Шпаргалка по "КСЕ"

Подходы к описанию материи.

1. Корпускулярная теория (все материальные объекты состоят из определённых материальных частиц – корпускул).
2. Континуальная теория (рассматривает повторяющиеся непрерывные процессы, относительные колебания). Форма поля равномерно распределена в пространстве, это и есть материя. Возмущение этого и приводит к созданию материальных объектов.

Луи де Брюль  сформулировал теорию корпускулярно-волнового  дуализма. Это физический принцип, согласно которому любой объект может проявлять себя как волна и как частица. Эта теория используется для объяснения явлений, наблюдаемых в макромире.

Микромир – область предельно малых, непосредственно наблюдаемых материальных объектов, размер которых лежит в диапазоне от 10*8 до 10*16 см, при этом время жизни от бесконечности до 10*24 сек. К микромиру принадлежат атомы и элементарные частицы. Элементы микромира обладают типичными корпускулярно-волновыми свойствами.

Макромир – мир материальных объектов, соизмеримых по масштабу с человеком. Пространственные величины на уровне макромира измеряется от мм до км, а время – от секунд до лет. Элементы макромира – это макромолекулы и кристаллы, вещества в различных агрегатных состояниях, разнообразные живые организмы и продукты их жизнедеятельности.

Мегамир – часть материального мира с космическими масштабами и скоростями. Основная единица измерения – световой год, равный расстоянию, которое свет проходит за код астрономический. При скорости в 300000 км/сек данное расстояние будет равно 10 трлн. км. Три световых года образуют парсек – 30 трлн. км. Время существования среднестатистического космического объекта – миллионы и миллиарды лет.

Основа материального  мира – взаимодействие материальных объектов.

Фундаментальное взаимодействие – качественно различающиеся взаимодействия элементарных частиц и составленных из них тел.

Типы  взаимодействия:

- гравитационное (1915, Эйнштейн, общая теория относительности)

- электромагнитное (1863, Максвелл, теория электромагнетизма)

- сильное (1935, Юкава, теория сильного взаимодействия)

-слабое (1967, Салим,  Вайнберг, теория слабого взаимодействия)

Для этих типов  взаимодействия известны материальные носители, кроме гравитационного.

Дж. Дальтон –  первая целостная атомарная теория строения материи.

Бор и Резерфорд  – создание планетарной модели атома 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ФИЗИЧЕСКОГО  ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

  Одно  из определений физики как науки  таково: физика является учением о различных типах взаимодействий. Взаимодействие является основной причиной движения материи. Оно присуще всем материальным объектам, т. е. можно сделать вывод, что взаимодействие универсально, как и движение.

  Основными характеристиками движения являются энергия  и импульс, и именно энергией и  импульсом обмениваются объекты  при взаимодействии. В классической механике взаимодействие определяется силой, с которой один материальный объект действует на другой. В более общем случае взаимодействие характеризуется потенциальной энергией.

  О том, как осуществляется взаимодействие между объектами, существует две концепции: близ-кодействия и дальнодействия. Первая теория говорит о том, что взаимодействие материальных объектов передается через пустое пространство мгновенно. Эта теория служила основой классической физики и существовала до конца XIX в. В настоящее время экспериментально подтверждена концепция дальнодействия: взаимодействия передаются посредством физических полей с конечной скоростью, не превышающей скорости света в вакууме.

  Взаимодействия  материальных объектов и систем, наблюдаемые  нами в окружающем мире, весьма разнообразны. Но в общем случае их можно отнести к четырем видам фундаментальных взаимодействий: гравитационному, электромагнитному, слабому и сильному. Гравитационное взаимодействие проявляется во взаимном притяжении любых материальных объектов, имеющих массу. Электромагнитное взаимодействие обусловлено электрическими зарядами и передается посредством электрического и магнитного полей. Сильное взаимодействие обеспечивает связь нуклонов в ядре и определяется ядерными силами. Слабое взаимодействие обусловливает большинство распадов элементарных частиц, взаимодействие нейтрино с веществом и другие процессы.

  Для количественной характеристики фундаментальных  взаимодействий обычно используют безразмерную константу взаимодействия, определяющую величину взаимодействия и радиус действия. Для гравитационного взаимодействия эта константа равна 6 ? 10-39, а радиус его действия бесконечен. Для электромагнитного взаимодействия значение константы составляет 1/137, а радиус его действия также неограничен. Константа сильного взаимодействия равна 1, оно проявляется в пределах размеров ядра. Для слабого взаимодействия постоянная равна 10-14, а радиус взаимодействия – порядка 10-18.

  Фундаментальные взаимодействия характеризуются соответствующими константами, которые в зависимости от систем координат могут иметь различные значения. Обычно используются следующие значения этих констант. Гравитационное взаимодействие характеризуется постоянной Кавендиша Gm= 6,7 ? 10-11н ? м2/кг2. Слабое взаимодействие – универсальной постоянной Gm= 1,4 ? 10-62Дж ? м3. Электромагнитное и сильное взаимодействия обычно характеризуются безразмерными постоянными. Первое – ge=1/137 – так называемая «постоянная тонкой структуры»; второе – g5= 8 ? 10-2.

  Создание  единой теории фундаментальных взаимодействий – одна из важнейших задач современного естествознания. Предполагается, что при относительно больших энергиях взаимодействия частиц все четыре фундаментальных взаимодействия характеризуются единой силой. 

Современные представления о пространстве и временит

Пространство  и время – фундаментальные  категории современного естествознания. Физические, биологические, географические и другие величины непосредственно  или опосредованно связаны с  пространственно-временными характеристиками объектов. Ученые давно ведут дискуссии о сущности пространства и времени, об их основных свойствах. Проблемы пространства и времени во многом решаются в рамках господствующей в конкретную эпоху парадигмы. Картинам мира разных исторических эпох с присущими им культурами соответствовали свои пространственно-временные представления. Более того, выбор самих моделей пространства и времени зависит от конкретных целей и масштабов, в которых существует изучаемое явление или объект.

Нашим далеким предкам мир представлялся маленьким и кратковременным; для них пространство замыкалось видимыми очертаниями моря и гор. Пространство первобытных людей было очень неоднородным. На территории племени выделялись тотемные центры – места, где пространство, по мнению членов племени, обладало максимально благоприятными качествами. Место обитания племени было также благотворным пространством, ибо здесь похоронены предки, охраняющие племя. За относительно упорядоченным пространством племенной территории располагалось внешнее пространство, наделенное отрицательными качествами. Развитие межплеменных связей обусловило появление представлений о множественности оазисов упорядоченного бытия.

Что касается восприятия времени, то первобытное  мышление не ощущало как однородные следующие друг за другом отрезки времени и приписывало некоторым периодам дня и ночи, лунного месяца, года и т.д. свойство оказывать благоприятное или гибельное влияние. В более развитой мифологии каждому уровню мира присуще свое время, отличающееся такими параметрами, как ритм, длительность и т.п. Для мифологического времени характерна ориентация на прошлое. Мифологический прамир помещается в то время, когда еще не было времени, оно само еще созидалось. Более того, мифологическое время, соотнесенное с прошлым, оказывается вместе с тем настоящим и даже будущим, так как первобытные представления порождены циклическим видением времени. Колесо времени двигалось из прошлого, захватывало настоящее и через будущее уносило их в прошлое. Прошлое претерпевало изменения, аккумулируя достижения первобытного мышления и познания.

Древним грекам мир не представлялся столь  маленьким. Они были смелыми мореплавателями; установили торговые и культурные связи  со многими народами, населявшими  берега Средиземного моря. Эратосфену удалось определить длину земной окружности. В античной натурфилософии на смену опоясывающему Землю Океану приходит линейно упорядоченная река времени, которая катит свои воды из прошлого через настоящее в будущее. В античности существовал широкий спектр представлений о сущности пространства и времени.Эмпедокл, развивая учение о невозможности пустоты, высказывался в пользу реальности изменения и движения, считал, что пустого пространства не существует, и в качестве доказательства указывал: если рыбы передвигаются в воде, следовательно, все объекты также существуют в определенной среде. Напротив, Демокрит утверждал, что пустота существует и необходима для перемещений и соединений атомов. У Евклида пространственные характеристики объектов обрели строгую математическую форму. В это время зарождаются геометрические представления об однородном и бесконечном пространстве, высказываются предположения о шарообразности Земли и о Солнце как центре Вселенной. В античное время возникает первая целостная система мира – геоцентрическая система Птолемея, в которой планеты, Солнце и другие небесные тела обращаются вокруг Земли по орбитам, представляющим сложное сочетание круговых орбит – деферентов и эпициклов. В центр деферента помещалась Земля, и принималось, что планета движется по эпициклу (системе эпициклов), центр которого равномерно перемещается по деференту. Система Птолемея представляла собой универсальную модель мира, где время было бесконечным, а пространство – конечным, в котором происходит равномерное круговое движение небесных тел вокруг неподвижной Земли.

Линейную  модель течения времени восприняло христианство, где присутствуют три  момента времени: сотворение мира, распятие Христа и загробный мир – конечный пункт. Однако в христианстве река времени  потекла вспять: настоящее непрерывно переходит из будущего в прошлое. Здесь более приемлем образ песочных часов. Бог сотворил время и, отмерив нужное количество, "засыпал" его в верхнее отделение часов – это и есть будущее, которое через отверстие (настоящее) стекает в нижнее отделение – в прошлое. Согласно Библии, Вселенная состоит из круглой плоской Земли, накрытой сверху твердым куполообразным небесным сводом, под которым движутся облака и небесные светила.

Начиная с XV века, представления о пространстве и времени значительно расширяются. Этому активно способствовали Великие географические открытия, давшие представления о пространстве в пределах Земли и эмпирически доказавшие шарообразность нашей планеты. Изменение научной картины мира произошло с появлением гелиоцентрической системы мира, предложенной Н. Коперником (1543), где Солнце – центральное тело, вокруг которого обращаются планеты. Гелиоцентрическая система мира сменила представление о Земле как центре мироздания. Теория Коперника направила движение естественнонаучной мысли к признанию безграничности и бесконечности пространства. Развитие эти взгляды получили в теории Дж. Бруно, который связал бесконечность Вселенной и пространства. Бруно писал, что Вселенная должна быть бесконечной благодаря возможности и сообразности бытия бесчисленных миров, подобных нашему.

В начале XVII века И. Кеплер в гелиоцентрической  картине движения планет увидел действие единой физической силы. Он установил  универсальную зависимость между  периодами обращения планет и  средними расстояниями их до Солнца, ввел представление об их эллиптических орбитах. Огромную роль в развитии представлений о пространстве сыграл сформулированный Галилеем принцип относительности, расширение которого во многом привело к современным научным представлениям о пространстве и времени. Он заметил, что, находясь в помещении под палубой корабля и наблюдая за всем, что там происходит, нельзя определить, покоится корабль или он движется равномерно и прямолинейно. Галилей сделал вывод, что механическое движение относительно, а законы, которые его определяют, абсолютны, т.е. безотносительны. Его взгляды коренным образом отличались от общепринятых в то время представлений Аристотеля о существовании "абсолютного покоя" и "абсолютного движения".

Дальнейшее  развитие представлений о пространстве и времени связано с именем Р. Декарта, который полагал, что все явления природы объясняются механическим взаимодействием элементарных материальных частиц. Взаимодействие он представлял в виде давления или удара при соприкосновении частиц друг с другом и ввел, таким образом, в естествознание идею близкодействия. Он поставил знак равенства между материальностью и протяженностью, т.е., отрицая пустое пространство, отождествил пространство с протяженностью.

Новая картина мира была предложена И. Ньютоном. Распространив на всю Вселенную закон тяготения, он пришел к выводу, что Вселенная бесконечна. Лишь в этом случае в ней может находиться множество космических объектов – центров гравитации, связанных между собой силой тяготения. Пространство и время Ньютон характеризует как вместилища самих себя и всего существующего: во времени все располагается в порядке последовательности, в пространстве – в порядке положения. При этом Ньютон различал два типа понятий пространства и времени – абсолютные (истинные, математические) и относительные (кажущиеся, обыденные). Абсолютное время само по себе и без всякого отношения к чему-либо внешнему протекает равномерно и иначе называется длительностью, а абсолютное пространство безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным. Относительное время есть постигаемая чувствами внешняя мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо истинного времени (час, день, месяц, год), а относительное пространство есть мера или какая-либо его ограниченная подвижная часть, которая определяется нашими чувствами по положению его относительно некоторых тел и которая в обыденной жизни принимается за пространство неподвижное. Для своих построений Ньютон использовал модели абсолютного пространства и времени.