Две лекции по теоретической физике для школьников: различия между версиями

 

Первые два вопроса, которые должно вызвать название лекций – это «Зачем?» и «Возможно ли это сделать?».

Секрет предлагаемого изложения состоит в том, что, если задаться проблемой понимания физики на уровне физических моделей, т.е. самого главного в физике, то в рамках подхода теоретической физики можно обойтись без сложного математического аппарата «математической физики» (который необходим для решения задач). Это и будет сделано в предлагаемых лекциях. В этом состоит ответ на второй вопрос.

 

 

Понимание того, в чем состоит новый более сложный тип задания исходных («первичных») понятий, облегчается тем, что ситуация в физике во многом аналогична той, что имела место тогда же в геометрии, которая более проста и знакома. В геометрии есть исходные (первичные) понятия (точка, прямая, плоскость,...), с помощью которых образуются остальные «вторичные» понятия (фигуры). Вторые определяются через первые (треугольник – это фигура, образованная пересечением трех прямых), но как определить первые («первичные»)? До второй половины XIX в. эти первичные понятия считались неопределимыми понятиями, которые интуитивно ясны (очевидны). Но после появления неэвклидовых геометрий стало сложно говорить об интуитивной ясности, скажем, понятия «прямая». В 1899 г. великий математик Давид Гильберт для решения этой проблемы ввел новый «неявный» тип определения исходных понятий геометрии с помощью аксиом геометрии. В аксиомах геометрии фигурирует несколько понятий (например, «через две точки можно провести прямую и только одну»). Эти понятия нельзя явным образом вывести друг через друга, используя определения типа «прямая – это…». Но «неявно» и «совместно», не значит «нечетко». Если аксиом достаточное количество, то все исходные понятия оказываются определенными четко и однозначно.

<b>S_A1&#8594; S_A2</b>. Этих двух понятий &#8211; физической системы и ее состояний &#8211; достаточно, чтобы описать физический процесс. Процесс движения частицы (и классической, и квантовой) в физике представляется как переход во времени физической системы (<b>A</b>) из одного состояния (<b>SA(t₁)</b>) в другое (<b>SA(t₂)</b>), а набор возможных состояний является важнейшей характеристикой физической системы. При этом понятия физической системы и ее состояний задаются совместно в рамках базовой системы исходных понятий и постулатов.

 

 

Исходя из этого взгляда теоретической физики, получаем следующее принципиальное различие между двумя наиболее общими физическими моделями: локализованной в пространстве частицы и нелокализованной в пространстве непрерывной среды.

Явление дифракции состоит в огибании тела волной (левая часть рис.2), из-за чего предсказываемые геометрической оптикой резкие тени размываются.

 

 

 

Рождением квантовой механики считается момент введения постоянной Планка ħ (декабрь 1900 г.), с помощью которой Планк получил выражение, правильно описывающее спектр теплового излучения абсолютно черного тела, как при низких, так и при высоких частотах. С этого начинается &laquo;старая квантовая теория&raquo;, состоявшая в том, что физикам удавалось с помощью постоянной Планка ħ получать выражения, правильно описывающие ряд явлений, которые до этого представляли собой нерешенные задачи. Те явления, которые удавалось таким образом (с использованием постоянной Планка ħ) описать, относили к квантовым явлениям. Так была решена Эйнштейном проблема описания фотоэффекта (1905), где

 

 

 

В разных разделах физики речь идет о разных процессах и физических системах, и в них будет разным содержательное наполнение структуры (1). Сейчас нас интересует раздел физики под названием &laquo;квантовая механика&raquo; (в нерелятивистском варианте), которая была создана в 1925-27 гг. &laquo;Квантовая частица&raquo; &#8211; базовое (&laquo;первичное&raquo;) понятие этого раздела физики, которое определяется базовой системой исходных понятий и постулатов квантовой механики. Последнюю можно представить как совокупность постулатов Шредингера, Борна, Бора-Гейзенберга (&#8220;процедуры квантования затравочной классической системы&#8221;)¹⁶ .

 

 

 

¹&laquo;Развитие и усложнение новейших экспериментальных методов физического исследования, с одной стороны, и такое же развитие и необычайное расширение расчетного аппарата теоретической физики, с другой стороны, привели к ... возникшему в конце XIX в. и особенно в XX в. разделению физиков на &laquo;экспериментаторов&raquo;, непостредственно осуществляющих опытные исследования в лабораториях, и &laquo;теоретиков&raquo;, изучающих физические закономерности с помощью расчетных методов теоретической физики&raquo; /Левич, с. 12/