Шпаргалка по "Концепциям современного естествознания"

 

 

 

17. законы сохранения.

Физическое содержание свойств  законов по отношению к преобразованиям фундаментальной симметрии.

1)симметрия по отношению  к сдвигу от начала отсчета  времени, или свойство однородности  времени, проявляется в физическом  эквиваленте разных его моментов. Свойство однородности времени  позволяет сравнить результаты  опытов, проделанных в разное  время. Однородность времени,  т.е. симметрия по отношению  к преобразованию t=t0=t', приводят  к закону сохранения энергии.  Этот з-н выполняется для систем, находящихся в неизменных во времени внешних условиях. Такие условия создаются только потенциальными внешними полями и называются стационарными. Энергия может быть определена как физическая величина, сохранение которой обусловлено указанной симметрией.

2)Симметрия по отношению  к сдвигу начала координат,  или свойство однородности пространства, означает, что величина точки  физического пространства эквивалентны. Однородность пространства означает, что любая его точка физически  равноценна. т.е.  перенос любого объекта в пространстве никак не влияет на процессы, происходящие с этим объектом. Однородность пространства, т.е симметрия по отношению к преобразованию сдвига r=r0=r' приводит к закону сохранения импульса. З-н сохранения импульса соблюдается для изолированных систем.

3)Симметрия по отношению  к повороту координатных осей, или свойство изотропности пространства, есть физическая эквивалентность направлений в пространстве. Она выражается в том, что в повернутой установке, аппаратуре, лаборатории и т.д. все процессы протекают точно так же, как и до поворота. При этом повороту должно быть подвергнуто все, определяющее течение процесса. Изотропность пространства , т.е. симметрия по отношению к повороту, приводит к з-ну сохранения момента импульса. Этот з-н так же соблюдается для изолированных систем. Момент импульса частицы или системы сохраняется также центрально-симметричным силовым внешним полем. Момент импульса является величиной. Сохранение которой связано с изотропностью пространства.

1) Пространственно-временные  симметрии: 1. сдвиг времени, т  е изменение начала отсчета времени, не меняет физич-х законов. Это означает, что все моменты времени объективно равноправны и можно взять любой из начала отсчета времени.  Время однородно. Из этой симметрии вытекает з-н сохранения энергии. 2. Сдвиг системы отсчета пространственных координат не меняет физич з-в. Это означает, что все точки пространства равноправны и пространство однородно, отсюда вытекает з-н сохранения импульса. 3. Поворот системы отсчета пространственных координат оставляет физические з-ны неизменными. Это говорит об изотропности пространства – одинаковости его свойств по всем направлениям отсюда вытекает з-н сохранения момента импульса. 4. З-ны природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. В этом состоит классический принцип относительности Галилея. В соответствии с данным принципом, нет разницы между покоем и равномерным прямолинейным движением. Вытекает з-н сохранения скорости движения центра масс изолированной системы. 5. Фундаментальные физич з-ны не изменяются при обращении знака времени, т е при замене в уравнениях теории t на –t. Означает, что все соответствующие процессы в природе обратимы во времени (только в макромире). 6. Сущ-т зеркальная симметрия природы. Отражение пространства в зеркале не меняет физич з-в. Соответствует з-н сохранения четности – особого квантового числа, присущего каждой частице.

2) Внутренние симметрии.  Они действуют в микромире  и описывают разные аспекты  взаимопревращений элементарных  частиц друг в друга. 1. При всех  превращениях элементарных частиц  сумма электрических зарядов  частиц остается неизменной. В  этом состоит з-н сохранения электрического заряда. 2. На основе экспериментальных наблюдений выведен з-н сохранения барионного заряда. В соответствии  с ним разность между числом барионов и антибарионов, участвующих в сильном взаимодействии, не изменяется при любых процессах. 3. Аналогично обстоит дело и с легкими элементарными частицами – лептонами. Разность числа лептонов и антилептонов не изменяется при превращениях элементарных частиц. В этом состоит з-н сохранения лептонного заряда. 4. Уже давно известна внутренняя симметрия, названная изотопической инвариантностью . отсюда вытекает з-н сохранения изотопического спина, который выполняется только при сильных взаимодействиях. 5. з-н сохранения странности. Странность – это квантовое число, характеристика адронов, частиц, участвующих в сильных взаимодействиях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18. Фундаментальные  взаимодействия в природе.

Соврем. физика пытается раскрыть все содержание реального мира через проявления 4 видов взаимодействий: гравитационного, электромагнитного, сильного и слабого.

Гравит. взаимодействие является универсальным и описывается фундам. з-ном всемирного тяготения. Оно передается через любые тела, для него нет преград. Сила всемирного тяготения пропорциональна массам тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Гравитация связывает все тела Вселенной.

Электромагн. взаимодействие связано с наличием электр. и магн. полей. Электр. поле возникает при наличии электр. зарядов, а магнитное – при их движении. Электростат. взаимодействие сводится либо к притяжению, либо к отталкиванию. Электромагн. взаимодействие описывается фундам. законами электростатики и электродинамики.

Слабое взаимодействие существует только в микромире и было открыто при изучении явления радиоактивности. Силы слабого взаимодействия ответственны за превращение и разложение микрочастиц (например, нейтрона на протон, электрон и антинейтрино). Слабое взаимодействие значительно < всех остальных взаимодействий, кроме гравитационного. Благодаря слабым взаимодействиям происходят ядерные реакции в недрах Солнца и звезд.

Сильное взаимодействие отвечает за устойчивость ядер и действует  в пределах ядра, т.е. на 10-13см. Благодаря  ядерным силам ядра атомов являются очень устойч. системами, их трудно разрушить. С возрастанием размера ядра энергия связи уменьшается

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Все взаимодействия  в окружающем мире многообразны, но сводимы к 4 основным: гравитационное, электромагнитное, слабое, сильное.

Гравитационное Источник - масса ,Относит. интенсив - 10 в -36,Радиус действия - бесконечный дальнодейств. , На что действует - на все тела, имеющие массу (микро-, макротела) Примечание - всегда сила притяжения; центр. сила; ненасыщенная; универс. сила во Вселенной.

Электромагн. Источник -электр. заряд ,Относит. интенсив - 10в-2 Радиус действия - бесконечный дальнодейств., На что действует -  на заряженные тела Примечание - сила притяжения и отталкивания; центр.; ненасыщ.; в микро- и макромире.

Слабое Источник -элементар. частицы ,Относит. интенсив - 10 в-15 Радиус действия - в пределах размера атома (на 10 в -16), На что действует - на нейтроны Примечание -в микромире; ненасыщ.; сила притяжения.

Сильное Источник -протоны, нейтроны ,Относит. интенсив - 1 Радиус действия -в пределах размера ядра (на 10 в -17), На что действует -на нейтроны и протоны; не действует на фотоны, электроны и позитроны Примечание -сила притяжения; все термоядерные реакции идут благодаря выделению энергии сильн. Взаимодействия

19. концепция дальнодействия и близкодействия.

После введения понятия “поле” стало возможно осознать характер электр. сил и сил тяготения, т.е. взаимодействия. Ньютон открыл з-н всемирного тяготения, затем был открыт з-н Кулона, описывающий взаимодействие заряженных тел. В результате возникло мн-во вопросов: Почему тела большой массы действуют на расстоянии? Почему заряж. тела взаимодействуют даже через электрически нейтральную среду? Взаимодействие между телами может осуществляться через пустое пространство. Это суть концепции дальнодействия. Максвелл, Кулон и др. физики доказали, что дальнодействие не соответствует опыту и противоречит постулату СТО о скорости света. Скорость взаимодействия не может быть > скорости света. Перемещение электр. заряженных тел происходит не мгновенно, а с конечной скоростью. Перемещение одной заряж. частицы в пространстве приводит к изменению сил, действующих на др. частицы, спустя какое-то время. Это взаимодействие осуществляется через “посредника” – электр.-магнит. поле (его скорость = скорости света). Это составляет суть концепции близкодействия, т.е. взаимодействие осуществляется через посредника.

21. Динамические  законы и классический детерминизм.

В физике всегда стоял вопрос о причине происходящих явлений  и процессов и соотношений динамических и статистических з-ов с объективной реальностью. Поэтому существует два направления:

Детерминизм – это учение о причинной материальной обусловленности  природных, социальных и психических  идей, где основной мыслью является все в мире возникающее и исчезающее  закономерно действующих каких– либо причин.

Индетерминизм- учение, которое  отрицает причинную обусловленность  природы, общества и психики человека. Физика признает идею детерминизма, а  физические з-ны объективно существуют и отражаются в фундаментальных теориях. Для любой физической теории характерны 3 элемента: 1) совокупность физических величин, которые описывают объекты этой теории 2) понятие состояния 3) уравнение движения – это уравнение, которое описывает эволюцию состояния динамической системы.

Для динамического з-на характерно отражение объективной закономерности в форме однозначной связи физических величин. Динамическая теория представляет собой физическую теорию как совокупности динамических з-ов, т.е. з-ов движения. Первой и самой простой теорией была механика Ньютона , затем электродинамика Максвела, в последующем термодинамика, т.е. гравитация

Метафизика считает, что  все физические з-ны носят такой же характер, как и динамические, т.е. другие закономерности не признаются. Согласно Лапласовскому детерминизму  некоторые события в мире могут рассматриваться как случайные , но эта случайность связана с ограниченностью познавательской деятельности чел. , а в природе все подчинено принципу железной необходимости, случайного не бывает.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22  Статистические законы и вероятностный детерминизм.

Статистические законы характерны для микромира. Однако даже для макромира  идеального классического детерминизма невозможно. Динамические законы носят  универсальный характер. Основываясь  на них можно сделать предсказания, достоверные и однозначные. Позднее  сформулированные статистические законы позволили сделать предсказания, которые носят вероятностный  характер. Заключения, сделанные на их основе следует логически из имеющихся информации, поэтому они не достоверны и не однозначны. Характер информации статистический. Основная суть: при решении вопросов о поведении огромного числа частиц задача рассматривается по другому. Для изучения этого вопроса Максвелл ввел в физику понятие «вероятность». Вероятность события или явления объективна. А наступление этого события не зависит от познания этого события. Поэтому оно объективно. Существует на фоне случайных событий определенная закономерность, которая выражается некоторым числом. Это число и есть вероятность события она позволяет определить статистически средние явления. Благодаря статистическим  закономерностям Максвелл смог решить задачу о распределении молекул по скоростям и доказал, что случайное поведение молекул подчиняется определенным законам: вероятностным или статистическим, которые имеют следующие характеристики:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)В статистических теориях  состояние системы, вероятностная  характеристика определяется не  значением конкретной физической  величины, а вероятностью их распределения.  В динамических законах состояние  задает сама физическая величина. 2) в статистических законах по известному начальному состоянию определяются не сами значения физических величин, а их вероятность внутри заданных интервалов, определяется среднее значение. Эти величины играют ту же роль, что и сами величины в динамических теориях. Поэтому в статистических теориях главным является определение средних величин. Общее между динамическими и статистическими з-ми:1) по заданному уровню движения можно определить эволюцию системы. 2)Пол заданному статистическому закону распределения в начальный момент времени определяется вероятность в любой момент времени. 3) однозначно определяются значения средних величин 4) динамич и статистич з-ны выражают взаимосвязи в природе. На уровне стат з-ов можно говорить о причинности, но детерминизм в этом случае носит вероятностный характер. Любой природный процесс более точно описывается стат з-ми. Различия в описании, т.е. в динамическом з-не связь однозначна. Вероятностный детерминизм получил признание после создания квантовой механики, которая описывала движения и систем их объединяющих.  Непосредственно физические величины остались те же (масса, энергия), но основной величиной стала комплексная волновая ф-я, а состояние системы стало описывать ур-ем Шредингера.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23. Соотношение  динамических и вероятностных  законов.

Статистические  и динамические з-ны должны соответствовать друг другу и общественным закономерностям. Статистические з-ны были сформулированы на основе уравнений классической механики, которые считались основными. Статистические рассматриваем как следствие ограничения познавательной способности чело-ка. Однако в дальнейшем стат характер поведения элементарных частиц позволил им выдвинуться на первое место, но в дальнейшем было доказано их равноправие, т.к. каждая из них имеет свою сферу применения  и взаимно дополняют друг друга. Законы микромира являются статистическими. Они объективны, отражают связь материального мира. Их превалирование позволяет говорить о детерминизме более высокого уровня. Соотношение между динамическими и статистическими законами закл в след: для индивидуальных объектов используют динамические з-ны, а так же применяют для больших общностей. Один и тот же объект может быть описан с помощью тех и других законов