- •Лекции по курсу
- •2. Литература, необходимая для изучения курса.
- •3.Цели и задачи дисциплины.
- •4.Требования к уровню освоения содержания дисциплины.
- •5.Структура современного естествознания.
- •6.Методология естествознания.
- •7.История естествознания.
- •1. Пространство и время
- •2. Механическая форма движения материи. Основы классической механики
- •3. Релятивистская концепция механического движения. Представления специальной теории относительности
- •4. Понятие об общей теории относительности. Влияние гравитации на пространство и время
- •5. Масштабы пространства, времени.
- •6. Современные представления о структуре и эволюции Вселенной
- •1. Ритм как упорядочение времени
- •2. Космические и биологические ритмы
- •3. Общая характеристика колебаний
- •4. Виды колебаний
- •5. Общая характеристика волны
- •6. Упругие волны
- •7. Электромагнитные волны
- •8. Волновые явления
- •1. Симметрия
- •2. Законы сохранения
- •3. Фундаментальные взаимодействия
- •4. Развитие представлений о физических полях
- •5. Концепция обменного взаимодействия
- •6. Концепция корпускулярно-волнового дуализма в современной физике
- •7. Основные положения квантовой механики
- •8. Структура микромира
- •1. Термодинамический и статистический методы описания систем
- •2. Общие свойства систем. Системный подход
- •3. Основы равновесной термодинамики (термодинамики изолированных систем)
- •4. Основы неравновесной термодинамики
- •5. Термодинамика сильно неравновесных систем
- •6. Эволюция самоорганизующихся систем
- •Активная
- •7. Синергетика и экономика
- •1. Предмет химии
- •2. Основные понятия и законы классической химии
- •3. Систематизация химических элементов. Периодический закон д.И.Менделеева
- •4. Особенности развития химии на рубеже хiх-хх вв.
- •5. Развитие химического атомизма в первой половине XX в. Квантовый уровень химии
- •6. Концепция химической эволюции
- •1. Экология как наука о взаимоотношении живых систем с неживой природой
- •2.Структура и основные направления развития экологии
- •Экология
- •Фундаментальная
- •3.Биосфера.
- •4.Экосистемы и основы их жизнедеятельности
- •Биотические компоненты экосистемы
- •5.Экологические факторы.
- •6.Глобальные проблемы современности.
- •Загрязнение
- •1. Понятие о литосфере
- •2. Геологическое летосчисление
- •3. Рельефообразующие процессы
- •4. Основные формы рельефа Земли
- •5. Минеральные ресурсы литосферы
- •6. Гидросфера
- •7. Атмосфера
- •8. Общие представления о географической оболочке
- •1. Общая характеристика живых систем
- •2. Молекулярно-генетический уровень организации биологических систем
- •3. Клеточный уровень организации жизни
- •4. Онтогенетический уровень организации биологических систем
- •5. Популяционно-видовой уровень
- •7. Биосферный уровень
- •8. Развитие представлений о биологической эволюции
- •9. Основные этапы эволюции жизни
- •Словарь терминов
- •Литература
1. Симметрия
Понятие материи как неуничтожимой и несотворимой основы всего сущего сложилось еще во времена античности. С другой стороны, наблюдение постоянных изменений в природе приводило к представлению о вечном движении материи как важнейшем ее свойстве. Идея «сохранения» появилась в науке как чисто философская догадка о наличии чего-то стабильного в вечно меняющемся мире. Единство изменения и сохранения находит выражение в понятии «симметрия». Симметрия – инвариантность (неизменность) объекта по отношению к наложенным на него преобразованиям. Преобразования, дающие симметричный объект, называются симметричными. Уровень симметрии определяется количеством (спектром) возможных симметричных преобразований. Чем однородней, равновесней система, т.е. чем соразмерней ее части, тем больше число возможных для нее симметричных преобразований, т.е. тем она более симметрична. Поэтому представление о симметрии связывают с равновесностью и соразмерностью частей системы. Симметрия физических систем проявляется в существовании законов сохранения. Сначала законы сохранения, как и принцип относительности, были установлены опытным путем, обобщением огромного количества экспериментальных фактов. Значительно позднее пришло понимание глубокой взаимосвязи этих законов со свойствами симметрии физических систем, что позволило осмыслить их всеобщность. При этом симметрия понимается как инвариантность законов, входящих в них величин и описываемых ими свойств природных объектов относительно некоторой группы преобразований при переходе от одной системы отсчета к другой. Например, в специальной теории относительности для всех инерциальных систем отсчета, движущихся с разными скоростями, инвариантны скорость света в вакууме, электрический заряд, законы природы.
Наличие симметрии приводит к тому, что для данной системы существует сохраняющаяся величина. Таким образом, если известны свойства симметрии системы, можно определить для нее законы сохранения и наоборот.
Связь между симметрией пространства-времени и фундаментальными законами сохранения установила в начале XX в. Э. Нётер (1882 – 1935). Пространство и время однородны, а следовательно, симметричны относительно произвольных сдвигов начала отсчета. Изотропность пространства делает его симметричным относительно поворота координатных осей.
Важнейшая симметрия природы была выявлена в релятивистской теории: все явления природы инвариантны относительно сдвигов, поворотов и отражений в едином четырехмерном пространстве-времени. Данные симметрии по своей сути являются «глобальными», охватывающими все пространство-время. Законы сохранения, обусловленные глобальной симметрией, являются фундаментальнейшими законами природы. К ним относятся:
закон сохранения импульса, связанный с однородностью пространства;
закон сохранения момента импульса, связанный с изотропностью пространства;
закон сохранения энергии, связанный с однородностью времени.
Таким образом, каждому преобразованию глобальной симметрии пространства-времени соответствует закон сохранения определенной величины. Данные законы выполняются для замкнутых систем, тела которых взаимодействуют между собой, а внешние воздействия скомпенсированы.