Шпаргалка по "Концепции современного естествознания"

Энтропия замкнутой  системы, т.е. системы, которая не обменивается с окружением ни энергией ни веществом, постоянно возрастает. Энтропия – мера беспорядка.  Второй закон термодинамики: при самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда растет. Физический смысл возрастания энтропии сводится к тому, что состоящая из некоторого множества частиц изолированная система стремится перейти в состояние с наименьшей упорядоченностью  движения частиц. Максимальная энтропия = полное термодинамическое равновесие = полному хаосу.  

14. Концепция неопределенности  в квантовой механики (соотношение неточностей Гейзенберга).

Неопределенность  Гейзенберга заключается в следующем. Допустим, ставится задача определить состояние движущийся частицы. Если бы можно было бы воспользоваться классической механики, то ситуация была бы простой: следовало определить координаты частицы и ее импульс (количество движений). Но классическую механику нельзя использовать для микромира. Гейзенберг писал: никогда нельзя одновременно точно узнать оба параметра – координату и скорость. Мы живем в макромире и в принципе не можем построить наглядную модель, которая была бы адекватна микромиру. Соотношение неопределенностей есть выражение невозможности наблюдать микромир, не нарушая его. Когда мы вмешиваемся в микромир, то мы видим не то что там происходит, а то что получилось влезания в него нами. В одинаковых опытах с одинаковыми объектами каждый раз будут получаться разные результаты. Некоторые значения будут более вероятны чем другие. Парам(корд и скорость) .(к-в дуализм)

15  Принципы дополнительности Н.Бора.Принцип дополнительности Бора. Фундаментальным принципом квантовой механики является также принцип дополнительности, кот Н. Бор дал следующую формулировку: "Понятия частицы и волны дополняют друг друга и в то же время противоречат друг другу, они являются дополняющими картинами происходящего". Ни одна теория не может описать объект исчерпывающим образом, чтобы исключить возможность альтернативных подходов. "Несовместимости" с точки зрения классической науки в рамках неклассической не исключают, а дополняют друг друга. Противоречия корпускулярно-волновых свойств микрообъектов явл рез-ом неконтролируемого взаимодействия микрообъектов и макроприборов. Имеется 2 класса приборов: в одних квантовые объекты ведут себя как волны, в других — подобно частицам. В экспериментах мы наблюдаем не реальность как таковую, а лишь квантовое явление, включающее результат взаимодействия прибора с микрообъектом. Н. Бор образно заметил, что волны и частицы — это "проекции" физ реальности на экспериментальную ситуацию. Н. Бор и считал, что физик познает не саму реальность, а лишь собственный контакт с ней. Принципиально новыми открытиями в исследовании микромира стали следующие: 
• каждая элементарная частица обладает как корпускулярными, так и волновыми свойствами; 
• вещество может переходить в излучение; 
• можно предсказать место и импульс элементарной частицы только с определенной вероятностью; 
• прибор, исследующий реальность, влияет на нее; 
• точное измерение возможно только при потоке частиц, но не одной частицы. 
Ученые признали, что нельзя: 
• найти объективную истину безотносительно от измерительного прибора; 
• знать одновременно и положение и скорость частиц; 
• установить, имеем ли мы в микромире дело с частицами или волнами.

16. Вероятностно-статистический  характер законов  квантовой механики.Вероятные т.к. заключения осн. на них не следуют логически из инф. Т.к. инфа носит статистический характер то их также называют статистическими.

Вероятность (частотная = м/н)

Вероятность распределения (интервал нахождения значения)

Анализ и открытие статистических законов

Сначала не признавались, теперь используются

А квантовая механика может только предсказывать с  небольшой вероятностью. Предсказания всегда имеют вероятностный характер. При вмешательстве человека в  микромир, мы видим не сам микромир, а результат после вмешательство. И по этому мы можем только вероятностно предсказать. . При вмешательстве человека в микромир, мы видим не сам микромир, а результат после вмешательство. И по этому мы можем только вероятностно предсказать.

Вероятностный характер процессов в микромире во многом определяется феноменом корпускулярно-волнового  дуализма. Классическая физика знакомит с двумя видами движения - корпускулярным и волновым. Для первого характерны локализация объекта в пространстве и существование определенной траектории его движения. Для второго, напротив, характерна делокализация в пространстве; с волновым движением не сопоставляется локализованный объект - это есть движение некоей среды.

движение микрообъекта характеризуется одновременно и волновыми и корпускулярными свойствами.

Независимо ни от каких обстоятельств микрообъект  не является ни волной, ни частицей, ни даже симбиозом волны и частицы. Это есть некий весьма специфический  объект, способный в зависимости  от обстоятельств проявлять в той или иной мере корпускулярные и волновые свойства. Понимание корпускулярно-волнового дуализма как потенциальной способности микрообъекта проявлять в различных внешних условиях различные свойства есть единственно правильное понимание. Отсюда, в частности, следует вывод: наглядная модель микрообъекта принципиально невозможна.

17. Понятие поля в  электромагнитной  картине мире.Электрические и магнитные явления пытались объединить и первым сделал это Эрстед. Он поместил над проводником магнитную стрелку, и она стала отклоняться. Значит, электрический ток создает магнитное поле. Позднее Фарадей вращая замкнутый проводник между двумя магнитами увидел что возникает электрический ток. На основе опытов Фарадея и других ученых Максвелл создал электромагнитную теорию. Он чисто математическим путем вычислил систему дифференциальных уравнений, описывающих электромагнитное поле. В дифференциальных уравнениях Максвелла вихри электрического и магнитного полей определяются производными по времени от чужих полей. Электрическое – от магнитного и наоборот. Если со временем меняется магнитное поле то существует и переменное электрическое поле., которое ведет к изменению магнитного поля. Из этого возникает переменное электромагнитное поле которое уже не привязано к заряду и отрывается от него, самостоятельно существуя и распространяясь в пространстве. Вычисленная им скорость распространения электромагнитного поля оказалась равная скорости света.

Непрерывно, волнами, отсутствует масса.

Кратчайшим расстоянием  может быть кривая. Английский химик  и физик Майкл Фарадей (1791-1867) ввел в науку понятие электромагнитного  поля. Ему удалось показать опытным  путем, что между магнетизмом  и элект¬ричеством существует прямая динамическая связь. Тем самым он впервые объединил электричество и магнетизм, признал их одной и той же силой природы. В результате в естествознании начало утверждаться понимание того, что, кроме вещества, в природе существует еще и поле.

18 УНИВЕРСАЛЬНЫЕ И  СТАТЕСТИЧ ЗАКОНЫ  ЕСТЕСТВОЗН синергетика-совместн действ.симметрия-св-ва объекта переходить в само себя или совпадать с сомиим собой

Глобальные законы сохранения связаны с существованием таких преобразований, которые оставляют  неизменными любую систему. К  ним относятся универсальные  законы:

 Закон  сохранения  энергии, являющийся следствием  симметрии  относительно сдвига  во времени (однородности времени).

 Закон  сохранения  импульса, являющийся следствием  симметрии  относительно параллельного  переноса в пространстве (однородности  пространства).

 Закон  сохранения  момента импульса, являющийся следствием  симметрии  относительно поворотов  в пространстве (изотропности пространства).

 Закон  сохранения  заряда, являющийся следствием симметрии   относительно замены описывающих  систему комплексных параметров  на их комплексно сопряженные  значения.

 Закон  сохранения  четности, являющийся следствием  симметрии  относительно операции  инверсии (“отражения в зеркале”, меняющего “право” на “лево”).

 Закон  сохранения  энтропии, являющийся следствием  симметрии  относительно обращения  времени.

19. «Большой взрыв»  и этапы эволюции  вселенной.Эта модель предполагает, что радиус Вселенной был равен 10 в –12 степени, начальная температура внутри сингулярности превышала 10 в 13 степени градусов по Кельвину, начальная отчета –273 градуса шкалы Цельсия. Плотность материи равнялась приблизительно 10 в 93 степени г/см кубический. В подобном состоянии непременно должен произойти взрыв. Такой взрыв произошел примерно 15-20  млрд. лет назад и сопровождалось с начало быстрым, а потом медленным расширением и соответственно охлаждением Вселенной.

Этапы эволюции вселенной:

Эра адронов (тяжелых  частиц, вступающих в сильные взаимодействия). Продолжительность эры 0,0001 с, температура 10 в 12 степени градусов по Кельвину, плотность 10 в 14 степени см кубических.

Эра лептонов ( легких частиц, вступающих в электромагнитное взаимодействие). Продолжительность эры 10 с, температура 10 в 10 степени по Кельвину, плотность 10 в 4 степени см кубических. Основную роль играют легкие частицы, принимающие участие в в реакциях между протонами и нейтронами.

Фотонная эра. Продолжительность 1млн лет. Основная доля массы –  энергии Вселенной приходится на фотоны.  Температура падает с 10 в 10 до 3000 градусов по Кельвину, плотность  – от 10 в 4 г/см кубический до 10 в –21 г/см кубический. Главную роль играет излучение, которое в конце эры отделяется от вещества.

Звездная эра наступает  через 1 млн. лет после зарождения Вселенной. В звездную эру начинается процесс образования протозвезд и протогалактик. Затем разворачивается грандиозная картина образования структуры метагалактики

20. Стандартная модель  эволюции Вселенной.Стандартная модель эволюции Вселенной предполагает, что начальная температура превышала 10 в 13 градусов по Кельвину, гигантская плотность материи достигала 10в 93 г/см2. В этих условиях был неизбежен взрыв, поэтому эту теорию называют теорией «Большого взрыва». Предположительно это произошло 15-20 млрд. лет назад и сопровождалось сначала быстрым, потом умеренным расширением и постепенно охлаждением Вселенной. Когда температура упала до 6 млрд. градусов по Кельвину, первые 8 секунд после взрыва там существовала в основном смесь электронов и позитронов. Пока эта смесь находилась в тепловом равновесии, между частицами происходили столкновения, в результате чего происходило непрерывное превращение вещества в излучение и наоборот, излучения в вещество. Вследствие этого между веществом и излучением сохранялась симметрия. Нарушение этой симметрии произошло после дальнейшего расширения Вселенной и понижения температуры На этой стадии возникли более тяжёлые ядерные частицы – протоны и нейтроны. Но самое гласное было нарушение симметрии – произошёл перевес вещества над излучением (один протон на миллиард фотонов). Это послужило основой для дальнейшей эволюции и возникновения разнообразных образований, начиная от атомов, молекул, кристаллов, и кончая планетами, звёздами и галактиками.

В момент, когда возникли нейтральные атомы водорода и  гелия, вещество сделалось прозрачным для фотонов, и они стали излучаться в мировое пространство. В настоящее  время такой остаточный процесс  наблюдается в виде реликтового  излучения. Это явление находится  в полном соответствии с моделью  «горячей» Вселенной

21. Принцип дуализма  микрочастиц материи.Вероятностный характер процессов в микромире во многом определяется феноменом корпускулярно-волнового дуализма. Классическая физика знакомит с двумя видами движения - корпускулярным и волновым. Для первого характерны локализация объекта в пространстве и существование определенной траектории его движения. Для второго, напротив, характерна делокализация в пространстве; с волновым движением не сопоставляется локализованный объект - это есть движение некоей среды. На уровне макроявлений корпускулярное и волновое движение четко разграничены: движение брошенного камня и движение волны, набегающей на прибрежный песок, отличаются друг от друга.

Эти привычные представления  не могут быть перенесены в квантовую  механику. На уровне микроявлений указанное  выше четкое разграничение между  двумя видами движения в существенной мере стирается - движение микрообъекта характеризуется одновременно и  волновыми и корпускулярными  свойствами. Если схематически рассматривать  классические корпускулы и классические волны как два предельных случая описания движения материи, то микрообъекты должны занять в этой схеме место  где-то посередине. Они не являются ни «чистыми» (в классическом понимании) корпускулами, ни «чистыми» волнами - они являются чем-то качественно  иным. Можно сказать, что микрообъект  в какой-то мере похож на корпускулу, в какой-то мере - на волну, причем эта  мера зависит, в частности, от условий, в которых рассматривается микрообъект. Если в классической физике корпускула и волна - две взаимоисключающие  друг друга противоположности (либо частица, либо волна), то теперь, на уровне микроявлений, эти противоположности  объединяются в рамках единого микрообъекта. Это обстоятельство и принято  называть корпускулярно-волновым дуализмом («дуализм» означает двойственность).

Микрообъект не является классической корпускулой, но к понятию  микрообъекта приводит процесс «раздробления» окружающих нас тел на все более  и более мелкие «частички». Поэтому  вполне естественно, что микрообъекты ассоциируются, прежде всего, с корпускулами. Этому способствует и тот факт, что большинству микрообъектов  характерна определенная масса покоя  и определенные заряды. Бессмысленно говорить, например, о половине электрона, обладающей половинной массой и половинным электрическим зарядом целого электрона. В самих терминах «микрочастица», «элементарная частица» отражено представление  о микрообъекте как о некоей частице (корпускуле).

Однако микрообъект  весьма существенно отличается от классической корпускулы. Прежде всего, он не имеет  траектории, являющейся неизменным атрибутом  классической корпускулы. Использование  при рассмотрении микрообъекта таких  корпускулярных характеристик, как  координата, импульс, момент, энергия, ограничивается рамками соотношений  неопределенностей. Взаимопревращения  микрообъектов, самопроизвольные распады, наличие специфического неуничтожаемого  собственного момента (спина), способность  проходить сквозь потенциальные  барьеры - все это свидетельствует  о том, что микрообъекты совершенно не похожи на классические корпускулы.