Принцип соответствия.

Принцип соответствия в методологии науки утверждает, что любая новая научная теория при наличии старой, хорошо проверенной теории находится с ней не в полном противоречии, а дает те же следствия в частном случае, т.е. является ее частным случаем. Например, закон Бойля – Мариотта является частным случаем уравнения состояния идеального газа.

В основе принципа соответствия лежит идея, высказанная М.Планком в 1906 году, о том, что в пределе Һ → 0 квантово-теоретические результаты сводятся к классическим или «классическую теорию можно охарактеризовать просто как теорию, в которой квант действия бесконечно мал».

Н.Бор, формулируя принцип соответствия, воспользовался именно этой идеей Планка. Действительно, стремление ν (частот) → 0 означает, что разности энергий стационарных состояний (электронов в атоме) становятся сколь угодно малы, т.е. энергии в этом пределе распределены почти непрерывно, а поэтому квантовая теория приближается к классической. В работе «О квантовой теории линейчатых спектров» Бор назвал принцип соответствия «формальной аналогией между квантовой теорией и классической теорией».

Общая теория относительности дает те же результаты, что и классическая теория тяготения Ньютона при малых скоростях ﬠ ‹‹ с и при малых значениях гравитационного потенциала ‹‹1.

Детерминизм (от латинского – определяю)- учение об объективной закономерной взаимосвязи и взаимообусловленности явлений материального мира. Центральным ядром детерминизма является положение о существовании причинности, т.е. такой связи явлений, в которой одно явление (причина) при определенных условиях с необходимостью порождает другое явление (следствие).

Индетерминизм (отрицание детерминизма) – философское учение отрицающее объективность причинной связи.

Классический детерминизм начался с заявления Лапласа (18в.): “Дайте мне начальные данные частиц всего мира, и я предскажу вам будущее всего мира”. Эта крайняя форма определенности и предопределенности всего существующего получила название лаплассовского детерминизма.

Человечество издавна верило в предопределение Божие, позднее в причинную “железную” связь. Однако в жизни не стоит игнорировать и его Величество случай, который подстраивает нам вещи неожиданные и маловероятные. В атомной физике случайность проявляется особенно ярко. Нам следовало бы свыкнуться с мыслью, что мир не устроен прямолинейным образом и не так прост, как нам хотелось бы.

Детерминизм особенно наглядно проявляется в классической механике. Так, последняя учит, что по начальным даннымможно определить полностью состояние механической системы в любомсколь угодно далеком будущем. На самом же деле это лишь кажущаяся простота. Так, начальные данные даже в классической механике не могут быть определены бесконечно точно(1).Истинное значение начальных данных известно нам лишь с некоторой степенью вероятности; об этом свидетельствует принцип неопределенности Гейзенберга. В процессе движения на механическую систему будут действовать случайные силы,которые мы не в состоянии предвидеть(2). Даже если эти силы будут достаточно малы, их эффект может оказаться очень значительным для большого промежутка времени. А также у нас нет гарантии того, что за время, в течение которого мы намерены предсказывать будущее системы, эта система будет оставаться изолированной(3). Эти-то три обстоятельства обычно и игнорируются в классической механике. Влияние случайности не стоит игнорировать, так как с течением времени неопределенность начальных условий возрастает и предсказание становится совершеннобессодержательным.

Как показывает опыт, в системах, где действуют случайные факторы при многократном повторении наблюдения можно обнаружить определенные закономерности, обычно называемые статистическими (вероятностными). В случае если система имеет много случайных воздействий, то сама детерминистическая (динамическая) закономерность становится слугой случая; а сам случай порождает новый тип закономерности – статистическую. Невозможно вывести статистическую закономерность из закономерности динамической. В системах, где случай начинает играть существенную роль, приходится делать предположения статистического (вероятностного) характера. Итак, нам приходится принять “де факто”, что случай способен создать закономерность не хуже детерминизма.

Квантовая механика по своему существу является теорией, основанной на статистических закономерностях. Так, судьба отдельной микрочастицы, ее история может быть прослежена только в весьма общих чертах. Частицу можно только с определенной степенью вероятности локализовать в пространстве, и эта локализация будет ухудшаться с течением времени тем скорее, чем точнее была первоначальная локализация – таково прямое следствие соотношения неопределенностей. Мы можем говорить о применении статистической закономерности только к группе частиц (ансамблю), а не к одной отдельно взятой частице. Это, однако, ни сколько не снижает ценности квантовой механики. Не следует считать статистический характер законов квантовой механики как ее неполноценность или необходимость искать детерминистическую теорию – таковой, скорее всего не существует.

Что же касается детерминизма и индетерминизма, то современная наука органически сочетает необходимость и случайность. Поэтому мир и события в нем не оказываются ни предопределенными однозначно, ни чисто случайными, ничем не обусловленными. Классический детерминизм лапласовского толка чрезмерно подчеркивал роль необходимости за счет отрицания случайности в природе и потому давал искаженное представление о мире. Ряд же современных ученых, распространив принцип неопределенности в квантовой механики на другие области, провозгласил господство случайности, отрицая необходимость. Однако наиболее адекватной позицией было бы считать необходимость и случайность как взаимосвязанные и дополняющие друг друга аспекты действительности.

Лекция № 11. Ядерные процессы.

Известно, что связь нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре обеспечивают ядерные силы, намного превышающие силы других фундаментальных взаимодействий.

Измерения показывают, что масса ядра меньше суммы масс составляющих его нуклонов. Разность суммы масс нуклонов и массы ядра называют дефектом массы ( m). Поскольку всякому изменению массы соответствует изменение энергии, то при образовании ядра выделяется энергия. Из закона сохранения энергии следует и обратное: для разделения ядра на составные части необходимо затратить такое же количество энергии, которое выделяется при его образовании. Энергия, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на отдельные нуклоны, называетсяэнергией связи ядра Е_св.. Она определяется формулой Е_св = mc², где с- скорость света.

Обычно рассматривают удельную (среднюю) энергию связи, приходящуюся на один нуклон. Для легких ядер эта энергия достаточно большая (максимальное ее значение 8,7 МэВ), а для тяжелых она меньше.

МэВ – мегаэлектрон вольт – это единица измерения энергии в атомной и квантовой физике. Это энергия, необходимая для переноса электрона в электростатическом поле между точками с разницей потенциалов в 1 В.

1 МэВ = 1,602176487 х 10 ^-19 Дж.

Уменьшение удельной энергии связи при переходе к тяжелым элементам объясняется тем, что с возрастанием числа протонов в ядре увеличивается энергия их нуклоновского отталкивания. Поэтому связь между нуклонами ослабевает, а сами ядра становятся менее прочными.

И очень тяжелые, и очень легкие ядра менее устойчивы. Это означает, что энергетически выгодны два ядерных процесса:

1. Деление тяжелых ядер на более легкие (цепная реакция);