Квантовая механика

Также большое влияние на современное представление об окружающем мире и теорию революций (скачков) в развитие общества и науки дала новая физическая доктрина – квантовая механика. Огромную роль при создании новой науки положили исследования по оптике, а именно исследования фотоэффекта.

В 1839 году Александр Беккерель наблюдал явление фотоэффекта в электролите. В 1873 году Уиллоуби Смит обнаружил, что селен является фотопроводящим. Затем эффект изучался в 1887 году Генрихом Герцем. При работе с открытым резонатором он заметил, что если посветить ультрафиолетом на цинковые разрядники, то прохождение искры заметно облегчается.

Исследования фотоэффекта показали, что, вопреки классической электродинамике, энергия вылетающего электрона всегда строго связана с частотой падающего излучения и практически не зависит от интенсивности облучения.

В 1888—1890 годах фотоэффект систематически изучал русский физик Александр Столетов. Им были сделаны несколько важных открытий в этой области, в том числе выведен первый закон внешнего фотоэффекта.

Фотоэффект был объяснён в 1905 году Альбертом Эйнштейном (за что в 1921 году он, получил Нобелевскую премию) на основе гипотезы Макса Планка о квантовой природе света. В работе Эйнштейна содержалась важная новая гипотеза — если Планк в 1900 году предположил, что свет излучается только квантованными порциями, то Эйнштейн уже считал, что свет и существует только в виде квантованных порций. Исследования фотоэффекта были одними из самых первых квантовомеханических исследований

Квантовая механика по сути отказалась от всех основных принципов классической механики, сформулированной некогда Галилеем, Декартом и Ньютоном. Прежде всего, квантовая механика упразднила принцип непрерывности, столь важный для новоевропейской науки и философии. Что касается последней, то для нее отказ от принципа непрерывности, рассматриваемого Лейбницем в качестве основополагающего, был так же губителен, как в свое время для схоластики отказ от концепций материи и формы.

Отказ от принципа непрерывности был не единственным сюрпризом, который преподнесла квантовая теория. В 1927 году немецкий физик Вернер Гейзенберг сформулировал так называемый принцип неопределенности, указывавший на предел точности наших знаний о координате и скорости частицы и фактически приведший к отказу от понятия траектории. Примерно в то же время австрийский физик Э. Шредингер ввел понятие волновой функции, описывавшей положение квантового объекта в пространстве и во времени, заменившей, таким образом, прежнее понятие траектории. Когда, однако, попытались понять, что представляет собой волновая функция (каков ее физический смысл), то выяснилось, что квадрат модуля волновой функции дает нам не что иное, как вероятность обнаружения частицы в данной точке пространства в данный момент времени. Одно из самых интересных следствий теории Шредингера заключалось в том, что с некоторой вероятностью квантовый объект мог находиться там, куда, с точки зрения классической механики, он вообще не мог попасть. Рассмотрим, например, преодоление частицей так называемого потенциального барьера. С точки зрения классической механики, частица не может преодолеть барьер, если ее исходная кинетическая энергия меньше, чем энергетическая высота барьера. В квантовой механике преодоление потенциального барьера сделалось возможным для частиц с любой кинетической энергией (хотя, разумеется, чем ниже кинетическая энергия частицы, тем меньше вероятность преодоления ею потенциального барьера).

Задача, с которой столкнулись физики, состояла, таким образом, в том, чтобы рациональным образом обобщить классическую физику, гармонически включив в нее квант действия. В общефилософском аспекте знаменательно здесь то, что в отношении анализа и синтеза в других областях знания мы встречаемся с ситуациями, напоминающими ситуацию в квантовой физике. Так, цельность живых организмов и характеристики людей, обладающих сознанием, а также и человеческих культур представляют черты целостности, отображение которых требует типично дополнительного способа описания [Бо71]. Передача опытных фактов в этих обширных областях знания требует богатого словаря, а из-за того, что словам иногда придается различный смысл и прежде всего из-за различия в принятых в философской литературе толкованиях понятия причинности, цель такого рода сопоставлений часто понималась превратно. Но постепенно развитие терминологии, пригодной для описания более простой ситуации в области физики, показывает, что мы имеем здесь дело не с более или менее туманными аналогиями, а с отчетливыми примерами логических связей, которые в разных контекстах встречаются в более широких областях знания [Бо71].

Заключение

Оптика, как часть физики, играла огромную роль в создание передовых научных концепций. Она влияла на мировоззрение людей в различные исторические периоды.

В настоящее время в научные работы по оптике вкладываются большие материальные и человеческие ресурсы. Помимо фундаментальных исследований, работы, связанные с оптикой, имеют большое прикладное значение. Например, автор реферата в своей научно-исследовательской работе над диссертацией на соискание степени кандидата физико-математических наук использует в основном оптические методы. Благодаря оптическим методам исследуется взаимодействие магнитостатической спиновой волны с искусственно созданными структурами. Подобная методика была разработана относительно недавно и принесла большой прорыв в твердотельной СВЧ электронике. Также в последние два десятилетия были открыты новые оптические и магнитооптические эффекты, например магниторефрактивный эффект – эффект изменения коэффициента преломления под действием магнитного поля в неполяризованном свете [Гра11]. Лаборатория магнитных полупроводников ИФМ УрО РАН занимается исследованием этих эффектов с самого начала их открытия в этой лаборатории в 1989 г [Ау89]. Подобные эффекты имеют большую перспективу развития и дальнейшее использование в различных оптоэлектронных устройствах.

Итак, оптика продолжает свое активное развитие. Однако зачастую задачи ставит общество – объект изучения социологии и философии. Например, в фантастической литературе давно используются различные приборы, создающие невидимость. Пол века назад начали разрабатываться подобные устройства и на данный момент, уже созданы материалы дающие невидимость в широком спектральном интервале в видимой области спектра. В природе таких материалов не существует, однако человек, используя геометрическую организацию внутреннего строения этих новых материалов смог загнать свет внутрь вещества так, чтобы свет огибал находящийся за материалом объект. И здесь опять встает задача перед философией - осмыслить то, что человек уже на основе изученных законов природы, сам создает нужные ему физические явления.

Таким образом, история развития науки и неотъемлемой её части – оптики шло от непосредственного философского осмысления наблюдаемых явлений, к следующему этапу отказа от философских воззрений а лишь физическим анализом, к современному этапу синтеза философии и физики, когда философия ставит задачи для научного исследования, или объясняет новые физические открытия.

Литература

Do89 - Domenico Argentieri. L'optica di Leonardo (сборник L. da Vinci. Edizione curata della mostra dl L. da Vinci in Milano, p. 405, 1989)

Ma38 - Е. MacCurdy. The notebooks of Leonardo da Vinci, vol. I, 1938

We06 - Е. Wiedemann. Ibn al Haitam, ein arabischer Gelehrter («Festschrift fur J. Rosenthal; 149, 1906, Leipzig); A. N. Disney, loc. cit.

Ау89 – М.И. Ауслендер, Е.В. Барсукова, Н.Г. Бебенин, Б.А. Гижевский, Н.Н. Лошкарёва, Ю.П. Сухоруков, Н.М. Чеботаев. Спектр поглощения монокристаллов ферромагнитного полупроводника HgCr2Se4, n- и p-типов в магнитном поле//Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики. – 1989. -Том 95. - Выпуск 1.С. 247-252.

Ах76 - Ахутин А.В. История принципов физического эксперимента от античности до XVII века. М.: Наука, 1976

Бо71 - Нильс Бор. Избранные научные труды. Т. II. М.: Наука, 1971. – С 526-532

Ги01 - Гиндикин С. Г. Рассказы о физиках и математиках. — 3-е изд. — М.: МЦНМО, 2001.

Гра11 – А.Б. Грановский, Ю.П. Сухоруков, А.В. Телегин, В.Д. Бессонов, Е.А. Ганьшина, А.Р. Кауль, И.Е. Корсаков, О.Ю. Горбенко, Х. Гонзалес. Гигантский магниторефрактивныйэффект в пленках La0.7Ca0.3MnO3 // Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики. – 2001. -Том 139. -Выпуск1. -С. 90-100.

Го76 - Голованов Я.К. Этюды об ученых. Иоганн Кеплер. М.: Молодая гвардия, 1976.

Де89 - Декарт Р. Сочинения в двух томах. М.: Мысль, 1989

Ку64 - Кузнецов Б. Г. Галилео Галилей. — М.: Наука, 1964.

По81 – Е.И. Погребысская Оптика Ньютона. Издательство Наука. Москва 1981