ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА План 1. Физические картины

ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА

План 1. Физические картины мира. 2. Теории относительности. 3. Динамические и статистические законы. 4. Принципы современной физики.

1. Физические картины мира ФИЗИКА (от греч. рhysika – природа) – наука о природе, изучающая простые и вместе с тем наиболее общие свойства тел и явлений материального мира. Понятия и законы физики составляют основу естествознания.

Этапы истории развития физики 1. Доклассическая (донаучная) физика (с IVв. до н. э. до XVI в. ) С Аристотеля до Коперника. 2. Классическая физика (с XVI в. до конца XIXв. ) Начинается с Г. Галилея, И. Ньютона. 3. Неклассическая физика ( с конца XIX в. до конца XX в. ) Начинается с квантовой концепции М. Планка. 4. Постнеклассическая физика или этап современной физики.

«Высшая задача физики состоит в открытии наиболее общих элементарных законов, из которых можно было бы логически вывести картину мира» (А. Эйнштейн)

Физическая картина мира – самое общее теоретическое знание в физике, система понятий, принципов и гипотез, служащих исходной основой для построения теорий.

Ключевые понятия физической картины мира: МАТЕРИЯ, ДВИЖЕНИЕ, ФИЗИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ, ПРОСТРАНСТВО, ВРЕМЯ, ПРИЧИННО-СЛЕДСТВЕННЫЕ СВЯЗИ. Ключевым в физической картине мира является понятие МАТЕРИЯ. Поэтому смена физической картины мира связана со сменой представлений о материи.

ФИЗИЧЕСКИЕ КАРТИНЫ МИРА 1. Механистическая (механическая) картина мира. 2. Электромагнитная картина мира. 3. Квантово-полевая (релятивистская) картина мира.

1. Механистическая (механическая) картина мира Формируется на основе: • механики Леонардо да Винчи (1452 -1519), • гелиоцентрической системе Н. Коперника (1473 -1543), • экспериментального естествознания Г. Галилея (1564 -1642), • законов небесной механики И. Кеплера (1571 -1630), • механики И. Ньютона (1643 -1727)

Характерные особенности механистической картины мира 1. В рамках механистической картины мира сложилась дискретная (корпускулярная) модель реальности. Материя – вещественная субстанция, состоящая из атомов или корпускул. Атомы абсолютно прочны, неделимы, непроницаемы, характеризуются наличием массы и веса.

2. Движение – простое механическое перемещение. Законы движения – фундаментальные законы мироздания. Тела двигаются равномерно и прямолинейно, а отклонение от этого движения есть действие на них внешней силы (инерции). Мерой инерции является масса. Универсальным свойством тел является сила тяготения, которая является дальнодействующей.

3. Принцип дальнодействия – взаимодействие между телами происходит мгновенно на любом расстоянии, т. е. действия могут передаваться в пустом пространстве с какой угодно скоростью. 4. Концепция абсолютного пространства и времени: пространство трёхмерно, постоянно и не зависит от материи; время – не зависит ни от материи, ни от пространства, пространство и время не связаны с движением тел, они имеют абсолютный характер.

5. Все механические процессы подчиняются принципу детерминизма. Случайность исключается из картины мира. 6. Тенденция сведения закономерностей высших форм движения материи к закономерностям простейшей его формы – механическому движению.

2. Электромагнитная картина мира Формируется на основе: • начал электромагнетизма М. Фарадея (1791 -1867), • теории электромагнитного поля Д. Максвелла (1831 -1879), • электронной теории Г. А. Лоренца (1853 -1828), • постулатов теории относительности А. Эйнштейна (1879 – 1955)

Характерные особенности электромагнитной картины мира 1. В рамках электромагнитной картины мира сложилась полевая, континуальная (непрерывная) модель реальности. Материя – единое непрерывное поле с точечными силовыми центрами – электрическими зарядами и волновыми движениями в нём. Мир – электродинамическая система, построенная из электрически заряженных частиц, взаимодействующих посредством электромагнитного поля.

2. Движение – распространение колебаний в поле, которые описываются законами электродинамики. 3. Принцип близкодействия – взаимодействия любого характера передаются полем от точки к точке непрерывно и с конечной скоростью. 4. В электромагнитную картину мира было введено понятие вероятности. 5. Реляционная (относительная) концепция пространства и время связаны с процессами, происходящими в поле, т. е. они несамостоятельны и зависимы от материи

3. Квантово-полевая картина мира 1. В рамках квантово-полевой картины мира сложились квантово-полевые представления о материи. Материя обладает корпускулярными и волновыми свойствами, т. е. каждый элемент материи имеет свойства волны и частицы.

2. Движение – частный случай физического взаимодействия. Фундаментальные физические взаимодействия: сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное. Они описываются на основе принципа близкодействия: взаимодействие передаются соответствующими полями от точки к точке, скорость передачи взаимодействия конечна и не превышает скорости света.

3. Картина физической реальности в квантовой механике двупланова: с одной стороны, в неё входят характеристики исследуемого объекта; с другой стороны – условия наблюдения (метод познания), от которых зависит определённость этих характеристик. 4. При описании объектов используется два класса понятий: пространственно-временные и энергетически-импульсные. Первые дают кинематическую картину движения, вторые – динамическую (причинную). Пространство-время и причинность относительны и зависимы.

5. Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то, что они вступают в вероятностной форме, в виде статистических 6. Фундаментальные квантовой принцип законов. положения теории: неопределённости и дополнительности.

2. Теория относительности 1. Включат в себя частную (СТО) и общую (ОТО) теории относительности. 2. Основывается: • на постулате относительности, утверждающем неизменность физических законов при переходе от одной системы отсчёта к другой; • на постулате постоянства скорости света.

3. Вскрыла конкретные формы органической взаимосвязи пространства и времени. Пространство и время перестали рассматриваться как независимые друг от друга сущности. В физику вводится представление о пространственно-временном четырёхмерном континууме (континуум – непрерывное, связанное, целостное единство точек, чисел или физических величин).

4. Установила зависимость пространства и времени от распределения движения и материи, т. е. показала тем самым, относительность свойств пространства и времени.

5. Вскрыла относительность массы и энергии. Теория относительности связала массу и энергию соотношением Е = mc² (где Е – энергия, m – масса, c² - квадрат скорости света). Закон сохранения массы и закон сохранения энергии потеряли свою независимую друг от друга справедливость и оказались объединёнными в единый закон сохранения энергии или массы (В. Гейзенберг). Каждой массе соответствует энергия; любой энергии – масса. Всякий процесс с выделением энергии связан с потерей массы, и обратно, приобретая энергию, тело одновременно приобретает и массу.

Из СТО вытекают релятивистские эффекты, т. е. изменения пространственно-временных характеристик тел, заметные на больших скоростях, сравнимых со скоростью света (например, наблюдение за фотонной ракетой): - сокращение линейных размеров тела в направлении ее движения; - увеличение массы быстродвижущихся тел; - замедление времени в быстродвижущихся телах (парадокс близнецов – один в ракете, а другой на земле и их возраст изменится).

3. Причинность в современной физике. Динамические и статистические законы, теории Причинность – это связь между отдельными состояниями видов и форм материи в процессе её движения и развития. Детерминизм – учение о причинной обусловленности всех явлений. Признаки причинности: • Временное предшествие причин следствию. • Одна и та же причина всегда обуславливает одно и то же следствие. • Причина – это активный агент, производящий действия.

Законы ДИНАМИЧЕСКИЕ СТАТИСТИЧЕСКИЕ Динамический закон – это Статистический закон- это закон, управляющий поведением отдельного объекта и позволяющий устанавливать однозначную связь его состояний. Динамический закон, абстрагируясь от случайности, выражает непосредственую необходимось. Поэтому он даёт отражение объективной реальности с точностью, исключающей случайные связи. закон, управляющий поведением больших совокупностей и в отношении отдельного объекта, позволяющий делать лишь вероятностные выводы о его поведении. Статистический закон выражает диалектическую связь необходимости и случайности. Он не исключает случайность, а рассматривает её как форму проявления необходимости

Теории Динамическая теория – Статистическая теория это теория, представляющая совокупность динамических законов. это теория, представляющая совокупность статистических законов. Статистические теории: Динамические теории: • классическая механика; • квантовая теория • классическая теория излучения (квантовая излучения; электродинамика); • релятивистская механика. • релятивистская квантовая механика.

4. ПРИНЦИПЫ СОВРЕМЕННОЙ ФИЗИКИ Принципы современной физики – это более общие законы, влияние которых распространяется на все физические процессы, все формы движения материи. • • • Принципы современной физики: принцип относительности; принцип симметрии; принцип возрастания энтропии; принцип соответствия; принцип неопределённости; принцип дополнительности и другие.

ПРИНЦИП СООТВЕТСТВИЯ (Н. Бор, 1923) - это принцип современной физики, согласно которому теории, справедливость которых была экспериментально установлена для определённой группы явлений, с построением новой теории не отбрасываются, но сохраняют своё значение для прежней области явлений как предельное выражение законов новых теорий.

ПРИНЦИП ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ (Н. Бор, 1927) это принцип современной физики, согласно которому при экспериментальном исследовании микрообъектов могут быть получены точные данные либо об их энергиях и импульсах (энергетически-импульсная картина), либо о поведении в пространстве и времени (пространственно-временная картина). Эти взаимоисключающие картины не могут применяться одновременно. Квантовый объект – это и волна и частица одновременно, и их изучение предполагает использование двух типов приборов. Поэтому полученные данные о свойствах квантовых объектов не противоречат, а дополняют друга.

ПРИНЦИП НЕОПРЕДЕЛЁННОСТИ (В. Гейзенберг, 1927) - это принцип современной физики, согласно которому дополняющие друга физические величины (например, координаты и импульс) не могут одновременно принимать точные значения и быть точно измеренными: большая точность в измерении одной из величин влечёт за собой большую неопределённость в другой. Этот принцип входит как составная часть в более общий принцип дополнительности Н. Бора.

ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ (НАЛОЖЕНИЯ) это допущение, согласно которому результирующий эффект представляет собой сумму эффектов, вызываемых каждым воздействующим явлением в отдельности. Например, правило параллелограмма (складываются две силы); ветер тормозит движение автомобиля.

ПРИНЦИП СИММЕТРИИ Симметрия – однородность, пропорциональность, гармония каких-либо материальных объектов. Асимметрия – понятие, противоположное симметрии. Типы симметрии: • • зеркальная симметрия; поворотная симметрия; радиальная симметрия; трансляция; винтовая симметрия; симметрия подобия; калибровочная симметрия.

Симметрии в физике и законы сохранения Симметрия в физике – это свойство физических величин, детально описывающих поведение системы, оставаться неизменными (инвариантными) при их определённых преобразованиях. Симметрия лежит в основе законов сохранения. Симметрии и связанные с ними законы сохранения делятся на: • пространственно-временные или внешние геометрические симметрии и • внутренние (динамические) симметрии.

Геометрические симметрии и связанные с ними законы сохранения • С однородностью времени связан закон сохранения энергии. • С однородностью пространства связан закон сохранения импульса. • С изотропией связан закон сохранения момента импульса. • С принципом относительности связан закон сохранения скорости движения центра масс изолированной системы и т. д.

Динамические (внутренние) симметрии и связанные с ними законы сохранения: • При превращениях элементарных частиц сумма электрических зарядов частиц остаётся неизменной (в этом состоит закон сохранения электрического заряда). • При превращениях элементарных частиц разность числа лептонов и антилептонов не меняется (в этом состоит закон сохранения лептонного заряда) и т. д.