Микромир: структура, квантово-механистическая концепция его описания

Характеристика микромира

Микромир, так же, как любой структурный уровень, имеет свои характерные особенности. К таким особенностям можно отнести:

• Бессмысленность применения привычных единиц измерения расстояния (метры, километры и т.д.)
• Бессмысленность применения бытовых единиц измерения веса (граммы, килограммы, фунты и т.д.).

Исследование микромира и мегамира привело к крушению теории Ньютона, а вместе с тем к разрушению механистической картины мира.

В 1927 г. Нильс Бор сформулировал принцип дополнительности, и тем самым внес существенный вклад в развитие науки. Данный принцип был сформулирован исходя из двойственной природы света – корускулярно-волнового дуализма. По утверждению самого ученого, появление принципа дополнительности было вызвано изучением микромира из макромира, что подтверждалось следующими доводами:

• При объяснении явлений микромира осуществлялись попытки использования понятий, выработанных при изучении макромира;
• Разделение бытия на субъект и объект вызывало сложности в сознании человека;
• Невозможность абстрагироваться в ходе изучения и описания явлений микромира от явлений макромира, и средств, используемых для этого наблюдателем.

Квантово-механическая концепция описания микромира

Согласно утверждения Нильса Бора, принцип дополнительности может использоваться как в исследованиях микромира, так и в других науках, например, в психологии.

Микромир является объектом изучения квантовой механики.

На принципе дополнительности Нильса Бора и соотношении неопределенностей В. Гейзенберга основывается квантово-механистическое описание микромира.

Соотношение неопределенностей заключается в том, что нельзя одинаково точно определить взаимодополняющие характеристики микрочастицы, такие, как ее координаты и импульс. Например, в ходе эксперимента, который точно показывает местонахождение частицы в данный момент, ее движение нарушается и после этого найти частицу не представляется возможным. Обратная ситуация с измерением точной скорости, когда определение местонахождения частицы невозможно.

Противоречия корпускулярно –волновых свойств объектов микромира есть результат взаимодействия микрообъектов и макроприборов. Существует два вида приборов. В одном случае квантовые объекты изучаются как волны, в другом случае – как частицы. При проведении экспериментов наблюдается не реальность как она есть, а квантовое явление, которое заключается в результате взаимодействия микрообъекта и прибора.

Важной чертой, присущей квантовой механике, является то, что предсказания поведения микрообъектов носят вероятностный характер, то есть при проведении одинаковых экспериментов с одинаковыми объектами результаты будут отличаться, и известным будет лишь вероятностное значение.

Соотношение неопределенностей с точки зрения классической механики представляется абсурдным. Однако построение в макромире наглядной модели микромира невозможно. Таким образом, корпускулярная и волновая картины призваны быть комплементарными, то есть дополнять друг друга.

Элементарные частицы

Ранее считалось, что атомы, из которых состоит материя, являются неделимыми. Затем выяснилось, что это не соответствует действительности, и атомы состоят из элементарных частиц. Раньше всех был открыт электрон, его характеристики определил Дж. Дж. Томпсон в 1897 г, а в 1914 г. было установлено существование протона, который является элементарным носителем положительного заряда. В 1920 г. Резерфорд предположил существование нейтрона, он был открыт в 1932 году, тогда же открыли существование позитрона.

Таким образом, элементарные частицы – это частицы, которые не удается разделить на составные части. Элементарные частицы разделяются на стабильные и нестабильные. Основные черты элементарных частиц, и стабильных, и нестабильных, следующие:

• Частицы неизменны
• Частицы одного вида абсолютно одинаковы и неразличимы
• Частицы имеют способность рождаться и исчезать.

Стандартная модель определяет, что вещество, включая свет, имеет в составе 12 элементарных частиц и 12 частиц – переносчиков взаимодействий. Сюда относятся кварки, электроны, фотоны и т. д.

На сегодняшний момент, современная наука пока не может ответить на вопрос о том, почему имеется именно таков набор частиц, также неизвестны причины наличия массы у некоторых из них. Перед современной физикой возникает новая задача – построение теории, в которой свойства частиц вытекают из свойств вакуума.

Современной науке известно несколько сотен элементарных частиц, а значит, необходима их классификация.

Для всех элементарных частиц характерны следующие параметры:

• Масса покоя
• Электрический заряд, который кратен заряду электрона, либо отсутствует
• Спин
• Время жизни.

Классификация элементарных частиц основана на их способности участвовать в каких-либо видах фундаментальных взаимодействий. Согласно этому, элементарные частицы делятся на:

• Фотоны - частицы, масса которых равна 0, они не имеют сильного и слабого взаимодействия, но принимают участие в электромагнитном.
• Лептоны не участвуют в сильном взаимодействии.
• Адроны: барионы и мезоны. Адроны могут участвовать в сильном взаимодействии.

Микромир является основой нашего макромира. Наряду с микромиром, в науке можно выделить наномир, который, в отличие от микромира, является носителем всего спектра электромагнитных процессов. Наномир – это фундамент, основа структуры элементарных частиц и большей части явлений, известных современной науке.

То есть, предметы окружающей действительности, и тело человека состоит из частей, которыми являются молекулы. В свою очередь, молекулы состоят из атомов, которые делятся на еще более мелкие части – элементарные частицы. Таким образом, в случае, если некогда произойдет разрушение Вселенной, оно начнется с наномира и микромира.