Квантовая теория эйнштейна кратко
Обновлено: 05.07.2024
Открытие радиоактивных превращений и возникновение представлений об огромных запасах внутриатомной энергии было одним из существенных моментов начавшейся революции в физике. Столь же существенным было возникновение теории относительности, новых представлений о пространстве, времени, массе, о связи массы и энергии. Гораздо менее заметными и очень медленно сказывающимися были I идеи Планка о квантах энергии Сам создатель этой идеи, хотя и использовал свою формулу для определения таких атомных констант, как число Авогадро и заряд электрона, не слишком верил в кванты и полагал, что их как-то удастся ввести в русло представлений электромагнитной теории света.
Но это возвращение произошло на новом, высшем уровне, когда оптика прочно усвоила волновые представления и не собиралась, да и не могла от них отказаться. В. И. Ленин сравнивал развитие науки с движением по спирали. Эйнштейн начал в теории света новый виток спирали.
Эйнштейн начинает с рассмотрения одной трудности в теории излучения черного тела. Если представить, что электромагнитные осцилляторы, которыми являются молекулы тела, подчиняются законам классической статистики Максвелла — Больцмана, то каждый такой осциллятор в среднем будет обладать энергией:
где R — постоянная Клапейрона, N — число Авогадро. Используя соотношение Планка между средней энергией осциллятора и объемной плотностью энергии, находящейся с ним в равновесном излучении:
где E? — средняя энергия осциллятора частоты v, L — скорость света, ? — объемная плотность энергии излучения, Эйнштейн пишет равенство:
Из него он находит объемную плотность энергии:
Эйнштейн указывает, что формула Планка:
переходит для больших длин волн и больших плотностей излучения в найденную им формулу:
Эйнштейн подчеркивает, что значение числа Авогадро совпадает со значением, найденным другим способом. Обращаясь далее к закону Вина , хорошо оправдывающегося для больших значений ?/T, Эйнштейн получает выражение энтропии излучения:
Переписав это выражение в виде:
и сравнивая его с законом Больцмана:
Эйнштейн находит выражение вероятности того, что энергия излучения в объеме V0 сосредоточится в части объема V:
Эйнштейн применяет свою теорию к явлению люминесценции и не только дает объснение правила Стокса, согласно которому частота люминесценции v2 меньше или равна частоте возбуждающего излучения v1 ( v2
1. Трудность согласования квантовой теории и теории излучения
1. Трудность согласования квантовой теории и теории излучения Электромагнитная теория, дополненная теорией электронов Лоренца, дает совершенно ясную и точную картину излучения, испускаемого системой движущихся зарядов. Если заданы структура и закон движения системы
РАЗВИТИЕ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
РАЗВИТИЕ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ В 1916 г. великий физик Альберт Эйнштейн создал общую теорию относительности. Сегодня мы называем эту теорию теорией пространства, времени и тяготения. Она касается самых сокровенных основ мироздания. В ней впервые в математической
К квантовой теории абсолютного нуля температуры
Возникновение и развитие теории электромагнитного поля
Возникновение и развитие теории электромагнитного поля Гипотеза поперечных световых волн Френеля поставила перед физикой ряд трудных проблем, касающихся природы эфира, т. е. той гипотетической среды, в которой распространяются световые колебания. Перед этими
Дальнейшее развитие теории относительности
К квантовой теории абсолютного нуля температуры
Дальнейшее развитие теории Бора
Дальнейшее развитие теории Бора Несмотря на эти результаты и заявленную цель работы Бора 1913 г. — разработать общую теорию строения атома, эта теория давала строгое и адекватное объяснение только для атомов водорода и водородно-подобных атомов. Все попытки
Меня зовут Влад Ядро! Мне 45 лет. Профессиональный переговорщик, тренер и консультант по переговорам. Клинический психолог. Построил карьеру в продажах с "0" до генерального директора крупного торгового оптового бизнеса. С 2014 г собственный консалтинговый бизнес в области переговоров. Звоните! Пишите! Я Вам помогу решить сложности в коммуникациях с другими людьми!
Для лучшего понимания теории переговоров мы с Вами попытаемся ответить на сложные вопросы о природе объективной реальности.
Квантовая физика. Условность происходящего.
Необходимость углубляться в сложные вопросы квантовой теории продиктована еще одной сложнейшей проблемой современности, взаимосвязь мозга и сознания человека. Возможно кросс-подход окажется более правильным и поможет найти ответы.
Существуют интересные вопросы, которые Вы наверняка уже слышали:
- Собака виляет своим хвостом или хвост виляет собакой?
- Улыбка порождает радость или радость порождает улыбку?
- Мозг порождает сознание или сознание порождает мозг?
- Что первично: материя или дух?
На некоторые из них можно вполне определенно ответить уже сейчас, а на другие ответа нет, поскольку отсутствует парадигма, всеобъемлющая концепция, в рамках которой возможны ответы, не противоречащие обратной связи условной объективной реальности.
Вряд ли можно пока объяснить механизм сознания через функционирование его материального субстрата – мозга. Накопленный научный материал позволяет проводить достоверные параллели между нейрофизиологией и психическими процессами, при этом сознание как осознание остается вне общего понимания. В настоящее время ученые по всему миру работают над созданием единой теории, объединяющей сознание и мозг. Возникают гипотезы, которые более или менее красиво пытаются устранить подобную научную дихотомию, при этом потребуется время, чтобы научное сообщество смогло консолидировано принять какую – либо, опираясь на эмпирическую доказательную базу, сложность получения которой является в том числе тормозом на пути согласия.
Квантовая физика. История квантовой механики.
Нильс Бор и Вернер Гейзенберг.
В 1920 году Нильс Бор и Вернер Гейзенберг сформулировали ключевые положения квантовой механики. Данная интерпретационная версия на протяжении многих лет была самой популярной в мире. Ядром ее является волновая функция – математическая функция. В ней присутствует информация о всех возможных состояниях квантовой системы, в которых она может находиться. Суть ее в том, что узнать состояние системы наверняка возможно только через наблюдение. Именно наблюдение квантовой системы переводит ее из многих состояний в одно, т. е. она становится традиционной. Волновая функция системы позволяла произвести математические расчеты, которые определяли вероятность обнаружения системы в каком-либо состоянии.
Альберт Эйнштейн.
Эрвин Шредингер.
Итак, берем ящик, помещаем внутрь него кота, нестабильный (распадающийся) атом, ампулу с ядом, автоматическое устройство, которое разрушит ампулу под влиянием нестабильного атома, когда он распадется. В процессе нахождения кота в ящике атом распадается, при этом наблюдатель не знает, жив кот внутри ящика или нет, т.к. доступа нет. Наблюдатель знает время периода полураспада, а время полного распада не известно и при этом нет никакой возможности понять, распался атом полностью или нет, пока ящик закрыт. У наблюдателя нет ответа на вопрос: жив кот или нет в тот или иной промежуток времени. Первоначально атом не является полностью распавшимся, а впоследствии атом переходит в состояние суперпозиции.
Суперпозиция является суммой двух и более векторов состояний в квантовой механике, каждый из которых в свою очередь - это одно из состояний. Первое состояние – нераспавшийся атом и кот жив, второе состояние – вектор – распавшийся атом – кот мертв. Первый вектор уменьшается во времени, а второй увеличивается. Кот пребывает в состоянии суперпозиции, т.е. одновременно мертв и одновременно жив. Когда наблюдатель откроет ящик, то, конечно кот не будет одновременно жив и мертв, а будет находиться в одном из состояний. Если атом распадется, ампула будет разрушена, кот умрет, а если атом не распадется, ампула останется сохранной, кот будет живым. В этом и состоит парадокс. Пока наблюдатель не осознал реальность, она находится в суперпозиции, а когда осознал - реальность становится одним из векторных состояний. До момента осознания квантовый мир состоит из двух параллельных миров, альтернативных друг для друга.
Юджин Вигнер.
Джон фон Нейман.
В копенгагенской интерпретации предполагалось, что на каждом временном отрезке, когда принимается решение, происходит событие, человек случайным образом выбирает тот или иной альтернативный мир, который он в состоянии фиксировать своими сенсорными системами, поэтому человек и не в состоянии сенсорно ощущать и воспринимать другие миры. Он всегда имеет дело с одним классическим миром. Такое представление является коллапсом волновой функции или редукцией состояния – выбор одного вектора состояния и исчезновение всех остальных векторов. Математически этот состояние было описано фон Нейманом. Это и позволяло на практике применять квантовую механику для решения квантовых механических задач. В этом ее относительная простота и ценность. Остальные миры просто перестают существовать. Это изменение происходит одномоментно и не имеет обратной силы, т.е. не может обратиться в исходное состояние. Соответственно человек, ограниченный одним классическим миром, фактически оказывается заложником и живет в иллюзии.
Эйнштейн является одним из основателей новой, квантовой теории света и основателем теории относительности. Согласно квантовой теории свет представляет поток своеобразных частиц материи, так называемых квантов, или фотонов. Эйнштейн доказал, что фотоны обладают не только некоторой энергией, которую они уносят от светящегося тела, но и (соответственно этой энергии) некоторой массой, а значит и весом, как это вытекало из новой теории тяготения, установленной Эйнштейном на основе теории относительности3.
Но указанный вывод надо было доказать на опыте. Эйнштейн (точнее ряда других ученых) это и сделал, применив (говоря принципиально) метод Марата. Однако Эйнштейн учел, что те тяжелые, массивные тела, вблизи которых Марат пропускал лучи света, были все же недостаточно массивны; поэтому они и не могли сколько-нибудь заметно притянуть фотоны. В поисках достаточно массивного тела Эйнштейн обратился за помощью к астрономии. В качестве тела большой массы он выбрал Солнце,— ведь,- масса Солнца превышает массу нашего земного шара больше чем в 300 тыс. раз.
Солнце должно притягивать проходящие вблизи его поверхности световые лучи с ощутительной силой.
Все это хорошо,— скажет читатель; но откуда же взять такие, проходящие вблизи солнечной поверхности, лучи?
Эйнштейн нашел очень остроумный выход из положения.
Представьте себе, что вы наблюдаете полное солнечное затмение, во время которого на несколько минут наступает такая темнота, что вблизи закрытого Луной диска Солнца становятся видимыми звезды. Лучи от таких звезд, видимых вблизи Солнца, прежде чем подойти к нашему глазу, должны пройти очень близко от поверхности Солнца.
Эйнштейн рассуждал так: если свет действительно весом, если он способен притягиваться материальными телами, то идущий к нам мимо Солнца световой луч от звезды должен вследствие его притяжения Солнцем несколько отклониться в направлении к Солнцу. В итоге световой луч вступит в глаз в таком направлении, как если бы он шел из точки, расположенной несколько дальше от Солнца, чем расположена видимая рядом с солнечным диском звезда.
На этом основании Эйнштейн обратился к астрономам всего мира с просьбой пронаблюдать при помощи фотографических снимков положения звезд вблизи солнечного диска во время солнечного затмения. Он предсказывал, что изображения звезд на снимках окажутся несколько смещенными в сторону от Солнца. Эйнштейн вывел даже формулу, устанавливавшую количественную величину этого смещения в зависимости от расстояния изображения звезды на снимке от центра изображения диска Солнца: смещение должно было быть обратно пропорционально этому расстоянию.
Наблюдения. произведенные в 1919, 1922 и 1929 гг., подтвердили предсказание Эйнштейна. Правда, наблюдения 1929 г. дали результат, количественно несколько превышающий величину указываемого теорией Эйнштейна смещения (примерно на 30
Физика — самая загадочная из всех наук. Физика дает нам понимание окружающего мира. Законы физики абсолютны и действуют на всех без исключения, не взирая на лица и социальный статус.
Фундаментальные открытия в области квантовой физики
Исаак Ньютон, Никола Тесла, Альберт Эйнштейн и многие другие — великие проводники человечества в удивительном мире физики, которые подобно пророкам открыли человечеству величайшие тайны мироздания и возможности управления физическими явлениями. Их светлые головы рассекли тьму невежества неразумного большинства и подобно путеводной звезде указали путь человечеству во мраке ночи. Одним из таких проводников в мире физики стал Макс Планк — отец квантовой физики.
Макс Планк не только основоположник квантовой физики, но и автор всемирно известной квантовой теории. Квантовая теория — важнейшая составляющая квантовой физики. Простыми словами, данная теория описывает движение, поведение и взаимодействие микрочастиц. Основатель квантовой физики также принес нам и множество других научных трудов, которые стали краеугольными камнями современной физики:
- теория теплового излучения;
- специальная теория относительности;
- исследования в области термодинамики;
- исследования в области оптики.
Теория квантовой физики о поведении и взаимодействии микрочастиц стала основой для физики конденсированного состояния, физики элементарных частиц и физики высоких энергий. Квантовая теория объясняет нам суть множества явлений нашего мира — от функционирования электронных вычислительных машин до строения и поведения небесных тел. Макс Планк, создатель данной теории, благодаря своему открытию позволил нам постигнуть истинную суть многих вещей на уровне элементарных частиц. Но создание данной теории — далеко не единственная заслуга ученого. Он стал первым, кто открыл фундаментальный закон Вселенной — закон сохранения энергии. Вклад в науку Макса Планка сложно переоценить. Если говорить кратко, то его открытия бесценны для физики, химии, истории, методологии и философии.
Квантовая теория поля
В двух словах, квантовая теория поля — это теория описания микрочастиц, а также их поведения в пространстве, взаимодействия между собой и взаимопревращения. Данная теория изучает поведение квантовых систем в рамках, так называемых степеней свободы. Это красивое и романтичное название многим из нас толком ничего не говорит. Для чайников, степени свободы — это количество независимых координат, которые необходимы для обозначения движения механической системы. Простыми словами, степени свободы — это характеристики движения. Интересные открытия в области взаимодействия элементарных частиц совершил Стивен Вайнберг. Он открыл так называемый нейтральный ток — принцип взаимодействия между кварками и лептонами, за что и получил Нобелевскую премию в 1979-ом году.
Квантовая теория Макса Планка
В девяностых годах восемнадцатого века немецкий физик Макс Планк занялся изучением теплового излучения и в итоге получил формулу для распределения энергии. Квантовая гипотеза, которая родилась в ходе данных исследований, положила начало квантовой физике, а также квантовой теории поля, открытой в 1900-ом году. Квантовая теория Планка заключается в том, что при тепловом излучении продуцируемая энергия исходит и поглощается не постоянно, а эпизодически, квантово. 1900-ый год, благодаря данному открытию, которое совершил Макс Планк, стал годом рождения квантовой механики. Также стоит упомянуть о формуле Планка. Если говорить кратко, то ее суть следующая — она основана на соотношении температуры тела и его излучения.
Квантово-механическая теория строения атома
Квантово-механическая теория строения атома является одной из базовых теорий понятий в квантовой физике, да и в физике вообще. Данная теория позволяет нам понять строение всего материального и открывает завесу тайны над тем, из чего же на самом деле состоят вещи. А выводы, исходя из данной теории, получаются весьма неожиданные. Рассмотрим строение атома кратко. Итак, из чего же на самом деле состоит атом? Атом состоит из ядра и облака электронов. Основа атома, его ядро, содержит в себе почти всю массу самого атома — более 99 процентов. Ядро всегда имеет положительный заряд, и он определяет химический элемент, частью которого является атом. Самым интересным в ядре атома является то, что он содержит в себе практически всю массу атома, но при этом занимает лишь одну десятитысячную его объема. Что же из этого следует? А вывод напрашивается весьма неожиданный. Это значит, что плотного вещества в атоме — всего лишь одна десятитысячная. А что же занимает все остальное? А все остальное в атоме — электронное облако.
Электронное облако — это не постоянная и даже, по сути, не материальная субстанция. Электронное облако — это лишь вероятность появления электронов в атоме. То есть ядро занимает в атоме лишь одну десятитысячную, а все остальное — пустота. И если учесть, что все окружающие нас предметы, начиная от пылинок и заканчивая небесными телами, планетами и звездами, состоят из атомов, то получается, что все материальное на самом деле более чем на 99 процентов состоит из пустоты. Эта теория кажется вовсе невероятной, а ее автор, как минимум, заблуждающимся человеком, ведь вещи, существующие вокруг, имеют твердую консистенцию, имеют вес и их можно осязать. Как же он могут состоять из пустоты? Не закралась ли ошибка в эту теорию строения вещества? Но ошибки тут никакой нет.
Все материальные вещи кажутся плотными лишь за счет взаимодействия между атомами. Вещи имеют твердую и плотную консистенцию лишь за счет притяжения или же отталкивания между атомами. Это и обеспечивает плотность и твердость кристаллической решетки химических веществ, из которых и состоит все материальное. Но, интересный момент, при изменении, например, температурных условий окружающей среды, связи между атомами, то есть их притяжение и отталкивание может слабеть, что приводит к ослаблению кристаллической решетки и даже к ее разрушению. Именно этим объясняется изменение физических свойств веществ при нагревании. Например, при нагревании железа оно становится жидким и ему можно придать любую форму. А при таянии льда, разрушение кристаллической решетки приводит к изменению состояния вещества, и из твердого оно превращается в жидкое. Это яркие примеры ослабления связей между атомами и, как следствие, ослабления или разрушения кристаллической решетки, и позволяют веществу стать аморфным. А причина таких загадочных метаморфоз как раз в том, что вещества лишь на одну десятитысячную состоят из плотной материи, а все остальное — пустота.
И вещества кажутся твердыми лишь по причине прочных связей между атомами, при ослаблении которых, вещество видоизменяется. Таким образом, квантовая теория строения атома позволяет совершенно по-другому взглянуть на окружающий мир.
Основатель теории атома,Нильс Бор, выдвинул интересную концепцию о том, что электроны в атоме не излучают энергию постоянно, а лишь в момент перехода между траекториями своего движения. Теория Бора помогла объяснить многие внутриатомные процессы, а также сделала прорыв в области такой науки, как химия, объясняя границу таблицы, созданной Менделеевым. Согласно таблице Менделеева, последний элемент, способный существовать во времени и пространстве, имеет порядковый номер сто тридцать семь, а элементы, начиная со сто тридцать восьмого, существовать не могут, так как их существование противоречит теории относительности. Также, теория Бора объяснила природу такого физического явления, как атомные спектры.
Это спектры взаимодействия свободных атомов, возникающие при излучении энергии между ними. Такие явления характерны для газообразных, парообразных веществ и веществ в состоянии плазмы. Таким образом, квантовая теория сделала революцию в мире физики и позволила продвинуться ученым не только в сфере этой науки, но и в сфере многих смежных наук: химии, термодинамики, оптики и философии. А также позволила человечеству проникнуть в тайны природы вещей.
Еще очень многое надлежит перевернуть человечеству в своем сознании, чтобы осознать природу атомов, понять принципы их поведения и взаимодействия. Поняв это, мы сможем понять и природу окружающего нас мира, ведь все, что нас окружает, начиная с пылинок и заканчивая самим солнцем, да и мы сами — все состоит из атомов, природа которых загадочна и удивительна и таит в себе еще массу тайн.
Читайте также: