Шпаргалка по "Концепции современного естествознания"

В информатике:

• в теории автоматов понятие «состояние автомата» используют для того, чтобы установить функциональную зависимость генерируемых автоматом символов от символов входного языка при реализации автоматом заданного алгоритма.
• в программировании — набор атрибутов, определяющих поведение объекта.

17. Принцип неопределённости Гейзенберга

в квантовой  механике — фундаментальное неравенство (соотношение неопределённостей), устанавливающее предел точности одновременного определения пары характеризующих квантовую систему физических наблюдаемых , описываемых некоммутирующими операторами (например, координаты и импульса, тока и напряжения, электрического и магнитного поля). Соотношение неопределенностей задаёт нижний предел для произведения среднеквадратичных отклонений пары квантовых наблюдаемых. Принцип неопределённости, открытый Вернером Гейзенбергом в 1927 г., является одним из краеугольных камней квантовой механики.

В квантовой механике принцип неопределённости Гейзенбе́рга (или Га́йзенберга) устанавливает, что существует ненулевой предел для произведения дисперсий сопряжённых пар физических величин, характеризующих состояние системы. Принцип неопределённости обнаруживается также в классической теории измерений физических величин.

Обычно принцип  неопределённости иллюстрируется следующим  образом. Рассмотрим ансамбль невзаимодействующих  эквивалентных частиц, приготовленных в определённом состоянии, для каждой из которых измеряется либо координата q, либо импульс p. При этом результаты измерений будут случайными величинами, среднеквадратические отклонения которых от средних значений будут удовлетворять соотношению неопределённостей , где – постоянная Дирака. Поскольку любое измерение изменяет состояние каждой частицы, при одном измерении нельзя одновременно измерить значения и координаты и импульса. Для ансамбля частиц уменьшение дисперсии при измерении физической величины приводит к увеличению дисперсии сопряжённой физической величины. Считается, что принцип неопределённости связан не только с возможностями экспериментальной техники, но и показывает фундаментальное свойство природы.

Сущность  принципа дополнительности Бора в физике такова. В любом опыте с микрообъектами наблюдатель получает информацию не о "свойствах объектов самих по себе", но о свойствах объектов в связи с конкретной ситуацией, включающей в себя, в частности, и измерительные приборы. Информацию об объекте, полученную при некоторых определенных условиях, надо рассматривать как дополнительную к информации, полученной при других условиях. Причем сведения, полученные при разных условиях, нельзя простым образом складывать, суммировать, комбинировать в некую единую картину; они отражают разные (дополняющие стороны) единой реальности, отвечающие исследуемому объекту. Свое прямое выражение принцип дополнительности находит, в частности, в идее корпускулярно-волнового дуализма и в соотношениях неопределенностей.

При́нцип суперпозиции — один из самых общих законов во многих разделах физики. В самой простой формулировке принцип суперпозиции гласит:

• результат воздействия на частицу нескольких внешних сил есть векторная сумма воздействия этих сил.

Наиболее известен принцип суперпозиции в электростатике, в которой он утверждает, что напряженность электростатического поля, создаваемого в данной точке системой зарядов, есть сумма напряженностей полей отдельных зарядов.

Принцип суперпозиции может принимать и иные формулировки, которые полностью эквивалентны приведённой выше:

• Взаимодействие между двумя частицами не изменяется при внесении третьей частицы, также взаимодействующей с первыми двумя.
• Энергия взаимодействия всех частиц в многочастичной системе есть просто сумма энергий парных взаимодействий между всеми возможными парами частиц. В системе нет многочастичных взаимодействий.
• Уравнения, описывающие поведение многочастичной системы, являются линейными по количеству частиц.

Именно линейность фундаментальной теории в рассматриваемой области физики есть причина возникновения в ней принципа суперпозиции.

18. Закономерность

- объективная,  повторяющаяся при определённых  условиях существенная связь  явлений в природе и обществе. Закономерность м.б. статическая и динамическая. Оба вида закономерности - формы проявления закономерной связи м.предшествующими и последующими состояниями систем. Динамическая - форма причинной связи, а также связи состояний, при которой данное состояние системы однозначно определяет все её последующие состояния, в силу чего знание начальных условий даёт возможность точно предсказать дальнейшее развитие системы. Динамическая закономерность действует во всех автономных, мало зависящих от внешних, воздействий системах о относительно небольшим числом элементов. Она определяет, напр., характер движения планет в солнечной системе. Статическая закономерность - форма причинной связи, при которой данное состояние системы определяет все её последующие состояния не однозначно, а лишь с определённой вероятностью, являющейся объективной мерой возможности реализации заложенных в прошлом тенденций изменения. Статическая закономерность действует во всех неавтономных, зависящих от постоянно меняющихся внешних условий системах с очень большим количеством элементов. Различие между статической и динамической закономерностями относительно, т.к., всякая динамическая закономерность представляет собой статическую закономерность с вероятностью осуществления событий, близкой к единице, или - в предельных случаях для совершенно неизбежных событий - равной единице. Это обусловлено тем, что всякая материальная система неисчерпаема, состоит из бесчисленного множества элементов материи, обладает многообразием внешних связей и качественно меняется о течением времени. С расширением пространственно-временных интервалов развития связь м.предшествующими и последующими состояниями любой системы всё в большей степени подчиняется законам вероятностной детерминации. Статическая закономерность принципиально несводима к динамической закономерности. Это обусловлено: 

1) неисчерпаемостью  материи и незамкнутостью систем

2) невозможностью  реализации множества тенденций развития, заложенных в прошлых состояниях систем

3) возникновением  в процессе развития возможностей  и тенденции качественно новых  состояний. Поэтому всякий достаточно  сложный процесс развития подчиняется  статической закономерности, тогда как динамическая закономерность является лишь приближённым выражением отдельных этапов этого процесса (Детерминизм и индетерминизм).

Историческая  закономерность - то, что должно произойти в силу сложившихся условий (преобразования Петра I, отмена крепостного права, падение СССР и т.д.). 

Вопрос 19 Энтропология.

Энтропи́я (от греч. ἐντροπία — поворот, превращение) в естественных науках — мера беспорядкасистемы, состоящей из многих элементов. В частности, в статистической физике — меравероятности осуществления какого-либо макроскопического состояния; в теории информации — мера неопределённости какого-либо опыта (испытания), который может иметь разные исходы, а значит и количество информации; в исторической науке, для экспликации феноменаальтернативности истории (инвариантности и вариативности исторического процесса).

впервые было введено Клаузиусом в термодинамике в 1865 году для определения меры необратимого рассеивания энергии, меры отклонения реального процесса от идеального. Определённая как сумма приведённых теплот, она является функцией состояния и остаётся постоянной при обратимых процессах, тогда как в необратимых — её изменение всегда положительно.

,

где dS — приращение энтропии; δQ — минимальная теплота, подведенная к системе; T — абсолютная температура процесса;

Термодинамическая энтропия — термодинамическая функция, характеризующая меры неупорядоченности системы, то есть неоднородности расположения движения её частицтермодинамической системы.

• Информационная энтропия — мера неопределённости источника сообщений, определяемая вероятностями появления тех или иных символов при их передаче.
• Дифференциальная энтропия — энтропия для непрерывных распределений
• Энтропия динамической системы — в теории динамических систем мера хаотичности в поведении траекторий системы.
• Энтропия отражения — часть информации о дискретной системе, которая не воспроизводится при отражении системы через совокупность своих частей.
• Энтропия в теории управления — мера неопределённости состояния или поведения системы в данных условиях.

Энтропия — функция состояния системы, равная в равновесном процессе количеству теплоты, сообщённой системе или отведённой от системы, отнесённому к термодинамической температуре системы.

Энтропия — функция, устанавливающая связь между макро- и микро- состояниями; единственная функция в физике, которая показывает направленность процессов. Энтропия — функция состояния системы, которая не зависит от перехода из одного состояния в другое, а зависит только от начального и конечного положения системы.

Вопрос 20. Второе начало термодинамики.

Второе начало термодинамики — физический принцип, накладывающий ограничение на направление процессов передачи тепла между телами.

Второе начало термодинамики гласит, что невозможен самопроизвольный переход тепла  от тела, менее нагретого, к телу, более нагретому.

Второе начало термодинамики запрещает так  называемые вечные двигатели второго рода, показывая что коэффициент полезного действия не может равняться единице, поскольку для кругового процесса температура холодильника не должна равняться 0.

Второе начало термодинамики является постулатом, не доказываемым в рамках термодинамики. Оно было создано на основе обобщения опытных фактов и получило многочисленные экспериментальные подтверждения.

Существуют несколько эквивалентных формулировок второго начала термодинамики:

• Постулат Клаузиуса: «Невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему»[1] (такой процесс называетсяпроцессом Клаузиуса).
• Постулат Томсона (Кельвина): «Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара» (такой процесс называется процессом Томсона).

Эквивалентность этих формулировок легко показать. В самом деле, допустим, что постулат Клаузиуса неверен, то есть существует процесс, единственным результатом  которого была бы передача тепла от более холодного тела к более  горячему. Тогда возьмем два тела с различной температурой (нагреватель и холодильник) и проведем несколько циклов тепловой машины, забрав тепло Q1 у нагревателя, отдав Q2 холодильнику и совершив при этом работу A = Q1 − Q2. После этого воспользуемся процессом Клаузиуса и вернем тепло Q2 от холодильника нагревателю. В результате получается, что мы совершили работу только за счет отъёма теплоты от нагревателя, то есть постулат Томсона тоже неверен.

С другой стороны, предположим, что неверен постулат Томсона. Тогда можно отнять часть тепла у более холодного тела и превратить в механическую работу. Эту работу можно превратить в тепло, например, с помощью трения, нагрев более горячее тело. Значит, из неверности постулата Томсона следует неверность постулата Клаузиуса.

Таким образом, постулаты Клаузиуса и Томсона  эквивалентны.

Другая формулировка второго начала термодинамики основывается на понятии энтропии:

• «Энтропия изолированной системы не может уменьшаться» (закон неубывания энтропии).