А.Н. Матвеев - Атомная физика (1120551), страница 3
Текст из файла (страница 3)
С этой точки зрения более целесообразно начинать изложение квантово-механической модели в матричной формулировке, в которой она и была открыта Гейзенбергом. Однако из педагогических соображений более предпочтительно рассматривать матричную формулировку после уравнения Шредингера как представление.
Применение общей теории охватывает анализ широкого круга вопросов квантовой физики. В этом смысле рассмотрение атома водорода и простейших случаев движения микрочастиц следует рассматривать лишь как подготовку к квантово-механнческому 10 Предисловие анализу более реальных ситуаций, которые изучаются в последующих главах книги. В гл. 5 дается абстрактная аксиоматическая формулировка основных положений квантовой механики, выходящая за пределы курса и более подробно обсуждаемая в квантовой механике.
Этот материал является факультативным и может быть пропущен при чтении без ущерба для понимания остальных разделов книги. Однако для более полного понимания сути квантовой механики и ее принципиального отличия от классической теории эту главу желательно изучить факультативно. Для этого достаточно математической подготовки в объеме стандартного курса линейной алгебры и отчетливого понимания материала, изложенного в первых четырех главах книги. Автор благодарен академику АН УССР А. И.
Ахиезеру и кафедре общей физики МИФИ (зав. кафедрой — проф. А. С. Александров) за внимательное рецензирование рукописи и ценные замечания. Введение В предшествующих четырех томах курса дано изложение классической физики. Ее достаточно краткое определение гласит: классической называется физика, в которои роль квантовых закономерностей пренебрежимо мала. На первый взгляд кажется, что это определение бессодержательно, поскольку оно говорит не о том, чем является классическая физика, а о том, чем она не является. Однако такой взгляд обманчив„потому что существует только единая физика, квантовая по своей сущности, и определение классической физики как той части единой физики, в которой роль квантовых закономерностей пренебрежимо мала, безусловно содержательно. Содержательность такого определения классической физики реализуется лишь после изучения квантовых закономерностей.
Поэтому во введении в атомную физику необходимо обсудить основные особенности классической физики без ссылки на квантовые закономерности. Основными понятиями классической механики являются понятия материального тела, материальной точки, движения материальной точки по определенной траектории и силы как причины тех или иных особенностей движения материальных тел н точек. Хотя классическая физика в современном понимании начинается с Ньютона, основные понятия и представления,на которых она базируется, зародились задолго до него. Они постепенно возникли в человеческом сознании с самых древних времен в процессе практической деятельности человека. Практическая деятельность также свидетельствовала, что все материальные тела имеют протяженность, занимают определенное место в пространстве и располагаются определенным образом друг относительно друга.
Эти наиболее общие свойства материальных тел отразились в сознании человека в виде понятия пространства, а математическая формулировка этих свойств была выражена в виде системы геометрических понятий и связей между ними. Практическая деятельность человека также свидетельствовала о том, что окружающий его материальный мир находится в процессе постоянных изменений.
Свойство материальных процессов иметь определенную длительность, следовать друг за другом в определенной последовательности и развиваться по этапам и стадиям отразилось в человеческом сознании в виде понятия времени. Перечисленные выше основные понятия классической механики и понятия пространства и времени явились фундаментом, на котором покоилось развитие всей классической физики до наших дней. В процессе развития уточнялись взаимосвязь этих понятий и сами понятия, но они постоянно были основой классической физики. Наиболее важный результат этого развития состоит в установлении неразрывности связи пространства, времени, материи и движения.
В философском плане развитие этих идей нашло свое завершение в 12 Введение учении диалектического материализма. Для диалектического материализма пространство и время являются формами существования материи и поэтому немыслимы без материи, а движение есть способ существования материи.
Материя, пространство, время и движение всегда существуют в неразрывной связи друг с другом. Механика Аристотеля содержала в себе основные идеи общего подхода к описанию механического движения материальных тел. Эти идеи полностью сохранили свое значение и в механике Ньютона, однако теория движения Аристотеля после примерно двухтысячелетнего господства была заменена теорией Ньютона, Аристотель считал, что все движения материальных тел можно разделить на две категории; «естественные» и «насильственные». «Естественные движения» осуществляются сами по себе, без каких-либо воздействий. Ставить вопрос о причине «естественных движений» бессмысленно. Точнее говоря, на вопрос: почему осуществляется некоторое «естественное движение»? — всегда имеется готовый, не требующий размышлений ответ: потому что это движение естественное, происходящее именно так, а не иначе, без каких-либо внешних воздействий.
«Насильственные движения» сами по себе не происходят, а осуществляются под влиянием внешних воздействий, описываемых с помощью понятия силы. На вопрос: почему осуществляется некоторое «насильственное движение»? — о~нет гласит: потому что на тело действует сила, под влиянием которой оно движется так, как движется. Естественными Аристотель считал движения легких тел вверх, тяжелых тел вниз и движение небесных тел по небесной сфере.
Остальные движения насильственные. Заметим, что если тело покоится в результате невозможности осуществить «естественное движение», то этот покой «насильственный». Например, если тело покоится на горизонтальном столе, то отсутствие его движения по вертикали является «насильственным» и обусловливается наличием соответствующей силы, действующей в вертикальном направлении, а отсутствие его движения по горизонтали обусловливается отсутствием силы, действующей в горизонтальном направлении. Это показывает, что закон движения не может быть положен в основу определения силы, хотя силу и можно находить из закона движения. Это замечание полностью относится и к попыткам использования второго закона Ньютона как определения силы. В механике Аристотеля сила обусловливает скорость тела, а понятие об ускорении отсутствует.
В механике Ньютона «естественным движением» в том смысле, как его понимал Аристотель, является прямолинейное равномерное движение материальной точки. В формулировке первого закона Ньютона устанавливаются условия, при которых это «естественное движение» (инерциальное) осуществляется. Он позволяет выбрать такую систему координат, в которой такие «естественные движения» существуют. Вторым законом Ньютона устанавливается, что сила обусловливает не скорость материальной точки, а ее ускоре- Введение 13 ние, причем не вообще ускорение, а ускорение в той системе координат, в которой при отсутствии силы скорость тела была бы постоянной, т.е. движение было бы «естественным».
Как и в механике Аристотеля, сила учитывает влияние внешних условий на движение тела. Источниками силы являются материальные тела, и, следовательно, сила является количественной мерой взаимодействия материальных тел. Третий закон Ньютона устанавливает, что сила, с которой одно из взаимодействующих тел действует на другое, равна по абсолютной величине, но направлена противоположно силе, с которой это другое тело действует на первое.
Вопрос о силах в таком плане в механике Аристотеля не ставился. Таким образом, теория движения Ньютона является принципиально новым шагом относительно теории Аристотеля. Среди главных новых моментов следует отметить все вопросы, связанные с введением систем координат, включая вопрос о принципе относительности, вопрос о свойствах взаимодействия тел, новое уравнение движения и дальнейшую разработку вопроса о пространстве и времени. Однако основные понятия механики Аристотеля и подход к проблеме движения в механике Ньютона сохранились без существенных изменений.
Следующим крупным гпагом явилось создание специальной теории относительности. Ее революционный характер выразился в новом подходе к проблеме пространства и времени. В результате этого неразрывная связь пространства, времени и движения стала основополагающим моментом физической теории. Однако по своему содержанию специальная теория относительности полностью относится к классической физике. В результате создания общей теории относительности неразрывная связь пространства, времени, движения и материи сгала основополагающим моментом наиболее общей физической теории.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
