Тема: «Краткая история физики» Учитель физики моу «Каширская оош» Горчакова Елена Павловна
| Вид материала | Документы |
СодержаниеТеория относительности Первые теории строения атома Квантовая теория XXI век и новые рубежи |
- Тема: «Исследования Луны» Учитель физики моу «Каширская оош» Горчакова Елена Павловна, 111.25kb.
- «Из истории развития атомной и водородной энергетики» Учитель физики моу «Каширская, 50.03kb.
- «Альтернативные экологические источники энергии» Учитель физики моу «Каширская оош», 254.18kb.
- Терещенко Александр Петрович, учитель физики моу сош №10 2008 год пояснительная записка, 206.78kb.
- Ольховская Юлия Васильевна, учитель физики моу сош №14 г. Новотроицка Оренбургской, 382.81kb.
- Тюльпина Наталья Игоревна критерии моу сош №15 с углубленным изучением отдельных предметов, 174.17kb.
- Копытова Ольга Геннадьевна, учитель информатики; Кузнецова Елена Эриковна, учитель, 290.72kb.
- Опритова Елена Михайловна, учитель географии моу жердевской оош, Карпова Наталия Александровна, 93.71kb.
- Игровые технологии на уроках физики и внеклассных мероприятиях как средство развития, 155.58kb.
- Урок математики 5 класс Тема: «Измерение углов с помощью транспортира», 42.73kb.
XX векВ начале ссылка скрыта физика столкнулась с серьёзными проблемами. Начали возникать противоречия между старыми моделями и эмпирическим опытом. Так, например, наблюдались противоречия между классической механикой и электродинамикой при попытках измерить ссылка скрыта. Выяснилось, что она не зависит от системы отсчёта. Физика того времени также была неспособна описать некоторые микроэффекты, такие, как атомные спектры излучений, ссылка скрыта, энергетическое равновесие электромагнитного излучения и вещества. Таким образом, была необходима новая физика. Теория относительностиссылка скрыта ссылка скрыта В ссылка скрыта английский астроном ссылка скрыта открыл ссылка скрыта: все звёзды описывают на небосводе малые круги с периодом в один год. С точки зрения ссылка скрыта теории света это означало, что эфир неподвижен, и его кажущееся смещение (при движении Земли вокруг Солнца) по принципу суперпозиции отклоняет изображения звёзд. Френель, однако, допускал, что внутри вещества эфир частично увлекается. Эта точка зрения, казалось, нашла подтверждение в ссылка скрыта, который обнаружил, что скорость света в воде меньше, чем в пустоте. ссылка скрыта в ссылка скрыта предложил схему решающего опыта, который после изобретения ссылка скрыта смог осуществить в ссылка скрыта американский физик ссылка скрыта. Позже Майкельсон и ссылка скрыта повторили ссылка скрыта несколько раз с возрастающей точностью, но результат был неизменно отрицательным — «эфирного ветра» не существовало. В ссылка скрыта ссылка скрыта и (независимо от него) ссылка скрыта предположили, что эфир неподвижен, а длина любого тела сокращается в направлении его движения. Одновременно изучался вопрос, при каких преобразованиях координат ссылка скрыта инвариантны. Правильные формулы впервые выписали ссылка скрыта (ссылка скрыта) и ссылка скрыта (ссылка скрыта), который доказал их ссылка скрыта свойства и предложил назвать ссылка скрыта. В знаменитой работе «О динамике электрона» (ссылка скрыта) Пуанкаре также дал обобщённую формулировку ссылка скрыта, охватывающего и электродинамику. В этой работе есть даже 4-интервал ссылка скрыта. Тем не менее Пуанкаре продолжал верить в реальность эфира, а разработанной им математической модели не придавал объективного физического содержания, рассматривая её, в соответствии со своей ссылка скрыта, как соглашение («конвенцию»). Физическая, объективная сущность модели Пуанкаре раскрылась после работ ссылка скрыта. В статье (ссылка скрыта) Эйнштейн рассмотрел два постулата: общий ссылка скрыта и постоянство скорости света. Из этих постулатов следовали ссылка скрыта, относительность одновременности и ненужность эфира. Были выведены также формулы преобразования Лоренца, суммирования скоростей, возрастания инерции со скоростью и т. д. Позже эта теория получила название ссылка скрыта. В том же году появилась и формула E = mc2 — инерция определяется энергией. В других работах этого периода Эйнштейн дал квантовую теорию ссылка скрыта и теплоёмкости, теорию броуновского движения, ссылка скрыта (молекулярных токов), ссылка скрыта и др. Далее он сосредоточил свои усилия на развитии теории относительности. Часть учёных сразу приняли ссылка скрыта: ссылка скрыта (ссылка скрыта) и сам Эйнштейн (ссылка скрыта) построили релятивистскую динамику и термодинамику, а ссылка скрыта в ссылка скрыта представил ссылка скрыта кинематики СТО в виде геометрии ссылка скрыта и разработал теорию инвариантов этого мира. Сам Лоренц принял СТО только к концу жизни. С ссылка скрыта Эйнштейн разрабатывал ссылка скрыта, включающую гравитацию, на основе ссылка скрыта, которую завершил в ссылка скрыта. Проверка трёх предсказанных Эйнштейном новых эффектов показала полное согласие ОТО с опытом. Попытки Эйнштейна и других учёных расширить ОТО, объединив гравитацию и электромагнетизм, успехом не увенчались. Первые теории строения атомаПосле открытия ссылка скрыта стало ясно, что атом имеет сложную структуру, и встал вопрос, какое место в ней занимает электрон, и какие есть ещё субатомные частицы. Существование атомов различных масс было предложено в ссылка скрыта ссылка скрыта, чтобы объяснить ссылка скрыта. Соответствие различных оценок ссылка скрыта предоставила решающее доказательство для атомистической теории. В ссылка скрыта появилась первая ссылка скрыта атома, известная как ссылка скрыта, где атом представлял собой положительно заряженное тело, с равномерно перемешанными в нём электронами. Движутся они там или нет — этот вопрос был оставлен открытым. Одновременно японский физик ссылка скрыта предложил планетарную модель, но ссылка скрыта сразу указал, что круговые орбиты электронов несовместимы с классической электродинамикой: при всяком отклонении от прямой электрон должен терять энергию. В 1909—1910 годах эксперименты ссылка скрыта и ссылка скрыта по рассеянию альфа-частиц в тонких пластинках обнаружили, что внутри атома существует небольшая компактная структура — ссылка скрыта. От «модели пудинга» пришлось отказаться. Резерфорд предложил уточнённую планетарную модель: положительное ядро, заряд которого (в единицах заряда электрона) соответствует номеру элемента в ссылка скрыта. Первым успехом новой теории было объяснение существования ссылка скрыта. Но были и другие модели. ссылка скрыта полагал, что взаимодействие электронов и ядра отличается от кулоновского; делались попытки привлечь ссылка скрыта и даже ссылка скрыта. Первую успешную теорию, объяснившую спектр атома ссылка скрыта, построил ссылка скрыта в ссылка скрыта. Бор дополнил модель Резерфорда ссылка скрыта неклассического характера:
Спектр атома ссылка скрыта теория Бора предсказывала точно, но для других элементов согласия не было. В ссылка скрыта теория Бора была дополнена ссылка скрыта и ссылка скрыта; были объяснены ссылка скрыта и ссылка скрыта спектра водорода. Бор добавил к своим постулатам ссылка скрыта, который позволил определить интенсивность спектральных линий. В ссылка скрыта ссылка скрыта высказал гипотезу о наличии у электрона ссылка скрыта, а позже — ссылка скрыта, по которому никакие два электрона не могут иметь одинаковые ссылка скрыта (с учётом спина). После этого стало, наконец, понятно, как и почему распределяются электроны по слоям (орбитам) в атоме. ссылка скрыта: ссылка скрыта открыл ссылка скрыта, предсказанный Резерфордом ещё в ссылка скрыта-м. Структура ссылка скрыта стала теперь ясна. ссылка скрыта фактически был открыт в ссылка скрыта, когда Резерфорд обнаружил расщепление атома ссылка скрыта при обстреле альфа-частицами; само название частицы Резерфорд придумал позднее. В том же ссылка скрыта в ссылка скрыта был открыт ссылка скрыта. Квантовая теорияВ 1880-е годы был экспериментально получен спектр излучения ссылка скрыта; распределение энергии по частотам оказалось несогласованным со всеми имевшимися теориями, особенно для длинных (инфракрасных) волн. Правильную формулу подобрал в ссылка скрыта ссылка скрыта. Несколькими неделями позже он выяснил, что эта формула может быть строго доказана, если сделать допущение, что излучение и поглощение энергии происходит порциями не меньше некоторого порога (ссылка скрыта), пропорционального частоте волны. Сам Планк вначале рассматривал такую модель как чисто математический трюк; даже много позже, в ссылка скрыта, он пытался опровергнуть собственное открытие, но безуспешно. ссылка скрыта сразу принял гипотезу квантов света, причём считал, что квантование относится не только ко взаимодействию света с веществом, но является свойством самого света. В ссылка скрыта он построил на этой основе теорию ссылка скрыта, в ссылка скрыта — теорию теплоёмкости, которая до Эйнштейна при низких температурах расходилась с экспериментом. В ссылка скрыта ссылка скрыта и ссылка скрыта уточнили теорию теплоёмкости Эйнштейна, и согласие с опытом было достигнуто. Наконец, в 1920-х годах были обнаружены сразу несколько существенно квантовых явлений, необъяснимых с классических позиций. Наиболее показателен был ссылка скрыта — вторичное излучение при рассеянии ссылка скрыта в лёгких газах. В ссылка скрыта Комптон разработал теорию этого явления (основанную на работе Эйнштейна ссылка скрыта) и предложил термин «ссылка скрыта». ссылка скрыта: ссылка скрыта предположил, что ссылка скрыта свойственен не только свету, но и веществу. Каждой материальной частице он сопоставил волну определённой частоты. Это объясняет, почему ссылка скрыта в оптике похож на ссылка скрыта, а также — почему устойчивые орбиты Бора именно таковы: только у них длина волны де Бройля укладывается на орбите целое число раз. ссылка скрыта: ссылка скрыта предложил использовать в теории субатомных явлений только наблюдаемые величины, исключив координаты, орбиты и т. п. Для определения наблюдаемых величин он разработал т. н. «матричную механику». ссылка скрыта, ссылка скрыта и ссылка скрыта сформулировали правила, по которым классическим величинам сопоставлялись ссылка скрыта, так что каждое дифференциальное уравнение классической механики переходило в квантовое. XXI век и новые рубежиС 1970-х годов в теоретической физике наблюдается некоторое затишье, некоторые учёные даже заговорили о «кризисе физики» или даже о «конце науки»[1]. Тем не менее намечаются некоторые открытия. Так, например, проводятся попытки сравнить скорости распространения гравитационного и электромагнитного взаимодействия, которые, по предсказаниям теории относительности, совпадают. В ссылка скрыта построен и эксплуатируется ссылка скрыта высоких энергий, который должен помочь проверить две фундаментальные теории: ссылка скрыта и ссылка скрыта. Ряд физиков выделяет актуальные фундаментальные задачи, решение которых приведёт к существенному прогрессу физики[1].
Литература
|