Презентация Формирование релятивистской картины мира

Рис.1 Лекция №6. История естествознания: Формирование релятивистской картины мира

Рис.2

Рис.3 Основные идеи ОТО Пространство и время зависят не только от движения тела по отношению к наблю- дателю (описано в СТО), но и от присутст- вия объектов, обладающих массой и энер- гией. Поле тяготения является следствием иск- ривления пространства и времени.

Рис.4

Рис.5 Движение тел в искривленном пространстве Движение тела по инерции в поле тяготе- ния массивных тел рассматривается в ОТО как свободное «инерциальное» дви- жение, но происходящее не в евклидовом пространстве, а в пространстве с изменя- ющейся кривизной. В результате движение тела происходит не по прямой, а по кривой – силовой линии гравитационного поля.

Рис.6

Рис.7

Рис.8

Рис.9

Рис.10 Противоречия планетарной теории строения атома водорода (1913 г. датский физик Нильс Бор). 1. Любая заряженная частица, движущаяся по круговой орбите, обладает ускорением и должна излучать энергию. Из-за потери энергии радиус орбиты электрона должен уменьшаться. Через краткий промежуток времени электрон должен упасть на ядро, и атом разрушится. 2. При движении электрона по спирали его излучение должно было бы иметь сплошной спектр. Наблюдаемые же в эксперименте спектры атомов дискретны.

Рис.11

Рис.12

Рис.13

Рис.14 Квантовая механика Гейзенберга

Рис.15 Квантовая механика Шрёдингера Э. Шрёдингер (1887-1961), используя гипотезу де Бройля разработал в 1926 г. волновую (квантовую) механику. Центральная идея: квантовые процессы следует понимать как волновые процессы, характеризуемые Ψ-функцией. Физический смысл Ψ-функции: квадрат модуля Ψ пропорционален вероятности нахождения частицы в данной точке объема. Электрон, вращающийся вокруг ядра, - волна. Там, где укладывается целое число длин волн, образуются боровские разрешенные орбиты. Там где целое число длин волн не укладывается, там орбиты отсутствуют.

Рис.16 Уравнение Шредингера Уравнение Шредингера - квантово-механический эквивалент уравнения классической механики: Еполн. = Екин. + Епот. = p2/2m + Eпот. Однако для вычисления этих величин используются не координаты, массы и скорости частиц, а волновая функция Ψ.

Рис.17 Соответствие квантовомеханических величин механическим Импульсу частицы в квантовой механике соответствует: Оператор «набла» означает дифференцирование функции по координатам.

Рис.18 Соответствие квантовомеханических величин механическим Епот Λ Епот. ∙Ψ (умножение волновой функции на «классическое» выражение для потенциальной энергии.

Рис.19 Квантовомеханический аналог уравнения для полной энергии Суммируем части соответствующие кинетической и потенциальной энергиям:

Рис.20 Оператор Гамильтониан (H)

Рис.21 Уравнение Шрёдингера для стационарных состояний

Рис.22 Квантовомеханическая модель атома

Рис.23 Атомная орбиталь Волновая функция, описывающая состояние электрона в атоме, и полностью характеризуемая конкретными значениями квантовых чисел n, l, ml , называется атомной орбиталью (s,p,d,f). s-орбиталей - 1, p-орбиталей - 3, d-орбиталей - 5 и f-орбиталей-7.

Рис.24 s, p, d, f-орбитали

Рис.25

Рис.26 Объяснение расположения элементов в таблице Д. И. Менделеева

Рис.27 Теория молекулярного строения вещества Состояние молекул также описывается уравнениями Шрёдингера – для электронов и ядер. Уравнение для электронов позволяет описать химическую связь. Уравнение для ядер позволяет описать колебательные и вращательные движения молекулы.

Рис.28 Последствия развития квантовой механики Появление и совершенствование новой экспериментальной техники и новых теоретических методов исследования строения вещества (молекулярная, атомная и ядерная спектроскопия, квантовая теория проводимости, нелинейная оптика и т. д. ). Прогресс ядерной физики, возможности использования энергии ядра, поиски путей получения энергии за счет термоядерных реакций, разработка ядерного и термоядерного оружия.

Рис.29 Благодарю за внимание!