Каталог файлов

Революция в естествознании рубежа 19-20 вв.

[ Скачать с сервера (2.98 Mb) ]	10.11.2010, 22:44
Революция в естествознании на рубеже 19-20 веков. Наука 20 в. Джеймс Максвелл (1831 – 1879) Английский физик, создатель классической электродинамики, один из основателей статистической физики. С 1871 профессор Кембриджского университета, где Максвелл основал первую в Великобритании специально оборудованную физическую лабораторию - Кавендишскую лабораторию, директором которой он был с 1871 г. Научная деятельность Максвелла охватывает проблемы электромагнетизма, кинетической теории газов, оптики, теории упругости и многое другое. Свою первую работу "О черчении овалов и об овалах со многими фокусами" Максвелл выполнил, когда ему ещё не было 15 лет. Одними из первых его исследований были работы по физиологии и физике цветного зрения и колориметрии (1852-72). В 1861 Максвелл впервые демонстрировал цветное изображение, полученное от одновременного проецирования на экран красного, зелёного и синего диапозитивов, доказав этим справедливость трёхкомпонентной теории цветного зрения и одновременно наметив пути создания цветной фотографии. Он создал один из первых приборов для количественного измерения цвета, получившего название диска Максвелла. В исследованиях по электричеству и магнетизму Максвелл математически развил воззрения М. Фарадея на роль промежуточной среды в электрических и магнитных взаимодействиях. Дальнейшее развитие физики показало, что носителем электромагнитных взаимодействий является электромагнитное поле, теорию которого (в классической физике) Максвелл и создал. В этой теории Максвелл обобщил все известные к тому времени факты макроскопической электродинамики и впервые ввёл представление о токе смещения, порождающем магнитное поле подобно обычному току (току проводимости, перемещающимся электрическим зарядам). Максвелл выразил законы электромагнитного поля в виде системы 4 дифференциальных уравнений в частных производных. Общий и исчерпывающий характер этих уравнений проявился в том, что их анализ позволил предсказать многие неизвестные до того явления и закономерности. Так, из них следовало существование электромагнитных волн, впоследствии экспериментально открытых Г. Герцем. Исследуя эти уравнения, Максвелл пришёл к выводу об электромагнитной природе света (1865) и показал, что скорость любых других электромагнитных волн в вакууме равна скорости света. Он измерил (с большей точностью, чем В. Вебер и Ф. Кольрауш в 1856) отношение электростатической единицы заряда к электромагнитной и подтвердил его равенство скорости света. Из теории Максвелла вытекало, что электромагнитные волны производят давление. Давление света было экспериментально установлено в 1899 П. Н. Лебедевым. Теория электромагнетизма Максвелла получила полное опытное подтверждение и стала общепризнанной классической основой современной физики. Роль этой теории ярко охарактеризовал А. Эйнштейн: "... тут произошел великий перелом, который навсегда связан с именами Фарадея, Максвелла, Герца. Львиная доля в этой революции принадлежит Максвеллу. После Максвелла физическая реальность мыслилась в виде непрерывных, не поддающихся механическому объяснению полей... Это изменение понятия реальности является наиболее глубоким и плодотворным из тех, которые испытала физика со времен Ньютона" В исследованиях по молекулярно-кинетической теории газов Максвелл впервые решил статистическую задачу о распределении молекул идеального газа по скоростям. Максвелл рассчитал зависимость вязкости газа от скорости и длины свободного пробега молекул (1860), вычислив абсолютную величину последней, вывел ряд важных соотношений термодинамики (1860). Экспериментально измерил коэффициент вязкости сухого воздуха (1866). В 1873-74 Максвелл открыл явление двойного лучепреломления в потоке (эффект Максвелла). Максвелл был крупным популяризатором. Он написал ряд статей для Британской энциклопедии, популярные книги [такие как "Теория теплоты" (1870), "Материя и движение" (1873), "Электричество в элементарном изложении" (1881), переведённые на русский язык]. Открытие электрона. Ирландский физик и математик Джордж Стоней в 1874 г. впервые дал количественную оценку минимального электрического заряда и в 1891 г. предложил для элементарного электрического заряда название "электрон". В 1897 г. Джон Томсон проводит эксперимент, доказывающий существование электрона. Суть опытов и гипотезу о существовании материи в состоянии еще более тонкого дробления чем атомы, Томсон изложил на вечернем заседании Королевского общества. За это открытие Томсон был удостоен нобелевской премии в 1906 г. Хендрик Лоренц (1853- 1928) Нидерландский физик. Создатель электронной теории. Учился в Лейденском университете (1870-72), в 1878-1923 профессор этого университета. С 1923 директор исследовательского института Тейлора в Харлеме. В своей докторской диссертации (1875) Лоренц рассмотрел отражение и преломление света с позиций электромагнитной теории Дж. Максвелла и показал, что на границе 2 сред возникают 4 условия (а не 6, как требовала механическая теория света). Это послужило доказательством электромагнитной теории света. В 1878 Лоренц проделал работу, которая стала первым шагом к разработке электронной теории, основные положения которой Лоренц сформулировал в 1892. Лоренц вывел выражение для силы, действующей со стороны электромагнитного поля на движущийся заряд. С помощью электронной теории Лоренцу удалось объяснить и многие другие явления. Лоренц объяснил эффект Зеемана (Нобелевская премия, 1902, совместно с П. Зееманом). Классическая электронная теория нашла своё завершение в монографии Лоренца "Теория электронов" (1909). Электронная теория в том виде, в каком она была создана Лоренцем, не только полностью сохранила своё значение до настоящего времени, но и явилась фундаментом многих современных физических представлений. Лоренц - автор классических работ по электродинамике движущихся сред. В 1895 г. он формально ввёл понятие "местного времени" и показал, что уравнения Максвелла приближённо справедливы во всех равномерно и прямолинейно движущихся системах отсчёта. Ввёл пространственно-временные преобразования, описывающие переход от одной инерциальной системы отсчёта к другой, а также нашёл зависимость массы от скорости. Эти работы Лоренца сыграли большую роль в подготовке теории относительности. Лоренцу принадлежит также ряд работ по термодинамике и статистической. Некоторые работы Лоренца посвящены квантовой теории излучения, общей теории относительности. Лоренц был председателем комитета по подготовке проекта частичного осушения залива Зёйдер-Зе (1918-26); для этого проекта он разработал новые математические методы гидродинамических расчётов. Был организатором и председателем Сольвеевских конгрессов по физике (1911-27). Член Комитета Лиги Наций по интеллектуальному сотрудничеству (с 1923, президент с 1927). Член многих академий и научных обществ мира. Генрих Герц (1857 – 1894) Немецкий физик, один из основателей электродинамики. Учился в Высшей технической школе в Дрездене, в Мюнхенском, а затем Берлинском университетах. С 1880 ассистент Г. Гельмгольца, в 1883-85 доцент университета в Киле, в 1885-89 профессор Высшей технической школы в Карлсруэ, с 1889 профессор Боннского университета. Основные работы Герц посвящены электродинамике. Исходя из уравнений Максвелла, Герц в 1886-89 гг. экспериментально доказал существование электромагнитных волн и исследовал их свойства (отражение от зеркал, преломление в призмах и т.д.). Электромагнитные волны Герц получал с помощью изобретённого им вибратора. Герц подтвердил выводы максвелловской теории о том, что скорость распространения электромагнитных волн в воздухе равна скорости света, установил тождественность основных свойств электромагнитных и световых волн. Герц изучал также распространение электромагнитных волн в проводнике и указал способ измерения скорости их распространения. Развивая теорию Максвелла, Герц придал уравнениям электродинамики форму, которая хорошо обнаруживает полную взаимосвязь между электрическими и магнитными явлениями. Построил электродинамику движущихся тел, исходя из гипотезы о том, что эфир увлекается движущимися телами. Однако его электродинамика оказалась в противоречии с опытом и позднее уступила место электронной теории Х. Лоренца. Работы Герца по электродинамике сыграли огромную роль в развитии науки и техники и обусловили возникновение беспроволочной телеграфии, радиосвязи, телевидения, радиолокации и т.д. В 1886-87 Герц впервые наблюдал и дал описание внешнего фотоэффекта. В книге "Принципы механики" (1894) дал вывод общих теорем механики и её математического аппарата, исходя из единого принципа). Именем Герца названа единица частоты колебаний. Изобретение радио. А. С. Попов (1859 – 1905) Русский физик и электротехник, изобретатель электрической связи без проводов (радиосвязи, радио). Первые научные исследования Попова были посвящены анализу наивыгоднейшего действия динамоэлектрических машины (1883) и индукционным весам Юза (1884). После опубликования (1888) работ Г. Герца по электродинамике Попов стал изучать электромагнитные явления и прочитал серию публичных лекций на тему "Новейшие исследования о соотношении между световыми и электрическим явлениями". Пытаясь найти способ эффективной демонстрации опытов Герца перед большой аудиторией, Попов занялся конструированием более наглядного индикатора электромагнитных волн (ЭВ). Хорошо понимая потребность флота в средствах беспроводной сигнализации, он в начале 90-х гг. поставил перед собой также задачу использовать ЭВ для сигнализации. К весне 1895 Попов построил чувствительный и надёжно работавший приёмник, пригодный для беспроводной сигнализации (радиосвязи). В первых опытах по радиосвязи, проведённых в физическом кабинете, а затем в саду Минного офицерского класса, приёмник обнаруживал излучение радиосигналов, посылаемых передатчиком, на расстоянии до 60 м. 25 апреля (7 мая) 1895 на заседании физического отделения Русского физико-химического общества Попов сделал научный доклад об изобретении им системы связи без проводов и продемонстрировал её работу. Во время опытов в 1895 Попов обнаружил, что его приёмник реагирует также и на грозовые разряды. Поэтому он построил специальный прибор, записывающий на движущуюся бумажную ленту сигналы, вызванные электромагнитным излучением гроз. Этот прибор, названный впоследствии грозоотметчиком, в 1895-96 использовался им для изучения характера атмосферных помех. В 1895-96 Попов занимался усовершенствованием созданных им приборов, выступал с докладами и показом их работы. Весной 1897 в опытах в Кронштадтской гавани Попов достиг дальности радиосвязи 600 м, а летом 1897 при испытании на кораблях - 5 км. В это время он обнаружил, что металлические корабли влияют на распространение ЭВ и предложил способ определения направления на работающий передатчик. Во время опытов в 1897 Попов пользовался ЭВ, лежащими на границе дециметрового и метрового диапазонов. К этому же времени относятся работы Попова по изучению рентгеновских лучей; им сделаны первые в России рентгеновские снимки предметов и конечностей человека. В 1899 Попов построил "телефонный приёмник депеш" для слухового приёма радиосигналов (на головные телефоны) и запатентовал его. Приёмники этого типа выпускались в 1899-1904 гг. в России и во Франции (фирма "Дюкрете") и широко использовались для радиосвязи. В начале 1900 г. приборы Попова были применены для связи во время работ по ликвидации аварии броненосца "Генерал-адмирал Апраксин" у острова Готланд и при спасении рыбаков, унесённых на льдине в море. При этом дальность связи достигла 45 км. В 1901 Попов в реальных корабельных условиях получил дальность связи 148-150 км. Работы Попова получили высокую оценку уже его современников в России и за рубежом: так, приёмник Попова был удостоен Большой золотой медали на Всемирной выставке 1900 в Париже. Г. Маркони (1874 – 1937) Итальянский радиотехник и предприниматель. Систематического образования не имел. Провёл предварительные опыты по сигнализации с помощью электромагнитных волн. В 1896 приехал в Великобританию, где заинтересовал своими приборами Почтовое ведомство и Адмиралтейство. В июне 1896 подал заявку на "усовершенствования в передаче электрических импульсов и сигналов и в аппаратуре для этого". До получения английского патента (июль 1897) принцип действия и конструкцию своих приборов держал в секрете. В этом патенте принцип действия системы электросвязи без проводов и схема радиоприёмника были тождественны принципу действия приборов и их схеме русского физика А. С. Попова, продемонстрированных им 7 мая 1895 на заседании физического отделения Русского физико-химического общества и опубликованных в журнале общества в августе 1895 и январе 1896. Маркони сумел привлечь к радиотелеграфии внимание деловых кругов Великобритании и в 1897 организовал крупное акционерное общество ("Маркони К"). Для работы в своей фирме Маркони пригласил многих видных учёных и инженеров. Большие материальные возможности позволили Маркони добиться значительных результатов в практической реализации радиотелеграфии. В 1901 им была осуществлена радиосвязь через Атлантический океан. Маркони умел правильно оценивать и использовать в работе новые достижения радиотехники. Деятельность Маркони и его фирмы сыграла важную роль в развитии радиотехники и в распространении радио как средства связи. Нобелевская премия (1909). Вильгельм Рентген (1845 – 1923) Немецкий физик. Профессор Высшей сельскохозяйственной школы в Хоэнхейме (с 1875), Страсбургского университета (с 1876), Гисенского университета (с 1879), Вюрцбургского университета (с 1888 г.; с 1894 г. ректор). В 1900-20 гг. профессор Мюнхенского университета, где в 1903-06 гг. его ассистентом был А. Ф. Иоффе. Рентгену принадлежат классические исследования свойств кристаллов, установление взаимосвязи электрических и оптических явлений в кристаллах, исследования по магнетизму, которые послужили одним из оснований электронной теории Х. А. Лоренца. В 1895 г. Рентген открыл излучение, названное им Х-лучами, и создал первые рентгеновские трубки, конструкции которых в основных чертах сохранились до нашего времени. В 1895-97 гг. опубликовал три работы, содержавшие исчерпывающий анализ некоторых свойств нового излучения. Открытие рентгеновского излучения и его последующие исследования сыграли важную роль в изучении строения атома, структуры вещества. Рентгеновское излучение нашло применение в медицине, различных областях науки, в технике. Нобелевская премия (1901). Первые рентгеновские трубки и снимок Антуан Беккерель (1852 – 1908) Французский физик. Член Парижской АН (1889). Окончил Политехническую школу в Париже. Профессор Парижского национального естественноисторического музея (1892) и Политехнической школы (1895). Научные труды Беккереля посвящены оптике, электричеству, магнетизму, фотохимии, электрохимии и метеорологии. Изучая действие различных люминесцирующих веществ на фотопластинку через непрозрачную перегородку, открыл радиоактивное излучение солей урана (1896). Проводил опыты с фосфоресцирующими веществами (солями урана). Фотопластинку заворачивал в чёрную бумагу, на неё ставилось блюдечко с кристаллами. На фотопластинке получалось изображение кристаллов. Выяснилось, что урановые соли испускают излучение. Так в 1896 г. была открыта радиоактивность. Беккерель также открыл «альфа», «бета» и «гамма» частицы. Нобелевская премия (1903). Пьер(1859 – 1906) и Мария Склодовская-Кюри (1867 – 1934) Пьер Кюри. Французский физик. Член Французской АН (1905). После окончания Парижского университета (1877) работал там же ассистентом. В 1882-1904 гг. руководил практическими работами, а затем преподавал в Школе индустриальной физики и химии в Париже, с 1904 г. профессор Парижского университета. Основные труды по физике кристаллов, магнетизму и радиоактивности. Вместе с братом Полем Жаном Кюри открыл и исследовал явление пьезоэлектричества (1880). Кюри изучал (1884-85) вопросы симметрии кристаллов, в частности, сформулировал так называемый принцип Кюри и проблему симметрии в физике вообще (1894). С 1898 г. вместе с женой М. Склодовской-Кюри занимался изучением радиоактивности. Ими были открыты полоний и радий (1898), установлен сложный состав излучения радия и окрашивание стекла и фарфора под действием этого излучения (1899). В 1903 г. Кюри обнаружили самопроизвольное выделение тепла солями радия; проводил также исследования биологического действия радиоактивности. Нобелевская премия (1903). На эти деньги был учреждён радиевый институт. В 1906 г. П. Кюри погиб в результате дорожного происшествия. Мария Склодовская-Кюри до конца жизни заведовала радиевым институтом. В годы 1 мировой войны занималась обеспечением фронтовых лазаретов рентгеновским оборудованием. Мария и Ирэн Кюри М. Склодовская-Кюри была единственной женщиной дважды получившей нобелевскую премию. Учёным стала и дочь Пьера и Марии Кюри – Ирэн Кюри (1897 – 1956), получившая нобелевскую премию по химии в 1935 г. за выполненный синтез новых радиоактивных веществ. Эрнест Резерфорд (1871 – 1937) Английский физик. Заложил основы учения о радиоактивности и строении атома; он первый осуществил искусственное превращение элементов. Член Лондонского королевского общества (1903). За научные заслуги получил титул лорда Нельсона (1931). Родился в семье мелкого фермера. В 1890 поступил в Новозеландский университет (Крайстчерч). Ещё в студенческие годы заинтересовался вопросами использования электромагнитных волн для беспроволочного телеграфа и построил магнитный детектор электромагнитных колебаний. За эти работы Резерфорд получил по окончании университета (1894) стипендию, на которую поехал в Англию для продолжения научной работы в Кавендишской лаборатории. Здесь под руководством Дж. Дж. Томсона он изучал процессы ионизации в газах и заинтересовался явлением радиоактивности, открытым в 1896 А. Беккерелем. В 1897 занял кафедру физики в Монреале (Канада), в 1907 - в Манчестере. С 1919 и до конца жизни был профессором Кембриджского университета и директором Кавендишской лаборатории. Все основные работы Резерфорда посвящены вопросам атомного ядра. В первых работах он показал, что излучение радиоактивного вещества - сложный процесс, в котором основная часть энергии переносится частицами. Резерфорд установил, что такое излучение состоит из двух частей, и дал им название альфа- и бета-лучей. Резерфорд показал, что бета-лучи представляют собой поток электронов, а aльфа-лучи являются атомами гелия. В 1903 Резерфорд совместно с Ф. Содди выдвинул теорию, объясняющую радиоактивность как спонтанное разложение атома вещества, при котором он меняет своё место в периодической системе элементов, т. е. происходит превращение атомов одних элементов в другие. За эти работы Резерфорд получил в 1908 Нобелевскую премию. Изучая рассеяние альфа-частиц при прохождении их через вещество, пришёл к выводу, что в центре атомов существует массивное положительно заряженное ядро. В 1911 он предложил планетарную модель атома, представляющую собой подобие Солнечной системы: в центре - положительно заряженное ядро, вокруг него по орбитам движутся отрицательно заряженные электроны. На основе этой модели в 1913 Н. Бор создал теорию атома и спектров. В 1919 Резерфорд впервые показал, что можно осуществить искусственное разложение элементов. Он бомбардировал быстрыми альфа-частицами атомы азота, в результате чего они превращались в атомы кислорода и при этом вылетали быстрые ядра водорода (названные по предложению Резерфорда протонами). В 1921 он высказал предположение о возможности существования нейтральной частицы - нейтрона. Дальнейшие работы Резерфорда посвящены изучению искусственной радиоактивности различных элементов. Резерфорд был талантливым организатором, воспитал большую школу физиков Работы Резерфорд получили всемирное признание; он был избран членом большинства академий мира. Быть может, эти электроны Миры, где пять материков, Искусства, знанья, войны, троны И память сорока веков. В. Я. Брюсов «Мир электрона» Макс Планк (1858 - 1947) Окончил гимназию в Мюнхене, где наряду с высокой одарённостью по многим дисциплинам показал высокую прилежность и работоспособность. Решение стать физиком далось непросто — наряду с естественными дисциплинами привлекали музыка и философия. Физику изучал в Берлине и Мюнхене. После защиты диссертации преподавал в Берлине. Свои исследования Планк посвящал в основном вопросам термодинамики. Известность он приобрёл после объяснения спектра так называемого «абсолютно чёрного тела». Этим понятием обозначают некий предмет, чьё излучение зависит только от температуры и видимой площади поверхности. В противоположность физическим представлениям о непрерывности всех процессов, что являлось основой классической физической картины мира, построенной Ньютоном и Лейбницем, Планк ввёл представление о квантовой природе излучения. Макс Планк своим авторитетом учёного поддержал теорию относительности А. Эйнштейна. За свои открытия в области квантовой физики Планк был удостоен нобелевской премии в 1918 г. Альберт Эйнштейн (1879 – 1955) Физик. Создатель теории относительности и один из создателей квантовой теории и статистической физики. С 14 лет вместе с семьей жил в Швейцарии. В школьные годы не был среди лучших учеников. Исключён из гимназии без аттестата. По окончании Цюрихского политехникума (1900) работал учителем математики и физики сначала в Винтертуре, затем в Шафхаузене. В 1902 получил место технического эксперта в федеральном патентном бюро в Берне, где работал до 1909. В 1905 г. пишет и публикует статьи по теории броуновского движения, фотонной теории света, специальной (частной) теории относительности (СТО). Дом в г. Ульм, где родился Эйнштейн СТО изложена в работе «К электродинамике движущихся тел», опубликованной в журнале «Анналы физики» в 1905 г. Эйнштейн выступил против понятий об абсолютном пространстве и времени. СТО основана на постулатах: Равноправие всех инерционных систем отсчёта. В них все физические явления будут протекать одинаково. Признание скорости света наибольшей возможной скоростью (300 км в сек.) во всех инерциальных системах отсчёта. Произошло радикальное переосмысление представлений о пространстве и времени. По СТО, с изменением скорости изменяются пространственно-временные параметры. Молодой Эйнштейн, служащий патентного бюро. Квартира Эйнштейна в Берне Выяснилось, что расстояние и промежутки времени, измеренные покоящимся и движущимся наблюдателем будут различаться. Таким образом, пространственно-временные данные являются не абсолютными, а относительными. Пространство и время вместе составляют континуум с 4 измерениями. При большой скорости длина будет уменьшаться, а время течь медленнее (парадокс близнецов). Законы классической физики объявлялись частным случаем, действующим при рассмотрении малых скоростей. В 1919 г. было получено экспериментальное подтверждение СТО во время астрономических наблюдений. Эйнштейн в рабочем кабинете в Берлине. Эйнштейн объясняет теорию относительности Работы Эйнштейна получили известность, и в 1909 он был избран профессором Цюрихского университета, затем Немецкого университета в Праге (1911-12). В 1912 возвратился в Цюрих, где занял кафедру в Цюрихском политехникуме. В 1913 был избран членом Прусской и Баварской АН и в 1914 переехал в Берлин, где был директором физического института и профессором Берлинского университета. В берлинский период Эйнштейн завершил создание общей теории относительности, развил далее квантовую теорию излучения. За открытие законов фотоэффекта и работы в области теоретической физики Эйнштейну была присуждена Нобелевская премия (1921). Общая теория относительности (ОТО) Разработана Эйнштейном в 1916 г. В этой теории постулируется, что гравитационные эффекты обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, находящихся в пространстве-времени, а деформацией самого пространства-времени, которая связана с присутствием массы и энергии. Кривизна пространства-времени связана с присутствующей в пространстве материей. В СТО понятие пространства и времени понималось плоским, в ОТО оно уже стало представляться кривым. Юбилей А. Эйнштейна (1949 г.) В 1933 Эйнштейн был вынужден покинуть Германию, впоследствии в знак протеста против фашизма отказался от германского подданства, вышел из состава академии и переехал в Принстон (США), где стал членом Института высших исследований. В этот период Эйнштейн пытался разработать единую теорию поля и занимался вопросами космологии. Будучи одним из инициаторов создания ядерного оружия, Эйнштейн после 2 мировой войны начал бороться против его применения. Подписал антивоенный манифест Рассела-Эйнштейна. В США ощущал атмосферу непонимания из-за атеистических воззрений. Нильс Бор (1885 - 1962) Датский физик. В 1908 Бор окончил университет в Копенгагене. Здесь он выполнил свои первые работы по исследованию колебаний струй жидкости (1907-10) и классической электронной теории металлов (1911). В 1911-12 работал в Кембридже у Дж. Дж. Томсона и в Манчестере у Э. Резерфорда. В 1914-16 читал курс математической физики в Манчестере. В 1916 получил кафедру теоретической физики в Копенгагене. С 1920 и до конца жизни руководил созданным им институтом теоретической физики в Копенгагене, который теперь носит его имя. В 1943, когда стало известно о готовящейся гитлеровцами, оккупировавшими Данию, расправе над Бором, он был вывезен на лодке организацией Сопротивления в Швецию, а оттуда на английском военном самолёте - в США. Здесь Бор участвовал в работах по созданию атомной бомбы. После войны вернулся в Данию. Активно участвовал в борьбе против атомной угрозы. Работая в Манчестере, Бор воспринял сформулированное Резерфордом в 1911 представление о планетарном строении атома. Однако уже в то время было ясно, что такое строение (ядро и вращающиеся вокруг него по орбитам электроны) противоречит классической электродинамике и механике. По законам классической электродинамики электрон в атоме должен был бы непрерывно излучать электромагнитные волны, потерять свою энергию за ничтожно малую долю секунды и упасть на ядро. Следовательно, согласно классической физике, устойчивые движения электронов в атоме невозможны и атом как динамическая система существовать не может. Исходя из идеи квантования энергии, выдвинутой ранее М. Планком в теории излучения, Бор разработал и в 1913 опубликовал теорию атома, в которой показал, что планетарная структура атома и свойства его спектра излучения могут быть объяснены, если считать, что движение электрона подчинено некоторым дополнительным ограничениям - т. н. постулатам Бора. Согласно этим постулатам, для электрона существуют избранные, или "разрешенные", орбиты, двигаясь по которым, он, вопреки законам классической электродинамики, не излучает энергии, но может скачком перейти на более близкую к ядру "дозволенную" орбиту и при этом испустить квант (порцию) электромагнитной энергии, пропорциональный частоте электромагнитной волны. Построенная на этих постулатах и развитая затем самим Бор и другими физиками теория атома впервые объяснила его особую устойчивость, сохранение атомом при сравнительно слабых столкновениях своей структуры и характера спектра. Однако основные идеи квантовой механики, несмотря на её формальные успехи, в первые годы оставались во многом неясными. Для полного понимания физических основ квантовой механики, её связи с классической физикой был необходим дальнейший глубокий анализ соотношения классического (макроскопического) и квантового (микроскопического - на атомном и субатомном уровнях) материальных объектов, процесса измерения характеристик микрообъекта и вообще физического содержания используемых в теории понятий. Этот анализ потребовал напряжённой работы, в которой ведущую роль сыграл Бор. Его институт стал центром такого рода исследований. Главная идея Бора заключалась в том, что заимствованные из классической физики динамические характеристики микрочастицы (например, электрона) - её координата, импульс (количество движения), энергия - вовсе не присущи частице самой по себе. Смысл и определённое значение той или иной характеристики электрона, например его импульса, раскрываются во взаимосвязи с классическими объектами, для которых эти величины имеют определённый смысл и все одновременно могут иметь определённое значение (такой классический объект условно называется измерительным прибором). Эта идея имеет не только принципиальное физическое, но и философское значение. В результате была создана последовательная, чрезвычайно общая теория, внутренне непротиворечиво объясняющая все известные процессы в микромире. В 1927 Бор дал формулировку важнейшего принципа - принципа дополнительности. В 1936 Бор сформулировал фундаментальное для ядерной физики представление о характере протекания ядерных реакций (модель составного ядра). В 1939 совместно с Дж. А. Уилером он развил теорию деления ядер - процесса, в котором происходит освобождение огромных количеств ядерной энергии. В 40-50-х гг. Бор занимался в основном проблемой взаимодействия элементарных частиц со средой. Бор создал большую школу физиков и многое сделал для развития сотрудничества между физиками всего мира. Выросшие в этом институте физики работают почти во всех странах мира. Лауреат Нобелевской премии (1922). Принцип дополнительности - для полного описания квантовомеханических явлений необходимо применять два взаимоисключающих («дополнительных») набора классических понятий, совокупность которых дает исчерпывающую информацию об этих явлениях как о целостных. Например, дополнительными в квантовой механике являются пространственно-временная и энергетически-импульсная картины.
1 2 3 4 5 Категория: Мои файлы \| Добавил: Грач-учёный
Просмотров: 8477 \| Загрузок: 1412 \| Комментарии: 1 \| Рейтинг: 0.0/0