- •Лекция 5. Законы статистические или вероятностные. Понятие вероятности
- •Классификация систем. Термодинамика и статистическая физика
- •Понятие состояния. Равновесные и неравновесные состояния
- •Первое начало термодинамики
- •Второе начало термодинамики
- •Лекция 6. Открытые системы. Самоорганизация в открытых системах
- •Классическая и неравновесная термодинамика
- •Ячейки Бенара
- •Кооперативное поведение в диссипативных системах
- •Лекция 7. Основы строения материи
- •Характеристика атомного ядра
- •Энергия связи ядра
- •Радиоактивность
- •Ядерное взаимодействие
- •Космологическая эволюция
- •Космологические модели Вселенной
- •Предсказание теорий нестационарности Вселенной
- •Открытие расширения Вселенной
- •Критическая плотность. Модели открытой и замкнутой Вселенной
- •Эволюция Вселенной. Физические процессы
- •Физический вакуум
- •Синергетический подход к эволюции Вселенной
- •Лекция 9 Элементарные частицы
- •Античастицы. Физический вакуум. Квантовая теория поля
- •Состав вещества. Физические и химические изменения
- •Структура вещества и химические системы
- •Основные химические законы
- •Реакционная способность веществ. Химические процессы. Самоорганизация и эволюция химических систем
- •Лекция 11. Возникновение и эволюция жизни
- •Лекция 12 Уровни организации живых систем. Онтогенетический уровень живых систем
- •Популяционный уровень
- •Биоценоз
- •Концепция Вернадского о биосфере
- •Переход от биосферы к ноосфере
- •Лекция 13.
Физический вакуум
Таким образом, в действительности можно рассматривать материю не в двух проявлениях – веществе и поле, а в трех. Третьим является физический вакуум. Физический вакуум является прародителем всех частиц вещества и квантов полей вследствие спонтанного нарушения симметрии. Общепринятое представление о вакууме как о состоянии, в котором среднее значение энергии всех физических полей равно 0, отвергается. Признается возможность существования состояний с наименьшей энергией при отличном от нуля значении некоторых физических полей. Возникает представление о существовании вакуумных конденсатов – состояний с отличным от нуля вакуумным средним. Спонтанное нарушение симметрии означает, что при определенных макроусловиях фундаментальные симметрии оказываются в состоянии неустойчивости.
Синергетический подход к эволюции Вселенной
Современная космология (наука об эволюции Вселенной) предполагает инфляционную стадию в развитии Вселенной. Основная идея: расширение Вселенной рассматривается из состояния, когда вся материя была представлена только физическим вакуумом. Вакуум нашей Вселенной обладает определенными свойствами, задающими характер взаимодействий, специфику явлений, протекающих в нашем мире, размерность пространства. Инфляция, т.е. «вздутие» означает процесс вздутия Вселенной. Это состояние в отличие от истинного вакуума отличается высокой энергией, обеспечивающей впоследствии раздувание Вселенной. Состояние так называемого «ложного» вакуума симметрично, но энергетически нестабильно. Эволюция Вселенной в контексте инфляционной теории рассматривается как синергетический самоорганизующийся процесс. Процессы самоорганизации можно представить в рамках взаимодействия двух открытых подсистем – физического вакуума и всевозможных микрочастиц и квантов полей. В результате расширения произошел «большой взрыв». Дальнейшее развитие проходило через критические точки – точки бифуркации, в которых происходили спонтанные нарушения симметрии исходного вакуума.
Таким образом, энергия из вакуума перекачивалась в энергию тех частиц и полей, которые из вакуума и рождались. Ход этих процессов оказался таким, что в результате появилась жизнь нашего типа.
Лекция 9 Элементарные частицы
Под элементарными частицами можно понимать такие микрочастицы, внутреннюю структуру которых на современном уровне развития физики нельзя представить как объединения других частиц.
Чтобы объяснить свойства и поведение элементарных частиц, их приходится наделить, кроме массы, электрического заряда и спина, рядом дополнительных величин (квантовых чисел).
Существуют 4 вида взаимодействия: (по участию в них подразделяются и элементарные частицы).
Сильное – обеспечивает связь нуклонов в ядре. Интенсивность взаимодействия характеризуется с помощью так называемой константы взаимодействия – безразмерного параметра, определяющего вероятность процессов, обусловленных данным видом взаимодействия. У сильного взаимодействия она равна 10. Наибольшее расстояние, на котором оно проявляется ~ 10-13 см.
Электромагнитное взаимодействие – константа взаимодействия = 1/137 ≈ 10-2. Радиус действия не ограничен (r = ∞).
Слабое взаимодействие – отвечает за все виды β-распада ядер, за распады элементарных частиц, за все процессы взаимодействия нейтрино с веществом. Константа взаимодействия равна по порядку величины 10-14. Слабое взаимодействие также является короткодействующим.
Гравитационное взаимодействие. Константа взаимодействия имеет значение ~ 10-39 (r = ∞). Ему подвержены все элементарные частицы.
Физика до недавнего времени изучала материю в двух ее проявлениях – вещества и поля. В природе существуют две группы частиц – адроны и лептоны. Частицы вещества являются ферми-частицами (фермионами). Системы тождественных ферми-частиц подчиняются статистике Ферми-Дирака. Все фермионы имеют полуцелое значение спина. Для них справедлив принцип Паули, согласно которому происходит заполнение электронных оболочек. Адроны участвуют во всех фундаментальных взаимодействиях. Лептоны не участвуют только в сильном взаимодействии.
Кванты полей являются бозе-частицами (бозонами) – частицами с целочисленным значением спина. Переносчиками сильного взаимодействия являются глюоны, электромагнитного поля – фотоны, (γ-кванты), слабого взаимодействия – w+ и zo – бозоны. Переносчиками гравитационного взаимодействия ученые считают гипотетические пока (на современном уровне развития науки) гравитоны.