close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Лекция- визуализация 2.

код для вставкиСкачать
« Концепции современного естествознания »
Тема 5. Основные принципы и законы современной физики.
Лекция-визуализация 2
Время: 2 часа
Уважаемые студенты! В процессе данного занятия Вы
должны изучить следующие вопросы:
1. Понятие закона в естествознании, симметрия, ее понятие, характеристика
и принципы.
2. Основные физические законы и принципы.
Данное занятие предполагает самостоятельную
отработку указанных вопросов, конспектирование в рабочей
тетради, выполнение задания с выставлением оценки в журнал.
Понятие закона в естествознании, симметрия, ее понятие, характеристика
и принципы.
Закон — вербальное и (или) математически сформулированное
утверждение, которое описывает соотношения, связи между различными
научными понятиями, предложенное в качестве объяснения фактов и
признанное на данном этапе научным сообществом согласующимся с
данными.
Закон, справедливость которого была установлена не из теоретических
соображений, а из опытных данных, называют эмпирическим законом.
Симметрия — одно из фундаментальных понятий в современном естествознании.
Симметрия - признак полноты и совершенства. Лишившись элементов симметрии,
предмет утрачивает свое совершенство и красоту.
Операции симметрии:
• отражение в плоскости симметрии;
• поворот вокруг оси симметрии;
• отражение в центре симметрии;
• перенос фигуры на расстояние;
• винтовые повороты.
ТИПЫ СИММЕТРИИ
пространственно-временные
внутренние
непрерывные
глобальные
дискретные
локальные
Среди разных типов симметрии различают пространственно-временные симметрии и
внутренние симметрии.
Пространственно-временные симметрии можно разделить на симметрии, связанные с
непрерывными и дискретными преобразованиями.
К непрерывным преобразованиям относятся:
• Перенос (сдвиг) системы как целого в пространстве.
• Изменение начала отсчета времени (сдвиг во
времени).
• Поворот системы как целого в пространстве.
Симметрия физических законов относительно этого
преобразования означает эквивалентность всех
направлений в пространстве.
• Переход к системе отсчета, движущейся
относительно данной системы с постоянной
скоростью
Среди дискретных пространственно-временных симметрий различают СРТ-симметрию
и зеркальную симметрию. Симметрия СРТ заключается в том, что для любого движения
частиц может осуществляться в природе симметричное ему движение античастиц.
Зеркальная симметрия осуществляется в процессах, вызываемых сильными и
электромагнитными взаимодействиями, а также в системах, связанных с помощью этих
взаимодействий (атомах, атомных ядрах, молекулах, кристаллах).
Под внутренней симметрией понимают симметрию между
частицами с различными внутренними квантовыми числами.
Среди внутренних симметрий можно выделить глобальные и
локальные симметрии. Симметрия одномерная характерна
для фигур с одним особенным направлением – бордюров, лент,
стержней. Симметрия двумерная присуща фигурам с двумя
особенными направлениями: сетчатым орнаментам и слоям.
Симметрия подобия. Представляет собой своеобразные аналогии трансляций,
отражений в плоскостях, повороты вокруг осей, связанные с одновремен6ным увеличением
или уменьшением подобных частей фигуры и расстояний между ними.
Симметрия подобия повсеместно проявляется в природе, во всем, что растет. Природа
обнаруживает подобие как свою глобальную генетическую программу. Подобие правит
живой природой в целом. Геометрическое подобие – общий принцип пространственной
организации живых структур. Лист клена подобен листу клена, березы – березе. Клетка,
принадлежащая целостному организму, выполняет функцию его воспроизведения в новый.
Она является точкой «начала», которая в итоге деления окажется преобразована в объект,
подобный первоначальному. Этим объединяются все виды живых структур, по этой
причине и существуют стереотипы жизни.
Принципы симметрии
Пространственно-временные
(геометрические или внешние)
Внутренние (описывающие свойства
элементарных частиц)
Пространственно-временные принципы
симметрии:
сдвиг системы отсчета не меняет физических
законов, т.е. все точки пространства равноправны. Это
означает однородность пространства;
поворот системы отсчета пространственных
координат оставляет физические законы
неизменными, т.е. все свойства пространства
одинаковы по всем направлениям, пространство
изотропно;
сдвиг во времени не меняет физических законов, т.е.
все моменты времени объективно равноправны.
Время однородно. Любой момент времени можно взять
за начало отсчета;
Законы природы одинаковы во всех инерциальных
системах отсчета. Зеркальная симметрия природы не
меняет физических законов;
фундаментальные физические законы не меняются
при обращении знака времени;
замена всех частиц на античастицы не влияет на
физические законы, не меняет характера процессов
природы.
Внутренние принципы симметрии
действуют в микромире
В
релятивистской
квантовой
теории
предполагается
взаимное
превращение
элементарных частиц, характеризующееся
тем, что:
при всех превращениях элементарных
частиц сумма элементарных зарядов частиц
остается неизменной;
барионный или ядерный заряд остается
постоянным;
заряд лептона сохраняется.
Законы сохранения — фундаментальные физические законы, согласно которым при
определённых условиях некоторые измеримые физические величины, характеризующие
замкнутую физическую систему, не изменяются с течением времени. Некоторые из законов
сохранения выполняются всегда и при всех условиях (например, законы сохранения
энергии, импульса, момента импульса, электрического заряда), или, во всяком случае,
никогда не наблюдались процессы, противоречащие этим законам.
Другие законы являются лишь приближёнными и выполняющимися при
определённых условиях (например, закон сохранения массы выполняется в
нерелятивистском приближении; закон сохранения чётности выполняется для
сильного и электромагнитного взаимодействия, но нарушается в слабом
взаимодействии):
•Закон сохранения энергии.
•Закон сохранения импульса.
•Закон сохранения момента импульса.
•Закон сохранения массы.
•Закон сохранения электрического заряда.
•Закон сохранения лептонного числа.
•Закон сохранения барионного числа.
•Закон сохранения четности.
Евклид
Рене
Декарт
М.Ломоносов
Законы сохранения связаны с симметриями физических систем (теорема Нётер). Так,
законы сохранения энергии, импульса и момента импульса являются следствиями
пространственно-временных
симметрий
(соответственно:
однородности
времени,
однородности и изотропности пространства).
Основополагающие принципы,
формирующие физическую картину мира
ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ
ПРИНЦИП НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ
ПРИНЦИП ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ
ПРИНЦИП ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
Принцип суперпозиции – это допущение, согласно которому результирующий эффект сложного процесса
воздействия представляет собой сумму эффектов, вызываемых каждым эффектом в отдельности, при
условии, что эффекты не влияют взаимно друг на друга. Принцип суперпозиции позволяет получать
результирующий эффект от наложения (суперпозиции) нескольких независимых воздействий как сумму
эффектов, вызываемых каждым воздействием в отдельности. В квантовой механике принцип
суперпозиции относится к волновым функциям: если физическая система может находиться в состояниях,
описываемых двумя или несколькими волновыми функциями, то она также может находиться в
состоянии, описываемом любой линейной комбинацией этих функций.
В. Гейзенберг
Н. Бор
Принцип неопределенности впервые сформулировал немецкий физик
Вернер Гейзенберг. Этот принцип представляет собой фундаментальное
положение квантовой теории, состоящее в том, что характеризующие
физическую систему так называемые дополнительные физические
величины (например, координата и импульс) не могут одновременно
принимать точные значения. Иначе говоря, чем точнее одна из
сопряжённых величин, тем менее точной оказывается другая. Принцип
неопределённости выражается формулой: ΔхΔр = h, где, h – постоянная
Планка, х – координата, р – импульс. Таким образом, квантовая теория
отличается от классической тем, что её предсказания имеют лишь
вероятностный характер и потому она не обеспечивает точных
предсказаний.
По современным воззрениям квантовый объект – это не частица и не
волна, и даже ни то и другое одновременно. Квантовый объект – это нечто
третье, для выражения которого у нас нет соответствующих понятий,
соответствующего языка. Мы вынуждены говорить на классическом языке.
Но для возможно более полного представления о микрообъекте мы должны
использовать два типа микроприборов: один — позволяющий изучать
волновые свойства микрообъекта, другой — его корпускулярные свойства.
Эти свойства являются несовместимыми в отношении их одновременного
проявления, но они оба в равной мере характеризуют микрообъект, а
потому не противоречат, а дополняют друг друга. Эта идея была высказана
Н. Бором и положена им в основу принципа дополнительности.
Принцип дополнительности как общий принцип познания может
быть сформулирован следующим образом: всякое истинно глубокое
явление природы не может быть определено однозначно и требует для
своего определения, по крайней мере, двух взаимоисключающих,
дополнительных понятий. Например, иллюстрацией принципа
дополнительности в какой-то мере может служить совместное
существование науки искусства как двух различных способов
изучения окружающего мира.
Принцип
относительности
Согласно А. Эйнштейну все физические процессы в инерциальных
системах отсчета протекают одинаково, независимо от того,
неподвижна ли система или она находится в состоянии
равномерного и прямолинейного движения.
Отсюда следует, что все законы природы одинаковы во всех
инерциальных системах отсчета.
Принцип относительности Галилея утверждает то же самое, но не
для всех законов природы, а только для законов классической
механики, подразумевая применимость преобразований Галилея,
оставляя
открытым
вопрос
о
применимости
принципа
относительности к оптике и электродинамике.
В современной литературе принцип относительности в его
применении к инерциальным системам отсчета (чаще всего при
отсутствии гравитации или при пренебрежении ею) обычно
выступает терминологически как лоренц-ковариантность (или
лоренц-инвариантность).
Лоренц-ковариантность — это свойство физических законов
записываться одинаково во всех инерциальных системах отсчета (с
учетом преобразований Лоренца).
Принято считать, что этим свойством должны обладать все
физические законы, и экспериментальных отклонений от него не
обнаружено. Однако некоторые теории пока не удается построить так,
чтобы выполнялась лоренц-ковариантность.
Одной из наиболее актуальных проблем современного естествознания является вопрос о
природе причинности и причинных отношениях в мире.
В решении этой проблемы возникли два направления — детерминизм и индетерминизм —
занимающие противоположные позиции.
Сущностью детерминизма является идея о том,
что всё существующее в мире возникает и
уничтожается
закономерно,
в
результате
действия определённых причин. Напротив,
индетерминизм
—
учение,
отрицающее
объективную
причинную
обусловленность
явлений природы, общества и человеческой
психики.
В современной физике идея детерминизма
выражается
в
признании
существования
объективных
физических
закономерностей,
которые подразделяются на динамические и
статистические.
Динамическими называются закономерности, выражающие однозначные связи
физических объектов и описывающие их абсолютно точно посредством определённых
физических величин. Например, по заданным значениям координат и импульсов всех
частиц системы в начальный момент времени второй закон Ньютона позволяет однозначно
определить координаты и импульсы в любой последующий момент времени.
В отличие от динамических законов, заключения, основанные на статистических
закономерностях, не являются достоверными и однозначными.
Д. Максвелл
Представления о таких закономерностях впервые ввел Максвелл в
1859 г. Он первым понял, что при рассмотрении систем, состоящих из
огромного числа частиц, нужно ставить задачу совсем иначе, чем это
делалось в механике Ньютона. Для этого Максвелл ввел в физику
понятие вероятности и указал на то, что нужно отказаться, например,
от неразрешимой задачи определения точного значения импульса
молекулы в данный момент, а попытаться найти вероятность этого
значения. Тем самым однозначно определяется среднее значение
физической величины. Такие средние значения в статистических
теориях играют ту же роль, что и сами физические величины в
динамических теориях.
Уважаемый студент!
Вы изучили и законспектировали основное содержание темы
занятия, изложенное в кратких тезисах. В целях самоконтроля
выполните следующее задание:
1. В рабочей тетради изобразите указанную таблицу.
1.
Дайте определение понятиям «закон» и
«принцип»
2.
Кратко сформулируйте основные
характеристики принципов симметрии
3.
Назовите принципы
формирующие физическую картину мира
4.
Дайте краткую характеристику принципу
относительности А. Эйнштейна
5.
В чем заключается сущность детерминизма
и индетерминизма как двух направлений
познания мира
2. Дайте определения сущности (содержания) следующим понятиям и
категориям:
3. Заполните таблицу в рабочей тетради и проверьте правильность
выполнения задания.
ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Иконникова Н.М. Концепции современного естествознания. М., 2008.
2. Концепции современного естествознания. Под ред. Лавриненко В.Н. и
Ратникова В.П. М., 2009.
3. Лихин А.Ф. Концепции современного естествознания. М., 2008.
4. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания. М., 2008.
5. Ханчич О.А. Концепции современного естествознания. Учебно-методический
комплекс. М. ИУИ, 2010.
Дополнительная
1. Голиков П.А. и др. Концепции современного естествознания. М., 2007.
2. Горбачев В.В. Концепции современного естествознания. М., 2008.
3. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М., 2008.
4. Гусейханов М.К., Раджабов О.Р. Концепции современного естествознания. М.,
2007.
5. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. М., 2008.
6. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. М., 2006.
7. Концепции современного естествознания. Под ред. С.И. Самыгина. М., 2008.
8. Садохин А.П. Концепции современного естествознания. М., 2006.
Занятие закончено.
Успехов в учёбе!
Документ
Категория
Презентации по философии
Просмотров
15
Размер файла
1 976 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа