Практикум. 
Концепции современного естествознания

Вопросы и задания для самоконтроля

• 1. Когда произошла революция в естествознании, связанная с крушением идей о неделимости атома, к каким новым выводам она привела?
• 2. Чем отличается предмет исследования квантовой механики от механики классической?
• 3. В чем заключается сущность «ультрафиолетовой катастрофы» и какова роль М. Планка в ее разрешении?
• 4. Какова роль А. Эйнштейна в утверждении идеи дуализма электромагнитного поля? Какую роль в таком утверждении сыграло объяснение фотоэффекта?
• 5. В чем заключается новизна концепции Л. де Бройля?
• 6. Охарактеризуйте взаимосвязь принципа неопределенности и принципа дополнительности.
• 7. Какие новые открытия в физике опровергли представление об атомах как последних неизменных и неделимых частицах материи?
• 8. Охарактеризуйте модели атома Томсона, Резерфорда и Бора.
• 9. Какими общими свойствами обладают элементарные частицы?
• 10. Какие эксперименты доказывают существование волновых свойств у микрочастиц материи?
• 11. Существуют ли волновые свойства микрочастиц отдельно от корпускулярных свойств?
• 12. Что означает дуализм микрочастиц?
• 13. Сформулируйте принцип дополнительности и расскажите, где он применяется.
• 14. Почему принцип неопределенности служит фундаментом квантовой механики?
• 15. Какие фундаментальные взаимодействия рассматриваются в физике?
• 16. Чем характеризуются сильные взаимодействия?
• 17. Какую роль электромагнитное взаимодействие играет в окружающем нас мире?
• 18. В чем заключается роль слабого взаимодействия?
• 19. Какие частицы называются кварками и почему они не обнаружены в свободном состоянии?
• 20. Какие частицы относятся к адронам?
• 21. Какими массами обладают мезоны?
• 22. Какие частицы относятся к лептонам?

Задачи

1. Прочитайте отрывок из выступления М. Планка в 1911 г. в Брюсселе на Первом Сольвеевском конгрессе, но физике:

«Учитывая полное подтверждение, — говорил он, — которое максвелловская электродинамика получила именно для явлений в чистом вакууме, а также огромное упрощение теории электрических и магнитных явлений, которое было достигнуто благодаря ее введению, становится весьма сомнительным потрясение ее основ. Поэтому в дальнейшем изложении мы исключим гипотезу световых квантов, мы можем тем более это сделать, что до сих пор она не вышла из стадии примитивного развития»^[1].

Как вы считаете, почему М. Планк был готов отказаться от своего открытия?

• 2. Подумайте, какие критерии классификации микрочастиц, принятые в начале XX в., нашли подтверждение с открытием кварков.
• 3. Поразмышляйте над фактами из истории науки.

«В 1899 г. немец Филипп Ленард (1862—1947) и англичанин Джозеф Томсон доказали, что падающий на металлическую поверхность свет выбивает из нее электроны, движение которых и приводит к появлению фототока. Однако понять природу фотоэффекта с помощью классической электродинамики так и не удалось. Необъяснимым оставалось, почему фототок возникал лишь тогда, когда частота падающего света превышала строго определенную для каждого металла величину»¹.

• 1. Попробуйте ответить: почему фототок возникал лишь тогда, когда частота падающего света превышала строго определенную для каждого металла величину?
• 2. Почему без опоры на открытие М. Планка ответить на этот вопрос было невозможно?
• 4. Поразмышляйте над рисунком.

Вариант классификации микрочастиц^[2][3]

• 1. Почему мезоны одновременно отнесены к бозонам и адронам?
• 2. Почему барионы одновременно отнесены к адронам и фермионам, но не включены в состав бозонов?
• 3. На рисунке не показаны кварки. Как бы вы продолжили этот рисунок, чтобы показать место кварков в классификации микрочастиц?
• 5. Проанализируйте рисунок.

Дифракция электрона на преграде с двумя щелями^[4]:

• 1 — при закрытой второй щели; 2 — при закрытой первой щели; 3 — когда обе щели открыты, что никак не соответствует простому наложению картин 1 и 2
• 1. Попытайтесь самостоятельно изобразить кривую путем наложения картин 1 и 2.
• 2. Сравните получившуюся кривую с картиной 3.
• 3. Убедитесь, что картина 3 может получиться только в том случае, если в прохождении каждого электрона участвуют обе щели одновременно.
• 4. Как полученный результат связан с принципом корпускулярно-волнового дуализма?

• [1] Цит. по: Логунов А. А., Петров В. А. Как устроен электрон. М.: Педагогика, 1988. С. 39.
• [2] Цит. по: Энциклопедия для детей. Т. 16. Физика. Ч. 2. Электричество и магнетизм. Термодинамика и квантовая механика. Физика ядра и элементарных частиц. С. 218.
• [3] Дубнищева Т. Я., Пигарев А. Ю. Современное естествознание. Новосибирск: Изд-воЮКЭА, 1998. С. 75.
• [4] Там же. С. 71.