М. Петров
атеист
Тема: #93790
Сообщение: #3628301
03.10.11 18:07
|
У меня не работает ссылка на ту сказку, я пробовал несколько раз, и ни разу не получилось. Может быть, нужно набирать что-то ещё?
На самом деле, мне противоречия между научными теориями нравятся. Заставляют уточнять, кто прав, и в чём дело.
Если, например, рассчитать энергию частицы, движущейся со скоростью 90% скорости света учитывая поправку теории относительности, получится в 2 раза больше, чем по формулам Ньютона. Как разрешить это противоречие? Задав вопрос природе. Если она скажет, что энергия частицы равна тому, что предсказывают теории Ньютона, - значит, прав Ньютон, а если такая, как предсказывал Эйнштейн, - значит, прав Эйнштейн. Учёные всегда выбирают верный ответ в соответствии с тем, что говорит природа. Можно сказать, что самым важным навыком у учёных является умение задавать природе правильные вопросы.
Кстати, каким образом Эйнштейн догадался? Рассмотрев несколько неразрешимых логических парадоксов, подобных парадоксам Зенона, и составив решение, которое оказалось верным.
Но почему в учебниках физики до сих пор преподают механику Ньютона? Потому что результаты по формулам Ньютона начинают отличаться от верных результатов только при больших скоростях, и если не нужна особая точность вычислений, то она проще. Две теории мирно сосуществуют, каждая со своей областью применимости.
Теория относительности играет роль только при сумасшедших скоростях, которые так же сложно представить, как и то, что она верна.
Квантовые эффекты тоже наблюдаются только в тех масштабах, которые сложно представить. Мы не живём в тех масштабах, поэтому те эффекты кажутся противоречащими интуиции. Из чего можно сделать нож, которым можно разрезать электрон на две части?
════════════════════════════════
Свет - частица или волна?
"Я очень рано выучил разницу между знанием названия чего-то и знанием чего-то" (Р. Фейнман)
Волновая теория света - это фрагмент из более широкого представления, - об электромагнетизме. Электромагнетизм является частным случаем квантовой механики, которая вводит понятие "корпускулярно-волновой дуализм", - свойство, которым обладают все элементарные частицы.
Свет проявляет и свойства волны: дифракцию и ннтерференцию, и свойства частицы: квант света не делится, в отличие от волны на поверхности воды. Те же свойства проявляют все элементарные частицы, и кроме того, дифракцию и интерференцию проявляют также макроскопические объекты.
То, что свет состоит из частей, которые не делятся, видно в экспериментах с излучателем единичных фотонов, полупрозрачным зеркалом, и двумя фотоумножителями.
Получпрозрачное зеркало пропускает 50% падающего света, другие 50% отражает.
Эксперимент показывает, что когда на полупрозрачное зеркало падает фотон, он либо отражается, либо проходит сквозь. Никогда не случается, что фотон частично отражается и частично проходит сквозь. Два детектора, - для отражённых фотонов и для пропущенных фотонов, - никогда не срабатывают вместе, - всегда срабатывает только один из двух.
Копрускулярные и волновые свойства света и частиц не противоречат друг другу, а дополняют друг друга.
Почему ставя эксперимент на "волну" получаем "волну", а ставя на "частицу" получаем "частицу"? Нельзя ли поставить эксперимент, который позволит сделать окончательный выбор между двумя? Ответ в том, что не существует одного универсального детектора, который мог бы сделать различие. Проверять наличие свойств частицы можно одним инструментом, а наличие свойств волны - другим.
Нельзя ли одну и ту же частицу/волну проверить последовательно двумя инструментами? Ответ в том, что для осуществления регистрации, инструмент регистрации должен провзаимодействовать с тем объектом, который он регистрирует. "Взаимодействует" означает, что проверяемая частица действует на регистратор, и при этом отдаёт ему часть своего состояния, иначе ведь регистратор ничего не зарегистрирует.
В эксперименте с интерференцией электронов при добавлении средства регистрации заряженных частиц это средство вмешивается в ход эксперимента так, что в ходе взаимодействия с ним электрон меняет своё состояние, и после этого ведёт себя совершенно не так, как если этот инструмент исключить. В результате, без регистратора заряженных частиц делается заключение, что электрон ведёт себя как волна, а если происходит взаимодействие с регистратором, электрон ведёт себя как частица.
Единственным выводом является то, что и корпускулярные, и волновые свойства присущи всем элементарным частицам, включая фотоны. Это, в частности, означает, что частицы не ведут себя, как шары для бильярда: элементарные частицы не движутся всегда строго по прямым линиям, и могут огибать препятствия. Электромагнитные волны тоже не ведут себя так, как подсказывает интуиция: электромагнитную волну нельзя разделить на две, а две когерентные волны не могут иметь одновременно одну и ту же позицию и направление. Принимая во внимание это, можно описывать свет как частицы, или описывать электроны как электромагнитные волны (с уточнениями).
Фотоны отличаются от остальных элементарных частиц только тем, что они всегда движутся со скоростью света, понятие массы покоя к ним не применимо, потому что они никогда не в покое, а электрическая и магнитная составляющая электромагнитного поля в них меняется со скоростью, обратно пропорциональной той характеристике, которую называют "длина волны".
Электроны отличаются от фотонов тем, что могут иметь разную скорость, а длина волны электрона обратно пропорциональна его скорости: чем ближе скорость электрона к скорости света, тем меньше его длина волны.
Если говорить, что свет состоит из волн, то нужно помнить, что эта волна не делится, и имеет момент движения и кинетическую энергию.
Если говорить, что свет состоит из частиц, нужно помнить, что они проявляют свойства дифракции и интерференции.
Когда физики говорят, что свет состоит из элементарных частиц, - фотонов, - они имеют в виду все эти свойства вместе.
"Я думаю, что могу с уверенностью утверждать, что никто не понимает квантовую механику" (Р. Фейнман)
- это высказывание справедливо потому, что её гораздо сложнее воспринимать интуитивно, чем что-либо в физике до этого. Мы слишком большие чтобы наблюдать квантовые эффекты собственными глазами. Мы не видим, что любая идеально ровная и непрерывная линия, начерченная на бумаге, состоит из частиц графита или чернил, которые нанесены на бумагу вовсе не равномерно и непрерывно.
Следующие эксперименты можно воспроизводить в лабораториях для демонстрации корпускулярно-волнового дуализма:
Свет - волна: эксперименты по дифракции и интерференции света, опыт Юнга
Свет состоит из частиц: эксперимент с излучателем единичных фотонов и двумя фотоумножителями, с или без полупрозрачного зеркала
Свет состоит из частиц: рассеяние фотонов на электронах
Электрон - волна: эксперимент двойной щели с электронами, движущимися с одинаковой скоростью, дифракция и интерференция электронов, http://nvl.nist.gov/pub/nistpubs/jres/106/6/j66ben.pdf
Электрон - частица: эксперимент двойной щели с добавлением регистратора электронов
Дополнительно: введение в свойства света http://www.youtube.com/watch?v=J_nAbNHBsh8 (можно начинать с 5:00, если спешите)
Можете ли Вы доказать, не прибегая к экспериментам, что свет состоит из волн или частиц, а не из лучей?
════════════════════════════════
Я не ищу в науке ответов на важные философские вопросы.
Я всегда считал, и считаю, что наука - это инструмент, который предназначен в первую очередь для получения точного описания, что и как работает, - описания, которое необходимо для создания средств, - безделушек наподобие сотового телефона, электростанции, пенициллина, и других ерундовин.
Многие считают, что заниматься наукой - это всё равно, что разгадывать головоломки, загаданные природой.
На практике научные теории не противоречат друг другу в тех пределах, в которых применяются: геометрия Римана описывает свойства магнитных линий около поверхности атома в магнитном поле, и используется в квантовой физике, описывающей атом, которая, в свою очередь, используется в магнито-резонансных томографах, вместе с теорией относительности.
Наука не даёт, и, возможно, никогда не даст ответа на вопросы о происхождении Вселенной и о цели моего существования. Эти ответы нужно искать не в науке.
Наука может многое рассказать о Вселенной. Она даёт мне возможность любоваться механикой клетки, величественностью колец Сатурна и многообразием захватывающих воображение его спутников).
════════════════════════════════
Падает ли пёрышко с той же скоростью, что молот? Астронавты Аполлона-15 когда-то провели вариант эксперимента Галилея на Луне.
════════════════════════════════
Я не смотрю на цветок на лугу как на нечто созданное специально для меня, чтобы я им любовался. Я вижу и понимаю, что он старается понравиться пчёлам. Цветы действительно красивы, когда они это делают.
|
