Шпаргалка по "Концепциям современного естествознания"

 

 

 

 

11. материя и ее виды.

В современном естествознании одной из главных задач  является создание естественнонаучной картины  мира, которая постоянно дополняется  и уточняется. К наиболее общим  и фундаментальным  понятиям физического  описания природы относится материя, движение, пространство, время.

Материя- объективная реальность, существующая независимо от человеческого сознания: множество явлений, объектов и их систем, носитель всех разнообразных свойств, отношений, взаимодействий объектов, форм движения. В современном представлении различают два вида материи: вещество и поле. И добавляют третий предполагаемый вид материи физическим фактором.

1)В-во и поле  различаются как корпускулярные и волновые сущности: в-во дискретно и состоит из атомов, а поле нет.

2) В-во и поле разл по свои физическим характеристикам: частицы в-ва обладают массой покоя, а поле нет

3) В-во и поле разл по степени проницаемости: в-во мало проницаемо, а поле полностью проницаемо.

4)Скорость распространения  поля равна скорости света , а скорость движения частиц в-ва меньше ее на много порядков

К важнейшим атрибутам  материи относится:

1)структурность ( строение материи в микромире,

существование ее в виде атомов, молекул, элементарных частиц)

2) системность ( внутреннее  или внешнее упорядоченное множество   взаимосвязанных элементов, которые  определяются некоторой целостностью, проявляют себя как целостность   по отношению к др объектам и внешним условиям)

Материя как вещество представляет собой молекулы, атомы, элементарные частицы. Все построенные из них  тела макро и мега мира. Эти тела имеют разную структуру и форму. Поле представляет собой особую форму  материи – это физические поля – электромагнитные, гравитационные, поля ядерных сил, квантовые поля кот образуются различными элементарными  частицами. Поли Дирака или физический вакуум новый, возможный вид материи. Существование Поли Дирака доказывается физическим опытом. Физический вакуум прозрачен для электромагнитных излучений, не оказывает сопротивления  движению материальных частиц. Для  известных видов материи присущи  определенные свойства:МАТЕРИЯ: вещество и поле. ВЕЩЕСТВО-1.обладает массой покоя 2.поля входят в структуру вещества 3.нет импульса и энергии 4.прозрачно для полей, но не прозрачно для вещества. ПОЛЕ-1.не обладает массой покоя 2.есть энергия и импульс 3. Прозрачно для вещества и взаимодействует с ним. По структуре вещество представляет собой частицы и поля содержащиеся во внутренней структуре вещества. Квантами полей являются сами частицы вещества. Квант – частица, носитель какого либо физического поля. Квантом электромагнитного поля явл фотон – частица света. Квантом гравитационного поля явл – гравитон. Частицы и поля в веществе взаимодействуют друг с другом и на этом проявляется дискретность и непрерывность материи. Дискретность закл в том, что все частицы, атомы обладают некоторой прерывностью и локализованностью в пространстве. Непрерывность материи проявляется в том, что поля поля непрерывно распределены в пространстве, но не явл контенуальной средой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12. корпускулярное  и континуальное описание природы.

любое в-во представляет собой часицы и поля. квантами полей являются частицы, которые относятся к в-ву. квант - частица носитель какогото физического поля. частицы и поля взаимосвязаны друг с другом. это проявление прерывности или непрерывности в структуре материи. тк каждая частица обладает огтносительной прерывнострь и ограниченностью в пространстве. поле распространено в пространстве непрерывно. однако поле неконтинуально. континуальная среда - это сплошная материальная среда св-ва которой меняется непрерывно пространству. при излучении и поглащении энергии поля проявляются дискретно, в виде квантов т.н. отд. пучками нельзя говорить о том что сущ границы между полем и в-ом.поля переходят в частицы, а частицы в поля. Для всех частиц вещества  характерно единство корпускулярных и волновых свойств. Луи де Броиль выдвинул гипотезу  о том, что корпускулярно – волновой дуализм (КВД) присущ не только свету, но и другим элементарным частицам (электронам, протонам). Чем больше частота света, тем короче длина световой волны, тем сложнее обнаруживаются его волновые свойства, т.е свет ведет себя как поток частиц, поэтому де Броиль предположил, что существуют волны более короткие, чем ?-излучение. Они и связаны с частицами в-ва. Природа их не электромагнитная, поэтому аналогов в классической физике нет. С любым микрообъектом связаны:

1)корпускулярные хар-ки (энергия и импульс) (Е и Р)

2)волновые (частота и длина  волны) 

Основная мысль гипотезы заключается в том, что эти  формулы применялись не только для  фотонов, но и для других частиц, у которых есть масса покоя. С  любой частицей, обладающей импульсом  можно сопоставить любой волновой процесс, при которой длина волны  определяется формулой де Броиля: лямда=h/р  В последствии эта гипотеза была подтверждена на практике.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13. классические  представления о пространстве  и времени.

представления о пространстве в матер. к.м. возникли на основе наблюдений и практич. использования матер. объектов, которые имели размеры и занимали в простр. какой-то объем. Представыления о времени возникли благодаря тому, что человек наблюдал смену событий в природе. в естеств. простр. и время относятся к фундам. концепциям физич.опис.природы. ньютон предложил различать два понятия:1абсолютное(истиное, математическое) и 2. относительное(кажущееся, обыденое).

Абсолютное пространство-это  чистое неподвижное вмесилище тел, беотносительное к чему либо внешнему, всегда одинаково и неподвижно.

относительное пространство- это мера которая опред нашими чувствами по положению относит некоторых тел, и в обыденой жизни счяитаертся неподвижным.

абсолютное время - чистая длительность, абсолютная равномерность  событий.

относительное время-кажущееся обыденое время, которое явл. точной или изменчивой внешней мерой продолжительности.

измеряется отн. время в единицах длины, а время в ед времени.

абсол. пространство и время измерения не имеют.

14. Принцип относительности.  Специальная и общая теория  относительности.

впервые принцип относительности был рассмотрен галилеем для механического движения, которое явл. относительным и характер зависит от системы отсчета. существуют инерциальные системы в них выполняются 1ый закон ньютона, те эти системы либо покоятся, либо движутся равномерно и прямолинейно, относительно других систем.

в современной трактовке  принцип относительности звучит так: все инерциальные системы тсчета равноправны между собой, неотличны друг от друга, тк физ процессы протекают в них независимо от равномерного и прямолинейного движения системотсчета. одновременно было установлено понятие инвариантность, симметрия, взаимосвязь с законами сохранения и законами природы.

в основе то эйнштейна лежат два постулата:1 никакие опыты проведеные в данной системе не дают возможности обнаружить покоится ли система, или движется равномерно и прямолинейно. все законы природы инвариантны при переходе от одной системы к другой. 2. скорость света в вакуме не зависит от  скорости движения источника, и наблюдателя, и одинакова во всех иненрциальных системах отсчета, и = 300тыс км в с.

15. Современная  концепция пространства и времени.

в современном представлении пространство и время являются относительными. Современные представления разработал Эйнштейн он представил релятивистскую теорию в некотором ином ракурсе и смог ее объяснить. п и в неотделимы от материи(а ньютон объединял) в соврем понимании, поэтому говорят о пвс, по отношению к каким -либо матер.система. изучают специф и общие св-ва п и в. особености в микро и макромире. всеобщие св-ва проявляются на всех известных уроывнях материи, и с ее атрпибутами, те движениями. специф. или локальные св-ва проявляются на опред структур. уровнях и свойственны только некоторым классам матер. систем. всеобщдее св-ва п и в 1. объективность и независимость от человеческого сознания. 2. абсолютность, те существует на всех уровнях существования материи. 3. взаимосвязь друг с другом и с материей. 4 единство прерывного и непрерывного. 4. колич. и качеств. бесконечность неотделимая от структуры материи.

после развития то п и в объединились и равсматривыаются как единая форма бытия материи. если происходит изменение пространственных св-в изменяются и временные, и наоборот.

св-ва пространства: протяженость, непрерываность, единство метрических и топологических св-в, бесконечность пространества единство со временем. св-ва времени: длительность, необратимость, одномерность.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16. симметрия в  природе.

Симметрия широко распространена в природе и жизни человека. Кристаллы, молекулы пространственных, оптических изомеров, живые организмы  обладают симметрией. На симметрии  во многом основывается такое явление, как красота.

Симметрия в физике - это  свойство физических величин, детально описывающих поведение систем, оставаться неизменными при определенных преобразованиях. Во многих случаях из принципов симметрии  логически следуют законы сохранения.

Принципы симметрии делятся  на 1) внешние или пространственно-временные  и 2) внутренние симметрии.

К внешним симметриям относятся:

Объективная равноправность всех моментов времени. Это означает, что время однородно и любой  момент времени можно взять за начало отсчета. Из этого вытекает закон  сохранения энергии.

Однородность пространства, т. е. равноправие всех его точек. Сдвиг в пространстве какой-либо системы не влияет на процессы внутри нее. Из этой симметрии вытекает закон  сохранения импульса.

Изотропность пространства, т. е. одинаковость его свойств по всем направлениям. Из этого следует закон сохранения момента импульса.

Принцип относительности, определяющий одинаковость законов природы во всех системах отсчета. Из него вытекает сохранение скорости движения центра масс.

Обратимость процессов во времени - действует только на уровне макромира. Фундаментальные физические законы не изменяются при обращении  знака времени. На уровне микромира  наблюдается необратимость процессов. Считают, что это связано с  неравновесным состоянием Вселенной.

Зеркальная симметрия  природы - не изменяет физических законов  любого природного объекта.

Зарядовое сопряжение - замена частиц на античастицы не изменяет природных процессов.

Зеркальная симметрия  и зарядовое сопряжение сохраняется  только при сильных и электромагнитных взаимодействиях, тогда как остальные  симметрии выполняются при любых  взаимодействиях.

К внутренним симметриям относятся:

1. Неизменность суммы электрических  зарядов элементарных частиц. В  этом состоит закон сохранения  электрического заряда.

2. Постоянство числа тяжелых  частиц и античастиц ядра (барионов) не изменяется при любых процессах.

3. Неизменность числа лептонов  и антилептонов (легких частиц) при превращениях элементарных частиц.

4. Изотопическая инвариантность - связана с сильным ядерным  взаимодействием между протонами  и нейтронами. Эти частицы различаются  только наличием положительного  заряда у протона. При сильных  взаимодействиях они выступают  как одна частица. Поэтому Гейзенберг  предложил рассматривать протон  и нейтрон как два разных  состояния одной частицы - нуклона.  Атомы, ядра которых различаются  только числом нейтронов, называются  изотопами, поэтому данный тип  симметрии получил название изотопической. 

На основе теорий Большого и Суперобъединения физики пришли к идее суперсимметрии, т. е. симметрии, объединяющей все типы элементарных частиц в единое целое на основе теории суперструн и геометрии искривленного пространства.

Законы симметрии имеют  однозначный, динамический характер, не допускающий статистического (вероятностного) разброса физических величин.

Симметрия предполагает неизменность объекта или свойств объекта  по отношению к каким-нибудь преобразованиям, операциям, выполняемым над объектом. Симметрию можно понимать в геометрическом смысле как - симметрию положений. Симметрия  имеет определенную структуру, состоящую  из трех факторов. 1.объект или явление, симметрия которого рассматривается 2.изменение или преобразование, по отношению к которому рассматривается  симметрия. 3.Инвариантность или неизменность, сохранение каких-либо свойств объекта, выражающих рассматриваемую симметрию.

 

 

20. Теория единого  поля.

Теория электромагнетизма. С помощью единых констант она  описывает электр. и магнитные явления. Существует идея выявить универс. константы и объединить все 4 взаимодействия в одной теории. Решением этой проблемы на 1-ом этапе является вопрос Как связать 3 взаимодействия. Этот вопрос решается на основе теории кварков, слабого и электромагнит. взаимодействия. Модели, которые описывают 3 из 4 взаимодействий, называются моделями великого объединения. Те, которые описывают все 4 взаимодействия, назыв. моделями супер гравитации. Сейчас сумели объединить слабое, сильное и электромагнит. взаимодействия. Но это характерно лишь на расстоянии 10-29см и с энергией Е=1014ГэВ. Теорий великого объединения несколько. Но основная идея – супер гравитация. Предполагают, что такое описание возможно на основе теории суперструн.