32. Эволюция понятия элементарная частица. Неизменность свойств ядер, атомов, молекул от истории их образования.Стандартная модель элементарных частиц.На основе иерархии взаимодействий строится стандартная модель элементарных частиц.МатерияЧастицы ПоляЧастицы источники Частицы переносчикивзаимодействий взаимодействийадроны лептоныглюоныфотоны+++++++. промежуточные бозоныгравитоныкваркиАдроны участвуют во всех видах взаимодействий, состоят из кварков. Существует 6 видов кварков u, d, c, b, s, t, каждый из которых обладает 3 цветами: красный, синий, зеленый. Экспериментально кварки не обнаружены считается, что в свободном состоянии они не могут существовать.Блюоны частицы, которые переносят сильное взаимодействие.Лептоны участвуют во всех взаимодействиях, кроме сильного.13. Космология. Решение уравнений ОТО Фридманом и возможные сценарии развития Вселенной Космология (космос -логия) - раздел астрономии и физики, изучающий свойства и эволюцию Вселенной в целом. Основу этой дисциплины составляет математика, физика и астрономия. В своих задачах она часто пересекается с философией и богословием.История космологииРанние формы космологии представляли собой религиозные мифы о сотворении (космогония) и уничтожении (эсхатология) существующего мира.В китайской космологии считалось, что Земля - своего рода чаша, прикрытая небом, состоящая из полусфер, вращающихся на очень низком расстоянии от Земли.Возникновение современной космологииВозникновение современной космологии связано с развитием в XX веке Общей теории относительности Эйнштейна и физики элементарных частиц.В 1922 А. А. Фридман предложил решение уравнения Эйнштейна, в котором изотропная вселенная расширялась из начальной сингулярности. Подтверждением теории нестационарной вселенной стало открытие в 1929 Э. Хабблом космологического красного смещения галактик. Таким образом, возникла общепринятая сейчас теория Большого Взрыва.27. Обратимость физических законов и необратимость физических явленийПочти все процессы в природе необратимы, что задает направление на оси времени. Это свойство назвали ?стрелой времени?. В тоже время законы Ньютона обратимы во времени, что до сих пор является противоречием в физике. Наиболее остро эти противоречия проявились в термодинамике, тогда был создан закон: тепло может переходить только от горячего тела к холодному. Даже попытавшись свести законы термодинамики к уравнению Ньютона для огромного числа молекул, объяснить необратимость не удалось22. Процессы с участием частиц и волновые процессы в классической физике.В 1926 г. возникли 2 квантовые теории:1. Волновая механика Шредингера состояние микрообъекта описывается не положением и скоростью в какой-то момент времени, а непрерывной комплексной функцией координат и времени "пси-функцией", которая непосредственного физического смысла не имеет. Физический смысл имеет , представляющая собой вероятность нахождения микрочастицы в данном месте пространства в данное время. Таким образом, динамика микрообъектов описывается в волновой механике дифференциальным уравнением Шредингера 2-го порядка.2. Матричная механика Гейзенберга (Борн, Иордан) состояние микрообъекта описывается упорядоченным набором комплексных чисел.Особенности:1. Если в классическом естествознании статистические закономерности относились к поведению большого числа идентичных объектов, то в неклассическом естествознании вероятностный подход применим лишь к индивидуальным объектам, т.к. отражает ненаблюдаемость их движения.2. Если в классической механике можно измерить все одинаковые динамические параметры (m,p, ), то для микрообъектов этого в общем случае сделать нельзя. Состояние объекта оценивают в соответствие с принципом дополнительности Бора, который объясняется влиянием "измерительного прибора" и гласит: получение информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект, неизбежно связано с потерей информации о других, дополнительных первым (координата и скорость). Частным случаем является принцип неопределенности Гейзенберга: нельзя одновременно абсолютно точно измерить и положение микрочастицы, и ее скорость.3. В науку стали вводиться величины, сами по себе не являющиеся измеряемыми (пси-функция).4. Отход от "здравого смысла" как критерия истинности, математизация теоретических моделей?а теория получила после открытия Хабблом в 1929 г. "красного смещения" спектральных линий. Красное смещение оказалось пропорционально расстоянию до источника света, что и подтверждает гипотезу об удалении их, т.е. о расширении Метагалактики видимой части Вселенной.По какому из предложенных Фридманом вариантов развития идет эволюция Вселенной, зависит от отношения гравитационной энергии к кинетической энер?гии разлетающегося вещества. 1) Ek > Eгравитац - силы тяготения6. Механика Ньютона. Область применения. Основное содержание ньютоновской картины строения мира.Детерминизм - общенаучное понятие и философское учение о причинности, закономерности, генетической связи, взаимодействии и обусловленности всех явлений и процессов, происходящих в мире. Термин «детерминизм» происходит от лат. «determino» («определяю»). Антиподом этого понятия считают индетерминизм. К числу всеобщих категорий детерминизма относятся причина и следствие, отношение, связь, взаимодействие, необходимость, случайность, условие, обусловленность, возможность, действительность, невозможность, вероятность, закон, детерминация, причинение, функция, связь состояний, корреляция, предвидение и др. Детерминизм в философии так же древен как и она сама. Можно выделить: 1) философский детерминизм; 2) естественнонаучный, а в его рамках отдельно научную телеологию (учение, считающее, что всё в мире осуществляется в соответствии с заранее предопределённой Богом или природой целью); 3) технический и технологический, опирающийся на предыдущий детерминизм в сфере технических приложений; 4) социальный детерминизм, который опирается на телеологию и действует в человеческом обществе.Можно выделить несколько форм и концепций детерминизма, сменявших исторически друг друга, но не исчезнувших до сих пор: 1) наивную и стихийно диалектическую (античная); 2) механистическую жесткую и однозначную (лапласовскую); 3) статистическую или вероятностную (естественнонаучную - в XX веке); 4) современную (синтетическую, диалектическую, по сути - синергетическую). Теперь коротко об однозначном (лапласовском) детерминизме. Эта концепция была и остается фундаментом классической механики и физики. Она была подкреплена их успехами в науке и в границах применения законов науки. Суть ее в том, что силы (то есть некоторые внешние причины и факторы), действующие на материальную систему и ее начальное состояние, жестко, однозначно и линейно определяют ее развитие, историю всех дальнейших событий и состояний. Это сочетается с "принципом дальнодействия", то есть с идеей неограниченно большой скорости передачи взаимодействий в плоском трехмерном и однородном евклидовом "абсолютном" пространстве, в котором время течет независимо от материальных процессов тоже как "абсолютное" время. Случайное - это просто еще не познанное. В свою очередь механика Ньютона послужила фундаментом концепции детерминизма. Это хорошо иллюстрируется на примере второго закона Ньютона, как закона динамического (а не статистического) типа. Необходимость здесь зависит от внешнего источника, хотя, вообще говоря, принцип инерции Галилея - Ньютона подводит нас к признанию самодвижения материи. Описание движения здесь происходит в рамках принципа относительности Галилея, в котором действует закон сложения скоростей. Только в законах Ньютона в механистическом детерминизме Нового времени появляется количественное выражение однозначности, а также линейности строения причинно-следственной цепочки. Весь мир здесь выглядит как гигантская машина, где исключена случайность, все необходимо, закономерно, все можно предвидеть, где причина равна следствию (см. второй закон Ньютона), причинная связь бесконечна, действие передается мгновенно. Ньютоновская концепция Вселенной, состоящей из твердых неразрушимых частиц, каждая из которых действует на другие с вполне определенной, вычисляемой силой, была положена в основу последовательного детерминизма французским астрономом и математиком Лапласом. Ему принадлежит ставшее классическим описание сущности детерминизма: состояние Вселенной в данный момент можно рассматривать как результат ее прошлого и причину ее будущего. Разумное существо, которое в любой момент знало бы все движущие силы природы и взаимное расположение образующих ее существ, могло бы - если бы его разум был достаточно обширен для того, чтобы проанализировать все эти данные - выразить одним уравнением движение и самых больших тел во Вселенной, и мельчайших атомов. Ничто не осталось бы сокрытым от него - оно могло бы охватить единым взглядом как будущее, так и прошлое. Французский математик Лаплас впервые и выразил такую модель мироздания во всей полноте. Богу здесь отведено место лишь создателя мира. Владея полной информацией о мире и ее законах, опираясь на абсолютную точность и истинность законов математики, всеобъемлющий ум ("Демон Лапласа") сможет решить все уравнения движения и предсказать все возможные состояния объектов в сколь угодно отдаленном будущем в любой точке мира. Повернув стрелу времени, этот Демон сможет узнать однозначно и до конца всю прошлую историю любого объекта. Говорят, что Ньютон как-то спросил, зачем нужно выписывать теоремы Евклидовой геометрии, если они очевидным образом следуют из аксиом. Все же большинству людей требуется немало времени, чтобы доказать каждую из теорем. Но хронологический порядок открытия новых геометрических свойств, который связывает аксиомы и теоремы, такой же временной последовательностью, как причину и следствие, в действительности иллюзорен.^ 22. Процессы с участием частиц и волновые процессы в классической физике. В 1926 г. возникли 2 квантовые теории:1. Волновая механика Шредингера - состояние микрообъекта описывается не положением и скоростью в какой-то момент времени, а непрерывной комплексной функцией координат и времени "пси-функцией", которая непосредственного физического смысла не имеет. Физический смысл имеет , представляющая собой вероятность нахождения микрочастицы в данном месте пространства в данное время. Таким образом, динамика микрообъектов описывается в волновой механике дифференциальным уравнением Шредингера 2-го порядка. ^ 2. Матричная механика Гейзенберга (Борн, Иордан) - состояние микрообъекта описывается упорядоченным набором комплексных чисел. Особенности:1. Если в классическом естествознании статистические закономерности относились к поведению большого числа идентичных объектов, то в неклассическом естествознании вероятностный подход применим лишь к индивидуальным объектам, т.к. отражает ненаблюдаемость их движения. 2. Если в классической механике можно измерить все одинаковые динамические параметры (m,p, ), то для микрообъектов этого в общем случае сделать нельзя. Состояние объекта оценивают в соответствие с принципом дополнительности Бора, который объясняется влиянием "измерительного прибора" и гласит: получение информации об одних физических величинах, описывающих микрообъект, неизбежно связано с потерей информации о других, дополнительных первым (координата и скорость). Частным случаем является принцип неопределенности Гейзенберга: нельзя одновременно абсолютно точно измерить и положение микрочастицы, и ее скорость.^ 3. В науку стали вводиться величины, сами по себе не являющиеся измеряемыми (пси-функция).4. Отход от "здравого смысла" как критерия истинности, математизация теоретических моделейnothingatall@mail.ru (23:58) :^ 32. Эволюция понятия элементарная частица. Неизменность свойств ядер, атомов, молекул от истории их образования.Стандартная модель элементарных частиц.На основе иерархии взаимодействий строится стандартная модель элементарных частиц.^ МатерияЧастицы Поля Частицы - источники Частицы - переносчикивзаимодействий взаимодействийадроны лептоныглюоныфотоны…………………. промежуточные бозоныгравитоныкваркиАдроны - участвуют во всех видах взаимодействий, состоят из кварков. Существует 6 видов кварков - u, d, c, b, s, t, каждый из которых обладает 3 цветами: красный, синий, зеленый. Экспериментально кварки не обнаружены - считается, что в свободном состоянии они не могут существовать.^ Блюоны - частицы, которые переносят сильное взаимодействие.Лептоны - участвуют во всех взаимодействиях, кроме сильного.nothingatall@mail.ru (23:59) :^ 35. Эволюция Вселенной.Уже в XIX веке стало ясно, что процессы во Вселенной развиваются необратимо и не могут быть описаны движением материальных точек по траекториям.Современные наблюдения свидетельствуют о том, что началом Вселенной был гигантский огненный шар, раскаленный и плотный. Момент, с которого Вселенная начала расширяться, принято считать ее началом. Он получил название "Большого взрыва", который продолжался сравнительно недолго, но никогда после этого эволюция Вселенной не была столь стремительной. Из этого следует, что в прошлом плотность Вселенной была больше, а температура выше. Об этом свидетельствует зафиксированное в 1965 г. Пензиасом и Вильсоном реликтовое излучение, которое могло возникнуть только в то случае, если Вселенная была достаточно горячей. В период "Большого взрыва" все события касались свободных элементарных частиц, их превращений, рождения, распада и аннигиляции (превращение в гамма-фотоны). Эволюцию Вселенной принято разделять на 4 эры:^ 1. Адронная (10-6-10-4 с). При очень высоких температурах и плотности материя состояла, в основном, из адронов. После резкого падения температуры исчезли все мезоны.^ 2. Лептонная (10-4-10 с). Распад пионов на мюоны и мюонные нейтрино, начавших свое независимое существование. Возникает нейтринное море.3. Фотонная или эра излучения (10-6-10-4 с). Вселенная заполнена фотонами. В то время, как энергия покоя при расширении Вселенной не меняется, энергия фотонов уменьшается. Поэтому установилось равновесие между частицами и фотонами. ^ 4. Звездная. Продолжается со времен "Большого взрыва" до наших дней. Развитие происходит медленно по причине низкой плотности и температуры. Общепринятой моделью является однородная, изотропная (имеющая одинаковые свойства во всех направлениях), нестационарная, горячая, расширяющаяся Вселенная, основу которой положил Эйнштейн, и математически подтвердил советский ученый Фридман. Из расчетов Фридмана вытекали 3 возможных следствия: ^ Вселенная и ее пространство расширяются с течением времени;Вселенная сжимается;Циклы сжатия и расширения чередуются.Окончательное подтверждение эта теория получила после открытия Хабблом в 1929 г. "красного смещения" спектральных линий. Красное смещение оказалось пропорционально расстоянию до источника света, что и подтверждает гипотезу об удалении их, т.е. о расширении Метагалактики - видимой части Вселенной. По какому из предложенных Фридманом вариантов развития идет эволюция Вселенной, зависит от отношения гравитационной энергии к кинетической энер¬гии разлетающегося вещества. 1) Ek > Eгравитац - силы тяготения не остановят разбегания галактик и расшире¬ние Вселенной носит необратимый характер. Этот вариант динамичной модели Вселенной - «открытая Вселен¬ная». 2) Еk 3) Еk = Eгравитац - расширение не пре¬кратится, но его скорость со временем будет стремиться к ну-лю. Через несколько десятков миллиардов лет после начала расширения Вселенной наступит состояние, которое можно назвать квазистационарным. Космологии еще предстоит оценить со¬временную среднюю плотность вещества во Вселенной и уточнить значение постоянной Хаббла (скорость расширения галактик). Постоянная Хаббла поз¬воляет оценить время, в течение которого продолжается про¬цесс расширения Вселенной. Получается, что оно не мень¬ше 10 млрд. и не более 19 млрд. лет. Наиболее вероятным вре¬менем существования расширяющейся Вселенной считают 15 млрд. лет.nothingatall@mail.ru (23:59) :^ 14. Обнаружение расширения Вселенной. Критическая плотность вещества во Вселенной. Критическая плотностьУ этого термина существуют и другие значения, см. Критическая плотность (космология).Крити́ческая пло́тность - наибольшая плотность заряда взрывчатого вещества (ВВ), при которой в определённых условиях взрывания скорость детонации и действие взрыва максимальны.Критическая плотность является важной характеристикой для смесевых ВВ, особенно для промышленного применения. При плотности заряда выше критической наблюдается снижение всех энергетических параметров взрыва, что отрицательно сказывается на результатах применения энергии взрыва. Это происходит в основном за счет неполного протекания химических реакций разложения компонентов ВВ. Для индивидуальных взрывчатых химических соединений она практически не наблюдается.На величину критической плотности влияют состав, степень измельчения, физическое состояние ВВ, влажность, температура, наличие и характеристика оболочки заряда и другие параметры.Расширение Вселенной - явление, предсказываемое общей теорией относительности и состоящее в однородном и изотропном расширении космического пространства в масштабах всей Вселенной. Экспериментально расширение Вселенной наблюдается в виде выполнения закона Хаббла. Началом расширения Вселенной наука считает так называемый Большой взрывnothingatall@mail.ru (23:59) :^ 14. Обнаружение расширения Вселенной. Критическая плотность вещества во Вселенной. Критическая плотностьУ этого термина существуют и другие значения, см. Критическая плотность (космология).Крити́ческая пло́тность - наибольшая плотность заряда взрывчатого вещества (ВВ), при которой в определённых условиях взрывания скорость детонации и действие взрыва максимальны.Критическая плотность является важной характеристикой для смесевых ВВ, особенно для промышленного применения. При плотности заряда выше критической наблюдается снижение всех энергетических параметров взрыва, что отрицательно сказывается на результатах применения энергии взрыва. Это происходит в основном за счет неполного протекания химических реакций разложения компонентов ВВ. Для индивидуальных взрывчатых химических соединений она практически не наблюдается.На величину критической плотности влияют состав, степень измельчения, физическое состояние ВВ, влажность, температура, наличие и характеристика оболочки заряда и другие параметры.Расширение Вселенной - явление, предсказываемое общей теорией относительности и состоящее в однородном и изотропном расширении космического пространства в масштабах всей Вселенной. Экспериментально расширение Вселенной наблюдается в виде выполнения закона Хаббла. Началом расширения Вселенной наука считает так называемый Большой взрывnothingatall@mail.ru (23:59) :^ 5. Микро-,макро- и мега-мир. Оценка пространственных и временных интервалов для этих миров. Основные законы, действующие в этих масштабах. Макромир и микромир - две специфические области объективной реальности, различающиеся уровнем структурной организации материи. Сфера макроявления - это обычный мир, в к-ром живет и действует человек (планеты, земные тела, кристаллы, большие молекулы и др.). Качественно иную область представляет микромир (атомы, ядра, элементарные частицы и др.), где размеры объектов меньше миллиардных долей сантиметра, а временные промежутки порядка миллиардных долей секунды, т. е. непосредственно недоступны наблюдению. Каждый из этих миров характеризуется своеобразием строения материи, пространственно-временных и причинных отношений, закономерностей движения. Так, в макромире материальные объекты имеют резко выраженную прерывную, корпускулярную или непрерывную, волновую природу и их движение подчиняется динамическим законам классической механики. Для явлений микромира, напротив, характерна тесная связь корпускулярных и волновых свойств, к-рая находит свое выражение в статистических законах квантовой механики. Своеобразная граница раздела макро- и микромира была установлена в связи с открытием т. наз. постоянной Планка. Существенным аспектом этой новой константы явилась «конечность взаимодействия», означавшая, что любые взаимодействия между объектами в микромире (в т. ч. между прибором и микрочастицей) не могут быть меньше значения кванта действия. Специфика макро- и микромира находит свое отражение в познании, приводит к ограничению сферы применимости старых физических теорий и возникновению новых (теория относительности, квантовая механика, физика элементарных частиц). Совр. «физические идеалисты», абсолютизируя различие макро- и микромира, особенности их познания, приходят к отрицанию объективности и познаваемости микромира. В действительности же наука показывает тесную связь между макро- и микромиром и обнаруживает, в частности, возможности появления макроскопических объектов при столкновении микрочастиц высокой энергии. Проникновение физики в мир атома, а затем атомного ядра и элементарных частиц явилось блестящим доказательством правильности вывода Ленина о «бесконечности материи вглубь», подтверждением и обогащением принципов диалектического материализма.Генеральное направление в физики микромира - установить единую первопричину всех 4 взаимодействий, создать теорию, где все известные взаимодействия были бы частными случаями одного фундаментального.Почти готова теория, объединяющая слабое и электромагнитное взаимодействия - электрослабое взаимодействие. Не хватает только экспериментальной проверки существования промежуточных бозонов. Великое объединение - теория, объединяющая сильное и электрослабое взаимодействия.^ Суперобъединение - теория, объединяющая все 4 вида взаимодействий (через 200 лет). Главный вопрос науки: материя - нечто, существующее в пространстве или состояние пространства? Материя - "искажения" пространства, е - тоже искажение пространства, т.к. элементарные частицы при таком подходе тоже представляют собой резко отличающееся искажение пространства и считаются точечными.Основная проблема Суперобъединения связана с теорией Супергравитации и альтернативной теорией суперструн, в которой частица рассматривается не как точечный объект, а как струна (со свободными концами или замкнутая), имеющая одномерную структуру - червячки. nothingatall@mail.ru (23:59) :3. Математический подход к построению теории - аксиоматика; требования к системе аксиом. Форма́льная систе́ма (или форма́льная тео́рия) - результат строгой формализации теории, предполагающей полную абстракцию от смысла слов используемого языка, причем все условия, регулирующие употребление этих слов в теории, явно высказаны посредством аксиом и правил, позволяющих вывести одну фразу из других[1].Формальная система - это совокупность чисто абстрактных объектов, не связанных с внешним миром, в котором представлены правила оперирования множеством символов в строго синтаксической трактовке без учета смыслового содержания, т.е. семантики. Строго описанные формальные системы появились после того, как была поставлена задача Гильберта. Первые ФС появились после выхода книг Рассела и Уайтхеда «Формальные системы». Этим ФС были предъявлены определенные требования. Признаки формальной системы:^ 1. Наличие конечного алфавита (словарь). Количество символов, которым мы будем оперировать.2. Правило построений формул. Формулы не могут быть неправильно построенными, но могут быть неверными, но правильно построенными.3. Должно быть задано конечное число аксиом (или выделено конечное число формул, которые мы не доказываем). Аксиома - это формула, считающейся истинной без доказательства.4. Правила вывода. Позволяют выводить теоремы из аксиом или других теорем. Теорема - формула, истинность которой доказана с помощью правил вывода из аксиом или других теорем. Основные определения^ Формальная теория считается определенной, если[2]:Задано счетное множество произвольных символов. Конечные последовательности символов называются выражениями теории.^ Имеется подмножество выражений, называемых формулами.Выделено подмножество формул, называемых аксиомами.Имеется конечное множество отношений между формулами, называемых правилами вывода.Обычно имеется эффективная процедура, позволяющая по данному выражению определить, является ли оно формулой. Часто множество формул задаётся индуктивным определением. Как правило, это множество бесконечно. Множество символов и множество формул в совокупности определяют язык или сигнатуру формальной теории.Чаще всего имеется возможность эффективно выяснять, является ли данная формула аксиомой; в таком случае теория называется эффективно аксиоматизированной или аксиоматической. Множество аксиом может быть конечным или бесконечным. Если множество аксиом бесконечно, то, как правило, оно задаётся с помощью конечного числа схем аксиом и правил порождения конкретных аксиом из схемы аксиом. Обычно аксиомы делятся на два вида: логические аксиомы (общие для целого класса формальных теорий) и нелогические или собственные аксиомы (определяющие специфику и содержание конкретной теории).Для каждого правила вывода R и для каждой формулы A эффективно решается вопрос о том, находится ли выбранный набор формул в отношенни R с формулой A, и если да, то A называется непосредственным следствием данных формул по правилу R.Выводом называется всякая последовательность формул такая, что всякая формула последовательности есть либо аксиома, либо непосредственное следствие каких-либо предыдущих формул по одному из правил вывода.^ Формула называется теоремой, если существует вывод, в котором эта формула является последей.Теория, для которой существует эффективный алгоритм, позволяющий узнавать по данной формуле, существует ли ее вывод, называется разрешимой; в противном случае теория называется неразрешимой.Теория, в которой не все формулы являются теоремами, называется абсолютно непротиворечивой.nothingatall@mail.ru (0:00) :^ 29. Энтропия и вероятность.Эволюция состояния больших, замкнутых, слабо взаимодействующих друг с другом систем выявляет следующую закономерность: независимо от начального состояние системы она необратимо переходит в одно и тоже конечное состояние равновесия (хаос), что совершенно не вытекает из механики Ньютона. Тогда Клаузиус ввел особую функцию S , которую назвал энтропией. Замкнутая система стремится к состоянию равновесия (хаоса), т.к. оно более вероятно и может быть реализовано наибольшим количеством способом. Отсюда, чем больше упорядоченность системы, тем меньше ее энтропия. Ее физический смысл вскрыл Больцман: , где k - постоянная Больцмана, а Ω - вероятность.nothingatall@mail.ru (0:00) :^ 25. Соотношения неопределенности в квантовой механике. Особенности процедуры определения траектории частицы в квантовой механике. Принцип неопределённости Гейзенбе́рга (или Га́йзенберга) - в квантовой механике так называют принцип, дающий нижний (ненулевой) предел для произведения среднеквадратичных отклонений квантовых наблюдаемы.Обычно принцип неопределённости иллюстрируется следующим образом. Рассмотрим ансамбль невзаимодействующих эквивалентных частиц, приготовленных в определённом состоянии, для каждой из которых измеряется либо координата q, либо импульс p. При этом результаты измерений будут случайными величинами, среднеквадратичные отклонения которых будут удовлетворять соотношению неопределённостей . Отметим, что, хотя нас интересуют одновременные значения координаты и импульса в данном квантовом состоянии, измерять их у одной и той же частицы нельзя, так как любое измерение изменит её состояние.В общем смысле, соотношение неопределённости возникает между любыми переменными состояния, определяемыми некоммутирующими операторами. Это - один из краеугольных камней квантовой механики, который был открыт Вернером Гейзенбергом в 1927 гnothingatall@mail.ru (0:01) :^ 26. Основные квантовомеханические представления о строении атома. Принцип Паули.При́нцип Па́ули (принцип запрета) - один из фундаментальных принципов квантовой механики, согласно которому два и более тождественных фермиона не могут одновременно находиться в одном квантовом состоянии.Принцип был сформулирован для электронов Вольфгангом Паули в 1925 г. в процессе работы над квантомеханической интерпретацией аномального эффекта Зеемана и в дальнейшем распространён на все частицы с полуцелым спином. Полное обобщённое доказательство принципа было сделано им в 1940 г. в рамках релятивистской квантовой механики: волновая функция системы фермионов является антисимметричной относительно их перестановок, поведение систем таких частиц описывается статистикой Ферми - Дирака.Принцип Паули можно сформулировать следующим образом: в пределах одной квантовой системы в данном квантовом состоянии может находиться только одна частица, состояние другой должно отличаться хотя бы одним квантовым числом.^ Строение атомов и принцип ПаулиПринцип Паули помогает объяснить разнообразные физические явления. Следствием принципа является наличие электронных оболочек в структуре атома, из чего, в свою очередь, следует разнообразие химических элементов и их соединений. Количество электронов в отдельном атоме равно количеству протонов, так как электроны являются фермионами; принцип Паули запрещает им принимать одинаковые квантовые состояния. В итоге, все электроны не могут быть в одном квантовом состоянии с наименьшей энергией (для невозбуждённого атома), а заполняют последовательно квантовые состояния с наименьшей суммарной энергией (при этом не стоит забывать, что электроны неразличимы, и нельзя сказать, в каком именно квантовом состоянии находится данный электрон). Примером может служить невозбуждённый атом лития (Li), у которого два электрона находятся на 1S орбитали (самой низкой по энергии), при этом у них отличаются собственные моменты импульса и третий электрон не может занимать 1S орбиталь, так как будет нарушен запрет Паули. Поэтому, третий электрон занимает 2S орбиталь (следующая, низшая по энергии, орбиталь после 1S).^ История становления понятияПонятие об атоме как о наименьшей неделимой части материи было впервые сформулировано древнеиндийскими и древнегреческими философами (см.: атомизм). В XVII и XVIII веках химикам удалось экспериментально подтвердить эту идею, показав, что некоторые вещества не могут быть подвергнуты дальнейшему расщеплению на составляющие элементы с помощью химических методов. Однако в конце XIX - начале XX века физиками были открыты субатомные частицы и составная структура атома, и стало ясно, что атом в действительности не является «неделимым».На международном съезде химиков в г. Карлсруе (Германия) в 1860 г. были приняты определения понятий молекулы и атома. Атом - наименьшая частица химического элемента, входящая в состав простых и сложных веществ. Современное определение атома: Атом - электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и компенсирующих его заряд электронов[2]^ Модели атомовКусочки материи. Демокрит полагал, что свойства того или иного вещества определяются формой, массой, и пр. характеристиками образующих его атомов. Так, скажем, у огня атомы остры, поэтому огонь способен обжигать, у твёрдых тел они шероховаты, поэтому накрепко сцепляются друг с другом, у воды - гладки, поэтому она способна течь. Даже душа человека, согласно Демокриту, состоит из атомов.[источник не указан 220 дней]Корпускулярно-кинетическая теория тепла. М. В. Ломоносов утверждает, что все вещества состоят из «корпускул» - «молекул», которые являются «собраниями» «элементов» - «атомов»: «Элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо других меньших и отличающихся от него тел... Корпускула есть собрание элементов, образующее одну малую массу» [3][4]. «Элементу» он придаёт современное ему значение - в смысле предела делимости тел - последней составной их части. Учёный указывает на шарообразную его форму. Именно М. В. Ломоносову принадлежит мысль о «внутреннем вращательном („коловратном) движении частиц» - скорость вращения сказывается повышением температуры. При всех издержках такой модели, важно придание учёным понятию движения более глубокой физической значимости, [5][6][7][8][9]Модель атома Томсона (модель «Пудинг с изюмом», англ. Plum pudding model). Дж. Дж. Томсон предложил рассматривать атом как некоторое положительно заряженное тело с заключёнными внутри него электронами. Эта модель не объясняла дискретный характер излучения атома и его устойчивость.[источник не указан 220 дней] Была окончательно опровегнута Резерфордом после проведённого им знаменитого опыта по рассеиванию альфа-частиц.Ранняя планетарная модель атома Нагаоки. В 1904 году японский физик Хантаро Нагаока предложил модель атома, построенную по аналогии с планетой Сатурн. В этой модели вокруг маленького положительного ядра по орбиталям вращались электроны, объединённые в кольца. Модель оказалось ошибочной, но некоторые важные её положения вошли в модель Резерфорда.[источник не указан 220 дней]Планетарная модель атома Бора-Резерфорда. В 1911 году [10] Эрнест Резерфорд, проделав ряд экспериментов, пришёл к выводу, что атом представляет собой подобие планетной системы, в которой электроны движутся по орбитам вокруг расположенного в центре атома тяжёлого положительно заряженного ядра («модель атома Резерфорда»). Однако такое описание атома вошло в противоречие с классической электродинамикой. Дело в том, что, согласно классической электродинамике, электрон при движении с центростремительным ускорением должен излучать электромагнитные волны, а, следовательно, терять энергию. Расчеты показывали, что время, за которое электрон в таком атоме упадёт на ядро, совершенно ничтожно. Для объяснения стабильности атомов Нильсу Бору пришлось ввести постулаты, которые сводились к тому, что электрон в атоме, находясь в некоторых специальных энергетических состояниях, не излучает энергию («модель атома Бора-Резерфорда»). Постулаты Бора показали, что для описания атома классическая механика неприменима. Дальнейшее изучение излучения атома привело к созданию квантовой механики, которая позволила объяснить подавляющее большинство наблюдаемых фактов.^ Современное представление об атомеСовременная модель атома является развитием планетарной модели. Согласно этой модели, ядро атома состоит из положительно заряженных протонов и не имеющих заряда нейтронов и окружено отрицательно заряженными электронами. Однако представления квантовой механики не позволяют считать, что электроны движутся вокруг ядра по сколько-нибудь определённым траекториям (неопределённость координаты элект