Квантовая механика

Министерство образования и науки РФ

Технологический институт

Кафедра МО

Вариант – 15

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ «КСЕ»

СТУДЕНТКИ 123 ГРУППЫ

Лазаренко Татьяны

Проверила: Им Т. В.

                                     Южно-Сахалинск

2005 г.

- 2 -

ПЛАН.

Введение                                                                                                              - 3 -

1.      Квантовая механика.                                                                                    - 4 -

2.      Физическая или квантово-полевая теория строения вещества и взаимосвязи вещества и энергии:

2.1.           Опыты Резерфорда.                                                                             - 4 -

2.2.           Опыты Бора.                                                                                         - 5 -

3.      Основной закон существования системы:

3.1.           Система и целое.                                                                                  - 6 -

3.2.           Системный подход, который лежит в основе представлений о строении материального мира.                                                               - 9 -

4.      Закон 15:

Аксиома неразрывного единства белков и нуклеиновых кислот.              - 12 -

5.      Закон 45:

Второй принцип термодинамики…              - 13 -

6. Заключение.              - 14 -

7. Список литературы.              - 15 -

- 4 -

КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА.

Квантовая механика – теория, устанавливающая способ описания и законы движения физических систем, для которых величины, характеризующие систему и имеющие размерность действия, оказываются сравнимыми с постоянной Планка. Этому условию удовлетворяет, как правило, движение микрочастиц.

Законы квантовой механики составляют фундамент наук о строении вещества. Они позволили выяснить строение электронных оболочек атомов, установить природу химической связи, объяснить периодическую систему элементов Менделеева, понять строение и свойств атомных ядер. Только на основе квантовой механики удалось последовательно объяснить магнитные свойства вещества.

Физическая или квантово-полевая теория строения вещества и взаимосвязи вещества и энергии.

Опыты Резерфорда.

В 1911 году физик Резерфорд облучал тончайшие слои металла ядрами гелия ( -частицами). Большинство - частиц свободно проходили сквозь фольгу, но небольшая их часть отражалась. К тому времени ученые давно сошлись во мнении, что химические вещества состоят из атомов. Результаты опытов навели Резерфорда на мысль, что в центре атомов имеется небольшое, но очень плотное ядро. А ошибочное пространство вокруг ядра занято электронами, количество которых, как полагал Резерфорд, равняется порядковому номеру данного элемента в таблице Менделеева.

Вот так наука вплотную подошла к изучению «основ всего сущего» - микрочастиц. Не имея еще почти никакой информации о свойствах микрочастиц и основываясь на представлениях физики того времени,

- 5 -

Резерфорд справедливо предположил, что электроны вращаются вокруг своего ядра так же, как и планеты вращаются вокруг своего светила, с той лишь разницей, что расстояния между небесными телами относительно малы по сравнению с расстояниями, которые отделяют электроны от ядра. Объясняется это тем, что гравитационные силы, удерживающие планеты возле Солнца, гораздо слабее электромагнитных сил, действующих внутри атома. Эта модель получила название планетарной модели атома.

Согласно теориям Резерфорда, каждый электрон вращается вокруг ядра на таком расстоянии, которое соответствует уровню его энергии. Если заставить электрон утратить часть своей энергии, уменьшив, таким образом, радиус его орбиты, то энергия выделится в виде излучения, причем частота излучаемых волн будет прямо пропорциональна уровню его энергию. Логично предположить, что у электрона можно забрать любое количество энергии из той, которой он обладает, тогда соответственно будет изменяться и частота излученной волны. Однако на самом деле электроны конкретных атомов способны излучать волны лишь строго определенной частоты.[1]

Опыты Бора.

В 1913 году Бор применил идею квантования энергии к планетарной модели строения атома, которая вытекала из результатов опытов Э. Резерфорда. Согласно этой модели, в центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома; вокруг ядра вращаются по орбитам отрицательно заряженные электроны. Рассмотрение такого движения на основе классических представлений приводило к парадоксальному результату –

невозможности существования стабильных атомов: согласно классической электродинамике, электрон не может устойчиво двигаться

- 6 -

по орбите, поскольку вращающийся электрический заряд должен излучать электромагнитные волны и, следовательно, терять энергию; радиус его орбиты должен непрерывно уменьшаться, и за некоторое время электрон должен упасть на ядро. Это означало, что законы классической физики неприменимы к движению электронов в атоме, т. к. атомы не только существуют, но и весьма устойчивы.

Не имея возможности логически и математически обосновать свои предположения, Бор постулировал их, т. е. предложил ученым принять их на

веру, без доказательств, ведь эти предположения каким-то немыслимым образом подтверждались на опыте. К тому же, опираясь на них, Бор смог точно предсказать ранее неизвестные частоты излучаемого электронами света.

Теория Бора получила название квантовой теории атома.

В гениальных прозрениях Нильса Бора еще не содержалось информации о том, как учесть двойственную природу микрочастиц, ведущих себя одновременно как частица и как волна.

Эта задача в общих чертах была решена в 1926-1928 годах Вернером Гейзенбергом, Эрвином Шредингером и Полем Дираком. Эти ученые создали собственную теорию – квантовую, или, как ее еще называют, волновую механику.[2]

ОСНОВНОЙ ЗАКОН СУЩЕСТВОВАНИЯ СИСТЕМЫ.

Система и целое.

Система – это комплекс элементов, находящихся во взаимодействии. В переводе с греческого это целое, составленное из частей, соединений.

Претерпев длительную историческую эволюцию, понятие система с середины ХХ века становится одним из ключевых научных понятий.

- 7 -

Первичные представления о системе возникли в античной философии как упорядоченность и ценность бытия. Понятие система сейчас имеет чрезвычайно широкую область применения: практически каждый объект может быть рассмотрен как система.

Каждая система характеризуется не только наличием связей и отношений между образующими ее элементами, но и неразрывным единством с окружающей средой.

Можно выделить различные типы систем:

      по характеру связи между частями и целым – неорганические и органические;

      по формам движения материи – механические, физические, химические, физико-химические;

      по отношению к движению – статические и динамические;

      по видам изменения – нефункциональные, функциональные, развивающиеся;

      по характеру обмена со средой – открытые и закрытые;

      по степени организации – простые и сложные;

      по уровню развития – низшие и высшие;

      по характеру происхождения – естественные, искусственные, смешанные;

      по направлению развития – прогрессивные и регрессивные.

Согласно одному из соединений, целое – это то, у чего не отсутствует ни одна из частей, состоя из которых, оно именуется целым. Целое обязательно предполагает системную организованность его компонентов. Понятие целого отражает гармоническое единство и взаимодействие частей по определенной упорядоченной системе.

- 8 -

Родственность понятий целого и системы послужило основанием для не совсем верного их полного отождествления. В случае системы мы имеем дело не с отдельным объектом, а с группой взаимодействующих объектов, взаимно влияющих друг на друга. По мере дальнейшего совершенствования системы в сторону упорядоченности ее компонентов, она может перейти в целостность. Понятие целого характеризует не только множественность составляющих компонентов, но и то, что связь и взаимодействие частей являются закономерными, возникающими из внутренних потребностей развития частей и целого.

Поэтому целое есть особого рода система. Понятие целого является отражением внутренне необходимого, органического характера взаимосвязи компонентов системы, причем иногда изменение одного из компонентов с неизбежностью вызывает то или иное изменение в другом, а нередко и всей системы.

Свойства и механизм целого как более высокого уровня организации по сравнению с организующими его частями не могут быть объяснены только через суммирование свойств и моментов действия этих частей, рассматриваемых изолированно друг от друга. Новые свойства целого возникают в результате взаимодействия его частей, поэтому, чтобы знать целое, надо наряду со знанием особенностей частей знать закон организации целого, т. е. закон объединения частей.

Являясь составляющими системы или целого, компоненты вступают в различные отношения между собой. Отношения между элементами могут быть разделены на «элемент – структура» и «часть- целое». В системе целого наблюдается подчиненность частей целому. Система целого характерна тем, что она может создать недостающие ей органы.[3]

- 9 -

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД, КОТОРЫЙ ЛЕЖИТ В ОСНОВЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О СТРОЕНИИ МАТЕРИАЛЬНОГО МИРА.

В современной науке в основе представлений о строении материального мира лежит системный подход, согласно которому любой объект материального мира, будь то атом, планета, организм или галактика, может быть рассмотрен как сложное образование, включающее составные части, организованные в целостность. Для обозначения целостности объектов в науке было выработано понятие системы.

Система представляет собой совокупность элементов и связей между ними.

Понятие «элемент» означает минимальный, далее уже неделимый компонент в рамках системы. Элемент является таковым лишь по отношению к данной системе, в других же отношениях он сам может представлять сложную систему.

Совокупность связей между элементами образует структуру системы.

Устойчивые связи элементов определяют упорядоченность системы. Существуют два типа связей между элементами системы – по «горизонтали» и по «вертикали».

Связи по «горизонтали» - это связи координации между однопорядковыми

элементами. Они носят коррелирующий характер: ни одна часть системы не может измениться без того, чтобы не изменились другие части.

Связи по «вертикали» - это связи субординации, т. е. соподчинения элементов. Они выражают сложное внутреннее устройство системы, где одни части по своей значимости могут уступать другим и подчиняться им. Вертикальная структура включает уровни организации системы, а также их иерархию.

Исходным пунктом всякого системного исследования является представление о целостности изучаемой системы.

Целостность системы означает, что все ее составные части, соединяясь

- 10 -

вместе, образуют уникальное целое, обладающее новыми интегративными свойствами.

Свойства системы – не просто сумма свойств ее элементов, а нечто новое, присущее только системе в целом. Например, молекула воды            . Сам по себе водород, два атома которого образуют данную систему, горит, а кислород поддерживает горение. Система же, образовавшаяся из этих элементов, вызвало к жизни совсем иное, а именно – интегративное свойство: вода гасит огонь. Наличие свойств, присущих системе в целом, но не ее частям, определяется взаимодействием элементов.

Итак, согласно современным научным взглядам на природу, все природные объекты представляют собой упорядоченные, структурированные, иерархические организованные системы.

В естественных науках выделяются два больших класса материальных систем: системы неживой природы и системы живой природы.

В неживой природе в качестве структурных уровней организации материи выделяют элементарные частицы, атомы, молекулы, поля, физический вакуум, макроскопические тела, планеты и планетные системы, звезды и звездные системы – галактики, системы галактик – метагалактику.

В живой природе к структурным уровням организации материи относят системы доклеточного уровня – нуклеиновые кислоты и белки; клетки как особый уровень биологической организации, представленные в форме одноклеточных организмов и элементарных единиц живого вещества; многоклеточные организмы живого и растительного мира; надорганизменные структуры, включающие виды, популяции и биоценозы и, наконец, биосферу как всю массу живого вещества.

В природе все взаимосвязано, поэтому можно выделить такие системы,

- 11 -

которые включают элементы как живой, так и неживой природы – биогеоценозы.

Естественные науки, начав изучение материального мира с наиболее простых непосредственно воспринимаемых человеком материальных объектов, переходят далее к изучению сложнейших объектов глубинных структур материи, выходящих за пределы человеческого восприятия и несоизмеримых с объектами повседневного опыта.

Применяя системный подход, естествознание не просто выделяет типы материальных систем, а раскрывает их связь и соотношение.[4]

- 12 -

ЗАКОН 15.

Аксиома неразрывного единства белков и нуклеиновых кислот.

Белки регулируют обмен веществ в клетке, образование ферментов, а нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) обеспечивают наследственную преемственность.