развития вычислительной техники и автоматики, составляющих как бы «нервную систему» всего «организма» современной техники. Имеется неразрывная связь между абстрактными законами квантовой механики и конкретными параметрами технических устройств.
ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ
На данный раздел в общем курсе физики отводится сравнительно небольшое число часов. Соответственно и возможности разбора методологических вопросов весьма ограничены. Кроме того, релятивистская квантовая теория, используемая в данном разделе физики, имеет, как известно, далеко не завершенный характер. Следует отметить, что само это обстоятельство является иллюстрацией неисчерпаемости свойств материи и динамического характера физики как развивающегося знания. Сейчас мы находимся на пороге принципиальных изменений в квантово-полевой картине мира.
Говоря о составе ядра, нужно, конечно, отметить приоритет Д. Д. Иваненко, предложившего независимо от В. Гейзенберга протонно-нейтронную модель ядра. Также следует отметить приоритет И. Е. Тамма в первой попытке применения представления об обменном характере взаимодействия между нуклонами и Я. И. Френкеля в создании капельной модели ядра.
Весьма важно подчеркнуть, что изменение количественной характеристики системы (размеры) приводит к качественным изменениям в ее поведении (роль сильного взаимодействия в ядре и в структуре атома в целом). Принципиальным является вопрос об истинном смысле дефекта массы. Необходимо объяснить недопустимость толкования дефекта массы как результата превращения вещества в энергию или материи в движение. На примере бета-распада можно ярко продемонстрировать эвристическую силу законов сохранения, приведших к открытию нейтрино.
Излагая основы практического использования ядерных реакций, весьма важно подчеркнуть, что гигантские масштабы выделяющейся ядерной энергии делают совершенно необходимым с точки зрения судеб всего человечества правильное решение всех связанных с этим вопросов. Такое решение уже выходит за пределы чисто физических проблем и становится проблемой политической, связанной с государственным строем стран, владеющих ядерной энергией. Поэтому так важен подвиг советских физиков, которые во главе с И. В. Курчатовым обеспечили в нашей стране должный уровень использования ядерной энергии как в мирных, так и в военных целях. При изложении
данного круга вопросов полезно привести пару штрихов, характеризующих И. В. Курчатова как замечательного человека и ученого (см., например, [24]).
В беглом обзоре некоторых результатов физики элементарных частиц следует обратить внимание на сложность и дискуссионный характер самого понятия «элементарная частица» из-за их взаимопревращаемости и обнаружения у некоторых из них «внутренней структуры». Методологический анализ этих вопросов имеется в книгах
[25] и [26].
Наконец, можно отметить связи между физикой элементарных частиц и физикой твердого тела, с одной стороны, и с астрофизикой – с другой. Очень интересные идеи в связи с этим высказывает акад. М. А. Марков: «... могут оказаться ситуации, когда исследование «от меньшего к большему» может неожиданно привести снова к «меньшему», к расстояниям и закономерностям «микромира.» [27].
В области физики элементарных частиц пока не найдены основные уравнения, исходя из которых можно было бы получить дедуктивным путем все закономерности, как это делается, например, в классической механике, исходя из уравнений Ньютона, в классической электродинамике – из уравнений Максвелла и в квантовой механике – из уравнения Шредингера.
Затрагивая вопрос о полной неясности в настоящее время перспектив практического использования физики элементарных частиц, необходимо подчеркнуть опасность узко утилитарного подхода к фундаментальным научным проблемам. В докладе Л. И. Брежнева на XXV съезде КПСС сказано: «Мы прекрасно знаем, что полноводный поток научно-технического прогресса иссякнет, если его не будут постоянно питать фундаментальные исследования.» [28].
В заключение следует сделать замечание общего характера. Нужно подчеркнуть, что качественное изложение физических идей само по себе имеет большое мировоззренческое значение, ибо оно приучает студентов видеть за математическими расчетами их глубокий физический смысл. Это и составляло одну из главных задач данных методических указаний.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1.Принцип соответствия. – М: Наука, 1979.
2.Принцип дополнительности и материалистическая диалектика. – М: Наука, 1976,
с. 15.
3.Де Бройль Л. По тропам науки. – М: ИЛ, 1902, с. 250.
4.Ленин В. И. Полн. собр. соч., т. 29, с. 226-227. См. также: Суворов С. Г. К 110-летию со дня рождения В. И. Ленина. – УФН, 1980, т. 130, с. 547; Пахомов Б. Я. В. И. Ленин и становление современной физической картины мира. – Вопросы философии, 1980, №4, с. 112.
5.Методологические принципы физики. – М.: Наука, 1975, с. 9.
6.Биберман Л. М., Сушкин Н. Г., Фабрикант В. А. – Докл. АН СССР, 1949, т. 26,
с. 185.
7.Фок В. А. Квантовая физика и строение матери». – Изд. ЛГУ, 1965, с. 6-8.
8.Фок В. А. Квантовая физика и философские проблемы. – В сб. «Ленин и современное естествознание». — М.: Мысль, 1969, с. 194-195.
9.Ленин В. И. Полн. собр. соч., т. 29, с. 233.
10.Принцип дополнительности и материалистическая диалектика. – М.: Наука, 1976,
с. 7-15.
11.Фок В. А. Квантовая физика: и философские проблемы. – В сб. «Ленин и современное естествознание». – М.: Мысль, 1969, с. 195.
12.Мостепаненко М. В. Философия и физическая теория. – Л.: Наука, 1969, с. 189-191.
13.Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Квантовая механика. – М.: Физматгиз, 1963, с. 15.
14.Ландау Л. Д., Лифшиц, Е.М. Квантовая механика. – М.: Физматгиз, 1963, с. 16.
15.Готт В. С. Философские вопросы современной физики. – М.: Высш. школа, 1967,
с. 91.
16.Мякишев Г. Я. Динамические и статистические закономерности в физике. – М.:
Наука, 1973.
17.Мякишев Г. Я. Динамические и статистические закономерности в физике. – М.:
Наука, 1973, с. 177.
18.Мякишев Г. Я. Динамические и статистические закономерности в физике. – М.:
Наука, 1973, с. 178.
19.Мякишев Г. Я. Динамические и статистические закономерности в физике.– М.:
Наука, 1973, с. 179.
20.Смородинский Я. А. Идеальный газ. – В сб. «О современной науке – учителю». –
М.: Знание, 1975, с. 31.
21.Смородинский Я. А. Идеальный газ. – В сб. «О современной науке – учителю». –
М.: Знание, 1975, с. 32.
22.Киттель Ч. Элементарная статистическая физика. – М.: ИЛ, 1960, с. 267.
23.Подшрецкий Л. И., Смородинский Я. А. Об аксиоматической структуре физических теорий. – В сб. «Вопросы теории познания». – М.: Изд. АН СССР, 1969, с. 76.
24.Головин И. Н. И. В. Курчатов. – М.: Атомиздат, 1967.
25.Философские проблемы физики элементарных частиц. – М.: Изд-во АН СССР, 1963.
26.Степанов Н. И. Концепции элементарности в научном познании. – М.: Наука, 1976.
27.Марков М. Л. О природе материи. – М.: Наука, 1976, с. 159.
28.Материалы XXV съезда КПСС. – М.: ИПЛ, 1977, с. 48.
Лабораторная работа № 1
ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ
С ПОМОЩЬЮ БИПРИЗМЫ ФРЕНЕЛЯ
Цель работы: изучение явления интерференции света и измерение длины волны света с помощью бипризмы Френеля.
1. Введение
Бипризма Френеля – оптическое устройство, которое даёт возможность разделить световую волну от одного источника на две когерентные волны.
Бипризма представляет собой две призмы с малым преломляющим углом (около 30΄), соединённые основаниями (рис. 1).
Источник света имеет форму щели S, расположенной параллельно ребру тупого угла бипризмы. Фронт световой волны делится на две части из-за преломления бипризмой, а затем волны перекрываются в области ОАВ, являющуюся зоной интерференции. На экране Э наблюдается интерференционная картина, образованная волнами, испущенными двумя когерентными мнимыми источниками S1 и S2.
Рис. 1
Определим ширину интерференционной полосы. Из рис. 2, учитывая малость угла φ, следует
∆l = xLm ,
где ∆ – оптическая разность хода волн, приходящих в точку В; l – расстояние между мнимыми источниками; xm – расстояние между центральным максимумом (точка О) и максимумом m-го порядка. Тогда
xm = ∆lL .
Условие максимума интерференции ∆ = mλ и xm = Ll mλ , а ширина полосы
∆x = xm+1 − xm = (m +1)Ll λ − m Ll λ = λ Ll .
Отсюда
λ = |
∆xl |
. |
(1) |
L |
|||
Величины l, L и ∆x измеряются опытным путём.
∆
Рис. 2
2. Описание установки и метода измерений
Приборы, с помощью которых производится измерение длины световой волны, расположены на оптической скамье. Скамья представляет собой массивную направляющую, снабженную линейкой. На ней установлены рейтеры с приборами (рис. 3).
Рис. 3
Источником света является микрометрическая щель Щ, которая освещается лампой накаливания. После щели свет падает на оправу С со сменными светофильтрами. Светофильтры дают возможность выделять из непрерывного спектра лампы накаливания свет определенной длины волны. Бипризма Френеля БФ укреплена в специальной оправе. На ее грани попадает свет от щели. Окулярный микрометр ОМ служит для измерения ширины интерференционной полосы и расстояния между мнимыми источника-