 |
4.1.1. Квантовая физика и ее роль в развитии представлений о микромире
|
|
|
|
4. 1. 1. Квантовая физика и ее роль в развитии представлений о микромире
Прогрессу физической науки во многом способствовало признание корпускулярноволнового характера света.
Новый радикальный шаг в развитии физики был связан с распространением корпускулярно-волнового дуализма на элементарные частицы.
Известно, что И. Ньютон рассматривал свет в виде мельчайших корпускул, но после открытия явлений интерференции и дифракции преимущественной стала волновая
теория света. Однако в 1900 г. представление о дискретных порциях (квантах) энергии было использовано немецким физиком Максом Планком (1858–1947) для объяснения процессов
поглощения и излучения энергии. Опираясь на представления Планка, А. Эйнштейн в
1905 г. показал, что свет не только поглощается и излучается, но и распространяется квантами. На этой основе он сумел объяснить явление фотоэффекта, состоящего в выбивании
с поверхности металла электрона под действием отдельного светового кванта, или фотона,
который при этом теряет свою энергию.
Таким образом, Эйнштейн показал зависимость энергии электрона от частоты светового кванта и энергии связи электрона с металлом. Корпускулярные свойства фотона были подтверждены русским физиком П. Н. Лебедевым, доказавшим в 1899г. существование светового давления. Но вскоре выяснилось,
что определить энергию фотона (частицы света или электромагнитного поля, не обладающей массой покоя) можно было, только представляя его себе в виде волны соответствующей длиной и частотой. Получалось, что фотон распространяется как волна, излучается и поглощается как частица, то есть является одновременно и волной и частицей.
Таким образом, классические представления о свете как волновом процессе были дополнены новыми взглядами, рассматривающими его как поток световых корпускул, квантов
|
|
|
или фотонов. В результате возник так называемый корпускулярно-волновой дуализм.
4. 2. Макро- и мегамиры
Частицами, связывающими микро- и макроуровни материи, считают молекулы.
Последние, состоящие из атомов, построены аналогично, но объем, занимаемый здесь
электронными орбиталями, несколько больше, и молекулярные орбитали ориентированы
в пространстве. В результате каждая молекула имеет определенную форму. Для сложных
молекул, особенно органических, форма имеет решающее значение. Состав, пространственное строение молекул определяют свойства вещества. Виды связей ионов, структуру
веществ и молекул, химические системы и химические реакции рассмотрим позже при
изучении темы «Химические системы и процессы». янного в околосолнечном пространстве газопылевого вещества.
Пространство вокруг Земли заполнено магнитным полем и называется магнитосферой; вокруг магнитосферы находятся радиационные пояса, в которых заряженные частицы захватываются магнитным полем. Земля защищена этими поясами от космических
лучей, губительных для всего живого. Межпланетная среда, окружающая Землю, состоит
из твердых тел разных размеров, пылинок, атомов, молекул, элементарных частиц и т. д.
Теперь же ко всему этому добавились искусственные спутники и другие объекты, занесенные в космос человеком. жидкой). Внешнее ядро оказывает воздействие на магнитное поле Земли.
Земля – самая крупная из внутренних планет Солнечной системы и самая массивная. Безусловно, она является уникальной планетой нашей системы, поскольку на ней
созданы условия для жизни. Прежде всего, от других планет Землю отличает наличие богатой кислородом атмосферы и температура, делающая возможной существование жизни
|
|
|
в том виде, в каком мы ее понимаем. Экосистема простирается от орбиты Венера до орбиты Марса. Экосфера Земли – это область, в которой солнечное излучение создает условия,
подходящие для жизни. Характерной особенностью Земли является магнитное поле, связанное с плотным богатым железом ядром Земли. Положение Земли в середине экосферы и особенно ее размер и масса явились причиной образования у нее атмосферы особого типа, единственной в своем роде.
Вопрос о том, как возникла Земля, занимал умы людей на протяжении тысячелетий. Он оставался нерешенным, пока сравнительно недавно не были выдвинуты достаточно правдоподобные гипотезы.
4. 3. Гипотезы о происхождении Земли и других планет
Современные теории предполагают, что некогда существовало что-то вроде «солнечной туманности», она содержала вещество, которое, концентрируясь, постепенно образовало планеты. Если так, то Солнце и планеты имеют одинаковое происхождение и состоят из одного и того же вещества. Сейчас Солнце представляет собой устойчивую звезду главной последовательности, но это не будет продолжаться бесконечно. Согласно существующей гипотезе, в далеком будущем – возможно, через 5 млрд. лет или около того – его структура должна измениться, поскольку «запас» водородного «горючего» начнет истощаться. Тогда Солнце
должно начать расширяться, превращаясь в красного гиганта; наступит момент, когда оно
будет излучать в 100 раз больше энергии, чем теперь. Действие этого расширения на
внутренние планеты будет катастрофическим; даже если они не разрушатся, то потеряют
атмосферу и чрезвычайно раскалятся. Затем Солнце сожмется и превратится в белый
очень слабый карлик, окруженный уцелевшими членами планетной системы. Таким образом, существование солнечной системы в ее настоящем виде должно быть ограничено. т отраженным солнечным светом.
Планеты делятся на 2 отчетливо различающиеся группы. В первую входят относительно небольшие планеты – Меркурий, Венера, Земля и Марс с диаметром от 12756 км
(Земля) до 4880 км (Меркурий). За Марсом находится широкий «провал», в котором движутся тысячи небольших
тел, называемых астероидами, планетоидами или малыми планетами.
|
|
|
Далеко за основной зоной астероидов находятся четыре планеты–гиганта: Юпитер,
Сатурн, Уран, Нептун. Кометы также являются членами Солнечной системы. Они содержат как пылевидные частицы, так и летучие вещества вместе с разряженным газом. Наконец, существует
множество метеоритных тел, которые можно рассматривать, как своеобразный мусор
Солнечной системы. Кометы – обычно самые дальние объекты Солнечной системы. Звезды – это светящиеся газовые (плазменные) шары, подобные Солнцу, образующиеся из газо-пылевой среды (главным образом из водорода и гелия) в результате гравитационной конденсации. При достижении в недрах звезд высокой плотности и температуры
(около 10–12 млн К) начинаются термоядерные реакции синтеза элементов, которые являются основным источником энергии большинства звезд. Звезды классифицируют по светимости, массе, температуре поверхности, химическому составу, особенностям спектра.
Массы звезд составляют от 0, 1 до 50 солнечных масс. Размеры диаметров звезд
различаются очень сильно – от 10–20 км. Звезды образуют галактики, включающие сотни миллиардов звезд, туманности,
межзвездную среду, космические лучи, электромагнитные волны. Самый большой объект в мире, включающий все известные современной науке, –
это Метагалактика. Размеры ее 15-20 млрд световых лет, а возраст 15–20 млрд лет.
|
|
|
