ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.11.2019
Просмотров: 18976
Скачиваний: 11
Висновок
Сучасна наукова картина світу
Пізнання світу людиною - діалектично складний і супереч-
ливий процес, творчий за своїм характером.
Як було зазначено у вступі, до 1873 р. панувала механічна картина світу,
яку замінила релятивістська фізична картина.
Першим кроком на шляху побудови нової фізичної картини світу була
гіпотеза М. Планка, сформульована в 1913 р.: атоми випромінюють світло
дискретними порціями, квантами. Потім А. Ейнштейн висловив припу-
щення, що світло не тільки випромінюється, а й поширюється, а також по-
глинається речовиною дискретними порціями, квантами.
Наступним кроком була модель атома водню, яку запропонував у 1913 р.
Н. Бор. Цю модель побудовали на основі поєднання класичних уявлень з
квантовими постулатами.
Нарешті в 1924 р. Л. де Бройль сформулював загальний принцип, важ-
ливий для побудови нової фізичної теорії, принцип корпускулярно-
хвильового дуалізму. Зв'язок корпускулярних і хвильових властивостей
визначається формулою
Х = її/р.
По суті, це була спроба синтезувати дві
фізичні картини світу: ньютонівську (корпускулярну) і максвеллівську
(польову - хвильову). Остаточно нова фізична теорія, яку назвали кванто-
вою, набрала закінченої форми завдяки працям Е. Шредінгера.
Спочатку квантова механіка створювалась як теорія електронних обо-
лонок атомів. Дальшого прогресу було досягнуто поєднанням принципу
квантування з принципами теорії відносності. Завдяки цьому поєднанню і
вдалося вивести рівняння, яке найправдивіше відображає властивості елект-
рона, зокрема специфічну квантову характеристику, спін. Тільки з ураху-
ванням спіну і принципу Паулі, який забороняє двом електронам перебувати
в атомі в тому самому стані, були розкриті закономірності будови електрон-
них оболонок атомів і пояснено періодичний закон Менделєєва.
Протягом ряду десятиріч фізики вважали своїм головним завданням
проникнення в структуру матерії. Дослідження електронної оболонки
атома, а на цій основі і властивостей твердого тіла стало епохальним для
фізики XX ст. Проникнення в структуру атомного ядра, а потім і в струк-
туру ряду типів частинок стало продовженням наукового штурму загаль-
них принципів структурної організації матерії. Отже, нам треба узагаль-
нити наявні відомості з погляду сучасної фізики на структурні форми ма-
терії, закономірності їх взаємодії, грунтуючись на невичерпаності матерії
і можливості її пізнання, тобто простежити за діалектичним розвитком
625
матеріального світу. З точки зору сучасної фізики узагальнювати ці відо-
мості розпочнемо з елементарних частинок, оскільки на ранній стадії роз-
витку Всесвіту саме вони утворились першими. На сьогодні відомо кілька
сотень (порядку 400) елементарних частинок, причому стабільними є ли-
ше фотони, нейтрино, електрони та їх античастинки і деякою мірою про-
тони. Решта частинок не є стабільною. Численними дослідженнями було
встановлено, що елементарними частинками, які не проявляють внутрішньої
структури, на сьогодні можна вважати лише фотони і лептони.
Наявність багатьох елементарних частинок наводить на думку, що не
всі вони найпростіші. У 1964 р. незалежно один від одного М. Гелл-Ман і
Дж, Цвейг висунули гіпотезу, за якою більшість відомих елементарних
частинок побудовані з так званих фундаментальних - "первинних" -- час-
тинок - кварків. Досліди на розсіяння нейтрино і електронів надвисоких
енергій на нуклонах підтвердили кваркову структуру протонів і нейтронів.
Але "розщепити" нуклони на кварки не вдалося. На жаль, кварків у вільному
стані не виявлено.
Міркування про елементарні частинки нарешті ведуть нас до будови
атомів і молекул, оскільки саме з них побудований весь навколишній світ
і ми самі. Атом зумовлює індивідуальність будь-якого хімічного елемента.
До ядра атома входять протони і нейтрони. Електронні оболонки атомів
зв'язують їх у молекулу. Ядра атомів важких елементів можуть спонтанно
перетворюватись в ядра легших атомів. Цей процес може відбуватися і в
зворотному напрямі. З ядер атомів легких елементів можуть утворюватися
ядра атомів важких елементів. Це відбувається під час термоядерних реак-
цій, які тривають, наприклад, у надрах зір,
Початкове завдання фізики елементарних частинок полягало в тому,
щоб знайти елементарні структурні одиниці матерії.
Розвиток уявлень про еволюцію Всесвіту з надгустого стану підказував
іншу постановку питання: що, коли фундаментальні структурні одиниці
матерії виникли в процесі розширення Всесвіту, в складній динаміці так
званого великого вибуху? Багата різноманітність елементарних частинок,
що виникають під час взаємодій ори високих енергіях, практично не існує
в природних взаємодіях при малих енергіях. Проте така різноманітність
могла існувати на початку великого вибуху і, можливо, при тому стані
Всесвіту, який було названо сингулярністю, тобто стані надгустого стиску
і величезних температур. І, очевидно, від нього ведуть свій початок сьогод-
нішні стабільні елементарні частинки, які є будівельним матеріалом Всесвіту
в теперішньому його стані.
Особливістю елементарних частинок є їх взаємоперетворюваність,
якій, за сучасними даними, відповідають чотири типи фізичних взаємо-
дій: слабка, сильна (ядерна), електромагнітна, гравітаційна. Кожному ти-
пу взаємодій відповідає своє поле, і кванти цього поля, тобто взаємодії, є
626
обмінними. Інакше кажучи, частинки в процесі взаємодії обмінюються
між собою квантами відповідних полів. Цю якість було покладено в осно-
ву можливості пояснення різних видів взаємодії елементарних частинок
як різні прояви єдиної взаємодії. Тепер створено єдину теорію слабких
електромагнітних взаємодій. Робиться спроба створити єдину теорію
трьох видів взаємодій у мікросвіті: слабку, сильну, електромагнітну, так
зване "велике об'єднання". Сміливіші мрії вчених пов'язані з пошуками
можливого супероб'єднання, яке включало б і гравітаційне. У цьому разі
в єдину теорію структури матерії поряд з кварками, лептонами та іншими
елементарними частинками ввійшли б і гравітони.
Отже, вивчення властивостей мікрочастинок та їх взаємодій допомагає
зрозуміти еволюцію Всесвіту, починаючи з моменту її розширення до
наших днів.
З точки зору сучасної фізики всю багатоманітність видів матерії мож-
на звести до існування двох основних її видів: речовини і поля.
Фізичні поля мають властивість пов'язувати елементарні частинки в
атоми, молекули, мікротіла, планети тощо.
Усяка зміна, яка відбувається в навколишньому світі, є рухом матерії.
Джерелом руху є чотири типи фізичних взаємодій. Під час руху частинка
має і хвильові властивості,
Отже, на даному етапі розвитку фізика стверджує, що корпускулярно-
хвильовий дуалізм властивий усім формам матерії. Таким чином,
у світі нічого іншого не існує, крім рухомої матерії, яка існує вічно.
Пізнання світу - процес нескінченний. Елементарне і складне в будо-
ві речовини - поняття відносні, і призначення людини в тому, щоб
дослідити і зрозуміти свій Всесвіт.
Довідковий матеріал
1. Основні фізичні сталі (округлені значення)
Фізична стала
Позначення
Числове значення
Нормальне прискорення вільно падаючих тіл
В
9,81м/с
2
Гравітаційна стала
0
6,67-10"
11
Н • м
2
/ кг
3
Стала Авогадро
КА
6,02-10
23
моль
-1
Молярна газова стала
К
8,31 Дж/(моль-К)
Стала Больцмана
к
1,38 • 10~
23
Дж/К
Молярний об'єм ідеального газу
(об'єм 1 моля за нормальних умов)
у
т
0,0224 м
3
/моль
Заряд електрона
е
1,60-10~
19
Кл
Стала Фарадея
Р
9,65 • 10
4
Кл/моль
Швидкість світла у вакуумі
с
3-Ю
8
м/с
Стала Стефана - Больцмана
а
5,67-10
-8
Вт/(м
2
-К
4
)
Стала Віна
С
2,89-10"
3
м - К
Стала Планка
н
6,62 -10
-34
Дж/'с
Стала Рідберга
К
1,097 -10
7
м ""
1
Радіус Бора
Г
Б
0,529-Ю"
10
м
Довжина хвилі комптонівського випромінювання
X
2,43-10"
12
м
електрона
X
2,43-10"
12
м
Стала іонізації атома водню
(енергія іонізації)
Л
2,18-10~
18
Дж =13,6 еВ
Атомна одиниця маси
а. о.
м.
1,660-КГ
27
кг
Коефіцієнт пропорційності між енергією
9-Ю
16
Дж/кг =
(МеВ) і масою (а. о. м.)
к
= 931,44 МеВ (а. о. м.)
2. Астрономічні величини-.
середній радіус Землі ~ 6,37-10
6
м;
середня густина Землі - 5500 кг/м
3
;
маса Землі - 5,96 • 10
24
кг;
радіус Сонця - 6,95 • 10
8
м;
середня густина Сонця - 1400 кг/м;
маса Сонця - 1,97-10
30
кг;
радіус Місяця - 1,74 • 10
6
м;
628
маса Місяця - 7,3 • 10
22
кг;
середня віддаль між центрами Землі і Місяця - 3,84 • 10
8
м;
середня віддаль між центрами Сонця і Землі - 1,5 • 10
і 1
м;
період обертання Місяця навколо Землі - 27 діб 7 год 43 хв,
3. Густина рідин,; 10
3
кг/м*\
вода (при 4 °С) - 1; гліцерин - 1,26; гас - 0,8;
масло - 0,9; ртуть - 13,6; спирт - 0,8.
4. Густина газів за нормальних умов, кг/м*:
азот - 1,25; аргон - 1,78; водень - 0,09; повітря - 1,29;
гелій - 0,18; кисень - 1,43.
5. Поверхневий натяг рідин (при 20 °С), Н/ж.
вода - 0,072; гліцерин - 0,066; спирт - 0,022.
6. Густина (р), модуль поздовжньої
пружностіЕ (модулі Юнга), температурний
коефіцієнт лінійного розширення
а
(середні зна чення)
Речовина
р-10
3
, кг/м
3
Е
Ю
10
,Н/м
2
а - К Г \ К
1
Алюміній
2,7
7,0
24
Вольфрам
19,15
41,1
4,3
Залізо (сталь)
7,85
22,0
11,9
Константан
8,9
21,0
17,0
Лід
0,92
0,28
-
Мідь
8,8
12,98
16,7
Нікель
8,8
20,4
13,4
Ніхром
8,4
-
-
Фарфор
2,3
-
3
7. Питома теплота плавлення, 10
4
Дж/кг:
лід-33,5; свинець-2,3; мідь-21,3.
8. Питома теплота пароутворення, 10
5
Дж/кг:
вода - 22,5; ефір - 6,68.
629