι η λύση στο δεύτερο πρόβλημα και θα συζητηθεί σήμερα στο μάθημα!

IV. (Οι μαθητές σημειώνουν στο τετράδιό τους: Ημερομηνία Αρ. μαθήματος Το θέμα του μαθήματος είναι «Η προέλευση της κβαντικής φυσικής».) Στο γύρισμα του XIX και XX αιώνα. στη φυσική, προέκυψε ένα πρόβλημα που έπρεπε να αντιμετωπιστεί επειγόντως: μια θεωρητική εξήγηση του γραφήματος ακτινοβολίας ενός εντελώς μαύρου σώματος. Τι είναι ένα τέλειο μαύρο σώμα; ( υποθέσεις των μαθητών. Επίδειξη του αποσπάσματος βίντεο "Θερμική ακτινοβολία" .)

Δάσκαλος.Γράψτε: «Ένα απόλυτα μαύρο σώμα είναι ένα σώμα ικανό να απορροφά χωρίς ανάκλαση ολόκληρη τη ροή ακτινοβολίας που προσπίπτει, όλα τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα οποιουδήποτε μήκους κύματος (οποιασδήποτε συχνότητας).»

Αλλά τα απολύτως μαύρα σώματα έχουν ένα ακόμη χαρακτηριστικό. Θυμάστε γιατί τα άτομα με μαύρο χρώμα δέρματος ζουν στις ισημερινές περιοχές; «Τα μαύρα σώματα, αν θερμανθούν, θα λάμπουν πιο φωτεινά από οποιοδήποτε άλλο σώμα, δηλαδή ακτινοβολούν ενέργεια σε όλα τα εύρη συχνοτήτων», γράψτε αυτό στα σημειωματάριά σας.

Οι επιστήμονες προσδιόρισαν πειραματικά το φάσμα ακτινοβολίας ενός εντελώς μαύρου σώματος. ( Σχεδιάζει ένα γράφημα.) Rν είναι η φασματική πυκνότητα της φωτεινότητας της ενέργειας - η ενέργεια της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που εκπέμπεται ανά μονάδα χρόνου από μια μονάδα επιφάνειας σώματος σε ένα διάστημα μοναδιαίας συχνότητας ν. Η θεωρία του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου του Maxwell προέβλεψε την ύπαρξη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, αλλά η θεωρητική καμπύλη ακτινοβολίας ενός απολύτως μαύρου σώματος, που χτίστηκε με βάση αυτή τη θεωρία, είχε μια ασυμφωνία με την πειραματική καμπύλη στην περιοχή υψηλής συχνότητας. Τα καλύτερα μυαλά εκείνης της εποχής εργάστηκαν πάνω στο πρόβλημα: ο Βρετανός Λόρδος Rayleigh και ο J. Jeans, οι Γερμανοί P. Kirchhoff και V. Wien, ο καθηγητής της Μόσχας V.A. Michelson. Τίποτα δεν δούλεψε!

Προτείνετε μια διέξοδο από την κατάσταση. Η θεωρητική καμπύλη έχει ασυμφωνία με την πειραματική. Πώς να είσαι και τι να κάνεις; ( Οι μαθητές εκφράζουν υποθέσεις: διεξάγουν πειράματα πιο προσεκτικά, - διεξάγονται, το αποτέλεσμα είναι το ίδιο. αλλάξτε τη θεωρία - αλλά αυτό είναι μια καταστροφή, όλο το θεμέλιο της κλασικής φυσικής, που έχει δημιουργηθεί εδώ και χιλιάδες χρόνια, καταρρέει!) Η δημιουργηθείσα κατάσταση στη φυσική ονομάστηκε υπεριώδης καταστροφή.

Γράψτε: «Οι μέθοδοι της κλασικής φυσικής αποδείχτηκαν ανεπαρκείς για να εξηγήσουν την ακτινοβολία ενός μαύρου σώματος στην περιοχή υψηλής συχνότητας - ήταν μια «υπεριώδης καταστροφή».

Ποιος μπορεί να μαντέψει γιατί ονομάστηκε αυτή η κρίση υπεριώδης καταστροφή,αντί για υπέρυθρες ή βιολετί; Ξέσπασε κρίση στη φυσική! ελληνική λέξη κρίση [ μια κρίση] υποδηλώνουν μια δύσκολη μετάβαση από μια σταθερή κατάσταση σε μια άλλη. Το πρόβλημα έπρεπε να λυθεί και να λυθεί επειγόντως!

v.Δάσκαλος.Και έτσι, στις 19 Οκτωβρίου 1900, σε μια συνάντηση της Φυσικής Εταιρείας, ο Γερμανός επιστήμονας M. Planck πρότεινε τη χρήση του τύπου E=h v. Ο φίλος και συνάδελφος του Πλανκ, Χάινριχ Ρούμπενς, κάθισε όλη τη νύχτα στο γραφείο του, συγκρίνοντας τις μετρήσεις του με τα αποτελέσματα του τύπου του Πλανκ, και έμεινε έκπληκτος: η φόρμουλα του φίλου του περιέγραφε το φάσμα ακτινοβολίας ενός απολύτως μαύρου σώματος με την παραμικρή λεπτομέρεια! Έτσι, η φόρμουλα του Πλανκ εξάλειψε την «υπεριώδη καταστροφή», αλλά με ποιο κόστος! Ο Planck πρότεινε, σε αντίθεση με τις καθιερωμένες απόψεις, να θεωρηθεί ότι η εκπομπή ακτινοβολούμενης ενέργειας από τα άτομα της ύλης συμβαίνει διακριτά, δηλαδή σε τμήματα, σε κβάντα. "Quantum" ( ποσοτική) στα λατινικά σημαίνει απλά ποσότητα .

Τι σημαίνει «διακριτικά»; Ας κάνουμε ένα πείραμα σκέψης. Φανταστείτε ότι έχετε μια τράπεζα στα χέρια σας, γεμάτο νερό. Είναι δυνατόν να ρίξει το μισό; Και να πιω μια γουλιά; Και ακόμα λιγότερο; Κατ' αρχήν, είναι δυνατή η μείωση ή η αύξηση της μάζας του νερού κατά αυθαίρετα μικρή ποσότητα. Τώρα ας φανταστούμε ότι έχουμε στα χέρια μας ένα κουτί με παιδικούς κύβους των 100 γρ. Είναι δυνατόν να μειωθούν, για παράδειγμα, 370 g; Οχι! Δεν μπορείς να σπάσεις κύβους! Επομένως, η μάζα του κουτιού μπορεί να αλλάζει διακριτικά, μόνο σε μερίδες που είναι πολλαπλάσιες των 100 g! Μπορεί να ονομάζεται η μικρότερη ποσότητα κατά την οποία μπορεί να αλλάξει η μάζα του κουτιού τμήμα,ή κβαντικό μάζας.

Έτσι, μια συνεχής ροή ενέργειας από ένα θερμαινόμενο μαύρο σώμα μετατράπηκε σε μια «έκρηξη πολυβόλου» χωριστών μερών - ενεργειακά κβάντα. Δεν θα φαινόταν τίποτα το ιδιαίτερο. Αλλά στην πραγματικότητα, αυτό σήμαινε να σπάσει ολόκληρο το άριστα κατασκευασμένο κτίριο της κλασικής φυσικής, αφού αντί για τους βασικούς θεμελιώδεις νόμους που βασίστηκαν στην αρχή της συνέχειας, ο Planck πρότεινε την αρχή της διακριτικότητας. Ούτε στον ίδιο τον Πλανκ άρεσε η ιδέα της διακριτικότητας. Επιδίωξε να διατυπώσει τη θεωρία με τέτοιο τρόπο ώστε να ταιριάζει απόλυτα στο πλαίσιο της κλασικής φυσικής.

Υπήρχε όμως ένας άνθρωπος που, αντίθετα, ξεπέρασε ακόμη πιο αποφασιστικά το πλαίσιο των κλασικών ιδεών. Αυτός ο άνθρωπος ήταν ο Α. Αϊνστάιν. Για να καταλάβετε την επαναστατική φύση των απόψεων του Αϊνστάιν, θα πω μόνο ότι, χρησιμοποιώντας την ιδέα του Planck, έθεσε τα θεμέλια για τη θεωρία των λέιζερ (κβαντικές γεννήτριες) και την αρχή της χρήσης της ενέργειας του ατόμου.

Ο Ακαδημαϊκός Σ.Ι. Για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα ο Βαβίλοφ δεν μπορούσε να συνηθίσει στην έννοια του φωτός ως ουσία των κβάντων, αλλά έγινε ένθερμος θαυμαστής αυτής της υπόθεσης και μάλιστα εφηύρε έναν τρόπο για να παρατηρήσει τα κβάντα. Υπολόγισε ότι το μάτι είναι σε θέση να διακρίνει τον φωτισμό που δημιουργούν 52 κβάντα πράσινου φωτός.

Έτσι, σύμφωνα με τον Planck, το φως είναι ... ( δηλώσεις μαθητών).

VI. Δάσκαλος.Η υπόθεση του Planck δεν σας θυμίζει την ήδη γνωστή υπόθεση για τη φύση του φωτός; Ο Sir Isaac Newton πρότεινε να θεωρηθεί ότι το φως αποτελείται από τα μικρότερα σωματίδια - σωματίδια. Οποιοδήποτε φωτεινό σώμα τα εκπέμπει προς όλες τις κατευθύνσεις. Πετάνε σε ευθείες γραμμές και αν χτυπήσουν τα μάτια μας, βλέπουμε την πηγή τους. Κάθε χρώμα έχει τα δικά του σωματίδια και διαφέρουν, πιθανότατα, στο ότι έχουν διαφορετικές μάζες. Η κοινή ροή των σωματιδίων δημιουργεί λευκό φως.

Την εποχή του Σερ Ισαάκ Νεύτωνα, η φυσική ονομαζόταν φυσική φιλοσοφία. Γιατί; Διαβάστε (βλ. Παράρτημα 2) έναν από τους βασικούς νόμους της διαλεκτικής - τον νόμο της άρνησης της άρνησης. Προσπαθήστε να το εφαρμόσετε στο ζήτημα της φύσης του φωτός. ( Το σκεπτικό των μαθητών.)

Έτσι, σύμφωνα με την υπόθεση του M. Planck, το φως είναι ένα ρεύμα σωματιδίων, σωματιδίων, κβαντών, καθένα από τα οποία έχει ενέργεια E=h v. Αναλύστε αυτόν τον τύπο: τι είναι το ν; τι συνέβη η (ένας από τους μαθητές σίγουρα θα προτείνει ότι πρόκειται για κάποιο είδος σταθεράς που φέρει το όνομα του Planck)? Ποια είναι η μονάδα της σταθεράς του Planck; ποια είναι η τιμή της σταθεράς ( εργαστείτε με τον πίνακα των φυσικών σταθερών)? Πώς ονομάζεται η σταθερά του Planck; Ποια είναι η φυσική σημασία της σταθεράς του Planck;

Για να εκτιμήσουμε την ομορφιά της φόρμουλας του Planck, ας στραφούμε στα προβλήματα της... βιολογίας. Καλώ τους μαθητές να απαντήσουν σε ερωτήσεις από το πεδίο της βιολογίας (Παράρτημα 3).

Ο μηχανισμός της όρασης.Μέσω της όρασης, λαμβάνουμε περίπου το 90% των πληροφοριών για τον κόσμο. Επομένως, το ζήτημα του μηχανισμού της όρασης πάντα ενδιέφερε ένα άτομο. Γιατί το ανθρώπινο μάτι, και μάλιστα οι περισσότεροι από τους κατοίκους της Γης, αντιλαμβάνεται μόνο ένα μικρό εύρος κυμάτων από το φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που υπάρχει στη φύση; Και αν ένα άτομο είχε υπέρυθρη όρασηόπως οι οχιές pit, για παράδειγμα;

Τη νύχτα θα βλέπαμε, όπως και τη μέρα, όλα τα οργανικά σώματα, γιατί η θερμοκρασία τους διαφέρει από τη θερμοκρασία των άψυχων σωμάτων. Αλλά η πιο ισχυρή πηγή τέτοιων ακτίνων για εμάς θα ήταν το ίδιο μας το σώμα. Με την ευαισθησία του ματιού στην υπέρυθρη ακτινοβολία, το φως του Ήλιου για εμάς απλά θα εξασθενούσε στο φόντο της δικής του ακτινοβολίας. Δεν θα βλέπαμε τίποτα, τα μάτια μας θα ήταν άχρηστα.

Γιατί τα μάτια μας δεν αντιδρούν στο υπέρυθρο φως; Υπολογίζουμε την ενέργεια του υπέρυθρου και του ορατού φωτός κβάντα χρησιμοποιώντας τον τύπο:

Η ενέργεια των υπέρυθρων κβάντων είναι μικρότερη από την ενέργεια των κβαντών του ορατού φωτός. Πολλά κβάντα δεν μπορούν να «συνενωθούν» για να προκαλέσουν μια δράση που είναι πέρα ​​από τη δύναμη ενός κβαντικού - στον μικρόκοσμο υπάρχει μια αλληλεπίδραση ένας προς έναν μεταξύ ενός κβαντικού και ενός σωματιδίου. Μόνο ένα κβάντο ορατού φωτός, το οποίο έχει ενέργεια μεγαλύτερη από το κβάντο του υπέρυθρου φωτός, μπορεί να προκαλέσει αντίδραση του μορίου της ροδοψίνης, δηλαδή των ράβδων του αμφιβληστροειδούς. Η επίδραση ενός κβαντικού ορατού φωτός στον αμφιβληστροειδή μπορεί να συγκριθεί με την πρόσκρουση μιας μπάλας του τένις που μετακινούσε... ένα πολυώροφο κτίριο. (Τόσο υψηλή είναι η ευαισθησία του αμφιβληστροειδούς!)

Γιατί το μάτι δεν αντιδρά στην υπεριώδη ακτινοβολία; Η υπεριώδης ακτινοβολία είναι επίσης αόρατη στο μάτι, αν και η ενέργεια των κβαντών υπεριώδους ακτινοβολίας είναι πολύ μεγαλύτερη από εκείνη των κβαντών του ορατού φωτός. Ο αμφιβληστροειδής είναι ευαίσθητος στις υπεριώδεις ακτίνες, αλλά απορροφώνται από τον φακό, διαφορετικά θα είχαν καταστροφική επίδραση.

Στη διαδικασία της εξέλιξης, τα μάτια των ζωντανών οργανισμών έχουν προσαρμοστεί για να αντιλαμβάνονται την ενέργεια ακτινοβολίας της πιο ισχυρής πηγής στη Γη - του Ήλιου - και είναι ακριβώς αυτά τα κύματα που ευθύνονται για τη μέγιστη ενέργεια της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει στη Γη.

Φωτοσύνθεση.ΣΕ πράσινα φυτάούτε για ένα δευτερόλεπτο δεν σταματά η διαδικασία, χάρη στην οποία όλα τα ζωντανά όντα λαμβάνουν οξυγόνο για την αναπνοή και την τροφή. Αυτή είναι η φωτοσύνθεση. Το φύλλο έχει πράσινο χρώμα λόγω της παρουσίας χλωροφύλλης στα κύτταρά του. Οι αντιδράσεις φωτοσύνθεσης συμβαίνουν υπό τη δράση της ακτινοβολίας στο κόκκινο-ιώδες τμήμα του φάσματος και τα κύματα με συχνότητα που αντιστοιχεί στο πράσινο τμήμα του φάσματος ανακλώνται, οπότε τα φύλλα έχουν πράσινο χρώμα.

Τα μόρια της χλωροφύλλης είναι «υπεύθυνα» για τη μοναδική διαδικασία μετατροπής της φωτεινής ενέργειας σε ενέργεια οργανικών ουσιών. Ξεκινά με την απορρόφηση ενός κβαντικού φωτός από ένα μόριο χλωροφύλλης. Η απορρόφηση ενός κβαντικού φωτός οδηγεί σε χημικές αντιδράσειςφωτοσύνθεση, που περιλαμβάνει πολλούς συνδέσμους.

Όλη τη διάρκεια της ημέρας, τα μόρια της χλωροφύλλης «εμπλέκονται» στο γεγονός ότι, έχοντας λάβει ένα κβάντο, χρησιμοποιούν την ενέργειά του, μετατρέποντάς το σε δυναμική ενέργεια ενός ηλεκτρονίου. Η δράση τους μπορεί να συγκριθεί με τη δράση ενός μηχανισμού που σηκώνει μια μπάλα σε ένα σκαλί της σκάλας. Κατεβάζοντας τα σκαλιά, η μπάλα χάνει την ενέργειά της, αλλά δεν εξαφανίζεται, αλλά μετατρέπεται στην εσωτερική ενέργεια των ουσιών που σχηματίζονται κατά τη φωτοσύνθεση.

Τα μόρια της χλωροφύλλης «δουλεύουν» μόνο τις ώρες της ημέρας όταν τα χτυπά ορατό φως. Τη νύχτα, «ξεκουράζονται», παρά το γεγονός ότι δεν υπάρχει έλλειψη ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας: η γη και τα φυτά εκπέμπουν υπέρυθρο φως, αλλά η ενέργεια των κβάντων αυτής της περιοχής είναι μικρότερη από αυτή που είναι απαραίτητη για τη φωτοσύνθεση. Στη διαδικασία της εξέλιξης, τα φυτά έχουν προσαρμοστεί για να συσσωρεύουν την ενέργεια της πιο ισχυρής πηγής ενέργειας στη Γη - του Ήλιου.

Κληρονομικότητα.(Οι μαθητές απαντούν στις ερωτήσεις 1-3 από το Παράρτημα 3, κάρτα "Κληρονομικότητα"). Τα κληρονομικά γνωρίσματα των οργανισμών κωδικοποιούνται σε μόρια DNA και περνούν από γενιά σε γενιά με τρόπο μήτρας. Πώς να προκαλέσετε μια μετάλλαξη; Υπό την επίδραση ποιας ακτινοβολίας συμβαίνει η διαδικασία της μετάλλαξης;

Για να προκληθεί μία μόνο μετάλλαξη, είναι απαραίτητο να προσδοθεί ενέργεια στο μόριο DNA επαρκής για να αλλάξει τη δομή κάποιου τμήματος του γονιδίου DNA. Είναι γνωστό ότι τα γ-κβάντα και οι ακτίνες Χ, όπως το λένε οι βιολόγοι, εξαιρετικά μεταλλαξιογόνο– Τα κβάντα τους μεταφέρουν ενέργεια επαρκή για να αλλάξει τη δομή ενός τμήματος DNA. Η ακτινοβολία IR, και προφανώς, μια τέτοια δράση "δεν είναι υπό δύναμη", η συχνότητά τους, και ως εκ τούτου η ενέργεια, είναι πολύ μικρή. Τώρα, αν η ενέργεια του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου απορροφούνταν όχι τμηματικά, αλλά συνεχώς, τότε αυτές οι ακτινοβολίες θα μπορούσαν να δράσουν στο DNA, επειδή σε σχέση με τα γεννητικά του κύτταρα, ο ίδιος ο οργανισμός είναι η πιο κοντινή και ισχυρότερη πηγή που λειτουργεί συνεχώς. της ακτινοβολίας.

Στις αρχές της δεκαετίας του '30. 20ος αιώνας οι φυσικοί, χάρη στην πρόοδο της κβαντικής μηχανικής, είχαν μια αίσθηση τέτοιας δύναμης που στράφηκαν στην ίδια τη ζωή. Υπάρχουν πολλές ομοιότητες στη γενετική. Οι βιολόγοι ανακάλυψαν ένα διακριτό αδιαίρετο σωματίδιο - ένα γονίδιο - που μπορεί να μετακινηθεί από τη μια κατάσταση στην άλλη. Οι αλλαγές στη διαμόρφωση των γονιδίων σχετίζονται με αλλαγές στα χρωμοσώματα, γεγονός που προκαλεί μεταλλάξεις, και αποδείχθηκε ότι ήταν δυνατό να εξηγηθεί αυτό με βάση τις κβαντικές έννοιες. Ένας από τους ιδρυτές ΜΟΡΙΑΚΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑπου έλαβε βραβείο Νόμπελγια έρευνα στο πεδίο της διαδικασίας μετάλλαξης σε βακτήρια και βακτηριοφάγους, ήταν ο Γερμανός θεωρητικός φυσικός M. Delbrück. Το 1944 εκδόθηκε ένα μικρό βιβλίο του φυσικού E. Schrödinger «Τι είναι η ζωή;». Έδωσε μια σαφή και συνοπτική παρουσίαση των θεμελίων της γενετικής, αποκάλυψε τη σύνδεση μεταξύ γενετικής και κβαντικής μηχανικής. Το βιβλίο έδωσε ώθηση στην επίθεση στο γονίδιο από φυσικούς. Χάρη στο έργο των Αμερικανών φυσικών J. Watson, F. Crick, M. Wilkins, οι βιολόγοι έμαθαν πώς «τακτοποιείται» το πιο βασικό «ζωντανό» μόριο, το DNA. Η ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ επέτρεψε να το δούμε.

VII. Δάσκαλος.Επανέρχομαι στην ερώτηση: τι είναι φως; ( Απαντήσεις μαθητών.) Αποδεικνύεται ότι η φυσική επέστρεψε στο Νευτώνειο σωματίδιο του φωτός - το σώμα - απορρίπτοντας την ιδέα του φωτός ως κύματος; Οχι! Είναι αδύνατο να διαγραφεί ολόκληρη η κληρονομιά της κυματικής θεωρίας του φωτός! Άλλωστε, η περίθλαση, η παρεμβολή και πολλά άλλα φαινόμενα είναι από καιρό γνωστά, που επιβεβαιώνουν πειραματικά ότι το φως είναι κύμα. Πώς να είσαι; ( υποθέσεις των μαθητών.)

Απομένει μόνο ένα πράγμα: να συνδυάσετε με κάποιο τρόπο τα κύματα με τα σωματίδια. Αναγνωρίστε ότι υπάρχει ένας κύκλος φαινομένων όπου το φως παρουσιάζει κυματικές ιδιότητες και υπάρχει ένας άλλος κύκλος στον οποίο η σωματική ουσία του φωτός έρχεται πρώτη. Με άλλα λόγια, γράψτε το! - φως έχει δυϊσμός κβαντικών κυμάτων! Αυτή είναι η διπλή φύση του φωτός. Ήταν πολύ δύσκολο για τους φυσικούς να συνδυάσουν δύο ασύμβατες μέχρι τότε ιδέες σε μία. Ένα σωματίδιο είναι κάτι στερεό, αμετάβλητο, με ορισμένες διαστάσεις, περιορισμένο στο χώρο. Ένα κύμα είναι κάτι ρευστό, ασταθές, χωρίς σαφή όρια. Περισσότερο ή λιγότερο οπτικά, αυτές οι αναπαραστάσεις συνδυάστηκαν με τη βοήθεια της έννοιας ενός κυματοειδούς πακέτου. Αυτό είναι κάτι σαν ένα κύμα «κομμένο» και στα δύο άκρα, ή μάλλον, ένα σωρό κύματα που ταξιδεύουν στο διάστημα ως ένα ενιαίο σύνολο. Ο θρόμβος μπορεί να συμπιεστεί ή να τεντωθεί ανάλογα με το περιβάλλον στο οποίο εισέρχεται. Μοιάζει με ιπτάμενο ελατήριο.

Ποιο χαρακτηριστικό ενός κυματικού πακέτου αλλάζει όταν το φως περνά από το ένα μέσο στο άλλο; ( Απαντήσεις μαθητών.)

Το 1927, ο Αμερικανός φυσικός Lewis πρότεινε να ονομαστεί αυτό το κυματικό πακέτο φωτόνιο(από το ελληνικό φωτός [phos, photos] - ) . Τι είναι ένα φωτόνιο; ( Οι μαθητές εργάζονται με το σχολικό βιβλίο, εξάγουν συμπεράσματα.)

συμπεράσματα.Ένα φωτόνιο είναι: ένα κβάντο ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας ένα σωματίδιο χωρίς μάζα, ένα φωτόνιο σε ηρεμία δεν υπάρχει ένα σωματίδιο που κινείται στο κενό με την ταχύτητα του φωτός ντο\u003d 3 10 8 m / s αυτό είναι ένα ενιαίο σύνολο και αδιαίρετο, η ύπαρξη ενός κλασματικού μέρους ενός φωτονίου είναι αδύνατη ένα σωματίδιο με ενέργεια E=h v, όπου η= 6,63 10 -34 J s; ν είναι η συχνότητα του φωτός ένα σωματίδιο που έχει ορμή είναι ένα ηλεκτρικά ουδέτερο σωματίδιο.

Ο κόσμος είναι τόσο διατεταγμένος που το φως τις περισσότερες φορές μας δείχνει μια κυματική φύση, μέχρι να εξετάσουμε την αλληλεπίδρασή του με την ύλη. Και η ουσία εμφανίζεται μπροστά μας σε σωματιδιακή μορφή, μέχρι να αρχίσουμε να εξετάζουμε τη φύση των διατομικών δεσμών, τις διαδικασίες μεταφοράς, την ηλεκτρική αντίσταση κ.λπ. Αλλά ανεξάρτητα από τη θέση μας κάθε στιγμή, ένα μικροσωματίδιο έχει και τις δύο ιδιότητες.

Η διαδικασία δημιουργίας μιας κβαντικής θεωρίας και, ειδικότερα, μιας κβαντικής θεωρίας του φωτός είναι βαθιά διαλεκτική. Οι ιδέες και οι εικόνες της παλιάς, κλασικής μηχανικής και οπτικής, εμπλουτισμένες με νέες ιδέες, εφαρμοσμένες δημιουργικά στη φυσική πραγματικότητα, οδήγησαν τελικά σε μια θεμελιωδώς νέα φυσική θεωρία.

Ασκηση: διαβάστε τον φιλοσοφικό νόμο της ενότητας και της πάλης των αντιθέτων και βγάλτε συμπέρασμα σχετικά με δύο θεωρίες φωτός: τις κυματικές και κβαντικές θεωρίες φωτός.

VIII. Δάσκαλος.Το 1924, ο Γάλλος φυσικός Louis de Broglie (πρώην στρατιωτικός χειριστής ραδιοτηλεγράφου) εξέφρασε εντελώς παράδοξες, ακόμη και για τους τολμηρούς τότε φυσικούς, σκέψεις για τη φύση της κίνησης των ατομικών σωματιδίων. Ο De Broglie πρότεινε ότι οι ιδιότητες των ηλεκτρονίων και άλλων σωματιδίων κατ' αρχήν δεν διαφέρουν από τις ιδιότητες των κβαντών! Από αυτό ακολούθησε ότι τα ηλεκτρόνια και άλλα σωματίδια θα πρέπει επίσης να παρουσιάζουν κυματικές ιδιότητες, οι οποίες θα πρέπει να παρατηρούνται, για παράδειγμα, η περίθλαση ηλεκτρονίων. Και πραγματικά ανακαλύφθηκε στα πειράματα, τα οποία το 1927, ανεξάρτητα το ένα από το άλλο, πραγματοποιήθηκαν από τους Αμερικανούς φυσικούς K.-J. Davisson και L. Germer, Σοβιετικός φυσικός P.S. Ο Ταρτακόφσκι και ο Άγγλος φυσικός J.-P. Τόμσον. Το μήκος κύματος de Broglie υπολογίζεται από τον τύπο:

Επιλύουμε προβλήματα για τον υπολογισμό του μήκους κύματος de Broglie (Παράρτημα 4).

Όπως δείχνει ο υπολογισμός, ένα ηλεκτρόνιο σθένους κινείται μέσα σε ένα άτομο με ταχύτητα 0,01 Με, περιθλά σε ένα ιοντικό κρυσταλλικό πλέγμα ως κύμα με μήκος κύματος ~ 10 -10 m και το μήκος κύματος μιας σφαίρας που πετά με ταχύτητα περίπου 500 m / s είναι περίπου 10 -34 m. Δεν υπάρχει τρόπος να καταγραφεί κάτι τέτοιο ένα μικρό μήκος κύματος, και επομένως η σφαίρα και συμπεριφέρεται σαν ένα πραγματικό σωματίδιο.

Η πάλη μεταξύ των ιδεών της διακριτικότητας και της συνέχειας της ύλης, η οποία συνεχίζεται από την ίδια τη γέννηση της επιστήμης, έληξε με τη συγχώνευση και των δύο ιδεών στην ιδέα των διπλών ιδιοτήτων των στοιχειωδών σωματιδίων. Η χρήση των κυματικών ιδιοτήτων των ηλεκτρονίων κατέστησε δυνατή τη σημαντική αύξηση της ανάλυσης των μικροσκοπίων. Το μήκος κύματος ενός ηλεκτρονίου εξαρτάται από την ταχύτητα, και επομένως από την τάση που επιταχύνει τα ηλεκτρόνια (βλ. πρόβλημα 5 στο Παράρτημα 4). Στα περισσότερα ηλεκτρονικά μικροσκόπια, το μήκος κύματος de Broglie είναι εκατοντάδες φορές μικρότερο από το μήκος κύματος του φωτός. Κατέστη δυνατό να δούμε ακόμη μικρότερα αντικείμενα, μέχρι μεμονωμένα μόρια.

Η κυματομηχανική γεννήθηκε, το θεμέλιο του τεράστιου οικοδομήματος της κβαντικής φυσικής. Ο De Broglie έθεσε τα θεμέλια για τη θεωρία της παρεμβολής και της περίθλασης του φωτός, έδωσε μια νέα παραγωγή του τύπου του Planck και καθιέρωσε μια βαθιά αντιστοιχία μεταξύ της κίνησης των σωματιδίων και των κυμάτων που σχετίζονται με αυτά.

Μελετώντας οποιαδήποτε θεωρία, σημειώσαμε απαραίτητα τα όρια εφαρμογής αυτής της θεωρίας. Τα όρια εφαρμογής της κβαντικής θεωρίας δεν έχουν ακόμη καθοριστεί, ωστόσο, οι νόμοι της θα πρέπει να εφαρμόζονται για την περιγραφή της κίνησης των μικροσωματιδίων σε μικρές περιοχές του χώρου και σε υψηλές συχνότητες ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, όταν τα όργανα μέτρησης επιτρέπουν την καταγραφή μεμονωμένων κβάντων (ενέργεια ~ 10 -16 J). Έτσι, για να περιγράψουμε την αλληλεπίδραση ύλης και ακτίνων Χ, η ενέργεια των κβάντων των οποίων είναι δύο τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από το όριο που καθορίστηκε παραπάνω, είναι απαραίτητο να εφαρμοστούν οι νόμοι της κβαντικής φυσικής και να περιγραφούν οι ιδιότητες του ραδιοφώνου κύματα, οι νόμοι της κλασικής ηλεκτροδυναμικής είναι αρκετά επαρκείς. Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι το κύριο «πεδίο δοκιμής» για την κβαντική θεωρία είναι η φυσική του ατόμου και του ατομικού πυρήνα.

Τελειώνοντας το σημερινό μάθημα, σας κάνω για άλλη μια φορά μια ερώτηση: τι είναι το φως; ( Απαντήσεις μαθητών.)

Βιβλιογραφία

1. Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B. Η φυσικη. 11η τάξη: σχολικό βιβλίο. για ιδρύματα γενικής εκπαίδευσης: βασική και καθηγ. επίπεδα. Μ.: Εκπαίδευση, 2009.
2. Εγκυκλοπαίδεια βίντεο για τη δημόσια εκπαίδευση. Lennauchfilm. Βίντεο στούντιο "Kvart". [Ηλεκτρονικός πόρος] Κασέτα Νο 2 «Θερμική Ακτινοβολία».
3. Tomilin A.N. Αναζητώντας τις απαρχές: επιστημονική-λαϊκή. έκδοση. Λ.: Ντετ. λογοτεχνία, 1990.
4. Κβαντική μηχανική. Κβαντική ηλεκτροδυναμική // Εγκυκλ. sl. νεαρός φυσικός / Σύνθ. V.A. Τσουγιάνοφ. Μόσχα: Παιδαγωγική, 1984.
5. Koltun M. World of Physics. Μ.: Ντετ. λογοτεχνία, 1984.
6. Solopov E.F. Φιλοσοφία: σχολικό βιβλίο. επίδομα για φοιτητές. πιο ψηλά εγχειρίδιο εγκαταστάσεις. Μ.: Βλάδος, 2003.
7. Ilchenko V.R. Σταυροδρόμι φυσικής, χημείας, βιολογίας: βιβλίο. για τους μαθητές. Μ.: Εκπαίδευση, 1986.
8. Κατς Τσ.Β. Βιοφυσική στα μαθήματα φυσικής: βιβλίο. για τον δάσκαλο. Μόσχα: Εκπαίδευση, 1988.

Έλενα Στεπάνοβνα Ουβίτσκαγια- καθηγητής φυσικής της ανώτερης κατηγορίας προσόντων, αποφοίτησε από το κρατικό Παιδαγωγικό Ινστιτούτο της Τούλα. L.N. Ο Τολστόι το 1977 και με διανομή πήγε στα Ουράλια, στη μικρή βιομηχανική πόλη Lysva, όπου εργάζεται ακόμα. Επίτιμος Εργάτης Γενικής Εκπαίδευσης της Ρωσικής Ομοσπονδίας, νικητής πανρωσικός ανταγωνισμόςκαθηγητές φυσικής και μαθηματικών (Ίδρυμα Δυναστείας). Οι απόφοιτοι περνούν επιτυχώς την Ενιαία Κρατική Εξέταση για πολλά χρόνια και εισέρχονται σε πανεπιστήμια στη Μόσχα, την Αγία Πετρούπολη, το Αικατερινούπολη, το Περμ. Κάποτε, αφού διάβασα για το Emerald Tablet, έμεινα έκπληκτος με τη σημερινή απαίτηση για την ιδέα του θρυλικού Ερμή: κάθε πράγμα, αντικείμενο, διαδικασία στο Σύμπαν μας φέρει τα χαρακτηριστικά του ενός του άλλου και ενός ενιαίου συνόλου. Έκτοτε, έχει δώσει μεγάλη προσοχή στις διεπιστημονικές συνδέσεις και αναλογίες: φυσική και βιολογία, φυσική και μαθηματικά, φυσική και λογοτεχνία, και τώρα φυσική και αγγλική γλώσσα. Ασχολείται με επιστημονική εργασία με μαθητές, ιδιαίτερα σε δημοτικό σχολείο: Πού μένει η ηλεκτρική ενέργεια; Γιατί το συνηθισμένο νερό είναι τόσο ασυνήθιστο; τι είναι, ο μυστηριώδης κόσμος των αστεριών; Υπάρχουν δύο γιοι στην οικογένεια, και οι δύο έχουν αποφοιτήσει από το Κρατικό Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Περμ. Ο junior είναι μηχανικός, ο ανώτερος είναι δάσκαλος καράτε-ντο, έχει μαύρη ζώνη, δεύτερο dan, πολλαπλός πρωταθλητής Ρωσίας, συμμετέχων στο παγκόσμιο πρωτάθλημα στην Ιαπωνία. Η επιτυχία της δασκάλας δεν θα ήταν δυνατή χωρίς τη βοήθεια του συζύγου της, ηλεκτρολόγου μηχανικού με εκπαίδευση: ανάπτυξη και εφαρμογή πειραμάτων, δημιουργία νέων συσκευών και απλώς υποστήριξη και συμβουλές που βοηθούν σε διάφορες καταστάσεις ζωής.

Όλες οι αιτήσεις δίνονται στο . - Εκδ.

Ο ρόλος της θεωρίας του Μάξγουελ εκφράστηκε καλύτερα από τον διάσημο φυσικό Ρόμπερτ Φάινμαν: «Στην ιστορία της ανθρωπότητας (αν το δούμε, ας πούμε, σε 10.000 χρόνια), το πιο σημαντικό γεγονός του 19ου αιώνα θα είναι αναμφίβολα η ανακάλυψη του Μάξγουελ του νόμοι της ηλεκτροδυναμικής. Με φόντο αυτό το σημαντικό επιστημονική ανακάλυψη Εμφύλιος πόλεμοςστην Αμερική την ίδια δεκαετία θα μοιάζει με ένα μικρό επαρχιακό περιστατικό.

Ο Πλανκ δίσταζε για πολύ καιρό σχετικά με το τι να σταματήσει την επιλογή της ζωής του - στις ανθρωπιστικές επιστήμες ή στη φυσική. Όλα τα έργα του Πλανκ διακρίνονται από χάρη και ομορφιά. Ο Α. Αϊνστάιν έγραψε γι' αυτούς: «Μελετώντας τα έργα του, έχει κανείς την εντύπωση ότι η απαίτηση της καλλιτεχνίας είναι ένα από τα κύρια ελατήρια της δουλειάς του».

Μόλις σήμερα σκέφτηκα ότι το φαινόμενο του παρατηρητή αποδεικνύει θεωρητικά τη δυνατότητα πραγματοποίησης στο φυσικό επίπεδο όχι μόνο των σχεδίων και των έργων σας, αλλά και του σώματος του φωτός και, γενικά, της δυνατότητας μετάβασης από μια ενεργειακή κατάσταση σε μια υλική κατάσταση και το κακό. αντίστροφα. Αποδεικνύεται ότι στην ανάπτυξή σας μπορείτε να φτάσετε στο επίπεδο της συνείδησης, το οποίο σας επιτρέπει να υπάρχει είτε με τη μορφή της ύλης είτε με τη μορφή ενός κύματος κατά βούληση. ΠΡΟΣ ΤΗΝγια παράδειγμα, σελ η αναπαράσταση του Ιησού και η εμφάνισή του στους μαθητές μετά τη σταύρωση σε ένα υλικό σώμα ταιριάζει καλά σε αυτή τη θεωρία.
Παρακάτω υπάρχει μια ελαφριά υπενθύμιση ότι υπάρχει ένα «φαινόμενο παρατηρητή» και ένα απόσπασμα από το βιβλίο, που μεταφέρει την αρχή της προτεραιότητας της συνείδησης από την κβαντική φυσική στο εκδηλωμένο επίπεδο.
«Η ζωή σου είναι εκεί που είναι η προσοχή σου».

Είναι αυτό το αξίωμα που έχει αποδειχθεί πειραματικά από φυσικούς σε πολλά εργαστήρια σε όλο τον κόσμο, όσο περίεργο κι αν ακούγεται.Ίσως τώρα ακούγεται ασυνήθιστο, αλλά η κβαντική φυσική άρχισε να αποδεικνύει την αλήθεια της βαριάς αρχαιότητας: «Η ζωή σου είναι εκεί που είναι η προσοχή σου». Συγκεκριμένα, ότι ένα άτομο με την προσοχή του επηρεάζει τον περιβάλλοντα υλικό κόσμο, προκαθορίζει την πραγματικότητα που αντιλαμβάνεται.

Από την ίδρυσή της, η κβαντική φυσική άρχισε να αλλάζει ριζικά την ιδέα του μικρόκοσμου και του ανθρώπου, ξεκινώντας από το δεύτερο μισό του 19ου αιώνα, με τη δήλωση του William Hamilton για την κυματοειδή φύση του φωτός, και συνεχίζοντας με την προηγμένη ανακαλύψεις σύγχρονων επιστημόνων. Η κβαντική φυσική έχει ήδη πολλά στοιχεία ότι ο μικρόκοσμος «ζει» σύμφωνα με εντελώς διαφορετικούς νόμους της φυσικής, ότι οι ιδιότητες των νανοσωματιδίων διαφέρουν από τον κόσμο που είναι γνωστός στον άνθρωπο, ότι τα στοιχειώδη σωματίδια αλληλεπιδρούν μαζί του με ιδιαίτερο τρόπο.
Στα μέσα του 20ου αιώνα, ο Klaus Jenson, κατά τη διάρκεια πειραμάτων, έλαβε ένα ενδιαφέρον αποτέλεσμα: κατά τη διάρκεια φυσικών πειραμάτων υποατομικά σωματίδιακαι τα φωτόνια ανταποκρίθηκαν με ακρίβεια στην ανθρώπινη προσοχή, με αποτέλεσμα ένα διαφορετικό τελικό αποτέλεσμα. Δηλαδή, τα νανοσωματίδια αντέδρασαν σε αυτό στο οποίο εστίασαν την προσοχή τους οι ερευνητές εκείνη τη στιγμή. Κάθε φορά αυτό το πείραμα, που έχει ήδη γίνει κλασικό, εκπλήσσει τους επιστήμονες. Έχει επαναληφθεί πολλές φορές σε πολλά εργαστήρια σε όλο τον κόσμο και κάθε φορά τα αποτελέσματα αυτού του πειράματος είναι πανομοιότυπα, γεγονός που επιβεβαιώνει την επιστημονική του αξία και αξιοπιστία.
Έτσι, για αυτό το πείραμα, προετοιμάζονται μια πηγή φωτός και μια οθόνη (μια πλάκα αδιαπέραστη από τα φωτόνια), η οποία έχει δύο σχισμές. Η συσκευή, η οποία είναι η πηγή φωτός, «εκτοξεύει» φωτόνια με απλούς παλμούς.

Φωτογραφία 1.
Μπροστά από το ειδικό φωτογραφικό χαρτί τοποθετήθηκε ειδική οθόνη με δύο σχισμές. Όπως ήταν αναμενόμενο, δύο κάθετες ρίγες εμφανίστηκαν στο φωτογραφικό χαρτί - ίχνη φωτονίων που φώτιζαν το χαρτί καθώς περνούσαν μέσα από αυτές τις σχισμές. Όπως ήταν φυσικό, η πορεία του πειράματος παρακολουθήθηκε.

Φωτογραφία 2.
Όταν ο ερευνητής άνοιξε τη συσκευή και ο ίδιος έφυγε για λίγο, επιστρέφοντας στο εργαστήριο, εξεπλάγη απίστευτα: τα φωτόνια άφησαν μια εντελώς διαφορετική εικόνα στο φωτογραφικό χαρτί - αντί για δύο κάθετες λωρίδες - πολύ.

Φωτογραφία 3.
Πώς θα μπορούσε να συμβεί αυτό; Τα ίχνη που έμειναν στο χαρτί ήταν χαρακτηριστικά ενός κύματος που περνούσε από τις ρωγμές. Με άλλα λόγια, παρατηρήθηκε ένα μοτίβο παρεμβολής.

Φωτογραφία 4.
Ένα απλό πείραμα με φωτόνια έδειξε ότι κατά την παρατήρηση (παρουσία ανιχνευτή ή παρατηρητή) το κύμα περνά στην κατάσταση ενός σωματιδίου και συμπεριφέρεται σαν σωματίδιο, αλλά, ελλείψει παρατηρητή, συμπεριφέρεται σαν κύμα. Αποδείχθηκε ότι εάν δεν πραγματοποιήσετε παρατηρήσεις σε αυτό το πείραμα, το φωτογραφικό χαρτί δείχνει ίχνη κυμάτων, δηλαδή, είναι ορατό ένα μοτίβο παρεμβολής. Ένα τέτοιο φυσικό φαινόμενο άρχισε να ονομάζεται «Επίδραση του Παρατηρητή».

Το πείραμα σωματιδίων που περιγράφηκε παραπάνω ισχύει και για την ερώτηση «Υπάρχει Θεός;». Διότι εάν, με την άγρυπνη προσοχή του Παρατηρητή, αυτό που έχει κυματική φύση μπορεί να βρίσκεται σε κατάσταση ύλης, να αντιδρά και να αλλάζει τις ιδιότητές του, τότε ποιος παρατηρεί προσεκτικά ολόκληρο το Σύμπαν; Ποιος κρατά όλη την ύλη σε μια σταθερή κατάσταση με την προσοχή του; Μόλις ένα άτομο στην αντίληψή του έχει την υπόθεση ότι μπορεί να ζήσει σε έναν ποιοτικά διαφορετικό κόσμο (για παράδειγμα, στον κόσμο του Θεού), μόνο τότε, το άτομο , αρχίζουν να αλλάζουν τον φορέα της ανάπτυξής του σε αυτή την πλευρά, και οι πιθανότητες να επιβιώσει από αυτή την εμπειρία αυξάνονται πολλαπλάσια. Δηλαδή, αρκεί απλώς να παραδεχτεί κανείς την πιθανότητα μιας τέτοιας πραγματικότητας για τον εαυτό του. Ως εκ τούτου, από τη στιγμή που ένα άτομο αποδεχθεί τη δυνατότητα απόκτησης μιας τέτοιας εμπειρίας, ουσιαστικά αρχίζει να την αποκτά. Αυτό επιβεβαιώνεται και στο βιβλίο AllatRa της Anastasia Novykh:

«Τα πάντα εξαρτώνται από τον ίδιο τον Παρατηρητή: εάν ένα άτομο αντιλαμβάνεται τον εαυτό του ως σωματίδιο (ένα υλικό αντικείμενο που ζει σύμφωνα με τους νόμους του υλικού κόσμου), θα δει και θα αντιληφθεί τον κόσμο της ύλης. εάν ένα άτομο αντιλαμβάνεται τον εαυτό του ως κύμα (αισθητηριακές εμπειρίες, μια διευρυμένη κατάσταση συνείδησης), τότε αντιλαμβάνεται τον κόσμο του Θεού και αρχίζει να τον κατανοεί, να τον ζει.
Στο πείραμα που περιγράφηκε παραπάνω, ο παρατηρητής αναπόφευκτα επηρεάζει την πορεία και τα αποτελέσματα του πειράματος. Δηλαδή, προκύπτει μια πολύ σημαντική αρχή: είναι αδύνατο να παρατηρήσουμε το σύστημα, να το μετρήσουμε και να το αναλύσουμε χωρίς να αλληλεπιδράσουμε μαζί του. Όπου υπάρχει αλληλεπίδραση, υπάρχει αλλαγή στις ιδιότητες.
Οι σοφοί λένε ότι ο Θεός είναι παντού. Οι παρατηρήσεις των νανοσωματιδίων δεν επιβεβαιώνουν αυτή τη δήλωση; Είναι αυτά τα πειράματα επιβεβαίωση ότι ολόκληρο το υλικό Σύμπαν αλληλεπιδρά μαζί Του με τον ίδιο τρόπο όπως, για παράδειγμα, ο Παρατηρητής αλληλεπιδρά με τα φωτόνια; Αυτή η εμπειρία δεν δείχνει ότι ό,τι στρέφεται η προσοχή του Παρατηρητή διαπερνάται από αυτόν; Πράγματι, από την άποψη της κβαντικής φυσικής και της αρχής της «Επίδρασης του Παρατηρητή», αυτό είναι αναπόφευκτο, αφού κατά τη διάρκεια της αλληλεπίδρασης το κβαντικό σύστημα χάνει τα αρχικά του χαρακτηριστικά, αλλάζει υπό την επίδραση περισσότερων κύριο σύστημα. Δηλαδή, και τα δύο συστήματα που ανταλλάσσουν αμοιβαία στο σχέδιο ενέργειας-πληροφοριών, τροποποιούν το ένα το άλλο.

Αν αναπτύξουμε περαιτέρω αυτό το ερώτημα, τότε αποδεικνύεται ότι ο Παρατηρητής προκαθορίζει την πραγματικότητα στην οποία ζει στη συνέχεια. Αυτό εκδηλώνεται ως συνέπεια της επιλογής του. Στην κβαντική φυσική, υπάρχει η έννοια της πληθώρας πραγματικοτήτων, όταν χιλιάδες πιθανές πραγματικότητες βρίσκονται μπροστά στον Παρατηρητή μέχρι να κάνει την τελική του επιλογή, επιλέγοντας έτσι μόνο μία από τις πραγματικότητες. Και όταν επιλέγει τη δική του πραγματικότητα για τον εαυτό του, εστιάζει σε αυτήν, και εκδηλώνεται για αυτόν (ή αυτός για εκείνη;).
Και πάλι, λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι ένα άτομο ζει στην πραγματικότητα που ο ίδιος υποστηρίζει με την προσοχή του, τότε ερχόμαστε στο ίδιο ερώτημα: αν όλη η ύλη στο Σύμπαν διατηρείται από την προσοχή, τότε Ποιος κρατά το ίδιο το Σύμπαν με τη δική του προσοχή? Αυτό το αξίωμα δεν αποδεικνύει την ύπαρξη του Θεού, Εκείνου που μπορεί να συλλογιστεί ολόκληρη την εικόνα;

Αυτό δεν δείχνει ότι το μυαλό μας εμπλέκεται άμεσα στο έργο του υλικού κόσμου; Ο Wolfgang Pauli, ένας από τους ιδρυτές της κβαντικής μηχανικής, είπε κάποτε: Οι νόμοι της φυσικής και της συνείδησης πρέπει να θεωρούνται συμπληρωματικοί". Είναι ασφαλές να πούμε ότι ο κ. Pauli είχε δίκιο. Αυτό είναι ήδη πολύ κοντά στην παγκόσμια αναγνώριση: ο υλικός κόσμος είναι μια απατηλή αντανάκλαση του μυαλού μας και αυτό που βλέπουμε με τα μάτια μας δεν είναι πραγματικά πραγματικότητα. Τότε ποια είναι η πραγματικότητα; Πού βρίσκεται και πώς μπορείτε να το βρείτε;
Όλο και περισσότερο, οι επιστήμονες τείνουν να πιστεύουν ότι η ανθρώπινη σκέψη με τον ίδιο τρόπο υπόκειται στις διαδικασίες των περιβόητων κβαντικών επιδράσεων. Το να ζεις σε μια ψευδαίσθηση που τραβάει ο νους ή να ανακαλύπτεις την πραγματικότητα από μόνος σου - αυτό πρέπει να το επιλέξει ο καθένας μόνος του. Μπορούμε μόνο να σας προτείνουμε να εξοικειωθείτε με το βιβλίο AllatRa, το οποίο αναφέρθηκε παραπάνω. Αυτό το βιβλίο όχι μόνο αποδεικνύει επιστημονικά την ύπαρξη του Θεού, αλλά δίνει και λεπτομερείς εξηγήσεις για όλα υπάρχουσες πραγματικότητες, μετράει και μάλιστα αποκαλύπτει τη δομή της ανθρώπινης ενεργειακής δομής. Μπορείτε να κατεβάσετε αυτό το βιβλίο εντελώς δωρεάν από τον ιστότοπό μας κάνοντας κλικ στο απόσπασμα παρακάτω ή μεταβαίνοντας στην κατάλληλη ενότητα του ιστότοπου.

Η εμφάνιση και η ανάπτυξη της κβαντικής θεωρίας οδήγησε σε μια αλλαγή στις κλασικές ιδέες σχετικά με τη δομή της ύλης, την κίνηση, την αιτιότητα, τον χώρο, τον χρόνο, τη φύση της γνώσης κ.λπ., η οποία συνέβαλε σε έναν ριζικό μετασχηματισμό της εικόνας του κόσμου. Η κλασική κατανόηση ενός υλικού σωματιδίου χαρακτηριζόταν από τον απότομο διαχωρισμό του από περιβάλλον, κατοχή της δικής του κίνησης και θέσης στο χώρο. Στην κβαντική θεωρία, ένα σωματίδιο άρχισε να αναπαρίσταται ως λειτουργικό μέρος του συστήματος στο οποίο περιλαμβάνεται, το οποίο δεν έχει συντεταγμένες και ορμή. Στην κλασική θεωρία, η κίνηση θεωρήθηκε ως η μεταφορά ενός σωματιδίου, το οποίο παραμένει πανομοιότυπο με τον εαυτό του, κατά μήκος μιας ορισμένης τροχιάς. Η διπλή φύση της κίνησης του σωματιδίου κατέστησε αναγκαία την απόρριψη μιας τέτοιας αναπαράστασης της κίνησης. Ο κλασικός (δυναμικός) ντετερμινισμός έχει δώσει τη θέση του στον πιθανολογικό (στατιστικό) ντετερμινισμό. Αν προηγουμένως το σύνολο κατανοούνταν ως το άθροισμα των συστατικών του μερών, τότε η κβαντική θεωρία αποκάλυψε την εξάρτηση των ιδιοτήτων ενός σωματιδίου από το σύστημα στο οποίο περιλαμβάνεται. Η κλασική κατανόηση της γνωστικής διαδικασίας συνδέθηκε με τη γνώση ενός υλικού αντικειμένου ως υπάρχοντος από μόνο του. Η κβαντική θεωρία έχει αποδείξει την εξάρτηση της γνώσης για ένα αντικείμενο από τις ερευνητικές διαδικασίες. Εάν η κλασική θεωρία ισχυριζόταν ότι ήταν πλήρης, τότε η κβαντική θεωρία αναπτύχθηκε από την αρχή ως ελλιπής, βασισμένη σε μια σειρά από υποθέσεις, το νόημα των οποίων δεν ήταν καθόλου σαφές στην αρχή, και ως εκ τούτου οι κύριες διατάξεις της έλαβαν διαφορετικές ερμηνείες, διαφορετικές ερμηνείες .
Προέκυψαν διαφωνίες κυρίως σχετικά με τη φυσική έννοια της δυαδικότητας των μικροσωματιδίων. Ο De Broglie πρότεινε αρχικά την έννοια του πιλοτικού κύματος, σύμφωνα με την οποία ένα κύμα και ένα σωματίδιο συνυπάρχουν, το κύμα οδηγεί το σωματίδιο. Ένας πραγματικός υλικός σχηματισμός που διατηρεί τη σταθερότητά του είναι ένα σωματίδιο, αφού είναι ακριβώς αυτό που έχει ενέργεια και ορμή. Το κύμα που μεταφέρει το σωματίδιο ελέγχει τη φύση της κίνησης του σωματιδίου. Το πλάτος του κύματος σε κάθε σημείο του χώρου καθορίζει την πιθανότητα εντοπισμού των σωματιδίων κοντά σε αυτό το σημείο. Ο Σρέντινγκερ ουσιαστικά λύνει το πρόβλημα της δυαδικότητας ενός σωματιδίου αφαιρώντας το. Για αυτόν, το σωματίδιο λειτουργεί ως ένας καθαρά κυματικός σχηματισμός. Με άλλα λόγια, το σωματίδιο είναι ο τόπος του κύματος, στον οποίο υψηλότερη ενέργειακυματιστά. Οι ερμηνείες του de Broglie και του Schrödinger ήταν ουσιαστικά προσπάθειες δημιουργίας οπτικών μοντέλων στο πνεύμα της κλασικής φυσικής. Ωστόσο, αυτό αποδείχθηκε αδύνατο.
Ο Χάιζενμπεργκ πρότεινε μια ερμηνεία της κβαντικής θεωρίας, βασιζόμενη (όπως φαίνεται προηγουμένως) από το γεγονός ότι η φυσική πρέπει να χρησιμοποιεί μόνο έννοιες και μεγέθη που βασίζονται σε μετρήσεις. Ο Χάιζενμπεργκ λοιπόν εγκατέλειψε την οπτική αναπαράσταση της κίνησης ενός ηλεκτρονίου σε ένα άτομο. Οι συσκευές μακροεντολής δεν μπορούν να δώσουν περιγραφή της κίνησης ενός σωματιδίου με ταυτόχρονη σταθεροποίηση της ορμής και των συντεταγμένων (δηλαδή με την κλασική έννοια) λόγω της θεμελιωδώς ατελούς δυνατότητας ελέγχου της αλληλεπίδρασης της συσκευής με το σωματίδιο - λόγω της σχέσης αβεβαιότητας, η μέτρηση της ορμής δεν καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό των συντεταγμένων και το αντίστροφο. Με άλλα λόγια, λόγω της θεμελιώδους ανακρίβειας των μετρήσεων, οι προβλέψεις της θεωρίας μπορούν να είναι μόνο πιθανολογικής φύσης και η πιθανότητα είναι συνέπεια της θεμελιώδους ελλιπούς πληροφορίας σχετικά με την κίνηση ενός σωματιδίου. Αυτή η περίσταση οδήγησε στο συμπέρασμα σχετικά με την κατάρρευση της αρχής της αιτιότητας με την κλασική έννοια, η οποία προϋπέθετε την πρόβλεψη των ακριβών τιμών της ορμής και της θέσης. Στο πλαίσιο της κβαντικής θεωρίας, λοιπόν, δεν μιλάμε για λάθη στην παρατήρηση ή το πείραμα, αλλά για μια θεμελιώδη έλλειψη γνώσης, η οποία εκφράζεται χρησιμοποιώντας μια συνάρτηση πιθανότητας.
Η ερμηνεία της κβαντικής θεωρίας του Heisenberg αναπτύχθηκε από τον Bohr και ονομάστηκε ερμηνεία της Κοπεγχάγης. Στο πλαίσιο αυτής της ερμηνείας, η κύρια διάταξη της κβαντικής θεωρίας είναι η αρχή της συμπληρωματικότητας, που σημαίνει την απαίτηση υποβολής αίτησης για απόκτηση στη διαδικασία της γνωστικής πλήρης εικόνατου υπό μελέτη αντικειμένου αποτελούν αμοιβαία αποκλειόμενες κατηγορίες εννοιών, οργάνων και ερευνητικών διαδικασιών που χρησιμοποιούνται στις συγκεκριμένες συνθήκες τους και αλληλοσυμπληρώνονται. Αυτή η αρχή θυμίζει τη σχέση αβεβαιότητας Heisenberg. Αν μιλάμε για τον ορισμό της ορμής και του συντονισμού ως αμοιβαία αποκλειστικές και συμπληρωματικές ερευνητικές διαδικασίες, τότε υπάρχουν λόγοι για τον προσδιορισμό αυτών των αρχών. Ωστόσο, η έννοια της αρχής της συμπληρωματικότητας είναι ευρύτερη από τις σχέσεις αβεβαιότητας. Για να εξηγήσει τη σταθερότητα του ατόμου, ο Bohr συνδύασε κλασικές και κβαντικές ιδέες για την κίνηση ενός ηλεκτρονίου σε ένα μοντέλο. Η αρχή της συμπληρωματικότητας, λοιπόν, επέτρεψε στις κλασικές αναπαραστάσεις να συμπληρωθούν με κβαντικές. Έχοντας αποκαλύψει το αντίθετο των κυμάτων και των σωματικών ιδιοτήτων του φωτός και μη βρίσκοντας την ενότητά τους, ο Bohr έγειρε προς την ιδέα δύο, ισοδύναμων μεταξύ τους, μεθόδων περιγραφής - κυματικής και σωματιδιακής - με τον επακόλουθο συνδυασμό τους. Έτσι, είναι πιο ακριβές να πούμε ότι η αρχή της συμπληρωματικότητας είναι η ανάπτυξη της σχέσης αβεβαιότητας, εκφράζοντας τη σχέση συντεταγμένης και ορμής.
Αρκετοί επιστήμονες έχουν ερμηνεύσει την παραβίαση της αρχής του κλασικού ντετερμινισμού στο πλαίσιο της κβαντικής θεωρίας υπέρ του ιντερνισμού. Στην πραγματικότητα, εδώ η αρχή του ντετερμινισμού άλλαξε μορφή. Στο πλαίσιο της κλασικής φυσικής, εάν στην αρχική χρονική στιγμή είναι γνωστές οι θέσεις και η κατάσταση κίνησης των στοιχείων του συστήματος, είναι δυνατό να προβλεφθεί πλήρως η θέση του σε οποιαδήποτε μελλοντική χρονική στιγμή. Όλα τα μακροσκοπικά συστήματα υπόκεινταν σε αυτήν την αρχή. Ακόμη και σε εκείνες τις περιπτώσεις που ήταν απαραίτητο να εισαχθούν πιθανότητες, θεωρούνταν πάντα ότι όλες οι στοιχειώδεις διαδικασίες είναι αυστηρά ντετερμινιστικές και ότι μόνο μεγάλος αριθμόςκαι η άτακτη συμπεριφορά αναγκάζει κάποιον να στραφεί σε στατιστικές μεθόδους. Στην κβαντική θεωρία, η κατάσταση είναι θεμελιωδώς διαφορετική. Για την εφαρμογή των αρχών του προσδιορισμού, εδώ είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τις συντεταγμένες και τις ροπές, και αυτό απαγορεύεται από τη σχέση αβεβαιότητας. Η χρήση της πιθανότητας εδώ έχει διαφορετικό νόημα σε σύγκριση με τη στατιστική μηχανική: εάν στη στατιστική μηχανική οι πιθανότητες χρησιμοποιήθηκαν για να περιγράψουν φαινόμενα μεγάλης κλίμακας, τότε στην κβαντική θεωρία, οι πιθανότητες, αντίθετα, εισάγονται για να περιγράψουν τις ίδιες τις στοιχειώδεις διαδικασίες. Όλα αυτά σημαίνουν ότι στον κόσμο των σωμάτων μεγάλης κλίμακας λειτουργεί η δυναμική αρχή της αιτιότητας και στον μικρόκοσμο - η πιθανολογική αρχή της αιτιότητας.
Η ερμηνεία της Κοπεγχάγης προϋποθέτει, αφενός, την περιγραφή των πειραμάτων με όρους κλασικής φυσικής και, αφετέρου, την αναγνώριση αυτών των εννοιών ως ανακριβώς αντίστοιχων με την πραγματική κατάσταση πραγμάτων. Αυτή η ασυνέπεια είναι που καθορίζει την πιθανότητα της κβαντικής θεωρίας. Οι έννοιες της κλασικής φυσικής είναι σημαντικές συστατικό μέροςφυσική γλώσσα. Εάν δεν χρησιμοποιήσουμε αυτές τις έννοιες για να περιγράψουμε τα πειράματά μας, δεν θα μπορέσουμε να καταλάβουμε ο ένας τον άλλον.
Το ιδανικό της κλασικής φυσικής είναι η πλήρης αντικειμενικότητα της γνώσης. Αλλά στη γνώση χρησιμοποιούμε όργανα, και έτσι, όπως λέει ο Heinzerberg, εισάγεται ένα υποκειμενικό στοιχείο στην περιγραφή των ατομικών διεργασιών, αφού το όργανο δημιουργείται από τον παρατηρητή. "Πρέπει να θυμόμαστε ότι αυτό που παρατηρούμε δεν είναι η ίδια η φύση, αλλά η φύση που εμφανίζεται όπως έρχεται στο φως με τον τρόπο που θέτουμε ερωτήσεις. Η επιστημονική εργασία στη φυσική συνίσταται στο να θέτουμε ερωτήσεις σχετικά με τη φύση στη γλώσσα που χρησιμοποιούμε και να προσπαθούμε να αποκτήσουμε απαντήστε σε ένα πείραμα που πραγματοποιήθηκε με τα μέσα που έχουμε στη διάθεσή μας. Αυτό φέρνει στο νου τα λόγια του Bohr για την κβαντική θεωρία: αν ψάχνουμε για αρμονία στη ζωή, δεν πρέπει ποτέ να ξεχνάμε ότι στο παιχνίδι της ζωής είμαστε και θεατές και συμμετέχοντες Είναι σαφές ότι στην επιστημονική μας στάση απέναντι στη φύση, η δική μας δραστηριότητα γίνεται σημαντική όπου έχουμε να αντιμετωπίσουμε περιοχές της φύσης που μπορούν να διεισδύσουν μόνο με τα πιο σημαντικά τεχνικά μέσα».
Οι κλασικές αναπαραστάσεις του χώρου και του χρόνου αποδείχθηκαν επίσης αδύνατες να χρησιμοποιηθούν για την περιγραφή ατομικών φαινομένων. Να τι έγραψε σχετικά ένας άλλος δημιουργός της κβαντικής θεωρίας: «Η ύπαρξη ενός κβαντικού δράσης αποκάλυψε μια εντελώς απρόβλεπτη σύνδεση μεταξύ γεωμετρίας και δυναμικής: αποδεικνύεται ότι η δυνατότητα εντοπισμού φυσικών διεργασιών στο γεωμετρικό χώρο εξαρτάται από τη δυναμική τους κατάσταση. Η θεωρία της σχετικότητας μάς έχει ήδη διδάξει να εξετάζουμε τις τοπικές ιδιότητες του χωροχρόνου ανάλογα με την κατανομή της ύλης στο σύμπαν.Ωστόσο, η ύπαρξη κβαντών απαιτεί πολύ βαθύτερο μετασχηματισμό και δεν μας επιτρέπει πλέον να αναπαραστούμε την κίνηση ενός φυσικού αντικειμένου κατά μήκος μιας ορισμένης γραμμής στο χωροχρόνο (η παγκόσμια γραμμή).Τώρα είναι αδύνατο να προσδιοριστεί η κατάσταση κίνησης, με βάση την καμπύλη που απεικονίζει διαδοχικές θέσεις ενός αντικειμένου στο χώρο με την πάροδο του χρόνου. Τώρα πρέπει να θεωρήσουμε τη δυναμική κατάσταση όχι ως συνέπεια χωροχρονικού εντοπισμού, αλλά ως ανεξάρτητη και πρόσθετη πτυχή της φυσικής πραγματικότητας»
Οι συζητήσεις για το πρόβλημα της ερμηνείας της κβαντικής θεωρίας έχουν εκθέσει το ζήτημα της ίδιας της κατάστασης της κβαντικής θεωρίας - εάν είναι μια πλήρης θεωρία της κίνησης ενός μικροσωματιδίου. Το ερώτημα διατυπώθηκε για πρώτη φορά με αυτόν τον τρόπο από τον Αϊνστάιν. Η θέση του εκφράστηκε στην έννοια των κρυφών παραμέτρων. Ο Αϊνστάιν προχώρησε στην κατανόηση της κβαντικής θεωρίας ως μια στατιστικής θεωρίας που περιγράφει τα μοτίβα που σχετίζονται με τη συμπεριφορά όχι ενός μόνο σωματιδίου, αλλά του συνόλου τους. Κάθε σωματίδιο είναι πάντα αυστηρά εντοπισμένο και ταυτόχρονα έχει ορισμένες τιμές ορμής και θέσης. Η σχέση αβεβαιότητας δεν αντικατοπτρίζει την πραγματική δομή της πραγματικότητας στο επίπεδο των μικροδιαδικασιών, αλλά την ατελότητα της κβαντικής θεωρίας - απλώς στο επίπεδό της δεν είμαστε σε θέση να μετρήσουμε ταυτόχρονα την ορμή και το συντονισμό, αν και υπάρχουν στην πραγματικότητα, αλλά ως κρυφές παράμετροι (κρυμμένο στο πλαίσιο της κβαντικής θεωρίας). Ο Αϊνστάιν θεώρησε ελλιπή την περιγραφή της κατάστασης ενός σωματιδίου με τη βοήθεια της κυματικής συνάρτησης και ως εκ τούτου παρουσίασε την κβαντική θεωρία ως μια ελλιπή θεωρία της κίνησης ενός μικροσωματιδίου.
Ο Bohr πήρε την αντίθετη θέση σε αυτή τη συζήτηση, προχωρώντας από την αναγνώριση της αντικειμενικής αβεβαιότητας των δυναμικών παραμέτρων ενός μικροσωματιδίου ως αιτία για τη στατιστική φύση της κβαντικής θεωρίας. Κατά τη γνώμη του, η άρνηση του Αϊνστάιν της ύπαρξης αντικειμενικά αβέβαιων μεγεθών αφήνει ανεξήγητα τα κυματικά χαρακτηριστικά που είναι εγγενή σε ένα μικροσωματίδιο. Ο Bohr θεώρησε αδύνατο να επιστρέψει στις κλασικές έννοιες της κίνησης ενός μικροσωματιδίου.
Στη δεκαετία του '50. Τον 20ο αιώνα, ο D.Bohm επέστρεψε στην ιδέα του de Broglie για έναν πιλότο κύματος, παρουσιάζοντας ένα κύμα psi ως πραγματικό πεδίο που σχετίζεται με ένα σωματίδιο. Οι υποστηρικτές της ερμηνείας της κβαντικής θεωρίας της Κοπεγχάγης και ακόμη και ορισμένοι από τους αντιπάλους της δεν υποστήριξαν τη θέση του Bohm, ωστόσο, συνέβαλε σε μια πιο εις βάθος μελέτη της έννοιας του de Broglie: το σωματίδιο άρχισε να θεωρείται ως ένας ειδικός σχηματισμός που αναδύεται και κινείται στο πεδίο psi, αλλά διατηρεί την ατομικότητά του. Τα έργα του P.Vigier, L.Yanoshi, που ανέπτυξε αυτή την έννοια, αξιολογήθηκαν από πολλούς φυσικούς ως υπερβολικά «κλασικά».
Στην εγχώρια φιλοσοφική λογοτεχνία Σοβιετική περίοδοςη ερμηνεία της κβαντικής θεωρίας της Κοπεγχάγης έχει επικριθεί για «προσκόλληση σε θετικιστικές στάσεις» στην ερμηνεία της διαδικασίας της γνώσης. Ωστόσο, αρκετοί συγγραφείς υπερασπίστηκαν την εγκυρότητα της ερμηνείας της κβαντικής θεωρίας της Κοπεγχάγης. Η αντικατάσταση του κλασικού ιδεώδους της επιστημονικής γνώσης με ένα μη κλασικό συνοδεύτηκε από την κατανόηση ότι ο παρατηρητής, προσπαθώντας να δημιουργήσει μια εικόνα ενός αντικειμένου, δεν μπορεί να αποσπαστεί από τη διαδικασία μέτρησης, δηλ. ο ερευνητής δεν είναι σε θέση να μετρήσει τις παραμέτρους του υπό μελέτη αντικειμένου όπως ήταν πριν από τη διαδικασία μέτρησης. Οι W. Heisenberg, E. Schrödinger και P. Dirac έθεσαν την αρχή της αβεβαιότητας στη βάση της κβαντικής θεωρίας, στην οποία τα σωματίδια δεν είχαν πλέον καθορισμένη και αμοιβαία ανεξάρτητη ορμή και συντεταγμένες. Η κβαντική θεωρία εισήγαγε έτσι ένα στοιχείο απρόβλεπτου και τυχαίου στην επιστήμη. Και παρόλο που ο Αϊνστάιν δεν μπορούσε να συμφωνήσει με αυτό, η κβαντική μηχανική ήταν συνεπής με το πείραμα, και ως εκ τούτου έγινε η βάση πολλών τομέων γνώσης.

«Όσοι δεν σοκαρίστηκαν με την πρώτη γνωριμία με την κβαντική θεωρία, πιθανότατα, απλά δεν κατάλαβαν τίποτα». Ο Νιλς Μπορ

Η υπόθεση της κβαντικής θεωρίας είναι τόσο συγκλονιστική που μοιάζει περισσότερο με επιστημονική φαντασία.

Ένα σωματίδιο του μικροκόσμου μπορεί να βρίσκεται σε δύο ή περισσότερα μέρη ταυτόχρονα!

(Ένα από τα πιο πρόσφατα πειράματα έδειξε ότι ένα από αυτά τα σωματίδια μπορεί να βρίσκεται σε 3000 σημεία ταυτόχρονα!)

Ένα και το αυτό «αντικείμενο» μπορεί να είναι και ένα εντοπισμένο σωματίδιο και ένα ενεργειακό κύμα που διαδίδεται στο διάστημα.

Ο Αϊνστάιν υπέθεσε ότι τίποτα δεν μπορεί να ταξιδέψει πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φωτός. Αλλά η κβαντική φυσική έχει αποδείξει ότι τα υποατομικά σωματίδια μπορούν να ανταλλάσσουν πληροφορίες αμέσως - όντας σε οποιαδήποτε απόσταση το ένα από το άλλο.

Η κλασική φυσική ήταν ντετερμινιστική: δεδομένων των αρχικών συνθηκών όπως η θέση και η ταχύτητα ενός αντικειμένου, μπορούμε να υπολογίσουμε πού θα κινηθεί. Η κβαντική φυσική είναι πιθανολογική: δεν μπορούμε ποτέ να πούμε με απόλυτη βεβαιότητα πώς θα συμπεριφερθεί το υπό μελέτη αντικείμενο.

Η κλασική φυσική ήταν μηχανιστική. Βασίζεται στην προϋπόθεση ότι μόνο γνωρίζοντας τα επιμέρους μέρη ενός αντικειμένου μπορούμε τελικά να καταλάβουμε τι είναι.

Η κβαντική φυσική είναι ολιστική: ζωγραφίζει μια εικόνα του σύμπαντος ως ενιαίου συνόλου, τα μέρη του οποίου είναι αλληλένδετα και επηρεάζουν το ένα το άλλο.

Και, ίσως το πιο σημαντικό, η κβαντική φυσική έχει καταστρέψει την ιδέα μιας θεμελιώδους διαφοράς μεταξύ του υποκειμένου ή του αντικειμένου, του παρατηρητή και του παρατηρούμενου - και όμως κυριάρχησε στο μυαλό των επιστημόνων για 400 χρόνια!

Στην κβαντική φυσική, ο παρατηρητής επηρεάζει το παρατηρούμενο αντικείμενο. Δεν υπάρχουν μεμονωμένοι παρατηρητές του μηχανικού Σύμπαντος - τα πάντα συμμετέχουν στην ύπαρξή του.

ΣΟΚ #1 - ΚΕΝΟΣ ΧΩΡΟΣ

Μία από τις πρώτες ρωγμές στη στερεά δομή της Νευτώνειας φυσικής έγινε με την ακόλουθη ανακάλυψη: τα άτομα είναι εκείνα τα στερεά δομικά στοιχεία του φυσικού σύμπαντος! - αποτελούνται κυρίως από κενό χώρο. Πόσο άδειο; Αν αυξήσουμε τον πυρήνα ενός ατόμου υδρογόνου στο μέγεθος μιας μπάλας του μπάσκετ, τότε το μόνο ηλεκτρόνιο που θα περιστρέφεται γύρω του θα βρίσκεται σε απόσταση τριάντα χιλιομέτρων και δεν θα υπάρχει τίποτα μεταξύ του πυρήνα και του ηλεκτρονίου. Κοιτάζοντας λοιπόν γύρω σας, θυμηθείτε: η πραγματικότητα είναι οι μικρότερες κουκκίδες ύλης, που περιβάλλονται από κενό.

Ωστόσο, όχι ακριβώς έτσι. Αυτό το υποτιθέμενο «κενό» δεν είναι στην πραγματικότητα κενό: περιέχει μια κολοσσιαία ποσότητα απίστευτα ισχυρής ενέργειας. γνωρίζουμε ότι η ενέργεια γίνεται πιο πυκνή καθώς μετακινείται σε χαμηλότερο επίπεδο ύλης (για παράδειγμα, πυρηνική δύναμηένα εκατομμύριο φορές πιο ισχυρό από το χημικό). Οι επιστήμονες λένε τώρα ότι υπάρχει περισσότερη ενέργεια σε ένα κυβικό εκατοστό κενού χώρου από ό,τι σε όλη την ύλη στο γνωστό σύμπαν. Αν και οι επιστήμονες δεν μπόρεσαν να το μετρήσουν, βλέπουν τα αποτελέσματα αυτής της θάλασσας ενέργειας.

ΣΟΚ #2 - ΣΩΜΑΤΙΔΙΟ, ΚΥΜΑ Ή ΚΥΜΑΤΙΚΟ ΣΩΜΑΤΙΔΙΟ;

Όχι μόνο το άτομο αποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από "διάστημα" - όταν οι επιστήμονες το εξέτασαν πιο βαθιά, διαπίστωσαν ότι τα υποατομικά (συστατικά του ατόμου) σωματίδια δεν είναι επίσης στερεά. Και φαίνεται να έχουν διπλή φύση. Ανάλογα με το πώς τα παρατηρούμε, μπορούν να συμπεριφέρονται είτε σαν στερεά μικροαντικείμενα είτε σαν κύματα.

Τα σωματίδια είναι χωριστά στερεά αντικείμενα που καταλαμβάνουν μια συγκεκριμένη θέση στο χώρο. Και τα κύματα δεν έχουν «σώμα», δεν εντοπίζονται και διαδίδονται στο διάστημα.

Ως κύμα, ένα ηλεκτρόνιο ή ένα φωτόνιο (ένα σωματίδιο φωτός) δεν έχει ακριβή θέση, αλλά υπάρχει ως «πεδίο πιθανοτήτων». Στην σωματιδιακή κατάσταση, το πεδίο πιθανοτήτων «καταρρέει» (καταρρέει) σε ένα στερεό αντικείμενο. Οι συντεταγμένες του στον τετραδιάστατο χωροχρόνο μπορούν ήδη να προσδιοριστούν.

Αυτό είναι εκπληκτικό, αλλά η κατάσταση ενός σωματιδίου (ένα κύμα ή ένα στερεό αντικείμενο) καθορίζεται από τις πράξεις παρατήρησης και μέτρησης. Τα αμέτρητα και μη παρατηρήσιμα ηλεκτρόνια συμπεριφέρονται σαν κύματα. Μόλις τα υποβάλουμε σε παρατήρηση κατά τη διάρκεια του πειράματος, «καταρρέουν» σε στερεά σωματίδια και μπορούν να στερεωθούν στο διάστημα.

Αλλά πώς μπορεί κάτι να είναι ταυτόχρονα στερεό σωματίδιο και ρευστό κύμα; Ίσως το παράδοξο να λυθεί αν θυμηθούμε αυτό που ειπώθηκε πρόσφατα: τα σωματίδια συμπεριφέρονται σαν κύματα ή σαν στερεά αντικείμενα. Αλλά οι έννοιες «κύμα» και «σωματίδιο» είναι απλώς αναλογίες βγαλμένες από τον καθημερινό μας κόσμο. Η έννοια του κύματος εισήχθη στην κβαντική θεωρία από τον Erwin Schrödinger. Είναι ο συγγραφέας της περίφημης «εξίσωσης κυμάτων», η οποία τεκμηριώνει μαθηματικά την ύπαρξη κυματικών ιδιοτήτων σε ένα στερεό σωματίδιο πριν από την πράξη της παρατήρησης. Μερικοί φυσικοί -σε μια προσπάθεια να εξηγήσουν αυτό που δεν έχουν συναντήσει ποτέ και δεν μπορούν να κατανοήσουν πλήρως- αποκαλούν τα υποατομικά σωματίδια «σωματίδια κύματος».

ΣΟΚ #3 - ΚΒΑΝΤΙΚΑ ΑΛΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑ

Κατά τη μελέτη του ατόμου, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι όταν τα ηλεκτρόνια κινούνται από τροχιά σε τροχιά καθώς περιφέρονται γύρω από τον πυρήνα, δεν κινούνται στο διάστημα όπως τα συνηθισμένα αντικείμενα. Όχι, καλύπτουν την απόσταση αμέσως. Δηλαδή, σε ένα μέρος εξαφανίζονται και σε άλλο εμφανίζονται. Αυτό το φαινόμενο ονομάστηκε κβαντικό άλμα.

Επιπλέον, οι επιστήμονες συνειδητοποίησαν ότι δεν μπορούσαν να προσδιορίσουν πού ακριβώς στη νέα τροχιά θα εμφανιζόταν το εξαφανισμένο ηλεκτρόνιο ή σε ποια στιγμή θα έκανε ένα άλμα. Το περισσότερο που μπορούσαν να κάνουν ήταν να υπολογίσουν την πιθανότητα (με βάση την κυματική εξίσωση Schrödinger) της νέας θέσης του ηλεκτρονίου.

«Η πραγματικότητα, όπως τη βιώνουμε, δημιουργείται κάθε στιγμή μέσα από το σύνολο των αμέτρητων δυνατοτήτων», λέει ο Δρ Satinover. - Αλλά πραγματικό μυστικό- στο γεγονός ότι δεν υπάρχει τίποτα στο φυσικό Σύμπαν που θα καθόριζε ποια συγκεκριμένη δυνατότητα από αυτή την ολότητα θα πραγματοποιηθεί. Δεν υπάρχει καμία διαδικασία που να το θέτει αυτό».

Έτσι, τα κβαντικά άλματα είναι τα μόνα πραγματικά τυχαία γεγονότα στο σύμπαν.

ΣΟΚ #4 - Η ΑΡΧΗ ΤΗΣ ΑΒΕΒΑΙΟΤΗΤΑΣ

Στην κλασική φυσική, όλες οι παράμετροι ενός αντικειμένου, συμπεριλαμβανομένων των χωρικών συντεταγμένων και της ταχύτητάς του, μπορούν να μετρηθούν με ακρίβεια που περιορίζεται μόνο από τις δυνατότητες των πειραματικών τεχνολογιών. Αλλά σε κβαντικό επίπεδο, κάθε φορά που προσδιορίζετε ένα ποσοτικό χαρακτηριστικό ενός αντικειμένου, όπως η ταχύτητα, δεν μπορείτε να λάβετε ακριβείς τιμές των άλλων παραμέτρων του, όπως οι συντεταγμένες. Με άλλα λόγια: αν γνωρίζετε πόσο γρήγορα κινείται ένα αντικείμενο, δεν μπορείτε να ξέρετε πού βρίσκεται. Αντίθετα, αν γνωρίζετε πού βρίσκεται, δεν μπορείτε να ξέρετε πόσο γρήγορα κινείται.

Ανεξάρτητα από το πόσο εξελιγμένοι είναι οι πειραματιστές, ανεξάρτητα από το πόσο προηγμένες τεχνολογίες μέτρησης χρησιμοποιούν, αποτυγχάνουν να κοιτάξουν πίσω από αυτό το πέπλο.

Ο Werner Heisenberg, ένας από τους πρωτοπόρους της κβαντικής φυσικής, διατύπωσε την αρχή της αβεβαιότητας. Η ουσία του είναι η εξής: ανεξάρτητα από το πώς πολεμάτε, είναι αδύνατο να αποκτήσετε ταυτόχρονα τις ακριβείς τιμές των συντεταγμένων και της ταχύτητας ενός κβαντικού αντικειμένου. Όσο πιο ακριβείς επιτυγχάνουμε στη μέτρηση μιας παραμέτρου, τόσο πιο αβέβαιη γίνεται η άλλη.

ΣΟΚ #5 - ΜΗ ΤΟΠΙΚΟΤΗΤΑ, ΠΑΡΑΔΟΞΟ EPR ΚΑΙ ΘΕΩΡΗΜΑ ΤΟΥ ΚΟΥΔΑΝΙΟΥ

Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν δεν του άρεσε η κβαντική φυσική. Αξιολογώντας την πιθανολογική φύση των υποατομικών διεργασιών που περιγράφονται στην κβαντική φυσική, είπε: «Ο Θεός δεν παίζει ζάρια με το Σύμπαν». Αλλά ο Niels Bohr του απάντησε: «Σταμάτα να διδάσκεις τον Θεό τι να κάνει!»

Το 1935, ο Αϊνστάιν και οι συνάδελφοί του Podolsky και Rosen (EPR) προσπάθησαν να νικήσουν την κβαντική θεωρία. Οι επιστήμονες με βάση τις διατάξεις της κβαντικής μηχανικής πραγματοποίησαν ένα πείραμα σκέψης και κατέληξαν σε ένα παράδοξο συμπέρασμα. (Υποτίθεται ότι έδειχνε την κατωτερότητα της κβαντικής θεωρίας). Αυτή είναι η ουσία της σκέψης τους. Αν έχουμε δύο σωματίδια που εμφανίστηκαν ταυτόχρονα, τότε αυτό σημαίνει ότι είναι αλληλένδετα ή βρίσκονται σε κατάσταση υπέρθεσης. Ας τους στείλουμε σε διαφορετικές άκρες του σύμπαντος. Στη συνέχεια αλλάζουμε την κατάσταση ενός από τα σωματίδια. Στη συνέχεια, σύμφωνα με την κβαντική θεωρία, ένα άλλο σωματίδιο έρχεται αμέσως στην ίδια κατάσταση. Στη στιγμή! Στην άλλη πλευρά του σύμπαντος!

Μια τέτοια ιδέα ήταν τόσο γελοία που ο Αϊνστάιν την αποκάλεσε σαρκαστικά ως «υπερφυσική δράση από απόσταση». Σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας, τίποτα δεν μπορεί να ταξιδέψει πιο γρήγορα από το φως. Και στο πείραμα EPR, αποδείχθηκε ότι ο ρυθμός ανταλλαγής πληροφοριών μεταξύ των σωματιδίων είναι άπειρος! Επιπλέον, η ίδια η ιδέα ότι ένα ηλεκτρόνιο μπορούσε να «παρακολουθήσει» την κατάσταση ενός άλλου ηλεκτρονίου στην αντίθετη πλευρά του σύμπαντος ήταν εντελώς αντίθετη με τις γενικά αποδεκτές ιδέες για την πραγματικότητα, και μάλιστα με την κοινή λογική.

Αλλά το 1964, ο Ιρλανδός θεωρητικός φυσικός John Bell διατύπωσε και απέδειξε ένα θεώρημα από το οποίο ακολούθησε: «γελοία» συμπεράσματα από πείραμα σκέψης EPR - αλήθεια!

Τα σωματίδια συνδέονται στενά σε ένα ορισμένο επίπεδο που υπερβαίνει τον χρόνο και τον χώρο. Ως εκ τούτου, είναι σε θέση να ανταλλάσσουν άμεσα πληροφορίες.

Η αντίληψη ότι οποιοδήποτε αντικείμενο στο Σύμπαν είναι τοπικό - δηλ. υπάρχει σε οποιοδήποτε σημείο (σημείο) του χώρου - δεν είναι αλήθεια. Τα πάντα σε αυτόν τον κόσμο είναι μη τοπικά.

Ωστόσο, αυτό το φαινόμενο είναι ένας έγκυρος νόμος του σύμπαντος. Ο Schrodinger είπε ότι η σχέση μεταξύ των αντικειμένων δεν είναι η μόνη ενδιαφέρουσα πτυχή της κβαντικής θεωρίας, αλλά η πιο σημαντική. Το 1975, ο θεωρητικός φυσικός Henry Stapp αποκάλεσε το θεώρημα του Bell «την πιο σημαντική ανακάλυψη της επιστήμης». Σημειώστε ότι μιλούσε για επιστήμη, όχι μόνο για φυσική.

(Το άρθρο προετοιμάστηκε με βάση τα υλικά του βιβλίου των W. Arntz, B. Chase, M. Vicente "Rabbit Hole, or what know we for ourself and the Universe?", Κεφάλαιο "Quantum Physics".)