курс: Физика атома

курс:
ФИЗИКА АТОМА
Литература
[1] Савельев И.В. «Курс общей физики» в 5 томах, т.5
[2] Матвеев А.Н. «Атомная физика»
[3] Э.Вихман «Берклеевский курс физики», т.IV «Квантовая физика».
[4] Иродов И.Е. «Квантовая физика. Основные законы»
[5] «Фейнмановские лекции по физике», вып. 3,8,9
Введение
Впервые понятие «атом» было введено греческими философами и означало
«неделимый». Древних греков интересовало бесконечна ли делимость вещества.
Основная идея состояла в том, что если вещество бесконечно дробить нельзя, то, в
конце концов, мы придем к основному строительному элементу вещества - к атому.
С современной точки зрения сразу встает вопрос: Что значит невозможно разделить?
Возможные ответы
1) Принципиально невозможно, поскольку достигнут базовый уровень организации
материи
2) Невозможно с теми инструментами и энергиями, с которыми мы в настоящее время
проводим исследование
Показателем того, что мы достигли базового уровня знаний можно
считать развитие теории, которая не противоречиво описывала бы все
имеющиеся экспериментальные данные, была замкнута и обладала бы
100% предсказательной силой.
Хотя «идеи об элементарных частицах близки к современным,
существует огромное различие между нашими количественными
теориями, основанными на опыте, и туманными размышлениями
древних» [3].
Современная наука глубоко проникла даже в структуру атомного ядра,
развила теорию «кварков» - составных элементов протонов, нейтронов,
электронов и т.д. Но вопрос о достижимости предела дробления
материи все еще не закрыт.
В настоящее время, говоря об атомах подразумевается уровень
организации материи, обеспечивающий протекание химических
реакций в которых образуются молекулы.
Например:
H O  H O
2
2
Типичные значения величин,
описывающих атомные процессы
АТОМНАЯ СИСТЕМА ЕДИНИЦ
•
•
•
•
•
•
•
Расстояние: 1 Å = 10-10 м
Энергия: 1 а.е.э. = 4.36*10-18 Дж
Масса: 1 а.е.м. = 1.66*10-27 кг
Скорость: с = 2.99*108 м/с
Заряд: e = 1.6*10-19 Кл
Момент импульса: h = 6.62*10-34 Дж/c
Частота:  = 2.4*1014 с-1
• Объекты, состоящие из огромного числа атомов и элементарных частиц
называются макрообъектами. Поведение макрообъектов подчиняется
процессам, вызванным совокупным воздействием на них огромного
числа микробъектов. Сами микрообъекты (атомы, элементарные
частицы) могут проявлять совершенно новые, непривычные, «чудесные»,
с точки зрения макрообъектов, свойства.
• В этом смысле поведение макрообъектов подчиняется
феноменологическим законам, т.е. закономерностям, которые можно
вывести из опыта. По этой причине, феноменологические теории годятся
лишь для ограниченной области явлений, за пределами которых могут
оказаться несправедливыми.
• Микрообъекты (атомы, элементарные частицы) подчиняются
фундаментальным законам, т.е. законам, обладающим универсальностью,
большой точностью, применение которых не знает исключений. Эти
законы могут быть сформулированы только на основе строгой теории в
виде её гипотез или постулатов.
В курсе лекций мы будем стараться следовать историческому курсу
формирования
понятий
атомной
физики.
Исходить
из
феноменологических представлений. Параллельно мы будем развивать
теорию, дополняя её необходимыми элементами математического языка.
Будем считать, что нам известны основные понятия и законы
классических механики и электродинамики.
Итак, что же явилось исторически первой моделью, позволяющей
оценить реальные размеры атома?
Этой моделью была модель атома Томсона…