- •Парадоксы классической космологии и их разрешение. Модели Вселенной.
- •15. Фундаментальная симметрия пространства и времени, ее связь с законами сохранения.
- •Концепции дальнодействия и близкодействия. Понятие материального поля. Классические представления о природе света.
- •Непрерывность и дискретность в описании структуры материи.
- •Историческое развитие концепции пространства и времени в естествознании. Становление специальной теории относительности.
- •Постулаты специальной теории относительности Эйнштейна. Преобразования Лоренца. Относительность одновременности.
- •Основные следствия из преобразований Лоренца. «Сокращение» длины движущихся объектов. «Замедление» хода движущихся часов.
- •Релятивистская динамика. Связь между массой и энергией.
- •Концепция искривленного 4-мерного пространства-времени в общей теории относительности.
- •Современная наука о пространстве и времени. Описание пространства и времени в ведущих физических теориях.
- •Развитие представлений о природе тепловых явлений. Начала термодинамики. Цикл Карно.
- •Проблема необратимости и ее статистическое решение.
- •Термодинамический и статистический смысл понятия энтропии.
- •Проблема «тепловой смерти» Вселенной: формулировка, развитие и современное решение.
- •Динамические и статистические закономерности в естествознании. Особенности описания состояний в динамических и статистических теориях. Проблема детерминизма.
- •Зарождение и развитие квантовых представлений в естествознании.
- •Квантовая механика как пример статистической теории. Описание состояния и движения микрообъектов. Принцип суперпозиции квантовых состояний.
- •Вопрос 31. Принцип дополнительности и его применение к описанию динамики объектов. Корпускулярно-волновой дуализм.
- •Вопрос 32. Принцип неопределённости Гейзенберга как частное выражение принципа дополнительности
- •Вопрос 33. Основные представления о квантовой теории атомов и зонной теории кристаллов.
- •Вопрос 34. Историческое развитие идей атомизма. Квантовый механизм взаимодействия элементарных частиц. Современные представления о классификации элементарных частиц.
- •Вопрос 35.Фундаментальные взаимодействия в природе. Их характеристики и перспективы объединения.
- •Вопрос 36. Парадоксы классической космологии и их разрешения.
- •Вопрос 37. Современная космология о ранних стадия эволюции Вселенной.
- •Вопрос 38. Элементы спектральной астрономии.
- •Вопрос 39. Эволюция звезд: их рождение, жизнь и смерть.
- •Вопрос 40 Строение Земли и основные характеристики ее оболочек. Термодинамика Земли.
- •Вопрос 41. Образование и основные этапы эволюции Земли.
- •Вопрос 43. Иерархия уровней организации живой материи.
- •Вопрос 46.Особенности эволюционных процессов в природе,их отличие от динамических и статистических закономерностей. Общее описание процесса самоорганизации в неравновесных системах.
- •Вопрос 47. Общие свойства систем, способных к самоорганизации.
- •48. Примеры самоорганизующихся систем в физике.Конвективные ячейки Бенара.Лазеры.
- •49. Открытие диссипативные системы в химии и биологии. Примеры самоорганизации.
- •50. Синергетический подход к анализу экономических явлений и моделированию социальных процессов.Примеры.
- •51. Проблемы прогнозирования в контексте синергетики. Динамический хаос.Фракталы.
-
Парадоксы классической космологии и их разрешение. Модели Вселенной.
15. Фундаментальная симметрия пространства и времени, ее связь с законами сохранения.
Симметрия-соразмерность.
На языке науки симметрия какого-либо объекта(молекулы, геометрич.фигуры ,физическ. законов) - совокупность преобразований, оставляющих объект неизменным, инвариантным( например, ньютоновская теория симметрична относительно открытий Галилея).
Оказывается между геометрической симметрией и законами сохранения существует тесная связь. Была установлена связь между сохранением той или иной величины и симметрией рассматриваемой системы. Такую связь дает теорема Нетер: “Каждому преобразованию симметрии соответствует закон сохранения.”
Исходя из этой теоремы, была обнаружена связь между з-ми сохранения импульса, энергии ,момента импульса и свойствами симметрии пространства и времени нашего мира:
Сохранение энергии консервативной системы |
Время однородно, т.е. не существует выделенных моментов времени. Симметрия законов природы относительно периодов во времени |
Сохранение импульса в замкнутой системе |
Пространство однородно, т.е. в нем не существует выделенных точек. Симметрия теории относительно параллельных переносов пространства |
Сохранение момента импульса в замкнутой системе |
Пространство изотропно, т.е. в нем не существует выделенных направлений. Симметрия закона относительно вращения в пространстве
|
Законы сохранения в механике Ньютона только для замкнутых систем
-
Закон сохранения импульса: P=mV
-
Закон сохранения момента импульса: L=r p=r mV
-
Закон сохранения энергии:
-
Концепции дальнодействия и близкодействия. Понятие материального поля. Классические представления о природе света.
В результате триумфа Ньютоновской механики важнейшей силой стали считать силу всемирного тяготения, которая независима от контакта между телами, и должна передаваться мгновенно через пустое пространство, не принимающее участия во взаимодействии.
Концепция дальнодействия: Сила должна передаваться мгновенно через пустое пространство, которое не принимает участия в передаче взаимодействия.
Концепция дальнодействия положена в основу классической науки. Представления о передаче взаимодействия стали иными после открытия и исследования электромагнитного поля в работах Фарадея и Максвелла
Физическое поле - сплошная среда, заполняющая все пространство.
Если в каждой точке сплошной среды можно задать некоторую физическую величину или некоторое свойство(t,V,плотность), то говорят, что задано поле этой величины.
Если в каждой точке пространства на помещенную туда частицу действует сила, то говорят, что задано поле сил (силовое поле).
Впервые понятие «поля» ввел в 30е годы 19в Фарадей для описания взаимодействия заряженных частиц. Каждая частица имеющая заряд Q, создает в пространстве электрическое поле, действующее на другие заряженные частицы.
Например, на частицу q, находящуюся на расстоянии R действует F=kQq/r2 (Q – действующая, q – на которую действуют).
Напряженность эл. поля: Е=F/q=k*Q/r2*e
Представления о свете
К 17 в Ньютон свет- поток световых частиц, летящих от светящегося тела по прямолинейным траекториям. Такая концепция хорошо объясняла преломление и отражение света. Но др. оптические явления (интерференция, дифракция) объяснить не могла.
Волновая теория Гюйгенса: свет - упругая волну.
-Интерференция
При наложении волн от 2х одинаковых точечных источников, в одних точках простр-ва колебания усиливаются, в других ослабевают.
-Дифракция
Дифракция ничем по смыслу не отличается от интерференции. После теории дифракции, которую создал в начале 19в Френель, волновая теория света получила всеобщее признание.
Свет - это волна. (Волна-процесс распространения колебаний в среде)
Звук- колебание плотности воздуха, давления.
Если свет - упругая волна, значит, нужна упругая среда для ее распространения и такой средой стали считать эфир, заполняющий мировое пространство.
В 1860 Максвелл предложил теорию, связывающую электрические и магнитные явления. Действие электрических и магнитных сил было удобно описывать, пользуясь понятием поле.
Ур-ия теории Максвелла позволили определить электрическое и магнитное поле в одну сущность электромагнитное поле. В теории максвелла каждой точке пространства можно сопоставить 2а взаимно перпендикулярных вектора напряженности электрического и магнитного полей. Для получения волны нужно колебание.
Свет - поперечная волна (следовательно э/м волна, т.е. процесс распространения колебаний э/м поля, происходит со скоростью света в вакууме.
Любые волны отражаются, преломляются, интерферируют, дифрагируют, поляризуются. В зависимости от частоты волны имеют разные названия радиоволны, инфракрасное излучение, видимый свет, рентгеновские лучи, гамма лучи. После открытия и исследования э/м полей была оставлена концепция дальнодействия, наука перешла к концепции близкодействия: взаимодействия между телами осуществляются последствием тех или иных полей, непрерывно распределенных в пространстве.
Э/м поле может существовать автономно от породившего его источника. т.о. заключили, что поле может существовать независимо от в-ва.
Классич. физика пришла к выводу материя существует в двух формах вещество (корпускулярный подход) и поле(континуальный подход)