Основы специальной теории относительности.

В 1887 г. Майкельсон и Морли захотели определить скорость движения земли относительно некоторой абсолютной системы координат. Тогда считалось, что свет представляет из себя колебания эфира. Интересно было узнать скорости тел относительно той системы координат, в которой эфир был неподвижен.

Майкельсон и Морли заставили свет распространяться вдоль направления движения земли и другой раз перпендикулярно движению. (С помощью зеркал).

		Из закона сложения скоростей Галилея следует, что t,,(параллельное)= (с –скорость света в системе координат) - скорость света в движущейся системе координат по направлению движения Земли.

солнце

Из этих соотношений следует

Майкельсон и Морли обнаружили, что

Полное объяснение отрицательного результата опыта М. и М. дал Альберт Эйнштейн в 1905.

Эйнштейн постулировал, что скорость света постоянна во всех инерциальных системах отсчета и равна с =

Все законы физики имеют одинаковый вид в инерциальных системах отсчета. Т.е. не существует абсолютной системы отсчета.

Рассмотрим две системы отсчета.

Y

Y’

d

свет

d

Один тик часов соответствует количеству времени, необходимому для прохождения света туда и обратно.

X’

x

Z’

Z

Для женщин он движется так: Для мужчин так:

<1

Отражением рассмотренного процесса служит парадокс близнецов

Парадокс близнецов в рамках специализированной теории относительности не разрешим. Нужно привлекать общую теорию относительности.

Кроме времени и другие физические величины преобразуются, но уже не согласно теории Галилея (преобразованиям), а согласно преобразованиям Лоренца.

В частности размеры предметов укорачиваются по направлению движения. Масса в движущейся системе координат увеличивается:

m₀ - в неподвижной системе координат

Гипотеза и формула Планка.

Формула Планка — выражение для спектральной плотности мощности излучения абсолютно чёрного тела, которое было получено Максом Планком для равновесной плотности излучения u(ω,T). После того как вывод Релея — Джинса для излучения абсолютно черного тела, столкнулся с ультрафиолетовой катастрофой (расходимость при больших частотах), стало ясно, что классическая физика не в силах объяснить его излучение. Для вывода формулы Планк, в 1900 сделал предположение о том, что электромагнитное излучение испускается в виде отдельных порций энергии (квантов), величина которых связана с частотой излучения выражением:

Е = h v =

v- частота

w- циклическая частота. W= 2 П

По сути это было «рождение» фотона.

Коэффициент пропорциональности в последствии назвали постоянной Планка, = 1.054 · 10-34 Дж·с.

12. Атом Резерфорда – Бора.

В 1911 году Эрнест Резерфорд, проделав ряд экспериментов, пришёл к выводу, что атом представляет собой подобие планетной системы, в которой электроны движутся по орбитам вокруг расположенного в центре атома тяжёлого положительно заряженного ядра («модель атома Резерфорда»). Однако такое описание атома вошло в противоречие с классической электродинамикой. Дело в том, что, согласно классической электродинамике, электрон при движении с центростремительным ускорением должен излучать электромагнитные волны, а следовательно, терять энергию. Расчеты показывали, что время, за которое электрон в таком атоме упадёт на ядро, совершенно ничтожно. Для объяснения стабильности атомов Нильсу Бору пришлось ввести постулаты, которые сводились к тому, что электрон в атоме, находясь в некоторых специальных энергетических состояниях, не излучает («модель атома Бора-Резерфорда»). Постулаты Бора показали, что для описания атома классическая механика неприменима. Дальнейшее изучение излучения атома привело к созданию квантовой механики, которая позволила объяснить подавляющее большинство наблюдаемых фактов.

Постулаты Бора.

Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний): в атоме существуют некоторые стационарные состояния, не изменяющиеся во времени без внешних воздействий. В этих состояниях атом не излучает электромагнитных волн.

Второй постулат Бора: при переходе атома из одного стационарного состояния в другое им испускается или поглощается один квант энергии.

13,14.Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Волна де Бройля. Дуализм “волна-частица”.

Луи де Брайль предположил: электроны обладают волновыми свойствами, при этом длина волны - равна: ,где h – постоянная Планка, p – линейный момент (Импульс электрона) p=mU. Электрон обладает волновыми свойствами можно убедиться, если послать пучок электронов, двигающихся с постоянной скоростью на систему из двух щелей. Опыт показывает, что на экране мы видим интерференцию. Из-за корпускулярно-волнового дуализма в волновой механике теряется понятие траектории частицы. Это находит отражение в неопределенности Гейзенберга: ,где х – неопределенность в измерении координат частицы Х; p_X – неопределенность в измерении импульса частицы p_X..Пусть движется электрон вдоль некоторого направления, будем облучать электрон фотонами, т.е. отметить положение электрона на экране и определить его положение и скорость. Когда фотон будет сталкивается с электроном произойдет небольшое изменение скорости электрона. Можно попытаться свести это искажение к минимуму, уменьшив энергию фотона, однако в этом случае возрастает длина волны фотона, т.е. усиление эффекта дифракции фотонов на экране, и мы получим размытое изображение электронов на экране, т.е. мы уменьшили U_X – неопределенность U-электрона, а p_X- неопределенность в измерении координаты – увеличили. Наоборот, если мы попытаемся получить четкое изображение, мы должны будем увеличить чистоту фотонов и уменьшить их длину волны. Скорости электрона, произведение Х U_X не можем сделать малым:

Если масса частицы велика или мы имеем дело с макроскопическим объектом с большой массой, соотношение неопределенности никак не ограничивает в описании движения тела и мы можем пользоваться понятием траектории. Существуют такие процессы как сверхтекучесть, сверхпроводимость, которые являются проявлением квантово-механических закономерностей на макроскопическом уровне.

---

Дата добавления: 2015-07-15