Разделы презентаций

ФИЗИЧЕСКИЙ ВЗГЛЯД НА МИР

Содержание

ФИЗИЧЕСКИЙ ВЗГЛЯД НА МИР Физический взгляд на мир создается благодаря фундаментальным экспериментальным измерениям и наблюдениям, на которых основываются теории, объясняющие факты и углубляющие понимание природы.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1ФИЗИЧЕСКИЙ ВЗГЛЯД НА МИР
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРИНЦИПЫ, ТЕОРИИ
И ЗАКОНЫ

ФИЗИЧЕСКИЙ ВЗГЛЯД НА МИРФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРИНЦИПЫ, ТЕОРИИ И ЗАКОНЫ

Слайд 2ФИЗИЧЕСКИЙ ВЗГЛЯД НА МИР
Физический взгляд на мир создается благодаря

фундаментальным экспериментальным измерениям и наблюдениям, на которых основываются теории, объясняющие

факты и углубляющие понимание природы.
ФИЗИЧЕСКИЙ ВЗГЛЯД НА МИР Физический взгляд на мир создается благодаря фундаментальным экспериментальным измерениям и наблюдениям, на которых

Слайд 3ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА
Фундаментальный характер основных и важнейших знаний о природе

проявляется в понятии естественнонаучной картины мира, под которой понимают целостную

систему важнейших принципов и законов об общих закономерностях развития Природы, Общества и Живого базе современных физических моделей происхождения и развития жизни в целом, ее специфических проявлений в живой природе, а также сущности социально-экономического, в том числе исторического, развития общества.
В физике обычно стремятся сделать модель математической, чтобы описать явления, процесс или объект на количественном языке.
ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ КАРТИНА МИРАФундаментальный характер основных и важнейших знаний о природе проявляется в понятии естественнонаучной картины мира, под

Слайд 4ДЛЯ СОЗДАНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИСПОЛЬЗУЮТ ТРИ ИСХОДНЫХ ПОЛОЖЕНИЯ:
все явления

природы (а сейчас в рамках синергетических представлений сложных открытых систем

к ним относятся процессы и организация социально-экономических и живых систем) могут быть объяснены физическими законами, выраженными в математической форме;
эти физические законы универсальны и не зависят от времени и пространства;
все основные законы должны быть простыми.
ДЛЯ СОЗДАНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИСПОЛЬЗУЮТ ТРИ ИСХОДНЫХ ПОЛОЖЕНИЯ: все явления природы (а сейчас в рамках синергетических представлений

Слайд 5ПРИНЦИП РЕДУКЦИОНИЗМА
В науке действует принцип редукционизма, согласно которому все

более сложные законы развития более сложных уровней реальности должны быть

сведены к законам более простых уровней.
Физика – наука о природе, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие свойства материального мира.
Физика – это самое простое, что можно объяснить на языке математики.
Одна из главных задач физики – выявление самого простого и самого общего в природе.
ПРИНЦИП РЕДУКЦИОНИЗМА В науке действует принцип редукционизма, согласно которому все более сложные законы развития более сложных уровней

Слайд 6Физическая картина мира – образ мира как результат деятельности сообщества

физиков и результат логико-методологического и философского осмысления и критики этого

образа.

Смысловыми блоками – этапами построения физической картины мира – являются: классическая физика, включающая механику, оптику, термодинамику, электродинамику, и неклассическая физика, включающая специальную и общую теорию относительности, квантовую механику, квантовую теорию поля, элементы построения единой теории поля.

Физическая картина мира – образ мира как результат деятельности сообщества физиков и результат логико-методологического и философского осмысления

Слайд 7СТРУКТУРА СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИ :
Виды

процессов:

Уровень


Движение Тепловые процессы
(гравитация)

Классическая механика Термодинамика, Синергетика Макро
Квантовая механика Физика элементарных частиц Микро
Релятивистская физика Астрофизика Мега

СТРУКТУРА СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИ : Виды процессов:

Слайд 8СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ МИРОЗДАНИЯ
Макромир – это мир объектов,

размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются

в миллиметрах, сантиметрах или километрах, а время – в секундах, минутах, часах и годах.
Микромир – это мир предельно малых, непосредственно ненаблюдаемых микрообъектов, размеры которых составляют от 10-8 до 10-16 см, а время – их жизни – от бесконечности до 10-24 сек.
Мегамир – мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояния в котором измеряются световыми годами, а время существования объектов – миллионами и миллиардами лет.
СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ МИРОЗДАНИЯ Макромир – это мир объектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта:

Слайд 9МАТЕРИЯ И ДВИЖЕНИЕ
Материя – сложная, иерархическая система материальных объектов различных

масштабов и сложности – имеет внутреннюю структуру.
Главный интерес

представляет не материя или движение вообще, а конкретные виды материи и движения, свойства материальных объектов, их характеристики, которые можно измерить с помощью приборов.
В современном естествознании различают три вида материи: вещество, физическое поле и физический вакуум.
МАТЕРИЯ И ДВИЖЕНИЕМатерия – сложная, иерархическая система материальных объектов различных масштабов и сложности – имеет внутреннюю структуру.

Слайд 10Виды материи: вещество, физическое поле, физический вакуум
Вещество – основной вид

материи, обладающий массой покоя.
Агрегатные состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное.


Физическое поле – особый вид материи, обеспечивающий физическое взаимодействие материальных объектов и их систем.
Источниками физических полей являются частицы. Созданные частицами физические поля переносят с конечной скоростью взаимодействие между ними.
Физический вакуум –низшее энергетическое состояние квантового поля.
В квантовой теории поля взаимодействие обусловливается обменом квантами поля между частицами.
Виды материи: вещество, физическое поле, физический вакуумВещество – основной вид материи, обладающий массой покоя.Агрегатные состояния вещества: твердое,

Слайд 13ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ
Пространство – объективная реальность, форма существования материи, характеризующая

ее протяженность и объем; сосуществование и взаимодействие материальных объектов и

процессов; совокупность отношений координации и расположения объектов друг относительно друга.
Время выражает порядок смены физических состояний и является объективной характеристикой любого процесса или явления.
ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯПространство – объективная реальность, форма существования материи, характеризующая ее протяженность и объем; сосуществование и взаимодействие

Слайд 16Пространство и время в теории относительности

Пространство и время в теории относительности

Слайд 19СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ МАТЕРИИ
Важнейшее свойство материи – её структурная и системная

организация, которая выражает упорядоченность существования материи в виде огромного разнообразия

материальных объектов различных масштабов и уровней, связанных между собой единой системой иерархии.
Система – совокупность элементов и связей между ними.
Структура – совокупность связей между элементами.
СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ МАТЕРИИВажнейшее свойство материи – её структурная и системная организация, которая выражает упорядоченность существования материи в

Слайд 25ПРИНЦИПЫ, ТЕОРИИ, ЗАКОНЫ
Свойства и особенности материальных объектов микро-, макро и

мегамира описываются разными принципами, теориями и законами.
Важнейшая концепция современного естествознания

заключается в материальном единстве всех систем микро-, макро и мегамира.
ПРИНЦИПЫ, ТЕОРИИ, ЗАКОНЫСвойства и особенности материальных объектов микро-, макро и мегамира описываются разными принципами, теориями и законами.Важнейшая

Слайд 26ПРИНЦИП ПРИЧИННОСТИ
Причинность представляет собой связь состояний во времени.
В научных

теориях под причинностью понимают закономерное, необходимое протекание процессов: в них

задание начального состояния определяет последующие состояния.
Именно в такой последовательности состояний и заключается выражение принципа причинности в науке.
ПРИНЦИП ПРИЧИННОСТИПричинность представляет собой связь состояний во времени. В научных теориях под причинностью понимают закономерное, необходимое протекание

Слайд 27ПРИНЦИП ПРИЧИННОСТИ В КЛАССИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ
В классической механике, согласно принципу причинности

(принципу детерминизма), всякая частица движется по определенной траектории и всегда

имеет точные значения координаты, импульса, энергии.
Это позволяет точно описать состояние частицы в любой последующий момент времени.
Понимание причинно-следственной связи: взаимодействие частиц, определяющее данное состояние механической системы, есть причина, а ее последующее состояние – следствие.
ПРИНЦИП ПРИЧИННОСТИ В КЛАССИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕВ классической механике, согласно принципу причинности (принципу детерминизма), всякая частица движется по определенной

Слайд 28 ПРИНЦИП ПРИЧИННОСТИ В КВАНТОВОЙ МЕХАНИКЕ
В квантовой механике частица, обладая

волновыми свойствами, не имеет траектории, а значит, не может иметь

одновременно точных значений координаты и импульса.
В квантовой механике состояние системы микрочастиц определяется волновой функцией, а задание волновой функции для начального момента времени определяет ее значение в последующие моменты.
Следовательно, данное состояние микрообъекта однозначно обусловливается его предшествующим состоянием.
ПРИНЦИП ПРИЧИННОСТИ В КВАНТОВОЙ МЕХАНИКЕВ квантовой механике частица, обладая волновыми свойствами, не имеет траектории, а значит,

Слайд 29ПРИЧИННЫЕ СВЯЗИ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ
Общее отношение причинных связей

и функциональных зависимостей представляет следующее: функциональные зависимости являются математической формой

выражения причинных связей.
Причинность характеризует объективные связи, существующие в действительности; функциональные зависимости позволяют наиболее адекватно отразить эти связи.
Вопрос о природе причинности и причинных отношениях в физике конкретизируется в проблеме соотношения динамических и статистических законов с объективными закономерностями.
ПРИЧИННЫЕ СВЯЗИ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЗАВИСИМОСТИОбщее отношение причинных связей и функциональных зависимостей представляет следующее: функциональные зависимости

Слайд 30ДИНАМИЧЕСКИЕ И СТАТИСТИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ
Динамический закон – это закон, управляющий поведением

отдельного объекта и позволяющий устанавливать однозначную связь его состояний. Выражает

непосредственную необходимость, случайные связи исключены.
Статистический закон – это закон, управляющий поведением больших совокупностей и в отношении отдельного объекта позволяющий делать лишь вероятностные выводы о его поведении. Выражает диалектическую связь необходимости и случайности. Рассматривает случайность как форму проявления необходимости.
ДИНАМИЧЕСКИЕ И СТАТИСТИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ Динамический закон – это закон, управляющий поведением отдельного объекта и позволяющий устанавливать однозначную связь

Слайд 31ДИНАМИЧЕСКИЕ И СТАТИСТИЧЕСКИЕ ТЕОРИИ
Динамическая теория – это теория, представляющая совокупность

динамических законов: классическая механика, классическая теория излучения, релятивистская механика.
Статистическая

теория – это теория, представляющая совокупность статистических законов: квантовая механика, квантовая теория излучения (квантовая электродинамика), релятивистская квантовая механика.
ДИНАМИЧЕСКИЕ И СТАТИСТИЧЕСКИЕ ТЕОРИИДинамическая теория – это теория, представляющая совокупность динамических законов: классическая механика, классическая теория

Слайд 34ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
Принцип относительности (принцип инерции) впервые сформулирован Галилео Галилеем для

механического движения.
Суть принципа инерции: любое тело находится в состоянии покоя

или равномерного прямолинейного движения при отсутствии действия на него сторонних сил.
Важнейшее значение этого принципа заключается в признании тождества двух указанных в нем состояний объекта – покоя и равномерного прямолинейного движения.
ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИПринцип относительности (принцип инерции) впервые сформулирован Галилео Галилеем для механического движения.Суть принципа инерции: любое тело находится

Слайд 35ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ГАЛИЛЕЯ
Механическая система, в которой действует принцип инерции, называется

инерциальной системой.
Для перехода из одной инерциальной системы в другую

Галилей предложил простейшие математические преобразования, названные впоследствии преобразованиями Галилея.
Механический принцип относительности: Во всех инерциальных системах отсчета все механические явления протекают одинаково.
Это значит, что законы классической динамики имеют одинаковую форму (не изменяются), т.е. инвариантны по отношению к преобразованию координат.
ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ГАЛИЛЕЯМеханическая система, в которой действует принцип инерции, называется инерциальной системой. Для перехода из одной инерциальной

Слайд 36ПРИНЦИП ИНВАРИАНТНОСТИ
Инвариантность означает неизменность физических величин или свойств природных объектов

при переходе от одной системы отсчета к другой.
Принцип относительности в

классической механике означает, что во всех инерциальных системах все механические процессы происходят одинаковым образом.  
Принцип инвариантности формулируется так: смещение во времени и в пространстве не влияет на протекание механических процессов.  
Принцип инвариантности времени: Во всех инерциальных системах отсчета ход времени одинаков.
ПРИНЦИП ИНВАРИАНТНОСТИИнвариантность означает неизменность физических величин или свойств природных объектов при переходе от одной системы отсчета к

Слайд 37СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ВКЛЮЧАЕТ ДВА ПОСТУЛАТА: А. Эйнштейн – 1905

г.
Обобщенный принцип относительности: Во всех инерциальных системах отсчета все физические

явления протекают одинаково. Это значит, что все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы к другой. 
Принцип постоянства (инвариантности) скорости света: скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета и не зависит от относительного движения источника света и его приемника.
Скорость света в вакууме является физической константой, соответствующей максимально возможной в природе передаче сигнала.
СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ВКЛЮЧАЕТ ДВА ПОСТУЛАТА: А. Эйнштейн – 1905 г.Обобщенный принцип относительности: Во всех инерциальных системах

Слайд 39ДВА ВАЖНЫХ СЛЕДСТВИЯ ИЗ ПОСТУЛАТОВ СТО (1905 г.):
Пространственно-временной интервал:

в СТО пространственный и временной интервалы являются неинвариантными, зависящими от

движения наблюдателя.
Неинвариантность пространственного и временного интервалов по отдельности и инвариантность пространственно-временного интервала соответствует тому факту, что время и пространство органически взаимосвязаны, т.е. соответствует четырехмерности реального мира.
На смену ньютоновским абсолютным и независимым друг от друга пространству и времени пришло единое четырехмерное пространство-время.
ДВА ВАЖНЫХ СЛЕДСТВИЯ ИЗ ПОСТУЛАТОВ СТО (1905 г.):Пространственно-временной интервал: в СТО пространственный и временной интервалы являются

Слайд 40ЗАКОН ВЗАИМОСВЯЗИ ЭНЕРГИИ И МАССЫ
Одним из важнейших выводов СТО является

соотношение между полной энергией E изолированного от внешних воздействий тела

и его массой m – закон взаимосвязи массы и энергии.
Для покоящегося тела релятивистская механике дает: Е0 = mс2 . Здесь Е0 – энергия покоя, которой тело обладает благодаря самому факту своего существования.
ВЫВОД: какие бы взаимные превращения разных видов энергии не происходили, изменению энергии в системе соответствуют эквивалентное изменение массы. Энергия и масса являются двумя однозначно связанными характеристиками материи.
ЗАКОН ВЗАИМОСВЯЗИ ЭНЕРГИИ И МАССЫОдним из важнейших выводов СТО является соотношение между полной энергией E изолированного от

Слайд 41ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ или ТЕОРИЯ ТЯГОТЕНИЯ: А. Эйнштейн – 1916

г.
ОТО – результат развития специальной теории относительности. Из нее вытекает,

что свойства пространства-времени зависят от поля тяготения.
В поле тяготения пространство-время обладает кривизной, т.е. геометрия пространства-времени перестает быть евклидовой. Эти эффекты реально наблюдаются.
Если массивный космический объект совершает колебательное или вращательное движение, кривизна поля тяготения периодически изменяется. Распространение таких изменений в пространстве рождает гравитационные волны.
Квантование гравитационной волны соответствует гравитону – частице в нулевой массой покоя.
Гравитационно-волновая астрономия.
ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ или ТЕОРИЯ ТЯГОТЕНИЯ: А. Эйнштейн – 1916 г.ОТО – результат развития специальной теории относительности.

Слайд 42ПРИНЦИПЫ СИММЕТРИИ И ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ
Инвариантность структуры, свойств, формы материального объекта

относительно его преобразований называется симметрией.
Из принципа инвариантности относительно сдвигов в

пространстве и во времени следуют три вида симметрии, связанные с однородностью времени, с однородностью и изотропностью пространства.
ПРИНЦИПЫ СИММЕТРИИ И ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯИнвариантность структуры, свойств, формы материального объекта относительно его преобразований называется симметрией.Из принципа инвариантности

Слайд 43ОДНОРОДНОСТЬ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ
Однородность пространства заключается в том, что при

параллельном переносе в пространстве замкнутой системы тел, как целого, ее

физические свойства и законы движения не изменяются, т.е. не зависят от выбора положения начала координат инерциальной системы отсчета.
Однородность пространства (симметрия относительно операции сдвига, перемещения) означает физическую неразличимость свойств пространства в различных его точках.
Однородность времени означает инвариантность физических законов относительно выбора начала отсчета времени.
ОДНОРОДНОСТЬ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИОднородность пространства заключается в том, что при параллельном переносе в пространстве замкнутой системы тел,

Слайд 44ИЗОТРОПНОСТЬ – ВАЖНОЕ СВОЙСТВО СИММЕТРИИ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ
Изотропность пространства означает

инвариантность физических законов относительно выбора направления осей координат системы отсчета,

т.е. относительно ее поворота в пространстве на любой угол.
Изотропность пространства означает, что в любых направлениях его свойства физически одинаковы (т.е. пространство обладает симметрией относительно операции поворота).
ИЗОТРОПНОСТЬ – ВАЖНОЕ СВОЙСТВО СИММЕТРИИ ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИИзотропность пространства означает инвариантность физических законов относительно выбора направления осей

Слайд 45СИММЕТРИЯ, АСИММЕТРИЯ
Симметрия – понятие, отображающее существующий в объективной

действительности порядок, определенное равновесное состояние, относительную устойчивость, пропорциональность и соразмерность

между составными частями целого.
Асимметрия – понятие, противоположное симметрии, отражающее существующие в объективном мире нарушение порядка, равновесия, относительной устойчивости, пропорциональности и соразмерности между составными частями целого, связанное с изменением, развитием и организационной перестройкой.
СИММЕТРИЯ, АСИММЕТРИЯ Симметрия – понятие, отображающее существующий в объективной действительности порядок, определенное равновесное состояние, относительную устойчивость, пропорциональность

Слайд 46ФОРМЫ СИММЕТРИИ И АСИММЕТРИИ
Геометрическая форма: симметрия, выражающая свойства пространства и

времени. Например: однородность пространства и времени; изотропность пространства; пространственная четность;

эквивалентность инерциальных систем отсчета и т.д.
Динамическая форма: симметрия выражающая свойства физических взаимодействий. Например: симметрия электрического заряда; симметрия спина; симметрия изопотического спина и т.д.
ФОРМЫ СИММЕТРИИ И АСИММЕТРИИГеометрическая форма: симметрия, выражающая свойства пространства и времени. Например: однородность пространства и времени; изотропность

Слайд 47СИММЕТРИЯ, АСИММЕТРИЯ И ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ
Законы действительности в своем содержании, в

своих связях друг с другом и условиями своего действия имеют

формы симметрии и асимметрии – геометрическую и динамическую.
Формы симметрии одновременно являются и формами асимметрии.
Геометрическая асимметрия: неоднородность пространства и времени; анизотропия пространства и т.д.
Динамическая асимметрия: различие между протонами и нейтронами в электромагнитных взаимодействиях; различие между частицами и античастицами по электрическому, барионному, лептонному зарядам и т.д
СИММЕТРИЯ, АСИММЕТРИЯ И ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯЗаконы действительности в своем содержании, в своих связях друг с другом и условиями

Слайд 48ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ
Динамические симметрии и связанные с ними законы сохранения:

- закон сохранения электрического заряда: при превращении элементарных частиц сумма

электрических зарядов частиц остается неизменной;
- закон сохранения лептонного заряда: при превращении элементарных частиц разность числа лептонов и антилептонов не меняется и т.д.
Асимметрические условия исключают наличие резкой грани между законами и условиями их действия и должны включать моменты асимметричных условий. Действующие в этих условиях законы должны иметь обратные связи.
ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯДинамические симметрии и связанные с ними законы сохранения: - закон сохранения электрического заряда: при превращении

Слайд 49ПРИНЦИПЫ СИММЕТРИИ И ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ
Экспериментально установлено, что в природе возможны

не любые процессы и движения, а только те, которые не

нарушают так называемые законы сохранения, выполняющие функцию правил отбора или правил запрета.
Это физические законы, согласно которым числовые значения некоторых физических величин, характеризующих состояние системы, в определенных процессах не изменяются.
Выяснилось, что законы сохранения тесно связаны с фундаментальными свойствами симметрии в природе.
ПРИНЦИПЫ СИММЕТРИИ И ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯЭкспериментально установлено, что в природе возможны не любые процессы и движения, а

Слайд 50ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ
Геометрическая симметрия и связанные с ним законы сохранения:

– с однородностью времени связан закон сохранения энергии;

– с однородностью пространства связан закон сохранения импульса;
– с изотропией пространства связан закон сохранения момента импульса и т.д.
ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯГеометрическая симметрия и связанные с ним законы сохранения: – с однородностью времени связан закон

Слайд 51ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ
Разные формы движения и типы взаимодействий,

кроме специфических величин, характеризуются такой величиной, которая с равным правом

относится к ним ко всем. Такой физической величиной является энергия.
Энергия есть общая мера различных форм движения и взаимодействия всех видов материи.
Закон сохранения и превращения энергии утверждает, что суммарная энергия изолированной системы не изменяется; при эволюции системы могут изменяться доли энергий различного вида, что объясняется переходом энергии из одного вида в другой.
Закон сохранения и превращения энергии – энергия никогда не исчезает и не появляется вновь, она лишь превращается из одного вида в другой.
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИРазные формы движения и типы взаимодействий, кроме специфических величин, характеризуются такой величиной, которая

Слайд 52Теорема Нетер – фундаментальная теорема математической физики
Связь между свойствами пространства-времени

и законами сохранения установила немецкий математик Эмми Нетер (1882-1935): из

однородности пространства и времени следуют законы сохранения импульса и энергии, из изотропности пространства – закон сохранения момента импульса.
Законы сохранения – законы, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются с течением времени при различных процессах.
Сохраняющейся величине соответствует наличие какой-либо симметрии.
Теорема Нетер – фундаментальная теорема математической физикиСвязь между свойствами пространства-времени и законами сохранения установила немецкий математик Эмми

Слайд 53ПРИНЦИП КЮРИ – «ДИССИМЕТРИЯ ТВОРИТ ЯВЛЕНИЕ»
«Когда несколько различных явлений природы

накладываются друг на друга, образуя одну систему, диссиметрии их складываются.

В результате остаются лишь те элементы симметрии, которые являются общими для каждого явления, взятого отдельно».
Например, спонтанное нарушение однородности – симметрии физического факуума – вместе с нарушением барионной симметрии привело к рождению нашей Метагалактики.
Всякое рождение структур в природе как явление не может быть понято без анализа механизма нарушения симметрии.
ПРИНЦИП КЮРИ – «ДИССИМЕТРИЯ ТВОРИТ ЯВЛЕНИЕ»«Когда несколько различных явлений природы накладываются друг на друга, образуя одну систему,

Слайд 54ПРИНЦИП СООТВЕТСТВИЯ сформулирован Н. Бором в 1923 г.
Суть принципа соответствия: любая

новая более общая теория, являющаяся развитием предыдущих классических теорий, справедливость

которых была экспериментально установлена для определенных групп явлений, не отвергает эти классические теории, а включает их в себя.
Предыдущие теории сохраняют свое значение для определенных групп явлений как предельная форма и частный случай новой теории, которая определяет границы применимости предыдущих теорий.
Пример: классическая механика является предельным случаем квантовой механики и механики теории относительности. Квантовые эффекты проявляются лишь при рассмотрении величин, сравнимых с постоянной Планка.
ПРИНЦИП СООТВЕТСТВИЯ сформулирован Н. Бором в 1923 г.Суть принципа соответствия: любая новая более общая теория, являющаяся развитием

Слайд 56ПРИНЦИП ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ сформулирован Н. Бором в 1927 г.
Суть принципа дополнительности: при

экспериментальном исследовании микрообъектов могут быть получены точные данные либо об

их энергиях и импульсах (энергетических-импульсная картина), либо о поведении в пространстве и времени (пространственно-временная картина).
Суть ПД как общего принципа научного познания: всякое сущностное явление природы не может быть определено однозначно с помощью слов естественного языка и требует для своего определения, по крайней мере, два взаимоисключающие, дополнительные понятия (категории).
ПРИНЦИП ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ сформулирован Н. Бором в 1927 г.Суть принципа дополнительности: при экспериментальном исследовании микрообъектов могут быть получены

Слайд 57ПРИНЦИП НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ
Соотношение неопределенностей Гейзенберга: принципиально нельзя определить одновременно координату и

импульс частицы точнее, чем это допускает соотношение неопределенностей.
Данный закон

утверждает, что невозможно одновременно точно определить координату и соответствующую ей составляющую импульса.
Наиболее фундаментальные законы носят характер запретов. Они определяют, что не может происходить в природе.
Например, если в классической механике допускается измерение координаты и импульса с любой степенью точности, то соотношение неопределенностей является квантовым ограничением применимости классической механики к микрообъектам.
ПРИНЦИП НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИСоотношение неопределенностей Гейзенберга: принципиально нельзя определить одновременно координату и импульс частицы точнее, чем это допускает соотношение

Слайд 58КЛАССИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ: МЕХАНИКА ДИСКРЕТНЫХ ОБЪЕКТОВ
В физике движение рассматривается в самом

общем виде как изменение состояния физической системы и для описания

состояния вводится набор измеряемых параметров. Параметры движения (траектория s, скорость v, ускорение a, масса m, сила F, импульс p, энергия E) в законах динамики Ньютона достаточно четко описывают разнообразные изменения состояния объектов.
Под механическим движением понимают изменение положения тел (объектов природы) относительно друг друга за время наблюдения
В классической физике за аксиому принимается дискретность объектов природы.
КЛАССИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ: МЕХАНИКА ДИСКРЕТНЫХ ОБЪЕКТОВВ физике движение рассматривается в самом общем виде как изменение состояния физической системы

Слайд 59КОРПУСКУЛЯРНАЯ КОНЦЕПЦИЯ, КОНЦЕПЦИЯ АТОМИЗМА
В корпускулярной концепции центральное место занимает модель корпускулы

(модель частицы).
В модели корпускулы принципиально важны два допущения: 1) Поведение

объекта как целого без учета внутренней структуры объекта; 2) Возможность обособить моделируемый объект от его окружения (модель свободной частицы и модель несвободной частицы, находящейся под контролируемым воздействием окружения)
Модель материальной точки – базовая модель механики.
Материальной точкой называют модель тела, размерами которой можно пренебречь по сравнению с пространственными параметрами движения, в котором данное тело участвует.
КОРПУСКУЛЯРНАЯ КОНЦЕПЦИЯ, КОНЦЕПЦИЯ АТОМИЗМАВ корпускулярной концепции центральное место занимает модель корпускулы (модель частицы).В модели корпускулы принципиально важны

Слайд 60КОНЦЕПЦИЯ НЬЮТОНА
В ньютоновской концепции физическая реальность характеризуется понятиями пространства, времени

и материальной точки, а все физические события сводятся к движению

материальных точек в пространстве в соответствии с законами Ньютона.
Законы механики, сформулированные Ньютоном, являются, как и все основные законы природы, обобщением экспериментальных исследований.
КОНЦЕПЦИЯ НЬЮТОНАВ ньютоновской концепции физическая реальность характеризуется понятиями пространства, времени и материальной точки, а все физические события

Слайд 61ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАКОНЫ НЬЮТОНА
Закон инерции (принцип инерции Галилея):

любое тело находится в состоянии покоя или

равномерного прямолинейного движения при отсутствии действия на него сторонних сил.
Закон влияния действующей силы F и инерционной массы M физического объекта на получаемое им ускорение а. (2-й закон Ньютона выражает принцип причинности в классической механике).
Закон равенства сил действия и противодействия.
Закон всемирного тяготения, устанавливающий зависимость сил F гравитационного взаимодействия между физическими объектами от их массы М1 и М2 и квадрата расстояния r между ними.
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАКОНЫ НЬЮТОНАЗакон инерции (принцип инерции Галилея): любое тело находится в

Слайд 62ЗАКОНЫ КЕПЛЕРА
Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов

которого находится Солнце.
Радиус-вектор, проведенный от Солнца к планете, в равные

промежутки времени описывает равные площади.
Квадраты времен обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы их средних расстояний от Солнца.
Законы Кеплера базировались на многолетних данных астрономических наблюдений за поведением планет, выполненных датским астрономом Тихо Браго (1546-1601)с помощью созданной им уникальной по точности использовавшихся инструментов обсерватории.
ЗАКОНЫ КЕПЛЕРАКаждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.Радиус-вектор, проведенный от Солнца к

Слайд 63ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИКИ НЬЮТОНА
В классической механике время выступает как параметр движения.
Главные

особенности механики Ньютона – детерминизм (определенность): если известны начальные условия

и уравнения, то мы можем предсказать движение, dt > 0, – обратимость времени.
В классической механике развитие не учитывается. В целом классической физике чужда сама идея развития, эволюции!
В реальных системах время проявляет неоднозначную сущность и связано с усложнением объекта.
ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИКИ НЬЮТОНАВ классической механике время выступает как параметр движения.Главные особенности механики Ньютона – детерминизм (определенность): если

Слайд 65ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КЛАССИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ
Законы классической механики выполняются для относительно медленных

движений тел, скорость которых значительно меньше скорости света в вакууме.
Истинность

законов классической механики не вызывает сомнений.
Классическая механика всегда остается совершенно необходимым «мостом», соединяющим человека как макросубъекта познания со все более глубокими уровнями микро- и мегамира.
Все опытные данные должны описываться при помощи классических понятий – эксперимент.
Экспериментальная установка и результаты наблюдений должны описываться однозначным образом на языке классической физики.
К этому сводится первый тип физической рациональности.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КЛАССИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИЗаконы классической механики выполняются для относительно медленных движений тел, скорость которых значительно меньше скорости

Слайд 66ЛАПЛАСОВСКИЙ ДЕТЕРМИНИЗМ
Из однозначного характера закономерностей динамического типа вытекает представление о

жесткой предопределенности (детерминированности) множества событий в природе.
Долгое время считали, что

если было бы возможно учесть все взаимодействия всех элементов сколь угодно сложной системы, собрать и использовать всю информацию об их начальных условиях, то было бы можно рассчитать состояние этой системы в будущем и тем самым исключить случайность в описании ее поведения.
В широком смысле детерминизм проявляется как определенный образ мышления, корнями уходящий в механистическую картину мира.
ЛАПЛАСОВСКИЙ ДЕТЕРМИНИЗМИз однозначного характера закономерностей динамического типа вытекает представление о жесткой предопределенности (детерминированности) множества событий в природе.Долгое

Слайд 67КЛАССИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
КОНЦЕПЦИИ КЛАССИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ И СТАТИСТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ

КЛАССИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯКОНЦЕПЦИИ КЛАССИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ И СТАТИСТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ

Слайд 68Молекулярно-кинетическая теория строения вещества. Общие представления.
Вещество – основной

вид материи, состоит из дискретных образований, обладающих массой покоя, в

т.ч. из неделимых элементарных частиц, обладающих физическими параметрами (заряд, масса, энергия, спин и т.д.).
Вещество имеет дискретную структуру, его структурные элементы находятся в непрерывном хаотическом движении, взаимодействуют друг с другом и образуют материальные тела.
Вещества, состоящие непосредственно из атомов, называются химическими элементами, 92 из них встречаются в естественном состоянии.
Сочетания 92 элементов дают огромное число различных химических соединений.
Агрегатные состояния вещества – твердое, жидкое и газообразное.
Молекулярно-кинетическая теория строения вещества. Общие представления. Вещество – основной вид материи, состоит из дискретных образований, обладающих

Слайд 69МНОГОЧАСТИЧНЫЕ СИСТЕМЫ
Многочастичной системой называют совокупность большого числа однотипных элементов (частиц).
Молекулярные

системы представляют собой частный случай многочастичных систем.
Такими системами являются совокупности

атомов или молекул газа, жидкости, кристалла, плазмы; звездные скопления, биологические популяции; масштабные коллективы в человеческом обществе, например, определенный социальный слой и др.
Многочастичные системы исследуют и описывают, применяя два альтернативных подхода: макроскопический и микроскопический (макро- и микроописание).
МНОГОЧАСТИЧНЫЕ СИСТЕМЫМногочастичной системой называют совокупность большого числа однотипных элементов (частиц).Молекулярные системы представляют собой частный случай многочастичных систем.Такими

Слайд 70ДВА МЕТОДА РАССМОТРЕНИЯ ЯВЛЕНИЙ ПРИРОДЫ:
Термодинамический метод (макрометод) изучает внешние проявления

явлений природы (анализ макропараметров вещества – масса m, внутренняя энергия

U, объем V, давление Р, температура T).
Макропараметры взаимосвязаны и подчиняются определенным соотношениям – уравнениями состояния: законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака и Шарля, Клапейрона-Менделеева, уравнение Ван-дер-Ваальса.
Статистический метод (микрометод) изучает атомно-молекулярный механизм физических явлений (анализ микропараметров вещества – масса, скорость энергия отдельной молекулы). Статистический метод основывается на определенных модельных представлениях о свойствах атомов и молекул и ограничивается рассмотрением средних микропараметров.
ДВА МЕТОДА РАССМОТРЕНИЯ ЯВЛЕНИЙ ПРИРОДЫ:Термодинамический метод (макрометод) изучает внешние проявления явлений природы (анализ макропараметров вещества – масса

Слайд 71ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ МЕТОД
Макроскопический подход к описанию явлений в физических телах называется

термодинамическим методом, а теория процессов, построенная на описанной основе –

термодинамикой, представляющей собой совокупность следствий из основных термодинамических законов.
Макропараметры в термодинамике именуются термодинамическими параметрами.
Если во всех частях системы значения термодинамических параметров одинаковы, то говорят, что система находится в термодинамическим равновесии.
Состояние равновесной макроскопической многочастичной системы называют макросостоянием.
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ МЕТОДМакроскопический подход к описанию явлений в физических телах называется термодинамическим методом, а теория процессов, построенная на

Слайд 72СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД (ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИЙ)
Более общим по сравнению с макроскопическим описанием является

так называемый системный, или феноменологический подход.
При феноменологически подходе также не

вникают в структуру изучаемой системы, а вводят некоторый набор величин, характеризующих рассматриваемую систему в целом, и находят количественные соотношения между этими величинами, присущие изучаемому объекту.
Феноменологический подход часто применяется при описании явлений, детальный механизм которых недостаточно ясен.
Например, в физике – термодинамика, в социологии – феноменологическая теория народонаселения, разработанная профессором С.П. Капицей.
СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД (ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИЙ)Более общим по сравнению с макроскопическим описанием является так называемый системный, или феноменологический подход.При феноменологически

Слайд 73СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОД
При микроскопическом подходе к описанию явлений рассматривают структуру системы,

поведение отдельных ее элементов и используют величины характеризующие эти элементы,

микропараметры.
При микроописании оперируют величинами, которые характеризуют средние значения микропараметров.
Иными словами, микроописание многочастичной системы, в частности, молекулярной, является статистическим описанием, которое опирается на статистический метод.
Статистический метод впервые использовал Максвелл. Он первым понял, что в многочастичных системах следует искать вероятность того, что конкретные микропараметры имеют определенные значения. Такие вероятности находят на основе статистического метода.
СТАТИСТИЧЕСКИЙ МЕТОДПри микроскопическом подходе к описанию явлений рассматривают структуру системы, поведение отдельных ее элементов и используют величины

Слайд 75СТАТИСТИКА ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА
Огромная совокупность частиц выступает в новом качестве –

представляет собой статистическую систему, которая подчиняется другим законам, не сводимым

к законам механики.
В статистической системе проявляются новые свойства, отсутствующие у отдельных молекул.
С помощью статистического метода можно получить математические выражения, связывающие микро- и макропараметры. Н-р, связь между средней энергией теплового движения молекул (микропараметр) и температурой Т одноатомного газа (макропараметр).
Американский физик Дж. Гиббс создал общий статистический метод расчета термодинамических параметров любых молекулярных систем, а не только газов.
СТАТИСТИКА ИДЕАЛЬНОГО ГАЗАОгромная совокупность частиц выступает в новом качестве – представляет собой статистическую систему, которая подчиняется другим

Слайд 76ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ГАЗОВ
Устанавливает соотношение между давлением газа на

стенку сосуда и средней кинетической энергией хаотического движения молекул газа.
Величина

давления определяется средней кинетической энергией поступательного движения молекул.
Давление – это результат коллективного действия огромной совокупности молекул, образующих статистическую систему.
Важные следствия, вытекающие из основного уравнения молекулярно-кинетической теории газов:
– температура определяется средней кинетической энергией хаотического движения молекул;.
– определена фундаментальная постоянная – постоянная Больцмана.
ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ГАЗОВУстанавливает соотношение между давлением газа на стенку сосуда и средней кинетической энергией хаотического

Слайд 77Распределение Максвелла-Больцмана
В рамках термодинамического метода макросостояние, при котором многочастичная система

находится в равновесии в окружением (термодинамическое равновесие), задается совокупностью макропараметров.
В

рамках статистического метода макросостояние определяется не микропараметрами, а статистическими распределениями этих величин.
Распределение – одно из понятий теории вероятностей и статистики. Распределение вероятности к.-л. случайной величины задается указанием возможных значений этой величины и соответствующих им вероятностей или плотности вероятности.
Случайными являются микропараметры, которыми обладает в данный момент к.-л. молекула. Случайные величины починяются определенным законам – законам статистики.
В частности, эти законы могут отчетливо проявляться в распределении молекул газа по скоростям с помощью функции распределения молекул газа по скоростям.
Распределение Максвелла-БольцманаВ рамках термодинамического метода макросостояние, при котором многочастичная система находится в равновесии в окружением (термодинамическое равновесие),

Слайд 78Функция распределения Максвелла-Больцмана
Функция распределения показывает число молекул, скорости которых лежат

в единичном интервале.
Аналитически эту функцию определил Максвелл (1831-1879). Вид функции

распределения впервые экспериментально проверен Штерном в 1932 г.
Функция распределения Максвелла имеет максимум. Скорость, соответствующая этому максимуму, называется наиболее вероятной скоростью. Это означает, что наибольшее число молекул обладает скоростями, близкими к данной.
Распределение Максвелла является равновесным. Это означает, что в естественных условиям оно будет сохраняться сколь угодно долго.
Температура имеет физическим смысл лишь в том случае, когда в статистической системе установилось распределение Максвелла.
Работы Максвелла были развиты Больцманом (1844-1906), который показал, что более общим является распределение не по скоростям, а по энергиям. Так была получена функция распределения Больцмана – функция распределения молекул газа по энергиям.
Функция распределения Максвелла-БольцманаФункция распределения показывает число молекул, скорости которых лежат в единичном интервале.Аналитически эту функцию определил Максвелл

Слайд 79Распределение Максвелла
Максвелл получил статистическое равновесное распределение молекул газа по их

скоростям.

Распределение МаксвеллаМаксвелл получил статистическое равновесное распределение молекул газа по их скоростям.

Слайд 81СТАТИСТИЧЕСКИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
В статистических теориях по известному состоянию (статистическому распределению)

однозначно определяются не сами характеристики элементов системы, а вероятности того,

что они могут принимать значения внутри определенного числового диапазона.
Однозначно определяются только средние значения этих характеристик.
Различие между динамическими и статистическим моделями заключается в определении состояния системы.
При использовании статистического метода состояние системы представляет собой ее вероятностную характеристику.
СТАТИСТИЧЕСКИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯВ статистических теориях по известному состоянию (статистическому распределению) однозначно определяются не сами характеристики элементов системы,

Слайд 82РАВНОВЕСНЫЕ СОСТОЯНИЯ
Для равновесных состояний функция распределения не зависит от времени.
Это

значит, что случайное поведение отдельных элементов многочастичной системы (н-р, отдельных

молекул газа) в данных макроскопических условиях подчинено определенному вероятностному (статистическому) закону, который и выражается некоторой функцией распределения.
РАВНОВЕСНЫЕ СОСТОЯНИЯДля равновесных состояний функция распределения не зависит от времени.Это значит, что случайное поведение отдельных элементов многочастичной

Слайд 83ФЛУКТУАЦИИ. НЕУСТРАНИМОЕ ВЛИЯНИЕ ОКРУЖЕНИЯ
Флуктуация – случайное, локальное отклонение отклонение величин,

характеризующих состояние системы, от их средних значений. Чем больше флуктуация,

тем реже она возникает и быстро исчезает. Иными словами, значительная флуктуация маловероятна.
В макрообъектах благодаря большому числу взаимодействующих между собой частиц существуют условия для эффективного проявления слабого воздействия извне и его быстрого распространения на все частицы объекта. Внешнее воздействие может быть случайным.
Макросостояние чувствительно к неконтролируемому внешнему воздействию.
Тепловые случайные воздействия принципиально неустранимы, поскольку нет абсолютно изолированных систем.
ФЛУКТУАЦИИ. НЕУСТРАНИМОЕ ВЛИЯНИЕ ОКРУЖЕНИЯФлуктуация – случайное, локальное отклонение отклонение величин, характеризующих состояние системы, от их средних значений.

Слайд 84ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА В НЕРАВНОВЕСНЫХ СИСТЕМАХ. РЕЛАКСАЦИЯ
Флуктуации в системе, находящейся в

равновесии с окружением, обусловлены неконтролируемым внешним воздействием (флуктуативным, закономерным или

постоянным). В системе возникнет неоднородное распределение макроскопических параметров.
Степень неоднородности пространственного распределения некоторой макровеличины характеризуется градиентом этой величины.
Макроскопическая неравновесность в системе, предоставленной самой себе (изолированной) самопроизвольно исчезает.
Происходит релаксация, которая проявляется в выравнивании значений макропараметров, в уменьшении и исчезновении градиентов этих параметров.
Явления релаксации и явления переноса являются необратимыми процессами.
ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА В НЕРАВНОВЕСНЫХ СИСТЕМАХ. РЕЛАКСАЦИЯФлуктуации в системе, находящейся в равновесии с окружением, обусловлены неконтролируемым внешним воздействием

Слайд 85НЕОБРАТИМЫЕ ПРОЦЕССЫ И СТРЕЛА ВРЕМЕНИ
В необратимых процессах промежуточные состояния не

являются равновесными.
Систему, в которой произошли необратимые процессы невозможно вернуть в

исходное состояние без того, чтобы не произвести в окружении некоторых изменений.
Необратимые процессы являются такими природными проявлениями, которые позволяют выстроить последовательность моментов времени.
Поэтому с необратимыми процессами в природе можно связать характерную для каждого такого процесса направленность времени, так называемую стрелу времени.
НЕОБРАТИМЫЕ ПРОЦЕССЫ И СТРЕЛА ВРЕМЕНИВ необратимых процессах промежуточные состояния не являются равновесными.Систему, в которой произошли необратимые

Слайд 86ТЕРМОДИНАМИКА
Термодинамика возникла как наука о теплоте.
Термодинамика – метод изучения вопросов,

связанных с передачей различных видов энергии от одного тела к

другому.
Термодинамика основана на трех эмпирических законах, которые называются началами.
Исторически первым установлено второе начало, потом первое, третье, а последним – нулевое.
ТЕРМОДИНАМИКАТермодинамика возникла как наука о теплоте.Термодинамика – метод изучения вопросов, связанных с передачей различных видов энергии от

Слайд 89ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ
Закон сохранения и превращения энергии – один из основных

законов, справедливых для неживой и живой природы. Важнейшее в нем

– положение об эквивалентности теплоты и работы как разных форм энергии.
Функции состояния – величины, однозначно определяемые при равновесии.
Время как параметр в термодинамике не фигурирует.
В классической равновесной термодинамике рассматриваются обратимые процессы.
Да и равновесие в статическом состоянии соответствует смерти системы.
Изолированные системы – термодинамические системы, находящиеся в состоянии адиабатической изоляции, которая исключает обмен теплотой и веществом с окружающей средой.
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫЗакон сохранения и превращения энергии – один из основных законов, справедливых для неживой и живой природы.

Слайд 90ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ, ТЕПЛОТА и РАБОТА
В механике энергию принято разделять

на кинетическую (энергию движения) и потенциальную (энергию взаимодействия).
В термодинамике полная

энергия тела складывается из кинетической энергии движения тела как целого, из потенциальной энергии сил во внешнем поле сил и внутренней энергии.
Внутренняя энергия – энергия теплового
(поступательного, вращательного и колебательного) движения молекул и потенциальная энергия их взаимодействия.
Возможны два способа изменения внутренней энергии U термодинамической системы при ее взаимодействии с окружением: совершение над системой работы А и сообщения ей количества теплоты Q (1-е начало).
ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ, ТЕПЛОТА и РАБОТА В механике энергию принято разделять на кинетическую (энергию движения) и потенциальную (энергию

Слайд 91ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ
Первое начало термодинамики – закон сохранения энергии, сформулированный

для тепловых явлений.
Количественная формулировка первого начала термодинамики:

Количество теплоты ∆Q , сообщенное системе, идет на увеличение внутренней энергии ∆U системы и совершение системой работы ∆A над внешними телами:
∆Q = ∆U + ∆A.
Первое начало термодинамики, устанавливая баланс различных типов энергии при переходе друг в друга, в то же время не указывает направления процесса, связанного с преобразованием энергии.
Из первого начала следует важный вывод: вечный двигатель первого рода невозможен, т.е. нельзя построить периодически действующую машину, которая бы совершала работу больше подводимой к ней энергии.
ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИПервое начало термодинамики – закон сохранения энергии, сформулированный для тепловых явлений.Количественная формулировка первого начала термодинамики:

Слайд 92НУЛЕВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ
Первое начало термодинамики – это закон сохранения и

превращения энергии в изолированной системе, утверждение существования внутренней энергии, поэтому

его называют принципом энергии.
В 1847 г. энергия утвердилась как основная сохраняющая величина.Теплота и работа определяют способы передачи энергии.
Все тепловые процессы в отличие от механического движения необратимы, т.е. для них обратные процессы, при которых реализуются те же тепловые состояния, но только в обратном направлении, практически невозможны.
Нулевое начало термодинамики: Равенство температур во всех точках есть условия равновесия для двух систем или двух частей одной и той же системы.
Все термодинамические процессы, приближающиеся к тепловому равновесию, необратимы.
НУЛЕВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИПервое начало термодинамики – это закон сохранения и превращения энергии в изолированной системе, утверждение существования

Слайд 93ПОНЯТИЕ ЭНТРОПИИ
Чтобы придать второму началу термодинамики математически строгую форму, используем

понятие энтропии:
Энтропия системы S – это физическая величина, изменение которой

dS при температуре системы Т определяется формулой:
dS = dQ/T.
Это выражение является формальным, феноменологическим определением энтропии.
Энтропия – макропараметр системы, который наряду с другими макропараметрами, характеризует ее состояние.
Анализ работы тепловых машин, который привел к открытию второго начала термодинамики, исключает возможность создания вечного двигателя второго рода.
ПОНЯТИЕ ЭНТРОПИИЧтобы придать второму началу термодинамики математически строгую форму, используем понятие энтропии:Энтропия системы S – это физическая

Слайд 94ВТОРОЕ НАЧАЛО – ЗАКОН ВОЗРАСТАНИЯ ЭНТРОПИИ
С помощью понятия энтропии стало

возможным сформулировать второй закон термодинамики математически: ∆S ≥ 0.
В

любых термодинамических процессах энтропия замкнутой системы не убывает (закон возрастания энтропии).
Если процессы обратимые, энтропия остается неизменной.
При необратимых процессах энтропия возрастает:
∆S > 0.
Энтропия незамкнутой, открытой системы может вести себя любым образом.
ВТОРОЕ НАЧАЛО – ЗАКОН ВОЗРАСТАНИЯ ЭНТРОПИИС помощью понятия энтропии стало возможным сформулировать второй закон термодинамики математически: ∆S

Слайд 95ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ
Смысл энтропии проявляется во взаимосвязи двух методов термодинамического

и статистического.
Методами статистической физики показано, что энтропия системы связана с

ее термодинамической вероятностью W (т.е. с числом способов реализации ее макросостояния) соотношением:
S = k ln W,
где k – постоянная Больцмана.
Это соотношение энтропии и термодинамической вероятности отвечает второму началу термодинамики, ибо замкнутая система постепенно переходит к равновесному состоянию с максимальной энтропией S и остается в нем, как наиболее вероятном из всех возможных. Именно наиболее вероятное состоянием реализуется наибольшим числом способов, т.е. наибольшим числом микросостояний W. Это и отражено в записанном соотношении.
Второе начало термодинамики имеет вероятностный характер.
ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИСмысл энтропии проявляется во взаимосвязи двух методов термодинамического и статистического.Методами статистической физики показано, что энтропия

Слайд 96ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ
Благодаря статистическому толкованию энтропии, раскрывается ее смысл: энтропия

является мерой хаотичности изменений в системе.
Энтропия как мера беспорядка в

системах (Л. Больцман).
В замкнутой макроскопической системе энтропия при любом реальном процессе либо возрастает, либо остается неизменной: ∆S ≥ 0. Энтропия замкнутой системы, т.е. системы, которая не обменивается с окружением ни энергией, ни веществом, постоянно возрастает.

ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИБлагодаря статистическому толкованию энтропии, раскрывается ее смысл: энтропия является мерой хаотичности изменений в системе.Энтропия как

Слайд 97ВТОРОЕ НАЧАЛО – ЗАКОН ВОЗРАСТАНИЯ ЭНТРОПИИ
Энтропия впервые выступает в качестве

своеобразной стрелы времени – необратимого процесса возрастания энтропии в замкнутой

системе.
Энтропия как мера неупорядоченности системы.
Упорядоченным называется состояние, осуществляемое относительно малым количеством способом, неупорядоченное состояние – относительно многим.
Второе начало термодинамики утверждает, что все замкнутые системы эволюционируют в направлении от упорядоченности к хаотичности.
Так вместе со вторым началом термодинамики, описывающим однонаправленность необратимых процессов, и понятием энтропии в физику входит понятие эволюции.
ВТОРОЕ НАЧАЛО – ЗАКОН ВОЗРАСТАНИЯ ЭНТРОПИИЭнтропия впервые выступает в качестве своеобразной стрелы времени – необратимого процесса возрастания

Слайд 98ПОНЯТИЕ «КАЧЕСТВА» или «РАНГА» ЭНЕРГИИ
Понятие энтропии позволяет оценить энергию с

точки зрения ее «качества» или «ранга».
Высший ранг получают низкоэнтропийные виды

энергии, способные превращаться в другие виды: механическая и электрическая энергии с упорядоченным движением частиц или зарядов могут полностью превращаться в тепловую энергию.
Низший ранг достается теплоте, поскольку энергию, запасенную при какой-то температуре, можно отдать лишь телу, обладающему более низкой температурой.
Промежуточной является химическая энергия из-за тепловых явлений, сопровождающих реакции.

ПОНЯТИЕ «КАЧЕСТВА» или «РАНГА» ЭНЕРГИИПонятие энтропии позволяет оценить энергию с точки зрения ее «качества» или «ранга».Высший ранг

Слайд 99ПРОБЛЕМА ТЕПЛОВОЙ СМЕРТИ ВСЕЛЕННОЙ
Необратимое стремление к равновесию всякой системы, не

обменивающейся энергией с другими системами, привело Р. Клаузиуса в середине

XIX в. к ошибочному выводу о постепенном переходе всех видов энергии во Вселенной в энергию теплового движения. С течением времени энергия равномерно распределится по веществу Вселенной, тогда все макроскопические процессы в ней прекратятся.
Такая гипотеза получила название «тепловая смерть Вселенной».
Ограниченность такого вывода заключается в том, что бессмысленно применять второе начало термодинамики к незамкнутым системам, к которым относится наша Вселенная.

ПРОБЛЕМА ТЕПЛОВОЙ СМЕРТИ ВСЕЛЕННОЙНеобратимое стремление к равновесию всякой системы, не обменивающейся энергией с другими системами, привело Р.

Слайд 100ТРЕТЬЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ
Энтропия любой системы стремится к конечному пределу, не

зависящему от давления, плотности или фазы, при стремлении температуры к

абсолютному нулю (В. Нернст).
Энтропия всякого тела стремится к нулю при стремлении к нулю температуры – тепловая теорема.
Третье начало термодинамики предполагает атомное строение вещества.
Теоремой Нернста завершается построение классической термодинамики.
ТРЕТЬЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИЭнтропия любой системы стремится к конечному пределу, не зависящему от давления, плотности или фазы, при

Слайд 101КОНТИНУАЛЬНАЯ КОНЦЕПЦИЯ И МОДЕЛЬ КОНТИНУУМА
Истоком континуальной концепции является представление о

непрерывной и бесконечно делимой материи, заполняющей все пространство и находящейся

в постоянном движении.
В XVIII веке картина природы была дополнена понятием силового поля, в XIX веке – учением об электромагнетизме.
Так корпускулярная концепция была дополнена континуальной, что расширило общие представления о формах материи.
Совокупность значений физической величины (температуры, давления, скорости и т.д.), характеризующей сплошную среду в каждой ее точке, называют полем этой величины (поле температур и т.д.)
При полевом описании модели сплошной среды само понятие «поле» означает не физический объект, а математический образ в виде непрерывной функции координат.
КОНТИНУАЛЬНАЯ КОНЦЕПЦИЯ И МОДЕЛЬ КОНТИНУУМАИстоком континуальной концепции является представление о непрерывной и бесконечно делимой материи, заполняющей все

Слайд 102ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ КОНЦЕПЦИЯ
Физическое поле – особая форма материи, связывающая частицы (объекты)

вещества в единые системы и передающая с конечной скоростью действие

одних частиц на другие.
К физическим полям относятся электромагнитное и гравитационное поля, поле ядерных сил , а также волновые (квантовые поля), соответствующие различным частицам (н-р, электрон-позитронное поле).
Источником физических полей являются частицы.
Электризация связана с разделением электрических зарядов. Электрические заряды могут взаимодействовать на расстоянии посредством электрического поля.
Электрические поле – особое состояние среды, при котором на электрический заряд, помещенный в любую точку среды, действует электрическая сила.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ КОНЦЕПЦИЯФизическое поле – особая форма материи, связывающая частицы (объекты) вещества в единые системы и передающая с

Слайд 103КОНЦЕПЦИЯ ДАЛЬНОДЕЙСТВИЯ И БЛИЗКОДЕЙСТВИЯ
Концепция дальнодействия – взаимодействие между телами может

осуществляться непосредственно через пустое пространство, и передача взаимодействия переходит мгновенно.
Концепция

близкодействия – взаимодействие между телами осуществляется посредством тех или иных полей, непрерывно распределенных в пространстве. Скорость передачи взаимодействия тел ограничена и не должна превышать скорость света в вакууме.
Концепция корпускулярно-волнового дуализма: дискретные и непрерывные свойства материи едины и дополняют друг друга.
КОНЦЕПЦИЯ ДАЛЬНОДЕЙСТВИЯ И БЛИЗКОДЕЙСТВИЯКонцепция дальнодействия – взаимодействие между телами может осуществляться непосредственно через пустое пространство, и передача

Слайд 104ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ТЕОРИЯ МАКСВЕЛЛА
Уравнения Максвелла не симметричны относительно электрического и магнитного

полей. Это связано с тем, что в природе существуют только

электрические заряды.
Из уравнений Максвелла следует, что переменное магнитное поле всегда связано с порождаемым им электрическим полем, а переменное электрическое поле – с порождаемым им магнитным полем, т.е. электрическое и магнитное поле неразрывно взаимосвязаны и образуют единое электромагнитное поле.
Электромагнитное поле способно существовать вообще независимо от наличия электрических зарядов и электрических токов.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ТЕОРИЯ МАКСВЕЛЛАУравнения Максвелла не симметричны относительно электрического и магнитного полей. Это связано с тем, что в

Слайд 105ВОЛНОВЫЕ И КОРПУСКУЛЯРНЫЕ СВОЙСТВА МАТЕРИИ
Континуальность (непрерывность) и дискретность (прерывность) представляют

собой две неразрывно связанные реальности объективного мира.
Колебания – повторяющиеся во

времени движения или процессы в природе.
Резонанс (лат. откликаюсь) – резкое возрастание амплитуды (параметра) вынужденных установившихся колебаний при приближении частоты внешнего гармонического воздействия к частоте одного из собственных колебаний системы.
Волны – это изменение состояния среды, распространяющиеся в ней без переноса вещества и несущие с собой энергию и импульс.
ВОЛНОВЫЕ И КОРПУСКУЛЯРНЫЕ СВОЙСТВА МАТЕРИИКонтинуальность (непрерывность) и дискретность (прерывность) представляют собой две неразрывно связанные реальности объективного мира.Колебания

Слайд 106ВОЛНОВОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССОВ
Явление отражения
Явление преломления
Явление дисперсии – зависимость показателя преломления

среды от частоты.
Явление интерференции
Явление дифракции
Явление поляризации

ВОЛНОВОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССОВЯвление отраженияЯвление преломленияЯвление дисперсии – зависимость показателя преломления среды от частоты.Явление интерференции Явление дифракцииЯвление поляризации

Слайд 107КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА СВЕТА
Свет – электромагнитная волна, распространяющаяся в пространстве с

конечной скоростью.
Свет – поток световых частиц (корпускул), летящих от светящегося

тела по прямолинейным траекториям (И. Ньютон).
Свет – упругая волна, распространяющаяся в мировом «эфире» *Гюйгенс).
Свет имеет двойственную природу, сочетая в себе как волновые свойства, так и свойства, присущие частицам (фотоэффект, эффект Комптона).
КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА СВЕТАСвет – электромагнитная волна, распространяющаяся в пространстве с конечной скоростью.Свет – поток световых частиц (корпускул),

Слайд 108КВАНТОВЫЕ СВОЙСТВА СВЕТА
Испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения называется

фотоэффектом.
Гипотеза Планка (1900 г.): излучение и поглощение света происходит

не непрерывно, а дискретно, т.е. определенными порциями (квантами), энергия E которых определяется частотой ν:
E = hν,
где h – постоянная Планка.
Свет имеет сложную природу: он представляет собой единство противоположных свойств – корпускулярного (квантового) и волнового (электромагнитного).

КВАНТОВЫЕ СВОЙСТВА СВЕТАИспускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения называется фотоэффектом. Гипотеза Планка (1900 г.): излучение и

Слайд 112КРИЗИС В ФИЗИКЕ
Уравнения Максвелла являются неинварианты относительно преобразований Галилея.
Теория эфира

как абсолютной системы координат, к которой «привязаны» уравнения Максвелла, не

нашли экспериментального подтверждения.
КРИЗИС В ФИЗИКЕУравнения Максвелла являются неинварианты относительно преобразований Галилея.Теория эфира как абсолютной системы координат, к которой «привязаны»

Слайд 113КВАНТОВЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
Молекулярный, атомный, нуклонный и кварковый уровни строения материи

КВАНТОВЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯМолекулярный, атомный, нуклонный и кварковый уровни строения материи

Слайд 114ПОНЯТИЕ МИКРОМИРА
Микромир – это мир молекул, атомов, атомных ядер и

элементарных частиц.
Это мир предельно малых, непосредственно ненаблюдаемых микрообъектов, размеры которых

составляют от 10-8 до 10-16 см, а время их жизни – от бесконечности до 10-24 сек.
Все эти микрообъекты описываются особой наукой – квантовой механикой и квантовой теорией поля.
ПОНЯТИЕ МИКРОМИРАМикромир – это мир молекул, атомов, атомных ядер и элементарных частиц.Это мир предельно малых, непосредственно ненаблюдаемых

Слайд 116РЕВОЛЮЦИЯ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ И СМЕНА ПРЕЖНЕЙ КАРТИНЫ МИРА

В конце XIX и начале ХХ вв. были сделаны крупнейшие

открытия:
Открытия, связанные со строением вещества: электроны (Дж. Томсон, 1897), позднее протоны (начало 20-х гг.), нейтроны (1932) и т.д.
Открытия взаимосвязи вещества и энергии: явления радиоактивности (А. Беккерель, 1896) и радиоактивного распада (Э. Резерфорд, 1902).
Неудачные попытки теоретического описания поведения микрочастиц на базе классических представлений о характере процессов привели к появлению принципиально новых, квантовых представлений о характере процессов в микромире. На их основе постепенно сформировался раздел физики, получивший название квантовой физики.
РЕВОЛЮЦИЯ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ И СМЕНА ПРЕЖНЕЙ КАРТИНЫ МИРА В конце XIX и начале ХХ вв.

Слайд 117КВАНТОВАЯ ГИПОТЕЗА. ФОТОН.
Гипотеза Макса Планка (1900) для объяснения теплового излучения

тел: атомы излучающего тела отдают электромагнитную энергию порциями (квантами), причем

энергия Е одного кванта пропорциональна частоте излучения ν
Е = hν, где h - постоянная Планка.
Гипотеза Эйнштейна для объяснения внешнего фотоэффекта (1905): свет не только излучается, но и поглощается квантами. Следовательно, распространение света также связано с переносом отдельных порций световой энергии.
В результате физики пришли к понимание света как потока частиц – фотонов, каждый из которых обладает квантом энергии Е = hν и распространяется со скоростью света с.
КВАНТОВАЯ ГИПОТЕЗА. ФОТОН.Гипотеза Макса Планка (1900) для объяснения теплового излучения тел: атомы излучающего тела отдают электромагнитную энергию

Слайд 118ПРИНЦИП КОРПУСКУЛЯРНО – ВОЛНОВОГО ДУАЛИЗМА СВЕТА
В результате описанной эволюции

представлений постепенно утвердилось понимание света как физического явления совершенно необычного

для классической физики типа – в нем сочетаются свойства потока частиц (корпускул, обладающих определенной энергией и импульсом) и волнового процесса ( характеризуемого длиной волны и частотой).
Такие неразрывное единство физически принципиально различных свойств светового излучения стали именовать корпускулярно-волновым дуализмом света.
ПРИНЦИП КОРПУСКУЛЯРНО – ВОЛНОВОГО ДУАЛИЗМА СВЕТА В результате описанной эволюции представлений постепенно утвердилось понимание света как физического

Слайд 119КОНЦЕПЦИЯ ДИСКРЕТНОСТИ
Из квантовых представлений о свете вытекает наличие у фотона

не только фиксированной энергии hν , но и импульса p

= h/λ.
Это означает, что при взаимодействии вещества и излучения существуют минимальные порции обмена энергией и импульсом.
Таким образом, с возникновением представлений о фотонах произошло закрепление идеи дискретности, квантования физических характеристик микрообъектов.
Квант – частица – носитель свойств какого-либо физического поля (квант электромагнитного поля – фотон).
Постоянная Планка h – основная постоянная квантовой теории, минимальный квант действия.
КОНЦЕПЦИЯ ДИСКРЕТНОСТИИз квантовых представлений о свете вытекает наличие у фотона не только фиксированной энергии hν , но

Слайд 120ПЛАНЕ ТАРНАЯ МОДЕЛЬ СТРУКТУРЫ АТОМА
В 1911 г. Э. Резерфорд разработал

т. н. планетарную модель структуры атома.
Основу этой модели составляет массивное

ядро, обладающее положительным электрическим зарядом, вокруг которого вращается определенное число отрицательно заряженных электронов, образующих пространственную электронную оболочку, превосходящую по размерам атомное ядро примерно на четыре порядка, т.е. в 10 000 раз.
Планетарная модель атома предполагала рассмотрение электронов в качестве объектов, обладающих механическими свойствами, что очень скоро привело к многочисленным противоречиям в объяснении опытных данных проводимых исследований.
В дальнейшем понятием атом стали обозначать мельчайшую частицу вещества, все еще обладающая химическими свойствами.
ПЛАНЕ ТАРНАЯ МОДЕЛЬ СТРУКТУРЫ АТОМАВ 1911 г. Э. Резерфорд разработал т. н. планетарную модель структуры атома.Основу

Слайд 121ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СТРУКТУРЫ АТОМА
Выходом из создавшейся ситуации стала энергетическая модель

структуры атома водорода, предложенная Н. Бором в 1913 г.
Изменения, внесенные

Н. Бором в планетарную модель Резерфорда, касались в основном электронной оболочки атома.
Глубокое убеждение Н. Бора: физика микромира кардинально отличается от принципов классической механики.
Подтверждением такой убежденности в последствии стали принцип корпускулярно-волнового дуализма микрообъектов (1924) и принцип дополнительности, предложенный Бором для микромира (1927).
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СТРУКТУРЫ АТОМАВыходом из создавшейся ситуации стала энергетическая модель структуры атома водорода, предложенная Н. Бором в

Слайд 122ПОСТУЛАТЫ БОРА
В любой атомной системе, независимо от вида химического элемента,

действуют следующие постулаты:
1. Существуют стационарные квантовые состояния, находясь в которых

атомная система, не испытывающая внешних воздействий, не изменяется с течением времени.
2. Электроны в стационарном состоянии атомной системы существуют в энергетических слоях, имея дискретные значения своей энергии.
3. Переход электронов из одного энергетического слоя в другой сопровождается поглощением или выделением квантов энергии.
Энергетическая модель атома обеспечивает четкую взаимосвязь между заполненностью слоев и подслоев электронной оболочки и физико-химических свойств элементов в Периодической системе Менделеева.
ПОСТУЛАТЫ БОРАВ любой атомной системе, независимо от вида химического элемента, действуют следующие постулаты:1. Существуют стационарные квантовые состояния,

Слайд 123ПРИНЦИП КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОГО ДУАЛИЗМА МИКРООБЪЕКТОВ
Луи де Бройль (1924) – Принцип корпускулярно-волнового

дуализма провозгласил двойственную природу вещества и поля для всех элементарных

частиц микромира как единственно возможный способ примирить между собой накопленные противоречивые результаты многочисленных экспериментальных исследований.
В 30-е годы ХХ в. экспериментально доказано: между веществом и полем не существует непроходимой границы – в определенных условиях элементарные частицы вещества обнаруживают волновые свойства, а частицы поля – свойства корпускул.
ПРИНЦИП КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОГО ДУАЛИЗМА МИКРООБЪЕКТОВЛуи де Бройль (1924) – Принцип корпускулярно-волнового дуализма провозгласил двойственную природу вещества и поля

Слайд 126ПРИНЦИП ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ Н. БОРА (1927)
В развитие корпускулярно-волнового дуализма Н. Бор (1927)

предложил для микромира принцип дополнительности, согласно которому невозможно в полной

мере описать свойства любого объекта микромира без учета как вещественных, так и волновых его характеристик, взаимно дополняющих друг друга.
ПРИНЦИП ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ Н. БОРА (1927)В развитие корпускулярно-волнового дуализма Н. Бор (1927) предложил для микромира принцип дополнительности, согласно

Слайд 130ПОЛНОЕ ОПИСАНИЕ СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ ЧАСТИЦЫ В АТОМНОЙ СИСТЕМЕ
С учетом корпускулярно-волнового

дуализма (КВД) набор из четырех дискретно меняющихся квантовых чисел (главное

квантовое число n, дополнительное (азимутальное) квантовое число l, магнитное квантовое число m и магнитное спиновое квантовое число s, полностью описывает состояние элементарной частицы в атомной системе.
С этим полным набором квантовых чисел как раз и связан принцип В. Паули (1900-1958).
ПОЛНОЕ ОПИСАНИЕ СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ ЧАСТИЦЫ В АТОМНОЙ СИСТЕМЕС учетом корпускулярно-волнового дуализма (КВД) набор из четырех дискретно меняющихся

Слайд 131АТОМ КАК КВАНТОВАЯ СИСТЕМА
Главное кантовое число (n) определяет энергию электрона

в атоме в размеры электронного облака.
Орбитальное (l) и магнитное (m)

квантовые числа определяют пространственную конфигурацию и ориентацию электронного облака; они связаны с орбитальным и моментом импульса электрона.
Спином называется (spin - вращаться) собственный момент импульса частицы, не связанный с ее перемещением в пространстве. Спин характеризуется спиновым квантовым числом (s), которое может принимать целые (бозоны) или полуцелые (фермионы)значения.
Атом определенного элемента способен излучать или поглощать только свой, определенный набор длин волн, т.е. имеет свой индивидуальный спектр электромагнитного излучения
АТОМ КАК КВАНТОВАЯ СИСТЕМАГлавное кантовое число (n) определяет энергию электрона в атоме в размеры электронного облака.Орбитальное (l)

Слайд 132ПРИНЦИП ПАУЛИ
В одной атомной системе не может быть двух частиц

с одинаковым набором квантовых чисел.
По сути дела принцип Паули утверждает

невозможность нахождения в одной точке пространства двух совершенно одинаковых материальных части и представляет собой один из важнейших законов физики микромира.
ПРИНЦИП ПАУЛИВ одной атомной системе не может быть двух частиц с одинаковым набором квантовых чисел.По сути дела

Слайд 133КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА (1925-1927)
1925 г. – В. Гейзенберг создал матричную механику,

где устанавливалась связь матриц с координатами и скоростями электрона.
1926 г.

– Э. Шредингер предложил волновое уравнение для описания волновых свойств микрочастиц во внешних силовых полях.
М. Борн дал вероятностное толкование волновой функции. (Невозможно точно предвидеть поведение каждой конкретной частицы во времени и пространстве, но статистические закономерности для множества частиц выполняются в микромире вполне определенно).
КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА (1925-1927) 1925 г. – В. Гейзенберг создал матричную механику, где устанавливалась связь матриц с координатами

Слайд 134ВЕРОЯТНОСТЬ В МИКРОМИРЕ
Важнейшей особенностью физики микромира является стохастический, вероятностный характер

происходящих в нем процессов с микрочастицами.
В соответствии с этой особенностью

невозможно точно предвидеть поведение каждой конкретной частицы во времени и пространстве, но статистические закономерности для множества частиц выполняются в микромире вполне определенно.
Распределение вероятностей нахождения элементарных частиц в определенных точках пространства в конкретные моменты времени математически описывается волновой функцией, имеющей в зависимости от начальных условий различный вид в одном из наиболее важных уравнений физики микромира – уравнении Э. Шредингера, полученном в 1926 г.
ВЕРОЯТНОСТЬ В МИКРОМИРЕВажнейшей особенностью физики микромира является стохастический, вероятностный характер происходящих в нем процессов с микрочастицами.В соответствии

Слайд 135УРАВНЕНИЕ ШРЁДИНГЕРА
Уравнение Шрёдингера как и многие уравнения физики не выводится,

а постулируется.
Решая уравнение Шрёдингера, получают данные о поведении микросистем в

каких-то конкретных условиях. При этом по исходному значению волновой функции может быть определено ее значение в любой последующий момент времени.
Волновая функция определяет вероятность нахождения микросистемы в любой точке пространства.
Более точно квадрат модуля волновой функции есть плотность вероятности нахождения микрочастицы в соответствующем месте пространства.
УРАВНЕНИЕ ШРЁДИНГЕРАУравнение Шрёдингера как и многие уравнения физики не выводится, а постулируется.Решая уравнение Шрёдингера, получают данные о

Слайд 136ПРИНЦИП НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ В. ГЕЙЗЕНБЕРГА (1927)
С указанным вероятностным свойством тесно связан

принцип неопределенности:
Невозможно одновременно со сколь угодно высокой точностью определить пространственные

координаты (местоположение) и количество движению (энергию) элементарной частицы.
Микрочастица (микрообъект) не может иметь одновременно определенную координату х и определенный импульс р, причем неопределенности этих величин удовлетворяют условию
∆x • ∆ px ≥ h, где h – постоянная Планка.
Соотношение неопределенностей является квантовым ограничением применимости классической механики к микрообъектам.
ПРИНЦИП НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ В. ГЕЙЗЕНБЕРГА (1927)С указанным вероятностным свойством тесно связан принцип неопределенности:Невозможно одновременно со сколь угодно

Слайд 137ПРИНЦИП ТОЖДЕСТВЕННОСТИ
Различия между квантовой и классической механикой выявились при рассмотрении

системы многих частиц. Классический подход к столкновению двух одинаковых частиц

позволяет различить их движение после удара. Ведь каждая частица имеет свою собственную траекторию, даже если они оказались симметричны.
В квантовой механике траекторий нет, в процессе столкновения области локализации частиц перекрываются, различить их после взаимодействия невозможно даже в принципе. Следовательно, одинаковые частицы оказываются неразличимыми – тождественными.
ПРИНЦИП ТОЖДЕСТВЕННОСТИРазличия между квантовой и классической механикой выявились при рассмотрении системы многих частиц. Классический подход к столкновению

Слайд 138СИММЕТРИЯ ВОЛНОВОЙ ФУНКЦИИ И ПРИНЦИП ПАУЛИ
Неразличимость тождественных частиц ведет к

определенному свойству симметрии волновой функции. Если при перестановке частиц местами

волновая функция не меняет знака, то она называется симметричной, если меняет – антисимметричной.
Свойство симметрии или антисимметрии – характерный признак определенного класса микрочастиц.
СИММЕТРИЯ ВОЛНОВОЙ ФУНКЦИИ И ПРИНЦИП ПАУЛИНеразличимость тождественных частиц ведет к определенному свойству симметрии волновой функции. Если при

Слайд 139СПИН МИКРОЧАСТИЦ – ИХ СОБСТВЕННЫЙ МОМЕНТ ИМПУЛЬСА
Симметрия или антисимметрия волновых

частиц определяется спином частиц – их собственным моментом импульса.
В

зависимости от характера симметрии все элементарные частицы и построенные из них системы (атомы, молекулы) делятся на два класса.
Частицы с полуцелым спином (например, электроны, протоны, нейтроны) описываются антисимметричными волновыми функциями и подчиняются статистике Ферми–Дирака: такие частицы называются фермионами.
Частицы с нулевым или целочисленным спином (например, пи-мезоны, фотоны), описываемые симметричными волновыми функциями и статистикой Бозе–Эйнштейна, относятся к классу бозонов.
СПИН МИКРОЧАСТИЦ – ИХ СОБСТВЕННЫЙ МОМЕНТ ИМПУЛЬСАСимметрия или антисимметрия волновых частиц определяется спином частиц – их

Слайд 140ФЕРМИОНЫ И БОЗОНЫ. ПРИНЦИП ПАУЛИ.
Системы фермионов встречаются в природе только

в состояниях, описываемых антисимметричными волновыми функциями.
две тождественные частицы с

полуцелым спином (фермионы) не могут одновременно находиться в одном квантовом состоянии.
в системе одинаковых фермионов любые два из них не могут находится в одном и том же состоянии. Следует отметить, что число однотипных бозонов, находящихся в одном и том же состоянии, не ограничивается.
Принцип Паули: в одном и том же атоме не может быть более одного электрона с одинаковым набором четырех квантовых чисел. 

ФЕРМИОНЫ И БОЗОНЫ. ПРИНЦИП ПАУЛИ.Системы фермионов встречаются в природе только в состояниях, описываемых антисимметричными волновыми функциями.

Слайд 141КОНЦЕПЦИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЙ МИКРООБЪЕКТОВ
В отличие от классического подхода к описанию

природы, в соответствии с которым моделируется сам объект, отображаемый совокупностью

его «точно» установленных характеристик, в квантовой механике проявляется новый, неклассический подход.
С помощью уравнения Шрёдингера моделируется не сам объект, а его состояние. Оно задается вероятностями тех или иных значений характеристик микрообъекта. Сами же вероятности однозначно задаются волновой функцией. Уравнение Шрёдингера определяет вероятностное, статистическое поведение объектов микромира. Таким образом, уравнение Шрёдингера позволяет описывать эволюцию микросистемы.
Т.о. в неклассической физике на смену концепции моделирования объекта приходит концепция моделирования состояния объекта.
КОНЦЕПЦИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЙ МИКРООБЪЕКТОВВ отличие от классического подхода к описанию природы, в соответствии с которым моделируется сам

Слайд 142ТРИ ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ:
корпускулярно-волновой дуализм, т.е. двойственная природа вещества

и поля всех объектов и явлений в микромире;
дискретный, порционный характер

всех параметров объектов и протекающих процессов микромира;
вероятностный, статистический смысл любых расчетов, утверждений и выводов о поведении элементарных частиц в микромире.
ТРИ ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ:корпускулярно-волновой дуализм, т.е. двойственная природа вещества и поля всех объектов и явлений в

Слайд 143ИЗМЕРЕНИЯ В КВАНТОВОЙ МЕХАНИКЕ. РОЛЬ ПРИБОРА.
«Гораздо легче измерять, чем знать,

что измерять» - Галилео Галилей.
При описании поведения квантовых частиц сам

объект изучения микромира и экспериментальный прибор составляют единую систему.
Проявление квантового объекта в качестве или частицы или волны будет зависеть от того, как мы измеряем.
Поэтому волновой или корпускулярный характер квантовая частица приобретает лишь в глазах экспериментатора.
ИЗМЕРЕНИЯ В КВАНТОВОЙ МЕХАНИКЕ. РОЛЬ ПРИБОРА.«Гораздо легче измерять, чем знать, что измерять» - Галилео Галилей.При описании поведения

Слайд 144ПРИНЦИП ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ Н. БОРА (1927)
Принцип дополнительности часто объясняют влиянием измерительного прибора

(макроскопического объекта) на состояние микрообъекта.
При экспериментальном исследовании микрообъекта могут быть

получены точные данные либо о его энергиях и импульсах, либо о поведении в пространстве и времени.
Эти две взаимоисключающие картины – энергетически-импульсная и пространственно-временная, получаемые при взаимодействии микрообъекта с макроскопическими измерительными приборами, дополняют друг друга.
ПРИНЦИП ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ Н. БОРА (1927)Принцип дополнительности часто объясняют влиянием измерительного прибора (макроскопического объекта) на состояние микрообъекта.При экспериментальном

Слайд 145КОПЕНГАГЕНСКИЙ ТИП ФИЗИЧЕСКОЙ РЕАЛЬНОСТИ
Проблема роли наблюдателя и прибора в квантовой

физике. Принцип дополнительности отражает объективные свойства квантовых систем, не связанные

с наблюдателем.
Н. Бор о роли прибора: работа приборов должна описываться на языке классической, а не квантовой физики.
В. Гейзенберг и В. Фок описывают квантовый объект как множество «объективных» существующих потенциальных возможностей. Роль наблюдателя состоит в том, что при наблюдении эти возможности реализуются как объективные факты – только одна реализуется, другая же нет. Приборы играют роль систем отсчета. В своем качестве «быть прибором» они описываются на языке классической физики, так как только наблюдатель с их помощью может получить информацию о квантовой системе.
КОПЕНГАГЕНСКИЙ ТИП ФИЗИЧЕСКОЙ РЕАЛЬНОСТИПроблема роли наблюдателя и прибора в квантовой физике. Принцип дополнительности отражает объективные свойства квантовых

Слайд 146ИНФОРМАЦИЯ И СОЗНАНИЕ НАБЛЮДАТЕЛЯ
На языке «объективно существующих потенциальных возможностей» и

роли наблюдателя в ней важную роль приобретает понятие информации и

сознание наблюдателя.
Квантовые объекты «существуют» объективно, но, будучи подчиненными другой логике, они оказываются доступными нашему сознанию, использующему приборы, дающие информацию о них, так что их свойства «становятся» истинными или ложными при измерении.
Возникновение времени (а также пространстве в ранней Вселенной) можно понимать как следствие логики, вернее различие логик нашего сознания и физического мира.
ИНФОРМАЦИЯ И СОЗНАНИЕ НАБЛЮДАТЕЛЯНа языке «объективно существующих потенциальных возможностей» и роли наблюдателя в ней важную роль приобретает

Слайд 148СТРОЕНИЕ ЯДЕР
Протонно-нейтронная модель ядра предложена русским физиком Д.Д. Иваненко, и

затем развита В.Гейзенбергом.
Нейтрон, электрически нейтральная элементарная частица со спином ½

и массой покоя, незначительно превышающей массу протона; относится к классу адронов и входит в группу барионов; открыт в 1932 г. английским физиком Дж. Чедвиком. Нейтрон стабилен только в составе ядер. Свободный нейтрон распадается на электрон, протон и электронное антинейтрино. Его период полураспада около 12 мин.
Протон, стабильная элементарная частица со спином ½, ядро атома водорода; имеет положительный заряд, по модулю равный заряду электрона, и массу покоя, превосходящую массу электрона примерно в 1836 раз; протон является адроном и относится к классу барионов.
Связь нуклонов в ядре обеспечивают ядерные силы, намного превышающие силы других фундаментальных взаимодействий. Основные свойства ядерных сил: короткодействие, зарядовая независимость, ядерные силы – силы только притяжения, насыщения, зависимость от взаимной ориентации спинов нуклонов и др.
СТРОЕНИЕ ЯДЕРПротонно-нейтронная модель ядра предложена русским физиком Д.Д. Иваненко, и затем развита В.Гейзенбергом.Нейтрон, электрически нейтральная элементарная частица

Слайд 149ДЕФЕКТ СВЯЗИ И ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ ЯДРА
Масс-спектроскопические измерения показывают, что масса

ядра меньше суммы масс составляющих его нуклонов. Разность суммы масс

нуклонов и массы ядра называется дефектом массы ∆m.
Энергия, которую необходимо затратить, чтобы расщепить ядро на отдельные нуклоны, называется энергией связи ядра Есв. Она определяется формулой
Есв = ∆mс2,
где с – скорость света.
Наиболее устойчивыми, с энергетической точки зрения, оказываются ядра элементов средней части таблицы Менделеева. Тяжелые и легкие ядра менее устойчивы. Это означает, что энергетически выгодны два процесса:
1)     деление тяжелых ядер на более легкие;
2)     слияние легких ядер и образование более тяжелых (синтез ядер).
Оба процесса практически реализованы в виде соответственно цепной реакции деления и термоядерного синтеза. Они сопровождаются выделением огромного количества энергии.
ДЕФЕКТ СВЯЗИ И ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ ЯДРАМасс-спектроскопические измерения показывают, что масса ядра меньше суммы масс составляющих его нуклонов.

Слайд 150РАДИОАКТИВНОСТЬ
В современном представлении радиоактивность – способность некоторых атомных ядер самопроизвольно

превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений

и элементарных частиц. Различают радиоактивность естественную, наблюдаемую в существующих в природе неустойчивых изотопах и искусственную – у изотопов, полученных посредством ядерных реакций. Принципиального физического различия между ними нет: для них характерны одни и те же закономерности радиоактивного превращения.
Различают три основных вида радиоактивного излучения: альфа-, бета- и гамма-излучение.
Закон радиоактивного распада: число нераспавшихся ядер убывает со временем по экспоненте.
РАДИОАКТИВНОСТЬВ современном представлении радиоактивность – способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием различных

Слайд 151ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ
Элементарные частицы – мельчайшие известные частицы материи. Представление об

элементарных частицах отражает ту степень в познании строения материи, которая

достигнута современной наукой.
Характерная особенность элементарных частиц – способность к взаимным превращениям. Основу превращений составляет внутренняя неустойчивость частицы.
Каждая элементарная частица (за исключением нейтральных частиц) имеет свою античастицу.
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫЭлементарные частицы – мельчайшие известные частицы материи. Представление об элементарных частицах отражает ту степень в познании

Слайд 153ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЧАСТИЦЫ
Адроны – класс элементарных частиц, участвующих в сильных взаимодействиях.


К адронам относятся все барионы и мюоны, включая резонансы. Барионы

– группа «тяжелых» элементарных частиц с полуцелым спином и массой не менее массы протона (нуклоны, гипероны и др.).
Мюоны – нестабильные заряженные элементарные частицы со спином ½, временем жизни 2,2۰10-6 с и массой приблизительно в 207 раз превышающей массу электрона; относятся к классу лептонов.
Лептоны – класс элементарных частиц с полуцелым спином, не обладающих сильным взаимодействием. К лептонам относятся электрон, мюон, нейтрино, открытый в 1975 г. тяжелый лептон и соответствующим им античастицы. Все лептоны имеют спин ½, т.е являются фермионами.
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЧАСТИЦЫАдроны – класс элементарных частиц, участвующих в сильных взаимодействиях. К адронам относятся все барионы и мюоны,

Слайд 159ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЧЕТНОСТИ
Специфическая характеристика элементарных частиц – четность –

это квантовое число, определяющее симметрию волновой функции относительно зеркального отражения.

Если при зеркальном отражении волновая функция не меняет знака, то ее четность положительна, если меняет знак – отрицательна. Из квантовой механики следует закон сохранения четности:
при всех превращениях системы частиц четность состояния не изменяется.
Закон сохранения четности выполняется для сильного и электромагнитного взаимодействий.

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЧЕТНОСТИ Специфическая характеристика элементарных частиц – четность – это квантовое число, определяющее симметрию волновой функции

Слайд 160КВАРКОВАЯ МОДЕЛЬ (1964)
Кварки – микроскопические частицы с дробным электрическим зарядом

и спином ½; элементарные составляющие всех адронов, баринов и мезонов.

В пределах точности современного эксперимента – точечные, бесструктурные образования, менее 10-16 см. Кварки в свободном состоянии не существуют.
В основу модели было положено представление о том, что мезоны образуются из пары кварк–антикварк, а барионы из трех кварков.
Кварковая модель оказалась весьма плодотворной – они позволила определить квантовые числа многих элементарных частиц.
КВАРКОВАЯ МОДЕЛЬ (1964)Кварки – микроскопические частицы с дробным электрическим зарядом и спином ½; элементарные составляющие всех адронов,

Слайд 161СВОЙСТВА ФИЗИЧЕСКОГО ВАКУУМА
По определению, вакуум (лат. – пустота) – пространство,

в котором отсутствуют реальные частицы и выполняется условие минимума плотности

энергии в данном объеме.
В квантовой теории поля – вакуум - наинизшее энергетическое состояние.
Физический вакуум рассматривается как особый вид вещества, состоящий из виртуальных частиц и ответственный за квантовые и релятивистские свойства всех вещественных тел.
СВОЙСТВА ФИЗИЧЕСКОГО ВАКУУМАПо определению, вакуум (лат. – пустота) – пространство, в котором отсутствуют реальные частицы и выполняется

Слайд 166ПРИНЦИПИАЛЬНО НОВЫЕ ВЫВОДЫ В ИССЛЕДОВАНИИ МИКРОМИРА
КАЖДАЯ ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ЧАСТИЦА ОБЛАДАЕТ КАК

КОРПУСКУЛЯРНЫМИ, ТАК И ВОЛНОВЫМИ СВОЙСТВАМИ;
ВЕЩЕСТВО МОЖЕТ ПЕРЕХОДИТЬ В ИЗЛУЧЕНИЕ (АНИГИЛЯЦИЯ

ЧАСТИЦЫ И АНТИЧАСТИЦЫ ДАЕТ ФОТОН, Т.Е. КВАНТ СВЕТА);
МОЖНО ПРЕДСКАЗАТЬ МЕСТО И ИМПУЛЬС ЭЛЕМЕНТАРНОЙ ЧАСТИЦЫ ТОЛЬКО С ОПРЕДЕЛЕННОЙ ВЕРОЯТНОСТЬЮ;
ПРИБОР, ИССЛЕДУЮЩИЙ РЕАЛЬНОСТЬ, ВЛИЯЕТ НА НЕЕ; ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ
ТОЧНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ВОЗМОЖНО ТОЛЬКО В ПОТОКЕ ЧАСТИЦ, НО НЕ ОДНОЙ ЧАСТИЦЫ.
О КОНЦЕПЦИЯХ МИКРОМИРА
Перечислим еще раз эти концепции.
Это концепция кванта действия как мельчайшей, далее неделимой единицы действия.
Это концепция корпускулярно-волнового дуализма, согласно которой микрочастицы обладают волновыми свойствами и математически описываются волновой функцией, позволяющей вычислять вероятности тех или иных значений физических величин, характеризующих микрочастицы.
Это концепция дополнительности, говорящая о существовании у микрочастиц дополнительных характеристик, так что одновременно они существовать не могут, хотя в разные моменты времени могут наблюдаться.
Это концепция индетерминизма, утверждающая наличие объективной случайности в микромире.
Наконец, это зависимость существования определенных значений дополнительных величин от наблюдателя и производимых им измерений.
ПРИНЦИПИАЛЬНО НОВЫЕ ВЫВОДЫ В ИССЛЕДОВАНИИ МИКРОМИРАКАЖДАЯ ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ЧАСТИЦА ОБЛАДАЕТ КАК КОРПУСКУЛЯРНЫМИ, ТАК И ВОЛНОВЫМИ СВОЙСТВАМИ;ВЕЩЕСТВО МОЖЕТ ПЕРЕХОДИТЬ

Слайд 167ПРИНЦИПЫ ПРИЧИННОСТИ И СООТВЕТСТВИЯ (1923)
Состояние механической системы в начальный момент

времени с известным законом взаимодействия частиц есть причина, а ее

состояние в последующие момент – следствие.
Состояние системы микрочастиц, определяемое в квантовой механике, однозначно вытекает из предшествующего состояния, как того требует принцип причинности.
Принцип соответствия Н. Бор, 1923): Всякая новая более общая теория, являющаяся развитием классической, не отвергает ее полностью, а включает в себя, указывая границы ее применимости, причем в определенных предельных случаях новая теория переходит в старую.

ПРИНЦИПЫ ПРИЧИННОСТИ И СООТВЕТСТВИЯ (1923)Состояние механической системы в начальный момент времени с известным законом взаимодействия частиц есть

Слайд 168ФИЗИЧЕСКИЙ ВЗГЛЯД НА МИР
КВАНТОВЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
ФИЗИКА ВСЕЛЕННОЙ

ФИЗИЧЕСКИЙ ВЗГЛЯД НА МИРКВАНТОВЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯФИЗИКА ВСЕЛЕННОЙ

Слайд 169ПОНЯТИЕ МЕГАМИРА (от греч. – большой)
Мегамир – мир огромных космических

масштабов и скоростей, расстояния в котором измеряются световыми годами, а

время существования объектов – миллионами и миллиардами лет.
Световой год – единица звездных расстояний; равен пути, который проходит свет за год, т.е. 9,46.1012 км.
Объекты мегамира – звезды и их объединения (галактики), системы галактик; часто к мегамиру относят и элементы звездных систем – планеты, кометы и др.
Основной чертой, определяющей принадлежность объекта к мегамиру, является использование общей теории относительности (ОТО) для описания его движения и существования.
ПОНЯТИЕ МЕГАМИРА (от греч. – большой)Мегамир – мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояния в котором

Слайд 172Происхождение Вселенной
Вселенная – место вселения человека, доступное эмпирическому наблюдению.
Все знания

о Вселенной происходят из наблюдений. Единственным источником информации является свет,

пришедший из дальних миров.
Вселенную в целом изучает космология – наука о Космосе. Космос (гр.) - порядок, гармония, в противоположность Хаосу – беспорядку..
Космология открывает упорядоченность нашего мира и нацелена на поиск законов его функционирования.
Открытие этих законов – цель изучения Вселенной как единого упорядоченного целого.
Происхождение ВселеннойВселенная – место вселения человека, доступное эмпирическому наблюдению.Все знания о Вселенной происходят из наблюдений. Единственным источником

Слайд 173Выводы космологии называются моделями происхождения и развития Вселенной
Наука формулирует универсальные

законы благодаря методологическому правилу, согласно которому управляемые и воспроизводимые эксперименты

над объектами приводят к одному результату; на основе этих экспериментов делают заключение о наличии закона, которым подчиняется функционирование изучаемых объектов.
Ко Вселенной это правило остается неприменимым, ибо над объектами мегамира нельзя провести контрольных экспериментов. Можно наблюдать лишь естественный ход событий. Вселенная уникальна.
Поэтому все заключения о происхождении и развитии Вселенной являются не законами, а лишь моделями, т.е. возможными вариантами объяснения.
Строго говоря, все законы и научные теории являются моделями.
Выводы космологии называются моделями происхождения и развития ВселеннойНаука формулирует универсальные законы благодаря методологическому правилу, согласно которому управляемые

Слайд 174ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ – ТЕОРИЯ ТЯГОТЕНИЯ
Современная физическая теория пространства, времени

и тяготения (ОТО) создана А.Эйнштейном в 1916 г.
В этой теории

А. Эйнштейн расширил принцип относительности и распространил его на неинерциальные системы, используя факт пропорциональности инертной и гравитационной масс,
А. Эйнштейн сформулировал принцип эквивалентности: силы инерции в ускоренной системе отсчета эквивалентны гравитационному полю: т.е. mи = mг . Равенство масс означает, что действие тяготения и изменение энергии описывают одно и то же явление.
Математическое оформление принципа эквивалентности приведет к искривленному четырехмерному пространству-времени, т.н. пространству-времени Минковского.
Т.о. в теории тяготения гравитационное поле является проявлением искривления четырехмерного пространства-времени.
Пространство-время искривляют массы, создающие поле тяготения.
В поле тяготения все тела будут двигаться по искривленным геодезическим линиям.
ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ – ТЕОРИЯ ТЯГОТЕНИЯСовременная физическая теория пространства, времени и тяготения (ОТО) создана А.Эйнштейном в

Слайд 175ФИЗИЧЕСКИЕ ВЫВОДЫ ОТО
Под действием сил гравитации, в присутствии гравитационных масс

происходит искривление окружающего пространства.
Ход световых лучей в искривленном гравитацией пространстве

не является прямолинейным.
С ростом напряженности гравитационного поля течение времени замедляется.
Все взаимодействия распространяются в конечной скоростью: изменения гравитационного поля распространяются в вакууме со скоростью света.
Уравнения для потенциала гравитационного поля определяют взаимосвязь пространства и времени с характеристиками материи; они нелинейны, значит, не удовлетворяют принципу суперпозиции, что означает гораздо более сложную связь между материей и пространством.
ФИЗИЧЕСКИЕ ВЫВОДЫ ОТОПод действием сил гравитации, в присутствии гравитационных масс происходит искривление окружающего пространства.Ход световых лучей в

Слайд 176АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ СТО И ОТО ЭЙНШТЕЙНА СЕГОДНЯ
Выявленная важная роль геометрии

пространства-времени и ее взаимосвязь с гравитацией, во-первых, имеют фундаментальное значение

для физики всех происходящих в окружающем мире процессов, а во-вторых, сама геометрия физического мира является многомерной.
В топологии известны примеры построений, свойства которых, с позиций ОТО, смогут, возможно, привести к целому ряду результатов в физике пространственно-временных процессов.
В частности, к числу таких перспективных геометрических конструкций относятся т.н. лист Мебиуса и бутылка Клейна, которые, являясь в реальности трехмерными объектами, обладают свойствами односторонней поверхности и одностороннего пространства.
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ СТО И ОТО ЭЙНШТЕЙНА СЕГОДНЯВыявленная важная роль геометрии пространства-времени и ее взаимосвязь с гравитацией, во-первых,

Слайд 179КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЭВОЛЮЦИИ ВСЕЛЕННОЙ
Космологическая модель
А. Эйнштейна –

А. Фридмана.
Модель расширяющейся Вселенной.
Модель Большого взрыва (Big Bang).
Стандартная модель эволюции

Вселенной.
КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЭВОЛЮЦИИ ВСЕЛЕННОЙКосмологическая модель А. Эйнштейна – А. Фридмана.Модель расширяющейся Вселенной.Модель Большого взрыва (Big Bang).Стандартная

Слайд 180Космологическая модель А. Эйнштейна – А. Фридмана
В 1917 г. А.

Эйнштейн предложил первую современную космологическую теорию и показал, что ОТО

однозначно объясняет возможность существования статической Вселенной, которая не изменяется со временем. «Бог не для того создал Вселенную, чтобы она изменялась».
В 1922 г. А. Фридман на основе уравнений ОТО создал теорию эволюции наблюдаемой Вселенной.В соответствии с этой теорией Вселенная является системой сугубо нестационарной, причем характер ее эволюции может быть поставлен в зависимость от пространственной плотности Вселенной в целом.
Космологическая модель А. Эйнштейна – А. ФридманаВ 1917 г. А. Эйнштейн предложил первую современную космологическую теорию

Слайд 181Космологическая теория А.Фридмана
А.А. Фридман сумел расчетным путем определить критическое значение

пространственной плотности Вселенной ρкр = 10-29 г/см3, которое соответствует состоянию

неустойчивого равновесия всей Метагалактики.
По Фридману возможны два основных варианта эволюции нестационарной Вселенной:
1) бесконечного расширения ( ρ < ρкр );
2) пульсирующего расширения и сжатия ( ρ > ρкр ).
Оба возможных варианта эволюции имеют лишь одну общую исходную точку, связанную с начальным моментом развития Вселенной, который впоследствии получил название Большой Взрыв.
Отметим заслугу Фридмана в осознании нестационарности глобальных процессов, протекающих в Метагалактике.
Космологическая теория А.ФридманаА.А. Фридман сумел расчетным путем определить критическое значение пространственной плотности Вселенной ρкр = 10-29 г/см3,

Слайд 183ЗАКОН ХАББЛА
В 1929 г. американский астроном Э. Хаббл открыл явление

пропорционального увеличения скорости V «разбегания» галактик в зависимости от их

удаленности L, получивший название закон Хаббла:
V = HL,
где H – постоянная Хаббла, равная ~ (3–5) 10-18 с-1.
Эффект красного смещения – спектры излучения удаляющихся звездных объектов всегда смещены к инфракрасной области.
Эффект Допплера – изменение частоты любых волновых колебаний (световых, звуковых и т.д.) при относительном движении наблюдателя и источника этих волн (1842 г.).
Из H можно определить возраст Вселенной (t ~ 1/H), который оценивается в 10–20 миллиардов лет. По данным радиоактивного распада некоторых веществ возраст Земли оценивается в 5 миллиардов лет.
ЗАКОН ХАББЛАВ 1929 г. американский астроном Э. Хаббл открыл явление пропорционального увеличения скорости V «разбегания» галактик в

Слайд 185Модель расширяющейся Вселенной Экспериментально подтверждена законом Хаббла
Наиболее общепринятой в

космологии является модель однородной изотропной нестационарной горячей расширяющейся Вселенной, построенная

на основе общей теории относительности и релятивистской теории тяготения.
В основе этой модели лежат два предположения: (1) свойства Вселенной одинаковы во всех точках (однородность) и направлениях (изотропность); (2) наилучшим известным описанием гравитационного поля являются уравнения Эйнштейна.
Из этого следует так называемая кривизна пространства и связь кривизны с плотностью массы (энергии).
Геометрия Вселенной определяется, в частности, кривизной четырехмерного пространства-времени.
Нестационарность модели определяется двумя постулатами теории относительности: (1) принципом относительности (в любых системах координат все основные законы физики описываются одинаково) и (2) экспериментально подтвержденным постоянством скорости света.
Модель расширяющейся Вселенной Экспериментально подтверждена законом Хаббла Наиболее общепринятой в космологии является модель однородной изотропной нестационарной

Слайд 186Модель Большого Взрыва (Big Bang)
Закон Хаббла позволяет на основе скорости

«разбегания» галактик реконструировать ход событий в обратном порядке вплоть до

момента Большого Взрыва.
Модель Большого взрыва (БВ) была предложена в 1948 г. нашим соотечественником Г.А. Гамовым.
В основе теории БВ лежит предположение Гамова: физическая Вселенная образовалась в результате гигантского взрыва примерно 15–20 миллиардов лет назад, когда все вещество и энергия современной Вселенной были сконцентрированы в одном сгустке с плотностью свыше 1025 г/см3 и температурой свыше 1016 К, в т.н. сингулярной точке.
Огромное радиационное давление внутри этого сгустка привело к необычайно быстрому его расширению –Большому Взрыву.
Модель Большого Взрыва (Big Bang)Закон Хаббла позволяет на основе скорости «разбегания» галактик реконструировать ход событий в обратном

Слайд 187Теория Большого Взрыва Гамова
Начальное состояние Вселенной: первоначальное сингулярное, т.е. сверхплотное

состояние вещества Вселенной с бесконечной кривизной пространства и взрывное, замедляющееся

со временем расширение при высокой температуре, при которой могла существовать только смесь элементарных частиц (включая фотоны и нейтрино).
Гамов предположил, что все элементы Вселенной обрадовались в результате ядерных реакций в первые моменты после БВ.
В результате взрыва высвободилось огромное количество энергии и раскаленного до млрд. градусов первовещества, состоящего из различных видов элементарных частиц.
Стремительно расширяясь в пространстве и являясь источником мощнейшего электромагнитного излучения, первовещество разбивалось на отдельные потоки, нарушение симметрии распространения которых привело к образованию вихреобразных турбулентностей, что стало основой образования многочисленных звездных галактик.
Подтверждением научной концепции Гамова стало открытие в 1965 г. т.н. реликтового излучения фотонов и нейтрино, образовавшихся на ранней стадии расширения Вселенной.
Теория Большого Взрыва ГамоваНачальное состояние Вселенной: первоначальное сингулярное, т.е. сверхплотное состояние вещества Вселенной с бесконечной кривизной пространства

Слайд 188РЕЛИКТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
Реликтовое излучение (от лат – остаток) – фоновое космическое

излучение, спектр которого близок к спектру излучения абсолютно черного тела

с температурой около 3 К. Происхождение реликтового излучения связывают с эволюцией Вселенной, которая в прошлом имела очень высокую температуру.
Реликтовое излучение, принимаемое из любой точки небесной сферы, представляет собой остаточное свидетельство первичного моря образовавшейся при Большом Взрыве электромагнитной энергии.
Авторы открытия Р.и. – лауреаты Нобелевский премии 1978 г. – американские астрофизики А. Пензиас и Р. Вилсон.
Лауреаты Нобелевский премии 2006 г. американские физики Д. Смут и Д. Мазер восстановили максимально точную картину рождения Вселенной в результате исследования реликтового излучения, Р.и. - своеобразное «эхо» «Большого взрыва» - рождение Вселенной из сгустка материи, случившееся около 13 млрд. лет назад.
РЕЛИКТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕРеликтовое излучение (от лат – остаток) – фоновое космическое излучение, спектр которого близок к спектру излучения

Слайд 192ФИЗИЧЕСКИЙ ВАКУУМ: СВЯЗЬ СВОЙСТВ МИКРОМИРА СО СТРОЕНИЕМ ВСЕЛЕННОЙ
Вакуум, который физика

XIX в. считала пустотой, по современным научным представлениям, является своеобразной

формой материи, способной при определенных условиях «рождать» вещественные частицы без нарушения законов сохранения материи и движения.
Современная квантовая механика допускает (это не противоречит теории), что вакуум может приходить в «возбужденное состояние», вследствие чего в нем может образоваться поле, а из него (что подтверждается современными физическими экспериментами) – вещество.
Рождение Вселенной из «ничего» означает с современной научной точки зрения ее самопроизвольное возникновение из физического вакуума, когда в отсутствие частиц происходит случайная флуктуация.
Флуктуации представляют собой появление виртуальных частиц, так называемых квантов релятивистских волновых полей, которые также участвуют во взаимодействиях, как и реальные частицы. Виртуальные частицы возникают в промежуточных состояниях процессов перехода и взаимодействия частиц, но для них не выполняется релятивистское соотношение между энергией и импульсом.
Физический вакуум рассматривается как особый вид вещества, состоящий из виртуальных частиц и ответственный за квантовые и релятивистские свойства всех вещественных тел.
ФИЗИЧЕСКИЙ ВАКУУМ: СВЯЗЬ СВОЙСТВ МИКРОМИРА СО СТРОЕНИЕМ ВСЕЛЕННОЙ Вакуум, который физика XIX в. считала пустотой, по современным

Слайд 193КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСТУЛАТЫ
Для различных моделей Вселенной общим является представление о нестационарном

изотропном и однородном характере ее моделей, т.н. космологические постулаты: нестационарность,

изотропность и однородность отсутствие во Вселенной сил, препятствующих силам тяготения.
Пространственно-временные свойства Вселенной с большой точностью описываются одной из трех моделей Фридмана – открытой, замкнутой или плоской. Тип геометрии зависит от средней плотности материи.
Если пространство Вселенной имеет положительную кривизну (риманово пространство), то такая Вселенная будет замкнутой, она расширяется до определенного предела, а затем начнет сжиматься.
Вселенная с отрицательной кривизной (геометрия Лобачевского) будет открытой, ее судьба – постоянное расширение.
Если же Вселенная плоская, т.е. обладает нулевой кривизной и евклидовой геометрией, то она будет также открытой с постоянным расширением.
По современным оценкам мы живем в открытой Вселенной, расширяющейся в ускорением, но с заниженной средней плотностью материи.
КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСТУЛАТЫДля различных моделей Вселенной общим является представление о нестационарном изотропном и однородном характере ее моделей, т.н.

Слайд 194ВЫВОДЫ О ХАРАКТЕРЕ ЭВОЛЮЦИИ ВСЕЛЕННОЙ
Существует проблема темной или скрытой материи…

Темную материю могут составлять и элементарные частицы. Поэтому окончательный вывод

о характере эволюции Вселенной, открытая она или закрытая, еще не сделан.
Независимо от того, рассматриваются ли открытые или замкнутые модели Вселенной, все ученые сходятся на том, что первоначально Вселенная находилась в условиях, которые трудно вообразить на Земле.
Эти условия характеризуются наличием высокой температуры и давления в сингулярности, в которой была сосредоточена материя. Такое допущение вполне согласуется с установлением расширения Вселенной, которое могло начаться с некоторого момента, когда она находилась в очень горячем состоянии и постепенно охлаждалась по мере расширения.
ВЫВОДЫ О ХАРАКТЕРЕ ЭВОЛЮЦИИ ВСЕЛЕННОЙСуществует проблема темной или скрытой материи… Темную материю могут составлять и элементарные частицы.

Слайд 196ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ
В результате эволюции Вселенной возникли все существующие формы материи,

включая живые и разумные существа.
Оказалось, что универсальные физические константы (это

константы гравитационного, электромагнитного, сильного и слабого взаимодействий) имеют значения, обеспечивающие возникновение жизни на нашей планете.
Расчеты показывают, что даже незначительные отклонения известных постоянных воспрепятствовали бы появлению тяжелых металлов, галактик и живых существ. Разумеется, речь идет о водно-углеродной форме жизни.
Этот факт носит название антропного принципа.
ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙВ результате эволюции Вселенной возникли все существующие формы материи, включая живые и разумные существа.Оказалось, что универсальные

Слайд 197АНТРОПНЫЙ ПРИНЦИП
Антропный принцип впервые в 1958 году был предложен нашим

соотечественником Г. Идлисом и затем Б. Картером в 1974 году.,

но в неявном виде он уже функционировал и раньше в виде антропоморфизма. Этот принцип применяется в слабом и сильном вариантах.
Слабый антропный принцип. На свойства Вселенной накладываются ограничения наличием нашей разумной жизни. То, что наблюдают астрономы, зависит от присутствия наблюдателя.
Сильный антропный принцип. Свойства Вселенной должны быть такими, чтобы в ней обязательно была жизнь.
Согласно этим принципам между фундаментальными свойствами Вселенной и возможностью существования в ней жизни установлены строго определенные отношения. Как мы уже отмечали, фундаментальные свойства мира количественно выражается через фундаментальные постоянные. Таким образом, антропный принцип, по сути, превращает факт появления человека во Вселенной из случайного, незначительного в центральный, приоритетный.
Любая физическая теория, которая противоречит существованию человека, очевидно, не верна.
АНТРОПНЫЙ ПРИНЦИПАнтропный принцип впервые в 1958 году был предложен нашим соотечественником Г. Идлисом и затем Б. Картером

Слайд 198В 2000 г. в ЦЕРНе в Женеве получено новое состояние

материи – кварк-глюонная плазма.
После БВ, по мере расширения

и охлаждения Вселенной происходили процессы разрушения существовавших раньше симметрий и возникновения на этой основе новых структур (принцип положительной обратной связи).
Главный итог современных космологических исследований состоит в том, что они показали, что Вселенная не находится в стационарном состоянии, она непрерывно изменяется вследствие понижения в ней температуры и связанного с этим процесса ее расширения. Именно в результате такого процесса происходит эволюция материи, связанная с появлением все новых и сложных структур.
В 2000 г. в ЦЕРНе в Женеве получено новое состояние материи – кварк-глюонная плазма. После БВ, по

Слайд 214КОНЦЕПЦИИ СТРОЕНИЯ И ЭВОЛЮЦИИ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ И ЗЕМЛИ
Абсолютный возраст

планеты Земля оценивается приблизительно в 4,6 – 4,7 млрд. лет
В

настоящее время можно со всей определенностью утверждать, что планета Земля как часть Солнечной системы и результат сложных процессов планетообразования представляет собой редчайший пример природной сбалансированности огромного количества случайных природных факторов, приведших в результате длительной планетной эволюции к появлению жизни и разума в нашей части Галактики.
КОНЦЕПЦИИ СТРОЕНИЯ И ЭВОЛЮЦИИ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ И ЗЕМЛИ Абсолютный возраст планеты Земля оценивается приблизительно в 4,6 –

Похожие презентации

Конституционное право. Индия Конституционное право. Индия 270
08 Барокко_Бернини 08 Барокко_Бернини 220
платежный баланс и валютный курс платежный баланс и валютный курс 549
ФГБОУ ВПО ФГБОУ ВПО "Уфимский государственный авиационный технический университет" 229
Государственная образовательная организация Донецкий национальный медицинский Государственная образовательная организация Донецкий национальный медицинский 237
Tema_Somatipologia_1 Tema_Somatipologia_1 556
Анализ мифологемы гребень Анализ мифологемы гребень 230
Click to add Title 1 Click to add Title 2 Click to add Title 3 Click to add Click to add Title 1 Click to add Title 2 Click to add Title 3 Click to add 211
Исследование полей Токов смещения Руководители : Сумнительный Никита Исследование полей Токов смещения Руководители : Сумнительный Никита 212
Путешествие по материкам Окружающий мир 2 класс Учитель начальных Путешествие по материкам Окружающий мир 2 класс Учитель начальных 205
Лекция 1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ПРЕДПРИЯТИЙ, Лекция 1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ПРЕДПРИЯТИЙ, 236
Силуэты Силуэты 274
Государственное профессионально образовательное автономное учреждение Государственное профессионально образовательное автономное учреждение 227
Лекция № 9-3 Трансплантация органов и тканей.ppt Лекция № 9-3 Трансплантация органов и тканей.ppt 301
Мозаика- вид монументальной живописи. Подготовила: учитель ИЗО Мотуз Милена Мозаика- вид монументальной живописи. Подготовила: учитель ИЗО Мотуз Милена 218
Present Perfect and Present Perfect Continuous Present Perfect and Present Perfect Continuous 216
D С Построение треугольника по двум сторонам и углу между ними. hk h Построим D С Построение треугольника по двум сторонам и углу между ними. hk h Построим 238
Бюджет для граждан Бюджет для граждан 252
Проектирование на уровне образовательной системы Проектирование на уровне образовательной системы 366
: “ Р абота с системой консультант плюс” БД11 Выполнил: : “ Р абота с системой консультант плюс” БД11 Выполнил: 203

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать доклад-презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое TheSlide.ru?

Это сайт презентации, докладов, проектов в PowerPoint. Здесь удобно  хранить и делиться своими презентациями с другими пользователями.

Для правообладателей

Яндекс.Метрика