Часть 3. квантово-полевая картина мира

Учебное пособие

Пенза 2012

УДК 535(100)

ББК 22.314

О94

Рецензент –

кандидат технических наук, доцент кафедры «Физики» Тертычная С.В. (ПГУ)

ОчкинаН.А. Физическая картина мира. Ч.3. Квантово-полевая картина мира [Текст]: учеб. пособие / Н.А. Очкина, С.С. Саранцева, О.А. Захаров. Под общей редакцией Г.И. Грейсуха. – Пенза: ПГУАС, 2012. – 85 с.

В учебном пособии рассматривается квантово-полевая картина мира (КПКМ) как этап формирования общих представлений о физической картине мира.

Пособие содержит: формулировку основополагающих гипотез и полное изложение теоретического материала по истории открытия явлений, а также введения новых понятий и тер­минов, лежащих в основе КПКМ; формулировку основных законов и описание осно­вополагающей теории КПКМ – квантовой механики; изложение основных положений и принципов КПКМ. В конце теоретической части пособия приведёны вопросы для самопроверки, которые помогут студентам самостоятельно оценить качество усвоения материала.

В сборник включёны методические указания к лабораторным работам по волновой оптике и квантовой теории электромагнитного излучения, в которых приведены общие методические сведения об изучаемом явлении, описание лабораторной установки, порядок проведения измерений и обработки экспериментальных данных.

Учебное пособие разработано на кафедре физики ПГУАС и предназначено для использования студентами специальностей «Менеджмент» и «Маркетинг», выполняющими лабораторные работы по курсу «Концепции современного естест­вознания».

Настоящее пособие может быть рекомендовано для инженерно-экономических и гума­нитарных специальностей вузов по курсу «Концепции современного естест­вознания».

© Пензенский государственный университет

архитектуры и строительства, 2012

© Очкина Н.А., Саранцева С.С.,

Захаров О.А., 2012

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее пособие является третьей частью раздела «Физическая картина мира» по курсу «Концепции современного естествознания» для инженерно-экономических и гуманитарных специальностей уни­верситетов.

В качестве главных взаимосвязанных целей изучения данного раздела приняты следующие:

– формирование представлений о том, что явления микромира принципиально познаваемы;

– понимание того, что основой познания объектов и явлений микромира является эксперимент, представляющий собой непосредственное материальное взаимодействие между средствами исследования субъекта и объектом изучения;

– осознание того, что в микромире причинность (как один из элементов всеобщей связи и взаимообусловленности вещей, явлений и событий материального мира) реализуется через многообразие случайностей, поэтому микропроцессам свойственны не динамические, а статистические закономерности;

– признание объективного существования физического мира, т.е. его существования независимо от человека и его сознания;

– изучение практических результатов развития квантовой физики (микро- и наноэлектроника, лазерные технологии, ядерная и термоядерная энергетика, компьютерная техника и информационные технологии).

Достижение поставленных целей с учетом относительно неболь­шого объёма изучаемого раздела потребовало взвешенного подхода к отбору материала, обеспечения сбалансированного изложения с еди­ных позиций наиболее фундаментальных вопросов естествознания и их прикладных аспектов.

В первой части пособия содержится:

– полное изложение теоретического материала по истории открытия физических явлений, получивших объяснение с помощью квантовых представлений;

– введение новых понятий и терминов;

– описание основополагающей теории КПКМ – квантовой механики;

– изложение основных положений и принципов КПКМ.

Во второй части пособия приведены методические указания к лабораторным работам по волновой оптике и квантовой теории электромагнитного излучения, выполнение которых позволяет студентам глубже освоить теоретический материал, а также приобрести элементарные навыки экспериментирования на совре­мен­ном оборудовании.

В тексте данного учебного пособия наиболее важные положения и термины, а также формулировки законов выделены жирным шрифтом или курсивом. Это способствует более быстрому усвоению материала студентами. Вопросы для самопроверки, поме­щённые в конце глав, помогут студентам самостоятельно оценить качество усвоения материала.

ВВЕДЕНИЕ

Квантово – полевая картина мира (XX в.) формируется на основе:

— квантовой гипотезы немецкого физика Макса Планка (1858-1947гг.);

— волновой механики австрийского физика-теоретика Эрвина Шрёдингера (1887-1961гг.);

— квантовой механики немецкого физика-теоретика Вернера Гейзенберга (1901-1976гг.);

— квантовой теории атома датского физика Нильса Бора (1885-1962гг.).

В рамках КПКМ сложились квантово – полевые представления о материи:

– материя обладает корпускулярными и волновыми свойствами, т. е. каждый элемент материи имеет свойства частицы и волны.

– движение становится лишь частным случаем физического взаимодействия.

– пространство и время – относительны, зависимы от материи и друг от друга, образуя единый четырёхмерный пространственно – временной континуум.