Лекции 1-2

Физические основы
естествознания
Василий Семёнович Бескин
Лекции 1-2
ИСТОРИЧЕСКОЕ
ВВЕДЕНИЕ
Статистическая физика
Л.Больцман (1844-1906)
• Вероятность – результат
неполной информации.
• Эргодическая гипотеза –
усреднения по времени и
ансамблю равнозначны.
• Принцип равнораспределения
по степеням свободы.
Классический мир (c, G)
•
•
•
•
Пространство
координата
Время
событие
Траектория
r = r(t)
Уравнения движения
a = F/m
Непрерывность
Принцип детерминизма
Независимость от наблюдателя
Классический мир (c, G)
Эмми Нётер (1882-1935)
ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ
Энергия
Импульс
Момент импульса
независимость от времени
от координаты
от направления осей
Квантовый мир (h)
• Состояние
• Вероятность
Дискретность
Неопределенность эксперимента
Зависимость от измерительного прибора
Постоянная Планка
М.Планк (1858-1947)
Й.Фраунгофер (1787-1826), Г.Кирхгоф (1824-1887),
Р.В.Бунзен (1811-1899), И.Я.Бальмер (1825-1898),
Й.Р.Ридберг (1854-1919), В.Ритц (1878-1909)
Спектральный анализ
Дискретность частот
1 Å = 0,1 нм
Солнечный спектр, 620 - 660 нм
Тепловое излучение
Дискретность энергии?
Л.Больцман(1844-1906), Й.Стефан (1835-1893)
Д.Рэлей (1842-1919), Д.Джинс (1877-1946),
В.Вин (1864-1928)
М.Планк (1858-1947)
Тепловое излучение
Дискретность энергии?
М.Планк (1858-1947)
Тепловое излучение
Прозрачность атмосферы
Реликтовое излучение (CMB)
Предыстория
Теория горячей Вселенной
Г.А.Гамов (1904-1968)
Реликтовое излучение (CMB)
Предыстория
В 1955 году аспирант Тигран Арамович Шмаонов в
Пулковской Обсерватории под руководством С.Э.Хайкина
и Н.Л.Кайдановского провёл измерения радиоизлучения
из космоса на длине волны 32 см и обнаружил шумовое
СВЧ излучение.
Вывод: «Оказалось, что абсолютная величина эффективной
температуры радиоизлучения фона...равна 4 ± 3 К».
Шмаонов отмечал независимость интенсивности излучения
от направления на небе и от времени. После защиты
диссертации он опубликовал об этом статью в журнале
«Приборы и техника эксперимента».
(Википедия)
Реликтовое излучение (CMB)
А.Пензиас, В.Вильсон
Реликтовое излучение (CMB)
Дипольная компонента
V ~ 630 км/с
(Земля
V ~ 30 км/с)
Преобразования
Лоренца
Реликтовое излучение (CMB)
COBE
Д.Смут, Д.Мазур
Реликтовое излучение (CMB)
РЕЛИКТ-1
И.А.Струков,А.А.Брюханов,
М.В.Сажин, Д.П.Скулачев
Реликтовое излучение (CMB)
WMAP - анизотропия 10-5
Фотоэффект
Свет – это частицы?
А.Г.Столетов (1839-1896)
А.Эйнштейн (1879-1955)
1921 г. Нобелевская премия
За заслуги перед
теоретической физикой
и особенно за
объяснение закона
фотоэлектрического
эффекта
Эффект Комптона
Да, свет – это частицы
А.Комптон (1892-1962)
Эффект Комптона
Эффект Комптона
см
Обратный Комптон-эффект (IC)
Крабовидная туманность
Обратный Комптон-эффект (IC)
Опыты Резерфорда
Частицы?
Э.Резерфорд (1871-1937)
Атом Бора
Нет, не во всем частицы.
Н.Бор (1885-1962)
Атом Бора
Нет, не во всем частицы.
Н.Бор (1885-1962)
Атом Бора
Нет, не во всем частицы.
Н.Бор (1885-1962)
см
Магнетон Бора
Лайман, Бальмер, etc.
Дуализм
Л.де Бройль (1892-1987)
Диффракция электронов
Л. Биберман, Н. Сушкин, В. Фабрикант (1947)
МЭИ
Диффракция электронов
Л. Биберман, Н. Сушкин, В. Фабрикант (1947)
МЭИ
Дифракция электронов
Так что же получается?
Фотон – иногда частица, иногда волна
Электрон – иногда частица, иногда волна
Но это только начало…
Отсутствие траектории
Невозможность предсказать результат
А.Эйнштейн: «Бог не играет в кости»
Однако два примера:
• Радиоактивный распад ядра
• Прохождение света через поляризатор
Квантовый мир (h)
• Состояние
• Вероятность
Дискретность
Неопределенность эксперимента
Зависимость от измерительного прибора