Реферат: Структурные уровни организации материи: концепции микро-, макро- и мегамиров

1.ВВЕДЕНИЕ

 

 

 

 

 Естественные науки, начав изучениематериального мира с наиболее простых непосредственно воспринимаемыхчеловеком ма­териальных объектов, переходят далее к изучениюсложнейших объектов глубинных структур материи, выходящих запределы че­ловеческого восприятия и несоизмеримых с объектамиповседнев­ного опыта.  Применяясистемный подход, естествознание не просто выде­ляет типы материальных систем, араскрывает их связь и соот­ношение.

   В наукевыделяются три уровня строения материи:

·<span Times New Roman"">        

Макромирмир макрообъектов, размерность которыхсо­относима с масштабами человеческогоопыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах икиломет­рах, а время — в секундах, минутах, часах, годах.

·<span Times New Roman"">                 

Микромир— мирпредельно малых, непосредственно не на­блюдаемых микрообъектов,пространственная разномерность ко­торых исчисляется от  десяти в минус восьмой степени  до десяти в минус шестнадцатой степени см, авремя жизни — от бесконечности до десяти в минус двадцать четвертой степенисек.

·<span Times New Roman"">        

Мегамир— мирогромных космических масштабов и скоро­стей, расстояние в котором измеряетсясветовыми годами, а времясуществования космических объектов — миллионамии мил­лиардами лет.

 И хотя на этих уровнях действуют своиспецифические зако­номерности, микро-, макро- и мегамиры теснейшим образомвзаи­мосвязаны.

<span Courier New";color:black;letter-spacing:-.4pt">

<span Courier New";color:black;letter-spacing:-.4pt">

<span Courier New"">

<span Courier New";color:black;mso-font-width:101%">

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.МАКРОМИР: концепции классического естествознания.

<span Courier New"; color:black;mso-font-width:104%"> 

В историиизучения природы можно выделить два этапа: донаучный и научный.

Донаучный, или натурфилософский, охватываем периодoт античности до становления экспериментального естествознанияв XVI—XVI1 вв. В этот период учения о природеносили чистонатурфилософский характер, наблюдаемые природные явления объяснялись на основе умозрительных философских принципов.

  Наиболее значимой для последующего развитияестествен­ных наук была концепция дискретного строения материи — атомизм, согласно которому все тела состоят изатомов — мельчайших в мире частиц.

  Античный атомизмбыл первой теоретической программой объясненияцелого как суммы отдельных составляющих его час­тей. Исходными началамив атомизме выступали атомы и пус­тота. Сущность протекания природных процессовобъяснилась на основе механического взаимодействия атомов, их притяже­ния иотталкивания. Механическая программа описания при­роды, впервые выдвинутая вантичном атомизме, наиболее полно реализовалась в классической механике,со становления которой начинается научныйэтап изучения природы.

  Поскольку современныенаучные представления о струк­турных уровнях организации материи быливыработаны в ходе критическогопереосмысления представлений классической науки, применимых только кобъектам макроуровня, то начи­нать исследование нужно с концепций классической физики.

Формирование научных взглядов настроение материи от­носится к XVIв., когда Г.Галилеем была заложена основа пер­вой в истории науки физическойкартины мира — механиче­ской. Он не простообосновал гелиоцентрическую систему Н.Коперника и открыл закон инерции, а разработал методо­логию нового способа описания природы — научно-теорети­ческого.Суть его заключалась в том, что выделялись только некоторые физические и геометрические характеристики, кото­рые становились предметом научного исследования.Выделение отдельных характеристик объектапозволяло строить теоретические модели и проверять их в условиях научного эксперимента. Эта методологическая концепция, впервые сформулированная Галилеем втруде «Пробирные весы», оказала решающее влияние настановление классического естествознания.

И. Ньютон, опираясь на труды Галилея, разработал строгую научную теорию механики, описывающую и движение небес­ных тел, идвижение земных объектов одними и теми же зако­нами. Природа рассматривалась как сложная механическая система.

В рамках механической картины мира, разработанной И. Ньютоном иего последователями, сложилась дискретная (корпускулярная) модель реальностиМатерия рассматривалась как вещественнаясубстанция, состоящая из отдельных частиц — атомов или корпускул. Атомы абсолютно прочны, неделимы, непроницаемы,характеризуются наличием массы и веса. Существеннойхарактеристикой ньютоновского мира было трехмерноепространство евклидовой геометрии, которое абсо­лютно постоянно и всегда пребывает впокое. Время представ­лялось как величина, не зависящая ни от пространства, ниот материи.

Философское обоснование механическому пониманию при­роды дал Р. Декарт с его концепцией абсолютной дуальности (независимости) мышления и материи, из которойследовало, что мир можно описать совершеннообъективно, без учета чело­века-наблюдателя. Это убеждение,глубоко созвучное взглядам Ньютона, надесятилетия вперед определило направленность развития естественных наук.

Итогом ньютоновской картины мира явился образВсе­леннойкакгигантского и полностью детерминированного механизма, где события ипроцессы являют собой цепь взаимозависимых причин и следствий. Отсюда и вера вто, что теоретически можно точнореконструировать любую про­шлую ситуацию во Вселенной или предсказатьбудущее с аб­солютной определенностью. И.Р.Пригожинназвал эту веру в безграничную предсказуемость «основополагающим мифомклассической науки».

Механистический подход к описанию природы оказался не­обычайно плодотворным. Вслед за ньютоновскоймеханикой были созданы гидродинамика, теория упругости, механическая теория тепла,молекулярно-кинетическая теория и целый ряд других, в русле которых физикадостигла огромных успехов. Однако были две области — оптических иэлектромагнитных явлений, которые не могли быть полностью объяснены в рам­ках механистической картины мира.

Разрабатываяоптику, И. Ньютон, следуя логике своего учения, считал свет потокомматериальных частиц — кор­пускул. В корпускулярнойтеории света И. Ньютона утвер­ждалось,что светящиеся тела излучаютмельчайшие части­цы, которые движутся всогласии с законами механики и вызываютощущение света, попадая в глаз. На базе этой теории И. Ньютоном было дано объяснение законам отра­жения ипреломления света.

    Наряду с механическойкорпускулярной теорией, осуществ­лялись попытки объяснитьоптические явления принципиально иным путем, а именно наоснове волновой теории, сформули­рованной X.Гюйгенсом.Волновая теория устанавливала анало­гию междураспространением света и движением волн на по­верхности водыили звуковых волн в воздухе. В ней предпола­галось наличие упругой среды, заполняющейвсе пространство, светоносного эфира Распространениесвета рассматривалось как распространение колебаний эфира,каждая отдельная точка эфира колеблется в вертикальном направлении, а колебаниявсех точек создают картину волны, которая перемещается в пространстве от одного момента времени к другому. Главным аргументом впользу своей теории X. Гюйгенссчитал тот факт, что два луча света,пересекаясь, пронизывают друг друга без каких-либо помех в точности, как два ряда волн на воде.

    Согласно же корпускулярной теории, между пучками изу­ченных частиц, каковыми является свет, возникали бы столк­новения или, по крайней мере, какие-либовозмущения. Исхо­дя из волновой теории X. Гюйгенс успешно объяснил отраже­ниеи преломление света.

    Однако против нее существовало одно важноевозражение. Как известно, волны обтекают препятствия. А луч света, рас­пространяясь по прямой, обтекать препятствия неможет. Если на пути луча светапоместить непрозрачное тело с резкой гра­нью, то его тень будет иметь резкую границу. Однако эго воз­ражение вскоре было снято благодаря опытам Гримальди. При болеетонком наблюдении с использованием увеличительных линз обнаруживалось, что награницах резких теней можно ви­детьслабые участки освещенности в форме перемежающихся светлых и темных полосок или ореолов. Это явлениебыло на­звано дифракцией света.Именно открытие дифракции сделало X. Гюйгенса ревностным сторонником волновой теории света. Однако авторитетИ. Ньютона был настолько высок, что кор­пускулярнаятеория воспринималась безоговорочно даже не­смотря на то, что на ееоснове нельзя было объяснить явление дифракции

    Волновая теориясвета была вновь выдвинута в первые де­сятилетия XIXв. английским физиком Т. Юнгом и французскиместествоиспытателем О.Ж. Френелем. Т.Юнг дал объясне­ние явлению интерференции, т.е.появлению темных полосок при наложении света на свет. Суть ее можно описать спомо­щью парадоксального утверждения, свет, добавленный к свету, не обязательнодает более сильный свет, но может давать более слабый и даже темноту. Причинаэтого заключается в том, что согласно волновой теории, свет представляет собойне поток материальных частиц, а колебания упругой среды среды,или волно­вое движение. При наложении друг на друга цепочек волн в противоположных фазах, где гребень одной волнысовмещается со впадиной другой, они уничтожают друг друга, в результате чего появляются темные полосы.

Другойобластью физики, где механические модели оказа­лись неадекватными, была областьэлектромагнитных явлений. Эксперименты английского естествоиспытателя М. Фарадеяи теоретические работы английскогофизика Дж.К. Максвелла окончательноразрушили представления ньютоновской физики одискретном веществе как единственном виде материи и по­ложили начало электромагнитной картине мира.

Явлениеэлектромагнетизма открыл датский естествоис­пытатель Х.К. Эрстед, которыйвпервые заметил магнитное действие электрических токов. Продолжая исследованияв этом направлении, М.Фарадейобнаружил, что временное изменение в магнитных полях создает электрическийток. Ос­мысливая свои эксперименты, он ввел понятие «силовые ли­нии». М.Фарадей,обладавший талантом экспериментатора и богатым воображением, склассической ясностью представ­лял себе действие электрических сил от точки кточке в их «силовом поле». Наоснове своего представления о силовых ли­ниях он предположил, чтосуществует глубокое родство элек­тричества исвета, и хотел построить и экспериментально обос­новать новую оптику, вкоторой свет рассматривался бы как колебания силового поля. Эта мысль быланеобычайно смела для того времени, но она была достойна исследователя, кото­рый считал, что только тот находит великое, ктоисследует ма­ловероятное.

Фарадей пришел к выводу, что учение обэлектричестве и оптика взаимосвязаны и образуют единую пунктом исследований Дж.К. Максвелла, заслуга которого состоит в математическойразработке идей М. Фарадея о магнетизме и электричестве. Используя высоко­развитыематематические методы, Максвелл «перевел» модель силовых линийФарадея в математическую формулу. Понятие «поле сил» первоначальноскладывалось как вспомогательное математическое понятие. Дж.К.Максвелл придал ему физиче­ский смысл и стал рассматривать поле каксамостоятельную физическую реальность.«Электромагнитное поле — это та часть пространства, котораясодержит в себе и окружает тела, нахо­дящиеся в электрическом или магнитномсостоянии»1. Обоб­щив установленные ранее экспериментальнымпутем законы электромагнитных явлений(Кулона, Ампера, Био-Савара) и открытое М. Фарадеем явление электромагнитнойиндукции, Максвелл чисто математическим путем нашел систему диффе­ренциальных уравнений, описывающихэлектромагнитное поле. Эта система уравнений дает в пределах своейприменимости полное описание электромагнитных явлений и представляет собойстоль же совершенную и логически стройную теорию, как и система ньютоновской механики.

    Из уравненийследовал важнейший вывод о возможности самостоятельногосуществования поля, не «привязанного» к электрическим зарядам. В дифференциальныхуравнениях Мак­свелла вихри электрического и магнитного полейопределяются производными по времени не от своих, а от чужих полей: элек­трическое— от магнитного и, наоборот, магнитное — от элек­трического. Поэтому еслименяется со временем магнитное по­ле,то существует и переменное электрическое поле, которое в свою очередь ведет к изменению магнитного поля. Врезультате происходит постоянноеизменение векторов напряженности электрического и магнитного полей, т.е.возникает переменное электромагнитное поле, которое уже не привязано к заряду,а отрывается от него, самостоятельно существуя и распространя­ясь впространстве. Вычисленная им скорость распространения электромагнитного поляоказалась равна скорости света. А ис­ходя из этого Максвелл смог заключить, чтосветовые волны представляют собойэлектромагнитные волны. Единая сущностьсвета и электричества, которую М. Фарадей предположил в1845 г., а Дж.К. Максвелл теоретически обосновал в1862 г., была экспериментально подтверждена немецким физиком Г. Герцомв 1888г.

      В экспериментах Г. Герца врезультате искровых разрядов между двумя заряженными шарами появлялисьэлектромагнит­ные волны. Когда они падали на круговой проволочный виток, тосоздавали в нем токи, о появлении которых свидетельство­вали искры,проскакивающие через разрыв. Г. Герц успешно провел отражение этих волн и ихинтерференцию, т.е. те явле­ния, которые характерны для световых волн, а затемизмерил длину Максвелла.

    После экспериментов Г. Герца в физикеокончательно электромагнитных волн. Зная частоту колебаний, он смог подсчитатьскорость распространения электромагнитных волн, которая оказалась равнаскорости света. Это прямо под­твердило гипотезу ут­вердилось понятие поля не вкачестве вспомогательной матема­тической конструкции, а как объективносуществующей физи­ческой реальности. Былоткрыт качественно новый, своеобразный  вид материи.

    Итак, кконцу XIXв. физикапришла к выводу, что материя существует вдвух видах: дискретного вещества и непрерывного поля.

 •Вещество и полеразличаются как корпускулярные и волновые сущности:вещество дискретно и состоит из атомов, а поленепрерывно.

• Вещество и поле различаются по своим физическим ха­рактеристикам: частицы вещества обладают массой по­коя, а поле — нет.

• Вещество и поле различаются по степени проницаемо­сти: вещество малопроницаемо, а поле, наоборот, пол­ностью проницаемо.

• Скоростьраспространения поля равна скорости спета, а скоростьдвижения частиц вещества меньше ее на много порядков.

В результате революционных открытий вфизике в конце прошлого и начале нынешнего столетийобнаружилось, что физи­ческая реальность едина и нет пропасти междувеществом и по­лем: поле, подобно веществу, обладаеткорпускулярными свой­ствами, а частицы вещества, подобно полю, — волновыми.

.

3.МИКРОМИР: концепции  современной физики.

1)Фундаментальныеоткрытия в области физики                                        конца19-начала 20 вв.

В конце XIX— начале XXвв. 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.

Историяисследования строения атома началась в 1895 г. благодаряоткрытию Дж. Дж. Томсоном электрона — отрица­тельно заряженной частицы, входящей в состав всех атомов. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, а атом в целомэлектрически нейтрален, то было сделано предположе­ние о наличии помимоэлектрона и положительно заряженной частицы. Опытыанглийского физика Э. Резерфорда с альфа-частицамипривели его к выводу о том, что в атомах существу­ют ядра— положительнозаряженные микрочастицы, размер которых (10~12см) очень мал  по  сравнению  с размерами атомов (10~8 см), но в которых почти полностью сосредоточена масса атомов.

Кроме того, былообнаружено, что атомы одних элементов могут превращатьсяв атомы    других в результате  радиоактивно­сти, впервыеоткрытой французским физиком А. А. Беккерелем Явление радиоактивности, окончательно опровергнувшее пред­ставление о неделимости и непревращаемости атома, заключа­ется в самопроизвольном превращении неустойчивых ядер ато­мов радиоактивных элементов  в  результате ядерных излучений.

Вопросы радиоактивности различных элементов изучались французскими физиками Пьероми Марией Кюри. Ими были открыты новые элементы — полоний ирадий, а также установ­лено, что в результате радиоактивного излучения атомрадиоак­тивного элемента превращается в атом другого  элемента Открытие сложной структуры атома стало крупнейшим со­бытием в физике,поскольку оказались опровергнутыми пред­ставления классической физики об атомахкак твердых и неде­лимых структурных единицах вещества.

2)Рождение  и  развитие представлений о квантах.

      При  переходе   к   исследованию   микромира  оказались разрушенными и представления классической физики о веществе иполе как двух качественно своеобразных видах материи. Изучая микрочастицы,ученые столкнулись с парадок­сальной, с точки зрения классической науки,ситуацией, одни и те же объекты обнаруживали как волновые, так и корпуску­лярныесвойства.        

Первый шаг в этом направлении был сделан немецким физи­ком М. Плавком. В процессе работы по исследова­ниютеплового излучения, которую М. Планк назвал самой тя­желой в своей жизни, онпришел к ошеломляющему выводу о том, что в процессах излучения энергия можетбыть отдана или поглощена не непрерывно и не в любых количествах, а лишь визвестных неделимых порциях — квантах.  Сумма энергий этих мельчайших порцийэнергии — квантов определяется через число колебаний соответствующего видаизлучения и универ­сальную естественную константу, которую М. Планк ввел внауку под символом h. E= Ну, ставшим впоследствии знамени­тым (где hy— квантэнергии, у — частота).

       Если введение кванта еще не создалонастоящей квантовой теории, как неоднократно подчеркивал М Планк, то все же 14декабря 1900 г., в день опубликования формулы, был зало­жен ее фундамент. Поэтому в истории физики этот день считается днемрождения квантовой теории. А поскольку понятие элемен­тарного кванта действияслужило в дальнейшем основой для понимания всех свойств атомной оболочки иатомного ядра, то 14 декабря 1900 г. следует рассматривать  как  день рождения  всей  атомной физики  и  начало новой  эры  естествознания.

  Первым физиком, который восторженно принялоткрытие элементарного кванта действия и творчески развил его был А. Эйнштейн. В 1905 г. он перенесгениальную идею квантованного поглощенияи отдачи энергии при тепловом излучении на излуче­ние вообще и таким образомобосновал новое учение о свете. А. Эйнштейн предположил, что речь идет оестественной закономерности всеобщего характера. Не оглядываясь на гос­подствующиев оптике взгляды, он применил гипотезу Планка ксвету и пришел к выводу, что следует признать корпускуляр­нуюструктуру света.

Квантоваятеория света, или фотонная теория А.Эйнштейна,утверждала, что свет есть постоянно распространяющееся в мировом пространствеволновое явление. И вместе с тем свето­вая энергия, чтобы быть физическидейственной, концентриру­ется лишь в определенных местах, поэтому свет имеет прерыв­нуюструктуру.

Эйнштейновскоепредставление о световых квантах помогло понять и наглядно представить явлениефотоэлектрического эффекта, суть которого заключается в выбивании электронов извещества под действием электромагнитных волн. Экспери­менты показали, чтоналичие или отсутствие фотоэффекта оп­ределяется не интенсивностью падающейволны, а ее частотой. Если предположить, что каждый электрон вырывается однимфотоном, то становится ясно следующее: эффект возникает лишь в том случае, еслиэнергия фотона, а следовательно, и его частота достаточно велика дляпреодоления сил связи электро­на с веществом.

Правильность такого толкования фотоэлектрического эф­фекта (за этуработу Эйнштейн в 1922 г. получил Нобелевскую премию по физике) через 10 летполучила подтверждение в экспериментах американского физика Р.Э. Милликена. Откры­тое в 1923 г. американским физиком А.Х.Комптоном явление (эффект Комптона), которое отмечается при воздействии оченьжесткими рентгеновскими лучами на атомы со свободными электронами, вновь и ужеокончательно подтвердило кванто­вую теорию света.

Возниклапарадоксальная ситуация: обнаружилось, что свет ведет себя не только как волна,но и как поток корпускул. В опытах по дифракции и интерференции проявляются еговол­новые свойства, а при фотоэффекте — корпускулярные. При этом фотон оказалсякорпускулой совершенно особого рода. Основная характеристика его дискретности —присущая ему порция энергии — вычисляласьчерез чисто волновую характе­ристику— частоту у (Е= Ну).

Как и все великие естественно-научные открытия,новое уче­ние о свете имело фундаментальное теоретико-познавательное значение. Староеположение о непрерывности природных про­цессов, которое было основательнопоколеблено М. Планком, Эйнштейн «отбросил» в гораздо более обширнойобласти фи­зических явлений.

Представлениео квантах электромагнитного поля — фото­нах — один из наиболее фундаментальныхвкладов в разработку квантовой теории. Уже поэтому А. Эйнштейн должен рас­сматриватьсякак один из величайших ее создателей. Теория А. Эйнштейна, развивающая взглядыМ. Планка, позволила Н. Бору разработатьмодель атома.

 

3)Теория атома Н.Бора.

    В1913 г. великийдатский физик Н. Бор применил прин­цип   квантования  при   решении   вопроса  о   строении атома ихарактеристике атомных спектров, устранив тем самым противоречия,   которые  возникали   при  планетарной модели атома Э. Резерфорда.Модель атома, предложенная Резерфордом в 1911 г., напоминала солнечную систему: в центренаходитсяатомное ядро, а вокруг него но своим орбитам движутся электроны. Ядро имеетположительный заряд, а электроны — отрицательный. Вместосил тяготения, действующего в Сол­нечной системе, в атомедействуют электрические силы. Элек­трический заряд ядраатома, численно равный порядковому номе­ру в периодическойсистеме Менделеева, уравновешивается суммой зарядовэлектронов — атом электрически нейтрален.

     Неразрешимое противоречиеэтой модели заключалось в том, что электроны, чтобы не потерять устойчивость, должны двигаться вокруг ядра. В то же время они, согласнозаконам электродинамики, обязательно должныизлучать электромаг­нитную энергию.Но в таком случае электроны очень быстро потеряли бы всю свою энергию и упали на ядро.

Следующее противоречие связано с тем, что спектр излуче­ния электронадолжен быть непрерывным, так как электрон, приближаяськ ядру, менял бы свою частоту. Опыт же показывает, что атомы излучают свет только определенных частот. Именно поэтому атомные спектры называютлинейчатыми. Другими словами,планетарная модель атома Резерфорда оказа­лась несовместимой с электродинамикойДж. К. Максвелла.

        Модель атома Н. Бора, разрешавшая этипротиворечия, базировалась на планетарноймодели Э. Резерфорда и на разработанной им самим квантовой теориистроения атома. Н. Бор выдвинул гипотезу строения атома, основанную на двух постулатах, совершенно несовместимых склассической физикой:

        1)в каждом атомесуществует несколько стационарных состояний (говоря языком планетарноймодели, несколько стационарных орбит)электронов, двигаясь по которым электрон может существовать, не излучая;

       2) при переходе электрона изодного стационарного состоя­ния в другое атом излучает или поглощает порциюэнергии.

Постулаты Бора объясняют устойчивость атомов: находя­щиеся в стационарных состояниях электроны без внешней на то причины не излучают электромагнитной энергии.

Теория атомаН. Бора позволяла дать точное описание ато­ма водорода, состоящего из одногопротона и одного электро­на трудностями. Чем подробнее теоретики пыталисьописать движение электронов в атоме,определить их орбиты, тем большимбыло расхождение теоретических результатов с экспе­риментальнымиданными. Как стало ясно в ходе развития квантовой теории, эти расхожденияглавным образом были свя­заны с волновыми свойствами электрона. Т.е., следуетучиты­вать, что электрон не точка и не твердый шарик,он обладает внутренней структурой,которая может изменяться в зависимо­сти от егосостояния. При этом детали внутренней структуры электрона неизвестны.

Следовательно,точно описать структуру атома на основа­ниипредставления об орбитах точечных электронов принципи­ально невозможно,поскольку таких орбит в действительности не существует. Вследствие своейволновой природы электроны и их заряды как бы размазаны по атому, однако неравномер­но, а таким образом, что в некоторых точках усредненная по времениэлектронная плотность заряда больше, а в других — меньше.

     Теория Н.Бора представляет собой как быпограничную по­лосу первого этапа развития современной физики. Это последнее усилие описать структуруатома на основе классической физики, дополняя ее лишь небольшим числом новыхпредпо­ложений. Введенные Бором постулаты ясно показали, что клас­сическая физика не в состоянии объяснить дажесамые простые опыты, связанные соструктурой атома. Постулаты, чужеродные классической физике,нарушили ее цельность, но позволили объяснить лишь небольшой кругэкспериментальных данных.

     Со временем выяснилось, что атомную модельН. Бора не следует понимать буквально, как это было вначале. Процес­сы в атоме,в принципе, нельзя наглядно представить в виде механических моделей по аналогиис событиями в макромире. Даже понятия пространства и времени в существующей вмак­ромире форме оказались неподходящимидля описания микрофи­зическихявлений. Атом физиков-теоретиков все больше и больше становился абстрактно-ненаблюдаемой суммойуравнений.

4)Корпускулярно-волновой дуализм в современной физике.

      ПредставленияА.  Эйнштейна о  квантах света,  послужившие в 1913 г. отправным пунктомтеории Н. Бора, через 10 лет снова оказалиплодотворное воздействие на развитие атомной физики. Они привели к идеео «волнах материи» и тем самымзаложили основу новой стадии развития квинтовой теории.

В 1924 г. произошло одно из величайших событий в исто­риифизики: французский физик Л. де Бройль выдвинул идею о волновых свойствахматерии. В своей работе «Свет и материя» он писал о необходимостииспользовать волновые и корпус­кулярные представления не только в соответствиис учением А. Эйнштейна в теории света, но также и в теории материи.

Л. де Бройльутверждал, что волновые свойства, наряду с корпускулярными, присущи всем видамматерии: электронам, протонам, атомам,молекулам и даже макроскопическим телам.

В 1926 г.австрийский физик Э. Шредингер нашел матема­тическое уравнение,определяющее поведение волн материи, такназываемое уравнение Шредингера. Английский физик П. Диракобобщил его.

Смелая мысльЛ. де Бройля о всеобщем «дуализме» частицы и волны позволилапостроить теорию, с помощью которой можно было охватить свойства материи исвета в их единстве. Кванты света становились при этом особым моментом всеоб­щегостроения микромира.

Волныматерии, которые первоначально представлялись как наглядно-реальные волновыепроцессы по типу волн акустики, приняли абстрактно-математический облик иполучили благо­даря немецкому физику М. Борну символическоезначение как «волны вероятности».

Однакогипотеза де Бройля нуждалась в опытном подтвер­ждении. Наиболее убедительным свидетельством существова­нияволновых свойств материи стало обнаружение в 1927 г. ди­фракции электроновамериканскими физиками К. Дэвисоном и Л. Джермером.

Корпускулярно-волновойдуализмв современной физике стал всеобщим.Любой материальный объект характеризуется нали­чием как корпускулярных, так иволновых свойств.

Тот факт, чтоодин и тот же объект проявляется и как час­тица и как волна, разрушалтрадиционные представления. Форма частицы подразумевает сущность, заключенную вмалом объеме или в конечной области пространства, тогда как волнараспространяется по его огромным областям. В квантовой фи­зике эти два описанияреальности являются взаимоисключаю­щими, но равно необходимыми для того, чтобыполностью описать рассматриваемые явления.

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

В своей книге «Физикаатомного ядра» В. Гейзенберг раскрывает со­держание соотношения неопределенностей. Он пишет, что ни­когда нельзя одновременно точно знать оба параметра— коорди­нату и скорость. Никогданельзя одновременно знать, где нахо­дится частица, как быстро и в какомнаправлении 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 скоростинельзя определить место расположения частицы.

С точки зренияклассической механики, соотношение не­определенностей представляется абсурдом.Чтобы лучше оце­нить создавшееся положение, нужно иметь в виду, что мы, лю­ди,живем в макромире и, в принципе, не можем построить на­глядную модель, которая была бы адекватнамикромиру.Соотно­шение неопределенностей есть выражениеневозможности на­блюдатьмикромир, не нарушая его. Любая попытка дать чет­кую картину микрофизических процессов должна опираться либо накорпускулярное, либо на волновое толкование.

Фундаментальнымпринципом квантовой механики, наряду с соотношением неопределенностей,является принцип допол­нительности, которому Н.Бордал следующую формулировку «Понятие частицы и волны дополняют друг друга и в то же времяпротиворечат друг другу, они являются дополняющими картинами происходящего».

Стеоретической точки зрения, микрообъекты, для которых существенным является квантдействия М. Планка, не могут, рассматриваться так же, как объекты макромира,ведь для них планковская константа hиз-за ее малой величины не имеет,значения. В микромире корпускулярн