15. Квантово-механическая картина мира (основные принципы, ключевые понятия).

Данная картина мира явилась результатом дальнейшего развития электромагнитной картины мира. Формируется на основе:

• Квантовой гипотезы М.Планка (1858 – 1947)

• Волновой механики Э.Шредингера (1887 – 1961)

• Квантовой механики В.Гейзенберга (1901 – 1976)

• Квантовой теории атома Н.Бора (1885 – 1962)

В рамках квантово-механической картины мира сложились квантово-механические представления о материи:

- материя обладает корпускулярными и волновыми свойствами, т.е. каждый элемент материи имеет свойства волны и частицы.

Картина физической реальности в квартовой механике двупланова:

1. В неё входят характеристики исследуемого объекта;

2. Условия наблюдения (метод познания), от которых зависит определённость этих характеристик.

При описании объектов используется два класса понятий: пространственно-временные и энергетически-импульсные. Первые дают кинематическую картину движения, вторые – динамическую (причинную). Пространство-время и причинность относительны и зависимы.

Движение – частный случай физического взаимодействия: сильное – электромагнитное, слабое – гравитационное. Они описываются на основе принципа близкодействия: взаимодействия передаются соответствующими полями от точки к точке, скорость передачи взаимодействия конечна и не превышает скорости света.

Спецификой квантово-механических представлений о закономерности и причинности является то, что они выступают в вероятностной форме, в виде статистических законов.

Фундаментальные положения квантовой теории:

• Принцип неопределённости

• Принцип дополнительности

№.16. Основные концепции Пространства и Времени в классической механике и теории относительности.

Всеобщее свойство материальных тел обладать протяженностью, занимать место и особым образом располагаться среди других предметов мира – отражает философское понятие пространства. Всеобщее свойство материальных процессов протекать друг за другом в определенной последовательности (ночь-утро; зима-весна и т.д.), обладать длительностью и развиваться по этапам, стадиям отражает философское понятие времени. Естественнонаучные представления о пространстве и времени прошли длинный путь развития и становления. Ньютон предлагал различать два типа этих понятий: абсолютные (истинные, математические) и относительные (кажущиеся, обыденные). Эйнштейн в своей теории относительности предлагал считать пространство и время не отдельными от материи сущностями, а формами существования материи.

Общие свойства пространства: протяженность, связанность и непрерывность, трехмерность, единство метрических и топологических свойств.

Общие свойства времени: длительность, единство прерывного и непрерывного, необратимость, одномерность.

Из всеобщих свойств пространства и времени можно всего отметить:

1. Их объективность и независимость от человеческого сознания и сознания всех других разумных существ в мире (если такие есть).

2. Их абсолютность - они являются универсальными формами бытия материи, проявляющимися на всех структурных уровнях ее существования.

3. Неразрывную связь друг с другом и с движущейся материей.

4. Единство прерывности и непрерывности в их структуре наличие отдельных тел. фиксированных в пространстве при отсутствии каких-либо «разрывов» в самом пространстве.

5. Количественную и качественную бесконечность, неотделимую от структурной бесконечности материи невозможность найти место, где отсутствовали бы пространство и время, а также неисчерпаемость их свойств

17. Основные выводы из СТО (специальная теория относительности) и ОТО (общая теория относительности) А.Эйнштейна. 1)СТО устанавливает пространственно-временные свойства тела в зависимости от скорости его движения. В основе лежат 2 постулата: 1. Принцип относительности, согласно которому все законы природы одинаковы во всех инерциальных системах, Эйнштейн расширил принцип относительности Галилея. 2. Принцип постоянства скорости света, согласно кот. скорость света одинакова во всех инерциальных системах отсчета и не зависит от направления распространения света, а также от движения источника света от наблюдателя (~300 тыс. км/с.). Эйнштейн опирается на экспериментальные опыты (опыт Майкильсона). В результате было поставлено под подозрение существование эфира. В дальнейшем физика отказывается от понятия эфира как от постоянной точки отсчета. Все системы отсчета были признаны равнозначными. Относительность означает, что все системы отсчета одинаковы и нет системы, выступающей эталоном. В общем, из СТО следует, что длина тела и вообще расстояние между двумя материальными точками и длительность происходящих в них процессов, являются не абсолютными, а относительными величинами. При приближении к скорости света все процессы в теле замедляются, а размеры тела сокращаются. Пространство и время не являются абсолютными, т.е. целиком зависят от материальных объектов, в них находятся. СТО показала, что пространство и время тесно связаны между собой. В ходе этих исследований природа стала рассматриваться как организм, в котором все системы взаимосвязаны, т.е. зависят друг от друга. 2) ОТО - в рамках этой теории, являющейся дальнейшим развитием специальной теории относительности, говорится о том, что гравитационные эффекты обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, находящихся в пространстве-времени, а деформацией самого пространства-времени, которая связана, в частности, с присутствием массы-энергии. Таким образом, в ОТО, как и в других метрических теориях, гравитация не является силовым взаимодействием. Общая теория относительности отличается от других метрических теорий тяготения использованием уравнений Эйнштейна для связи кривизны пространства-времени с присутствующей в пространстве материей. ОТО в настоящее время — самая успешная гравитационная теория, хорошо подтверждённая наблюдениями. ОТО - распространяет законы природы на все, в том числе и на неинерциальные системы. Эйнштейн сделал факт равенства инертной массы и гравитационной для любого тела. Массы, создающие поле тяготения искривляют пространство и меняют течение времени. Чем сильнее поле тяготения, тем медленнее течет время, по сравнению с течением времени вне поля. ОТО показала глубинную связь между движением материальных тел; а также и то, что все системы отсчета являются равноценными для описания системы природы.

18. Современные научные представления о физической реальности. Корпускулярно-волновые свойства материи. Корпускулярно-волновой дуализм — это теория о том, что свет представляется на микроуровне одновременно и как мельчайшие частицы (корпускулы), и как волны. В частности, свет — это и корпускулы (фотоны), и электромагнитные волны. Корпускулярно-волновой дуализм света означает, что свет одновременно обладает свойствами непрерывных электромагнитных волн и свойствами дискретных фотонов. Этот фундаментальный вывод был сделан физиками в XX века и вытекал из предшествующих представлений о свете. Ньютон считал, что свет - поток корпускул, т. е. поток прямолинейно летящих частиц вещества. Такая теория хорошо объясняла прямолинейное распространение света. Но возникали затруднения при объяснении законов отражения и преломления, а явления дифракции и интерференции совершенно не могли быть объяснены корпускулярной теорией. Поэтому возникла волновая теория света. Эта теория объясняла дифракцию и интерференцию, но возникали трудности с объяснением прямолинейного света.

       Только в XIX веке  Ж. Френель, используя открытия других физиков, сумел объединить уже выведенные принципы в одну теорию, согласно которой свет - поперечная механическая волна. В дальнейшем Максвелл открыл, что свет - один из видов электромагнитного излучения. Но в начале XX века, благодаря открытиям Эйнштейна представления о свете опять изменились. Свет стал пониматься как поток фотонов. Но определенные свойства света прекрасно объяснялись и волновой теорией.

       Свет обладает как корпускулярными, так и волновыми свойствами.         При этом существуют следующие закономерности: чем короче длина волны, тем ярче проявляются корпускулярные свойства, чем больше длина волны, тем ярче проявляются волновые свойства. Позднее  французский физик Л. де Бройль высказал идею, что корпускулярно-волновой дуализм имеет универсальную природу, т.е. присущ всем частицам вещества. Позже эта гипотеза подтвердилась экспериментально.

Современная трактовка корпускулярно-волнового дуализма может быть выражена словами физика В. А. Фока (1898—1974): «Можно сказать, что для атомного объекта существует потенциальная возможность проявлять себя, в зависимости от внешних условий, либо как волна, либо как частица, либо промежуточным образом. Именно в этой потенциальной возможности различных проявлений свойств, присущих микрообъекту, и состоит дуализм волна — частица. Всякое иное, более буквальное, понимание этого дуализма в виде какой-нибудь модели неправильно».

19. Основные концепции детерминизма в науке. Детерминизм и причинность в современной физике. Наиболее ясная и точная формулировка сущности классического детерминизма принадлежит П. Лапласу. Действительно, лапласовский детерминизм основывается на представлении, согласно которому весь окружающий нас мир представляет собой огромную механическую систему. Согласно Лапласу, в таком детерминизме не делается никакого различия между движениями «величайших тел Вселенной и легчайших атомов». Разумеется, Лаплас отдавал себе отчет в том, что такая ситуация в реальном мире невозможна и поэтому она представляет собой идеализацию. Но в то же время он верил, что в основе мира лежит именно механистическая концепция, согласно которой Вселенная уподобляется гигантскому механизму, все будущие состояния которого строго детерминированы, или предопределены, его начальным состоянием. Главный недостаток лапласовского, как и любого другого механистического детерминизма состоит прежде всего в том, что он представляет мир, Вселенную как систему, полностью детерминированную исключительно законами механики. В таком мире не было бы ничего неопределенного и случайного. В связи с этим сама случайность, по существу, исключается из явлений природы и общества. Начиная с Демокрита в античной философии и особенно Т. Гоббса (1588—1679) в английской философии Нового времени случайное прежние материалисты определяли как то, «необходимую причину чего нельзя разглядеть». Такой взгляд на случайность был продиктован механицизмом старого метафизического материализма, получившего наиболее яркое выражение во французском материализме XVIII в. Аналогичных воззрений на случайность придерживались многие ученые той эпохи. Тот же Лаплас, например, считал случайным то, причину чего мы не знаем или не можем точно выявить ее следствия. С этих позиций он рассматривает и вероятность, когда указывает, что она «обусловливается отчасти незнанием, а отчасти нашим знанием». В то время как классическая концепция вероятности, нашедшая свое завершение в трудах П. Лапласа, связывает понятие вероятности со степенью нашего незнания, современная частотная, или статистическая, интерпретация вероятности, напротив, подчеркивает объективное содержание понятия вероятности. Она рассматривает вероятность как количественную меру степени возможности событий, определяемую устойчивостью частот случайных массовых событий, происходящих в объективном мире. Таким образом, сторонники механистического материализма абсолютизируют категорию необходимости, признавая подлинными лишь универсальные законы, и исключают случайности из мира. Если последовательно придерживаться такой точки зрения, то неизбежно придется признать и предопределенность всех событий в мире и связанный с ней фаталистический взгляд на мир. Ошибочность таких взглядов заключается в непонимании диалектической взаимосвязи между случайным и необходимым, когда они рассматриваются обособленно и противопоставляются друг другу. В действительности же необходимость возникает как результат взаимодействия множества случайностей, о чем свидетельствуют статистические законы. В свою очередь, случайности выступают и в форме дополнения необходимости, поскольку универсальные или строго детерминистические законы в чистом виде не существуют. При их установлении мы отвлекаемся от некоторых второстепенных факторов, которые рассматриваются при этом как случайные, ибо не оказывают существенного влияния на ход процессов.