Системне дослідження традиційних проблемних навчальних питань фізики

Розбудова теорій фізичних явищ підлягає ряду принципів. Одним із найважливіших слід вважати принцип узгоджувальності наслідків частинних теорій. На прикладі взаємно доповнювальних хвильової і корпускулярної теорій світла показано, що через відсутність узгоджувальності наслідків цих частинних теорій...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2013
Hauptverfasser:	Сусь, Б.А., Сусь, Б.Б.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Навчально-науковий комплекс "Інститут прикладного системного аналізу" НТУУ "КПІ" МОН та НАН України 2013
Schriftenreihe:	Системні дослідження та інформаційні технології
Schlagworte:	Науково-методичні проблеми в освіті
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85142
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Системне дослідження традиційних проблемних навчальних питань фізики / Б.А. Сусь, Б.Б. Сусь // Системні дослідження та інформаційні технології. — 2013. — № 4. — С. 130-138. — Бібліогр.: 7 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-85142
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-851422025-02-09T22:06:11Z Системне дослідження традиційних проблемних навчальних питань фізики Системное исследование традиционных проблемных учебных вопросов физики Systematic research of traditional educational problems of physics Сусь, Б.А. Сусь, Б.Б. Науково-методичні проблеми в освіті Розбудова теорій фізичних явищ підлягає ряду принципів. Одним із найважливіших слід вважати принцип узгоджувальності наслідків частинних теорій. На прикладі взаємно доповнювальних хвильової і корпускулярної теорій світла показано, що через відсутність узгоджувальності наслідків цих частинних теорій вони є суперечливими. Запропоновано несуперечливе пояснення двоїстості природи світла на основі об’єднаної корпускулярно-коливної теорії, в якій світло розглядається як потік особливих частинок (фотонів), що перебувають у внутрішньому коливальному стані типу енергія-маса-енергія-маса-… Йдеться про існування фундаментальної коливальної форми руху такого типу. Показано ефективність застосування об’єднаної корпускулярно-коливної теорії для пояснення явища дифракції як інтерференції світла, коли випромінюючими елементами є не відкриті ділянки хвильової поверхні, а гострі краї перепони. Построение теорий физических явлений подчинено ряду принципов. Одним из наиболее важных следует считать принцип согласованости следствий частных теорий. На примере взаимно-дополняемых волновой и корпускулярной теорий света показано, что из-за отсутствия согласованности следствий этих частных теорий, они противоречивы. Предложено непротиворечивое объяснение двойственности природы света на основе объединенной корпускулярно-колебательной теории, в которой свет рассматривается как поток особых частиц (фотонов), находящихся во внутреннем колебательном состоянии типа энергия-масса-энергия-масса-… Речь идет о существовании фундаментальной колебательной формы движения такого типа. Показана эффективность применения объединенной корпускулярно-колебательной теории для объяснения явления дифракции как интерференции света, когда излучающими элементами являются не открытые участки волновой поверхности, а острые края преграды. The construction of the theory of physical phenomena is subordinated to a number of principles. A principle of coherence effects of private theories should be considered as one of the most important. On the example of the inter-complemented by the wave and particle theories of light, it is shown that due to the lack of consequences consistency of these private theories, they are contradictory. Non-contradictory explanation of the dual nature of light, based on combined wave-corpuscular theory, where the light is considered as a stream of specific particles (photons), which are in internal vibrational state of the type of energy-mass-energy-weight, is proposed. What is meant here is the existence of a fundamental wave movement state of this kind. The efficiency of the application of combined wave-corpuscular theory to explain the phenomenon of diffraction as light interference when the radiating elements are not exposed areas of wave surface, but sharp edges of obstacles, is shown. 2013 Article Системне дослідження традиційних проблемних навчальних питань фізики / Б.А. Сусь, Б.Б. Сусь // Системні дослідження та інформаційні технології. — 2013. — № 4. — С. 130-138. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. 1681–6048 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85142 378.147.31:53 uk Системні дослідження та інформаційні технології application/pdf Навчально-науковий комплекс "Інститут прикладного системного аналізу" НТУУ "КПІ" МОН та НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Науково-методичні проблеми в освіті Науково-методичні проблеми в освіті
spellingShingle	Науково-методичні проблеми в освіті Науково-методичні проблеми в освіті Сусь, Б.А. Сусь, Б.Б. Системне дослідження традиційних проблемних навчальних питань фізики Системні дослідження та інформаційні технології
description	Розбудова теорій фізичних явищ підлягає ряду принципів. Одним із найважливіших слід вважати принцип узгоджувальності наслідків частинних теорій. На прикладі взаємно доповнювальних хвильової і корпускулярної теорій світла показано, що через відсутність узгоджувальності наслідків цих частинних теорій вони є суперечливими. Запропоновано несуперечливе пояснення двоїстості природи світла на основі об’єднаної корпускулярно-коливної теорії, в якій світло розглядається як потік особливих частинок (фотонів), що перебувають у внутрішньому коливальному стані типу енергія-маса-енергія-маса-… Йдеться про існування фундаментальної коливальної форми руху такого типу. Показано ефективність застосування об’єднаної корпускулярно-коливної теорії для пояснення явища дифракції як інтерференції світла, коли випромінюючими елементами є не відкриті ділянки хвильової поверхні, а гострі краї перепони.
format	Article
author	Сусь, Б.А. Сусь, Б.Б.
author_facet	Сусь, Б.А. Сусь, Б.Б.
author_sort	Сусь, Б.А.
title	Системне дослідження традиційних проблемних навчальних питань фізики
title_short	Системне дослідження традиційних проблемних навчальних питань фізики
title_full	Системне дослідження традиційних проблемних навчальних питань фізики
title_fullStr	Системне дослідження традиційних проблемних навчальних питань фізики
title_full_unstemmed	Системне дослідження традиційних проблемних навчальних питань фізики
title_sort	системне дослідження традиційних проблемних навчальних питань фізики
publisher	Навчально-науковий комплекс "Інститут прикладного системного аналізу" НТУУ "КПІ" МОН та НАН України
publishDate	2013
topic_facet	Науково-методичні проблеми в освіті
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/85142
citation_txt	Системне дослідження традиційних проблемних навчальних питань фізики / Б.А. Сусь, Б.Б. Сусь // Системні дослідження та інформаційні технології. — 2013. — № 4. — С. 130-138. — Бібліогр.: 7 назв. — укр.
series	Системні дослідження та інформаційні технології
work_keys_str_mv	AT susʹba sistemnedoslídžennâtradicíinihproblemnihnavčalʹnihpitanʹfíziki AT susʹbb sistemnedoslídžennâtradicíinihproblemnihnavčalʹnihpitanʹfíziki AT susʹba sistemnoeissledovanietradicionnyhproblemnyhučebnyhvoprosovfiziki AT susʹbb sistemnoeissledovanietradicionnyhproblemnyhučebnyhvoprosovfiziki AT susʹba systematicresearchoftraditionaleducationalproblemsofphysics AT susʹbb systematicresearchoftraditionaleducationalproblemsofphysics
first_indexed	2025-12-01T08:01:36Z
last_indexed	2025-12-01T08:01:36Z
_version_	1850292147528400896
fulltext	© Б.А. Сусь, Б.Б. Сусь, 2013 130 ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 4 TIДC НАУКОВО-МЕТОДИЧНІ ПРОБЛЕМИ В ОСВІТІ УДК 378.147.31:53 СИСТЕМНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ТРАДИЦІЙНИХ ПРОБЛЕМНИХ НАВЧАЛЬНИХ ПИТАНЬ ФІЗИКИ Б.А. СУСЬ, Б.Б. СУСЬ Розбудова теорій фізичних явищ підлягає ряду принципів. Одним із найважли- віших слід вважати принцип узгоджувальності наслідків частинних теорій. На прикладі взаємно доповнювальних хвильової і корпускулярної теорій світла показано, що через відсутність узгоджувальності наслідків цих частинних тео- рій вони є суперечливими. Запропоновано несуперечливе пояснення двоїстості природи світла на основі об’єднаної корпускулярно-коливної теорії, в якій світ- ло розглядається як потік особливих частинок (фотонів), що перебувають у внут- рішньому коливальному стані типу енергія-маса-енергія-маса-… Йдеться про існування фундаментальної коливальної форми руху такого типу. Показано ефективність застосування об’єднаної корпускулярно-коливної теорії для по- яснення явища дифракції як інтерференції світла, коли випромінюючими еле- ментами є не відкриті ділянки хвильової поверхні, а гострі краї перепони. ВСТУП Наукові теорії є засобом пізнання навколишньої дійсності, але вони є також результатом пізнання, що дає нові можливості їх вдосконалення і подальшо- го розвитку науки. Науковим теоріям, їх структурі та функціям присвячено роботи багатьох вчених. Кожна теорія розбудовується на основі результатів спостережень, вивчення взаємозв’язку між явищами і процесами, але також на основі вже існуючих теорій шляхом їх вдосконалення. До теорій сформу- вались певні вимоги, яких необхідно дотримуватись у процесі вдосконален- ня або розробці нових теорій. Згідно з класифікацією [1] кожна теорія має бути: достовірною і відповідати результатам експерименту; здатною до пояснення фактів, а не тільки для їх описання; бути евристичною, достатньо концентрованою та загальною; внутрішньо несуперечливою та допускати вдосконалення. У своїй предметній галузі теорія має описувати всі явища, бути вичерпною і прогностичною [2]. Дуже важливе значення мають зв’язки між теоріями. Вони проявляються в тому, що існують загальні для всіх тео- рій поняття і закони. За висновками дослідників зв’язки між теоріями здійс- нюються на рівні загальних принципів [3]: • відповідності (нова теорія має зводитися до відомої класичної теорії); • симетрії (закони фізики мають виражатись рівняннями, інваріантни- ми відносно відповідних просторово-часових перетворень); • збереження; • відносності; Cистемне дослідження традиційних проблемних навчальних питань фізики Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 4 131 • доповнювальності (наприклад, у квантовій механіці квантові уяв- лення доповнюють хвильові уявлення); • причинності (наслідок не може передувати причині); • необхідності та випадковості. Загалом можна погодитися з названими принципами, однак серед них не вистачає ще одного і, на нашу думку, дуже суттєвого — принципу узго- джувальності наслідків теорій. Дамо обгрунтування такого висновку. Біль- ше того, покажемо, що застосування цього принципу спонукає до розвитку фізичних теорій. Кожна теорія — це певний спосіб описування фізичного явища чи про- цесу. Не потрібно доводити, що способи описування можуть бути різними, однак їх результати і висновки — повинні бути однаковими. Для підтвердження уявімо собі, що в театрі йде вистава і одночасно відбувається її трансляція по радіо і телебаченню, причому, в телевізорі пропав звук. Один слухач чує, що відбувається на сцені, а інший — бачить, але не чує. Безумовно, що у слухача і в глядача в принципі повинно скластись однакове розуміння того, що відбувається на сцені. Якщо висновки суперечливі — це свідчить про негаразди з теоріями і їх треба вдосконалювати або шукати нові підходи. У фізиці є багато проблемних питань, на які нема відповіді протягом сотні років. Зокрема, це проблема двоїстості природи світла; питання меха- нізму поширення електромагнітної взаємодії (Через середовище або як об- мін частинками); природа електричного, магнітного, електромагнітного по- лів (Це певне середовище чи розподіл частинок?); природа гравітації (Чому тіла саме притягуються? Який механізм притягування?). Iснують різні ніби- то взаємно доповнювальні теорії, які описують одне й те ж явище, але нема узгодження наслідків цих теорій. Мета роботи — розкрити суть проблеми двоїстої природи світла, що дія принципу узгодження наслідків частинних теорій дає можливість знайти причини суперечливості хвильового і корпускулярного підходів у поясненні проблемних питань, зокрема у трактуванні явища дифракції. Покажемо на прикладі проблеми двоїстості природи світла, що дія принципу узгодження наслідків частинних теорій дає можливість знайти пояснення проблемних питань. РОЗГЛЯД ПРОБЛЕМИ Проблема двоїстості природи світла виникла 100 років тому і фактично за- лишилась нерозв’язаною донині. На основі спостережень та експеримен- тальних фактів було відомо, що світло — це хвилі, що незаперечно підтвер- джується явищами інтерференції і дифракції. Було побудовано теорію хвильових явищ. В основу хвильової теорії покладено принцип Гюйгенса, суть якого в тому, що світлові хвилі поширюються в просторі так, що кожна точка хвильової поверхні стає джерелом нових хвиль. Для пояснення світ- лових явищ принцип Гюйгенса традиційно використовується в усіх навчаль- них посібниках. Типовим традиційним можна вважати пояснення [4, с. 277]: «Действительно, источники света можно как бы заменить окру- жающей их светящейся поверхностью S с непрерывно распределенными по ней когерентными вторичными источниками. В такой формулировке прин- Б.А. Сусь, Б.Б. Сусь ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 4 132 цип Гюйгенса-Френеля означает, что волна, отделившаяся от своих источ- ников, в дальнейшем ведет автономное существование, совершенно не за- висящее от наличия источников». Однак світло крім хвильових проявляє й корпускулярні властивості, такі як фото- ефект, ефект Комптона. Яскравим підтвер- дженням того, що світло — це потік частинок, став дослід Боте з опромінення фольги рентге- нівськими променями, у процесі якого відбу- вається перевипромінювання хвиль (рис. 1), і якщо фольга Φ перевипромінює хвилю, то вона має поширюватися в усі сторони і мають спрацювати одночасно обидва лічильники 1L та 2L , які розміщено з різних боків фольги. Дослід показав цілком безладне, неузго- джене спрацьовування лічильників, чим одно- значно було підтверджено, що фольгою в різ- них напрямках випромінюються частинки. Виходило, що світло, будучи хвильовим про- цесом, має ще й корпускулярні властивості. Частинки світла отримали назву фотонів. Фотони мають порцію (квант) енергії, мають імпульс, для них ще властива частота і фаза. Таким чи- ном, виникла корпускулярна теорія світла. За класифікацією принципів, на- ведених у [3], корпускулярна (квантова) теорія світла є доповнювальною до хвильової. При цьому треба розуміти, що вона не суперечить хвильовій, а лише доповнює її. Але чи є корпускулярна теорія дійсно доповнюваль- ною до хвильової? Для з’ясування дії принципу доповнювальності стосовно хвильової та корпускулярної теорій, принцип Гюйгенса, який є основою хвильової теорії, розглянемо з точки зору корпускулярної теорії. Нехай джерело О випромінює світлові хвилі (рис. 2). Згідно з принци- пом Гюйгенса — кожна точка dS хви- льової поверхні S є джерелом нових хвиль. За хвильовою теорією це означає, що фотон, який досяг елементу хви- льової поверхні ,dS може потрапити в будь-яку точку спостереження К. Однак із точки зору корпускулярної теорії таке неможливе, оскільки фотон має імпульс ,pr який змінитися в абст- рактній точці dS не може. Отже, гово- рити про дію принципу доповнюваль- ності в цьому випадку проблематично, оскільки хвильова і квантова теорії не те що не доповнюють одна одну, а й не співпадають, тобто знаходяться Рис. 1. Схема досліду Боте: 1νh — слабке γ-опромінювання фольги Φ , 2νh — перевипромі- ненні γ -фотони, 21, LL — лі- чильники γ -фотонів, 21, MM — записуючі механізми Рис. 2. Принцип Гюйгенса з точки зору корпускулярної теорії: О — точкове джерело фотонів; dS — елемент хвильо- вої поверхні Cистемне дослідження традиційних проблемних навчальних питань фізики Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 4 133 в суперечності. А це значить, що порушується інший дуже важливий прин- цип — принцип узгоджувальності наслідків теорій і означає, що якийсь із підходів є неправильним. Знайдемо причину неузгоджувальності, підійшовши до цієї проблеми системно, оскільки вона є фундаментальною і проблемою світоглядного ха- рактеру. Зауважимо, що до цього часу невідомий механізм поширення елект- ромагнітних хвиль. Як і 100 років тому, робляться спроби розглядати світ- ло як збурення певного середовища — «ефіру» або «вакууму» [5]. Якщо світло є збуренням певного середовища, то виникає проблема розуміння корпускулярних властивостей світла: що слід вважати частинками в умовах такого збурення? За існуючими поняттями уявити це дуже проблематично. Для аналогії спробуймо уявити, що ніби звук у повітрі також має двоїсту природу і його можна розглядати як поширення певних частинок. Для звуку навряд чи можливо таке уявити, оскільки ми знаємо, що звук — це поши- рення збурення в середовищі-повітрі і ніяких частинок звуку нема. Але така сама проблема й для світла, якщо вважати, що воно є результатом збурення якогось «ефіру». Тому для світла сприйнятливішим є інший підхід — кор- пускулярний, коли світлові електромагнітні хвилі розглядаються не як коливання певного середовища, а як потік частинок-фотонів. Для по- ширення частинок-фотонів середовище не потрібне. Однак в цьому випадку існує інша проблема — немає відповіді на питання: якщо світло — частин- ки, то де тут коливний процес? Де фаза? Де частота? Адже достеменно ві- домо, що світло — хвильовий процес. Виходить, що ні хвильова, ні корпускулярна теорії на ряд питань відпо- віді не дають або точніше — відповіді хвильової й корпускулярної теорій суперечливі. Порушується принцип узгоджувальності наслідків теорій. Якась із теорій виявляється недостовірною. Для того, щоб внести ясність у цю проблему, проаналізуємо детальніше хвильовий та корпускулярний підходи стосовно природи сиітла. Найбільш помітно, що в традиційній корпускулярній теорії світла, яке, безумовно, має хвильові властивості, відсутні характеристики коливального процесу — частота і фаза. Виправити такий недолік корпускулярної тео- рії необхідно й цілком можливо. Для цього фотони слід розглядати не просто як частинки, що мають масу і швидкість, а як частинки особли- ві — такі, що рухаючись, ще й перебувають у коливальному стані. У природі такі явища і процеси добре відомі. Порівняймо рух камінця (частинку) і пташку, які переміщуються з однаковою швидкістю. Пташку, яка летить, теж можна вважати частинкою, але для неї, на відміну від камін- ця, властивий ще й коливальний процес — вона махає крилами. Тому, якщо розглядати фотони як частинки, що перебувають у коливальному стані, то в такому випадку для хвильової і корпускулярної теорій принцип доповнюваль- ності та принцип узгоджувальності наслідків теорій реалізуються цілком. Однак, необхідно визначити механізм коливального процесу частинки- фотона. Теорія електромагнітних хвиль Максвелла, яка перевірена тривалим практичним досвідом, дуже переконливо описує характер коливань в елект- ромагнітній хвилі — це взаємно обумовлені коливання електричних і магніт- них полів: ),(cos 10 ψω +−= kxtEE yy ).(cos 20 ψω +−= kxtHH zz Б.А. Сусь, Б.Б. Сусь ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 4 134 На рис. 3 представлено коливання векторів E r та H r електромагнітної хвилі. Однак теорія Максвелла також містить у собі неясність фундаменталь- ного характеру, якої традиційно ніхто не помічає. Дійсно, звернімо увагу на те, що коливання E r та H r відбуваються з однаковою фазою, тобто 21 ψψ = . Це дуже важлива особливість електромагнітних хвиль: E r та H r разом зрос- тають і разом спадають. Справа в тому, що електричне і магнітне поля ма- ють енергію. Але так як E r та H r змінюються в часі та у просторі, то зміню- ється й енергія електромагнітної хвилі. У зв’язку з тим, що існує закон збереження енергії, постає питання: «У що перетворюється енергія елект- ромагнітної хвилі, змінюючись?» Енергія магнітного поля переходити в енергію електричного поля і навпаки, як це має місце в коливальному кон- турі, не може, оскільки електричне і магнітне поля разом зростають і разом зменшуються. Теорія Максвелла відповісти на це питання не може, тому потрібно глибше з’ясувати, що ж таке електромагнітна хвиля і як вона поширюється в просторі. Для пояснення ми висуваємо гіпотезу про те, що світло — це специ- фічна форма руху. У фізиці грунтовно вивчаються такі форми руху як по- ступальний, обертальний, коливальний. Однак існує ще один вид руху, який добре відомий, але на який не звертають увагу, як на форму руху. У робо- ті [6] показано, що світло — це така форма руху матерії, коли один вид ма- терії (речовина) перетворюється в інший вид матерії (поле). Приклади переходу матерії з одного виду в інший добре відомі. Так, перехід матерії з одного виду в інший відбувається при поділі важкого ядра урану під час вибуху ядерної бомби, коли частина маси ядра (речовина) пе- реходить в енергію γ-випромінювання (поле), або при взаємодії (анігіляції) електрона і позитрона, які зникають як речовина, утворюючи два γ-кванти поля. Відомий також перехід зворотного характеру — з поля в речовину, коли при зустрічі двох γ-квантів утворюються електрон і позитрон. Такі процеси відбуваються у відповідності зі співвідношенням: .2mcW = (1) Оскільки йдеться про взаємну зміну маси і енергії, то це має бути ві- дображено у формулі. Тому цілком логічно формулу (1) записувати у вигляді: .2 mcW Δ=Δ (2) Таким чином, в електромагнітній хвилі реалізується безперервний пе- ріодичний процес переходу маси в енергію і енергії в масу: K→Δ→Δ→Δ→Δ mWmW (3) Рис. 3. Коливання електричного ( E r ) і магнітного ( H r ) полів електромагнітної хви- лі; yE0 r , zH0 r — амплітуди коливань Cистемне дослідження традиційних проблемних навчальних питань фізики Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 4 135 І саме цим пояснюється природа коливного процесу в електромагнітній хвилі. Однак необхідно детальніше пояснити електромагнітну хвилю як прос- торове явище. Враховуючи двоїстість природи, світло слід розглядати як потік особливих частинок-фотонів, які перебувають у коливному стані [6]. Можна провести аналогію зі зграєю пташок у польоті. Кожна пташка махає крилами по різному (коливний процес). Однак можна виділити пташок, які махають крилами в однаковій фазі — разом піднімають, разом опускають. Такі пташки в просторі утворюють хвильову поверхню з певною фазою. Інші пташки утворюють хвильову поверхню з іншою фазою (рис. 4). Таким чином, уявлення про світло як про особливі частинки, що пере- міщуються зі швидкістю с, але при цьому перебувають у коливальному ста- ні, дає можливість цілком зняти суперечності між хвильовою і корпускуляр- ною теоріями світла. Також усуваються суперечності, які виникають у процесі розгляду інших світлових явищ з точки зору хвильової і корпуску- лярної теорій світла. Наприклад, дифракції. ДИФРАКЦІЯ З ТОЧКИ ЗОРУ ХВИЛЬОВОЇ І КОРПУСКУЛЯРНОЇ ТЕОРІЙ СВІТЛА Традиційно дифракція трактується як «огибание волнами препятствий», «отклонение от прямолинейного распространения и загибание света в об- ласть геометрической тени» [7, с. 276] та розглядається виключно з точки зору хвильової природи світла. Для пояснення використовується принцип Гюйгенса-Френеля, згідно з яким хвильова поверхня розбивається на зони таким чином, що коливання у сусідніх зонах відбуваються у протифазі. Ам- плітуда коливань у точці спостереження К знаходиться як суперпозиція хвиль, що приходять від усіх зон (рис. 5). Звернемо увагу, що для реального спостереження дифракції необхідна перешкода на шляху променів. Причому, перешкода повинна мати різкі (гострі) краї (точки M та D на рис. 5), що має принципове значення. Однак при традиційному хвильовому розгляді явища дифракції вимога щодо різкості країв перешкоди не відіграє якої-небудь принципової ролі, а важливим стає лише кількість зон, які вкладаються на відкритому проміж- ку хвильової поверхні між різкими краями (точки M та D на рис. 5). Тобто, важливе значення має саме відкрита ділянка перешкоди. Це одне з проблем- них питань при поясненні дифракції з точки зору хвильової теорії світла. Рис. 4. Модель польоту зграї птиць як представлення руху частинок (фотонів), що перебувають в коливальному стані Б.А. Сусь, Б.Б. Сусь ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 4 136 Ще більша проблема виникає під час розгляду явища дифракції з точки зору корпускулярного підходу — отримуються результати, які суперечать хвильовому підходу. Дійсно, з точки зору корпускулярної теорії світла фотон, який дійшов до відкритої частини хвильової поверхні в області перешкоди (точка N, рис. 6), не може змінити напрямку свого руху і потрапити в точку спостере- ження К, оскільки він має імпульс і змінити його не може. Але змінити напрямок свого руху можуть фотони, які потрапляють на краї перешкоди (точки M та L на рис. 6). Світло взаємодіє з перешкодою і відбувається перевипромінення фотонів. Причому, перевипромінення може відбуватися в будь-якому напрямку — в область тіні (точка 1P ) або в проти- лежному напрямку (точка 2P на рис. 7). Таким чином, при корпускулярному підході принципове значення ма- ють саме гострі краї перешкоди, а не світлова поверхня в проміжку між ни- ми, як це трактується при хвильовому підході. Для підтвердження такого висновку нами було проведено дослід із ди- фракції лазерного променя на дифракційній гратці (рис. 8). На екрані 1ε за дифракційною граткою ДГ виникає картина дифракційних максимумів ).2,1,0,1( ++− Однак аналогічна картина максимумів виникає на екрані 2ε перед дифракційною граткою ).2,1( ′+′+ Рис. 5. Трактування дифракції за допомогою зон Френеля. O — джерело світла; М та D — гострі краї перепони; K — точка спостереження на екрані ε Рис. 6. Суперечність корпускулярного підходу принципу Гюйгенса: О — джерело світла; M та L гострі краї перепони; ON — напрям руху фотона; K — точка спосте- реження Cистемне дослідження традиційних проблемних навчальних питань фізики Системні дослідження та інформаційні технології, 2013, № 4 137 Таким чином, принципова відмінність між хвильовим і корпускулярним підходами в тому, що джерелом світла при хвильовому підході вважається відкритий проміжок хви- льової поверхні, а при корпускулярному — гострі краї перешкоди, що обмежують цей відкритий проміжок. Зауважимо, що це принципова відмінність. Вимога стосовно різкості країв пере- шкоди зумовлена тим, щоб забезпечити то- чковість джерел і виразність дифракційної картини, створюваної ними. Отже, системний аналіз результатів за- стосування хвильового і корпускулярного підходів до пояснення явища дифракції світ- ла дає можливість зробити висновок про ві- рогідність результатів корпускулярної теорії. Більше того, на основі корпус- кулярного підходу маємо можливість зробити висновок про те, що дифрак- ція — це не якесь окреме фізичне явище, а є лише одним із видів інтерферен- ції, коли когерентними джерелами є різкі краї перешкоди, які й створюють інтерфе- ренційну картину. Нами поставлено експеримент, коли променем лазера освітлювалась вузька щі- лина і на екрані виникала дифракційнна картина із максимумів і мінімумів (рис. 9). На гострих краях 1S та 2S відбуваєть- ся перевипромінення світла в область тіні (точка K ) і в результаті накладання спо- стерігається дифракційна картина із мак- симумів і мінімумів. Виявилось, що ця ди- фракційна картина цілком відповідає інтерференційній картині, якщо відстань між краями щілини вважати відстанню між когерентними джерелами, якими в цьому випадку є гострі краї щілини. За формулою для ширини інтерференційної смуги xΔ при відстані між двома когерентними дже- релами d (ширина щілини) та відстанню l між джерелами і екраном розраховано дов- жину хвилі гелій-неонового лазера: .x l d Δ=λ (4) В експерименті при ширині щілини 28,0=d мм, відстані від щілини до екрана 100=l см на проміжку 0,10=h см спостерігалось 36 максимумів (тобто, відстань між двома сусідніми максимумами ).8,2≈Δx Розраховано за формулою (1) довжину хвилі 66,0=λ мкм, що в межах похибки вимірю- вання 04,0=Δλ мкм збігається з довжиною хвилі гелій-неонового лазера ( 63,0=λ мкм). Рис. 7. Перевипромінювання світла від країв перешкоди може відбувати- ся як в область тіні (точка 1P ), так і у зворотньому напрямку (точка 2P ) Рис. 8. Дифракція лазерного променя на дифракційній гратці (ДГ): }1,0,1{ +− , }2,1{ ′+′+ — дифракційні максимуми; 1ε — екран за дифрак- ційною градкою; 2ε — екран перед дифракційною градкою )2,1( ′+′+ Б.А. Сусь, Б.Б. Сусь ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2013, № 4 138 Таким чином, узгодження наслідків хвильової і корпускулярної теорій дає можливість зробити висновки стосовно явища дифракції як одного з видів інтерференці. ВИСНОВКИ У процесі пізнання важливе значення має розбудова теорій фізичних явищ або процесів, які підлягають ряду принципів. Одним із найважливіших принципів слід вважати принцип узгоджувальності наслідків частинних теорій. Так, відсутність узгоджувальності наслідків хвильової і корпускуляр- ної теорій світла призводить до суперечливих висновків. Суперечність хвильової і квантової теорій наочно проявляється на прикладі дифракції світла. І навпаки — суперечність повністю усувається, якщо світло розгля- дати з точки зору єдиної корпускулярно-хвильової теорії, коли фотони розглядаються як частинки, що перебувають у коливальному русі типу →Δ→Δ→Δ→Δ mWmW . Дослідження дифракціі показують, що дифрак- ція тотожна інтерференції і її особливість лише в тому, що когерентними джере- лами є гострі краї перепони, на яких відбувається перевипромінювання світла. ЛІТЕРАТУРА 1. Голин Г.М. Вопросы методологии физики в курсе средней школы: книга для учителя. — М.: Просвещение, 1987. — 127 с. 2. Мултановский В.В. Физические взаимодействия и картина мира в школьном курсе физики: пособие для учителей. — М.: Просвещение, 1977. — 167 с. 3. Каменецкий С.Е., Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е. Теория и методика обуче- ния физики в школе: общие вопросы: Учеб. пособие для студентов высш. пед. уч. заведений. — М.: Академия, 2000. — 368 с. 4. Сивухин Д.В. Курс общей физики. Учебное пособие для вузов. — 3-е издание. Оптика. — М.: Физматлит, 2005. — 792 с. 5. Лебедев Т.А. О некоторых дискуссионных вопросах современной физики. — Л.: Изд-во Ленинградского политехнического института, 1955. — 65 с. 6. Сусь Б.А., Сусь Б.Б. Незвичне бачення традиційних проблемних питань фізики. Науково-методичне видання. — К.: ВЦ «Просвіта», 2010. — 132 с. 7. Бутиков Е.И., Кондратьев А.С. Физика: электродинамика и оптика. — М.: Физматлит, 2008. — 336 с. Надійшла 15.02.2012 Рис. 9. Виникнення дифракційної−інтерференційної картини із максимумів і мінімумів при дифракції лазерного променя на гострих краях вузкої щілини

Системне дослідження традиційних проблемних навчальних питань фізики

Institution

Ähnliche Einträge